LED封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展
：2018-03-12
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技術(shù)進步和市場需求是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大動力。LED封裝經(jīng)歷了各種封裝形態(tài)的傳統(tǒng)正裝封裝和有引線倒裝封裝發(fā)展歷程。隨著市場需求變化、LED芯片制備技術(shù)和LED封裝技術(shù)的發(fā)展，LED封裝將主要朝著高功率、多芯片集成化、高光效及高可靠性、小型化的方向發(fā)展。
從中國LED封裝發(fā)展歷程上看，有傳統(tǒng)正裝封裝用LED芯片、有引線覆晶(Flip-Chip)封裝用LED芯片和無引線覆晶封裝用LED芯片等幾種結(jié)構(gòu)，無引線覆晶LED封裝技術(shù)是未來LED封裝的主流技術(shù)。從最早的直插燈珠到現(xiàn)在流行的貼片燈珠，直插燈珠依舊有著無可代替的光學(xué)特性，但是無法制造大功率產(chǎn)品
一、LED封裝發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢
隨著芯片技術(shù)發(fā)展和市場對更高亮度的需要，各種形態(tài)的封裝產(chǎn)品大量產(chǎn)生，從早期的引腳式LED器件、貼片式印制電路板(PCB)結(jié)構(gòu)、聚鄰苯二酰胺(PPA)、聚對苯二甲酸己二甲醇酯(PCT)及熱固性環(huán)氧樹酯(EMC)結(jié)構(gòu)LED器件到現(xiàn)今的氮化鋁陶瓷結(jié)構(gòu)、高功率集成板上芯片封裝(ChipOnBoard，COB)、各類覆晶等不同形態(tài)的封裝。中國LED封裝形式的演變?nèi)鐖D1所示。
未來LED封裝將圍繞照明應(yīng)用，主要朝著高功率、小型化、多芯片集成化、高光效及高可靠性方向發(fā)展。為提升白光LED器件流明成本效率，解決封裝器件大電流高功率工作條件下的散熱、實現(xiàn)高光效及高可靠性等技術(shù)問題將成為新的主題。
二、正裝封裝和覆晶封裝優(yōu)缺點
LED封裝可以簡單分為正裝芯片封裝與覆晶封裝。覆晶封裝又分為有引線覆晶封裝和無引線覆晶封裝。覆晶封裝是利用LED倒裝芯片與各種封裝材料通過特定的技術(shù)方案進行有效組合成產(chǎn)品的封裝工藝。倒裝芯片之所以被稱為“倒裝”，是相對于正裝封裝金屬線鍵合(WireBonding)連接方式的工藝而言。正裝封裝的LED芯片電氣面朝上，而LED倒裝芯片的電氣面朝下，相當于將前者翻轉(zhuǎn)過來，故稱其為“倒裝芯片”，倒裝LED芯片的光從藍寶石襯底取出，不必從電流擴散層取出，不透光的電流擴散層可以加厚，增加電流密度。
1、LED正裝芯片封裝
正裝芯片封裝采用銀膠或白膠將芯片固定在基板上，通過引線實現(xiàn)電氣連接。銀膠或白膠含環(huán)氧樹脂，長期環(huán)境穩(wěn)定性較差，其熱阻較高，在LED長時間通電過程中粘接力逐漸變差，易導(dǎo)致LED壽命縮短；且引線很細，耐大電流沖擊能力較差，僅能承受10g左右的作用力，當受到冷熱沖擊時，因各種封裝材料的熱失配，易導(dǎo)致引線斷裂從而引起LED失效。單顆LED芯片正裝結(jié)構(gòu)如圖2所示。
LED正裝芯片封裝的優(yōu)點是：①芯片制備工藝成熟；②封裝工藝比較成熟。
LED正裝芯片封裝的缺點是：①電極、焊點、引線遮光；②熱傳導(dǎo)途徑很長：藍寶石粘結(jié)膠支架金屬基板；③熱傳導(dǎo)系數(shù)低：藍寶石熱傳導(dǎo)率為20W/(m·K)、粘結(jié)膠熱傳導(dǎo)率為2W/(m·K)；④熱積累影響芯片和熒光粉可靠性。
2、有引線覆晶封裝
有引線覆晶封裝是通過導(dǎo)熱粘結(jié)膠將LED倒裝芯片固定在基板上，再利用金線進行電氣連接。其中倒裝芯片是通過植金球的方式將LED正裝芯片倒裝在硅(Si)襯底基板上，并在Si襯底上制備電極，形成倒裝芯片。有引線覆晶封裝結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
有引線覆晶封裝的優(yōu)點為：①藍寶石襯底向上，無電極、焊點、引線遮光，出光效率提升；②傳熱效果較好，易傳導(dǎo)。
有引線覆晶封裝的缺點為：①熱傳導(dǎo)途徑較長：金屬焊點→硅基板→導(dǎo)熱粘結(jié)膠→支架熱沉；②有引線連接，大電流承受能力有限，存在引線虛焊引起的可靠性問題。
3、無引線覆晶封裝
無引線覆晶封裝是通過共晶/回流焊接技術(shù)將電極接觸面鍍層為錫(Sn)或金(Au)-錫等合金的水平電極芯片直接焊接于鍍有金或銀的基板上，既可固定芯片，又可電氣連接和熱傳導(dǎo)。無引線覆晶封裝結(jié)構(gòu)如圖4所示。
無引線覆晶封裝的優(yōu)點為：①無電極、焊點、引線遮光；②無引線阻礙，可實現(xiàn)平面涂覆熒光粉及超薄封裝；③電氣連接為面接觸，可耐大電流沖擊；④熱傳導(dǎo)途徑短：金錫焊點→氮化鋁陶瓷/金屬基板；⑤金屬界面導(dǎo)熱系數(shù)更高，熱阻更?。虎尥耆珨[脫引線和粘結(jié)膠的束縛，表現(xiàn)出優(yōu)異的力、熱、光、電性能。
三、未來無引線覆晶封裝形式
隨著外延、芯片制備技術(shù)發(fā)展及IC芯片級微封裝技術(shù)在LED中的應(yīng)用，基于覆晶的無引線封裝技術(shù)將成為未來引領(lǐng)市場的一種LED封裝新技術(shù)。
目前有芯片、封裝廠商在開展無引線封裝技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，主要有以下2種方式：一種是芯片廠商直接做成已涂布好熒光粉的LED芯片級器件
結(jié)語
目前，以覆晶為基礎(chǔ)的無引線封裝技術(shù)主要應(yīng)用在大功率的產(chǎn)品上和多芯片集成封裝COB的產(chǎn)品上，在中小功率產(chǎn)品的應(yīng)用上，其成本競爭力還不是很強。雖然LED無引線覆晶封裝正在顛覆傳統(tǒng)LED封裝工藝，但為適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式要求，其他封裝形式依然會存在。
目前無引線覆晶封裝工藝技術(shù)路線已經(jīng)明確，相關(guān)設(shè)備、工藝都將更新，雖然封裝制程成本較高，且當前亮度與傳統(tǒng)封裝相比還沒有明顯優(yōu)勢，但由于無引線覆晶封裝有眾多其他優(yōu)點，仍將是半導(dǎo)體照明LED封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢。各類LED無引線覆晶封裝產(chǎn)品已在室內(nèi)外照明、裝飾照明及背光等領(lǐng)域得到應(yīng)用，隨著新技術(shù)出現(xiàn)和進步、技術(shù)應(yīng)用的拓展，特別是在中小功率封裝上的推廣與成熟應(yīng)用，無引線覆晶封裝將進一步突顯成本和技術(shù)優(yōu)勢，成為技