李世瑋：汽車照明所需要的關(guān)鍵LED封裝技術(shù)

　　在今年廣州國際照明展期間，佛山市香港科技大學(xué)的LED-FPD工程技術(shù)研究開發(fā)中心主任李世瑋先生在2017阿拉丁論壇-LED汽車照明與應(yīng)用的技術(shù)峰會上，圍繞“汽車照明所需要的關(guān)鍵LED封裝技術(shù)”這一主題發(fā)表了精彩演講。筆者整理了李世瑋先生的演講內(nèi)容，分享給正在或計劃在汽車照明之路行駛的照明人們。

　　汽車照明市場現(xiàn)狀

　　現(xiàn)今的汽車照明已應(yīng)用在各方面，如車頭燈、尾燈、信號燈、裝飾燈、指示燈等。但基本上分成兩檔，一檔是車頭燈，另外一檔是其他，其他包括車廂內(nèi)的照明以及部分車體外照明。而車頭燈目前的滲透率還是相當(dāng)有限，所以最主要的挑戰(zhàn)集中在車頭燈方面。

　　目前在其他方面的應(yīng)用，各個廠家都有不同的滲透率，但在車頭燈方面基本上只是在高端車，尤其在歐洲車的滲透較快。據(jù)統(tǒng)計，目前在歐洲，LED在車頭燈的滲透率大概在20～30%左右，而在國內(nèi)的滲透率低于5%，開拓空間仍廣闊。

　　同時，LED在汽車上的應(yīng)用還分成前裝和后裝兩個階段。前裝則是原廠，即在制造車輛時直接安裝上去，后裝則最主要是更換零件。眾所周知，汽車零件較昂貴，很多人在修車的時候并不選用原廠，因此后裝市場還是相當(dāng)龐大。

　　車頭燈的三大挑戰(zhàn)

　　車頭燈市場空間雖廣闊，但是企業(yè)想在此大蛋糕分一杯羹，并非易事，眾所周知，車燈的技術(shù)門檻遠(yuǎn)高于通用照明，對車頭大燈的要求尤為嚴(yán)苛。李世瑋先生分析，在車頭燈方面的挑戰(zhàn)基本上可歸納為三類：

　　第一是熱管理，車頭燈的功率很高，但安裝空間有限，在這個有限的空間使用大功率，熱管理必然是其中的重要議題。

　　第二是可靠性和壽命。汽車是一個長期使用的工具，用戶都期望保質(zhì)期達(dá)到5～10年，車燈屬于其中關(guān)鍵零部件，它的壽命及可靠性非常重要。

　　第三是光形或光斑，即光學(xué)設(shè)計。這是一種有法規(guī)要求的照明應(yīng)用，若不合要求，一方面影響車檢;另一方面如果肇事，生產(chǎn)廠商責(zé)任重大。如果零部件供應(yīng)商，供應(yīng)的車燈光形形狀各異，則整批車輛都要召回，重新修正，損失重大。

　　當(dāng)然，我們可以選擇比較傳統(tǒng)的方式制作車燈。如類似早期的球泡燈置換，雖然理論上是可以實(shí)現(xiàn)，但事實(shí)上很難達(dá)到要求，一是在熱管理上會有問題，因?yàn)樵瓉淼慕Y(jié)構(gòu)并不適合做LED車燈的熱管理;二是光形、光斑都很難達(dá)到要求。這種情況一般只出現(xiàn)在雜牌車上。

　　一般LED封裝的標(biāo)準(zhǔn)制作流程，也是剛才講的Z類的置換性模組元器件的來源。但這種傳統(tǒng)型的燈珠封裝、各種內(nèi)置的器件，只能作暫時“止渴”，不能根本解決問題。

　　怎樣才能根本解決問題?關(guān)鍵需要保證汽車頭燈的均勻性，即生產(chǎn)的產(chǎn)品控制在一個極其精準(zhǔn)的范圍內(nèi)，否則，一旦遇到汽車召回則牽涉到巨大的商業(yè)損失。如果想燈具或光源模組最后能夠達(dá)到比較均勻的光型數(shù)據(jù)，那么從基底上需要一種技術(shù)能夠保證它的均勻性，而傳統(tǒng)的燈珠封裝難以保證這一點(diǎn)。

　　所謂單芯片或多芯片的封裝是傳統(tǒng)的封裝形式。一般封裝出來的產(chǎn)品，即使是同一批材料、芯片，同樣工藝或封裝材料，到最后還是要分bin。因?yàn)樯a(chǎn)出來的產(chǎn)品本身并不穩(wěn)定，而是在一個范圍內(nèi)，所以同一批次的燈珠元器件要分不同的bin區(qū)。雖然目前我們對bin的掌控更加精準(zhǔn)，但基本上還是脫離不了這樣的一種格局。這就是芯片封裝的一種基本的限制。

　　如何提高封裝器件的均勻性?

　　“LED封裝的前景如何?”“我們技術(shù)的路線圖應(yīng)該怎樣走?”對于此類問題，我的典型答案是：想知道LED封裝的后世，就去看它的前身。因?yàn)長ED封裝的大部分觀念，其實(shí)都是從IC封裝借鑒而來，LED封裝的路線就應(yīng)該大致追尋過去IC封裝的軌跡和路徑。IC封裝經(jīng)過約40年的發(fā)展，也從芯片級封裝進(jìn)入到晶圓級封裝，這幾乎是大家普遍公認(rèn)的一個歷史軌跡。

　　從此觀點(diǎn)來看，我個人認(rèn)為，LED封裝在若干年后也勢必從單個或多個芯片的封裝，進(jìn)入到晶圓級封裝，這是一個歷史的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

　　所以，若是晶圓級封裝，不如在支架上面做封裝，我們是在一個硅襯底或其他襯底上進(jìn)行封裝，然后整批量的封裝，再做切割，變成單一的，甚至切割的時候不需要單一，可以變成2×2，或3×3，4×4，或多×多這一類形式，這就是LED晶圓級封裝的特色。

　　晶圓級封裝事實(shí)上還可以分為兩類概念：一是全晶圓級封裝，二是半晶圓級封裝。全晶圓級封裝比較困難，它的概念是把兩個或多個晶圓堆列在一起，完成封裝工藝后直接做劃片即可。半晶圓級封裝相對簡單一點(diǎn)，它是先把藍(lán)寶石襯底切開，再布局在一個硅襯底晶圓上，然后對此進(jìn)行封裝。

　　香港科大關(guān)鍵性的工藝

　　香港科大在晶圓級做的一種熒光粉的涂覆技術(shù)，即用漏網(wǎng)就可以把熒光粉涂覆上去，并能得到均勻的LED果凍型陣列。在晶圓級也可以進(jìn)行點(diǎn)膠，不需要用模，直接點(diǎn)膠，我們有一個特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，它會自動形成一個半圓形的球。此球，一方面可以用作保護(hù)，另一方面可以實(shí)現(xiàn)二次光學(xué)，在晶圓上可變成果凍型的陣列。

　　兩種工藝結(jié)合一起，容易實(shí)現(xiàn)晶圓級陣列，且光型相當(dāng)均勻。在互聯(lián)的時候需要一些焊球涂點(diǎn)，這些工藝基本是從IC工藝直接引進(jìn)，因?yàn)檫@跟光學(xué)無關(guān)，跟電解熱有關(guān)。

　　另外，可在硅襯底上做一些“石窠”，我們稱為“埋坑”，這個坑的目的是用來安置LED芯片，產(chǎn)出超薄的LED的元器件，其中還有硅銅和混硅銅的鍍銅，鍍銅一方面可做互聯(lián)，另一方面可做熱管理，因此我們稱之為“埋坑銅孔”的結(jié)構(gòu)。這個埋坑銅孔很薄，同時又有銅孔傳熱，所以熱阻非常低，容易實(shí)現(xiàn)每瓦5度以下。同時，這個“埋坑”可安置多芯片，無論是單色白光或者RGB，都容易控制。

　　在硅襯底上實(shí)現(xiàn)晶圓級封裝，最大的好處是可跟其他的器件做集成，就是所謂的Silicone Integration，即把光源與驅(qū)動電源、控制器全部集成在一起，變成一個非常小的模組，所以這是一個高度集成的三維的封裝結(jié)構(gòu)。

　　總的來說，晶圓級封裝最大的好處是可以得到非常均勻的模組陣列，且熱阻非常低，當(dāng)大量生產(chǎn)之后，單位成本也可以下降。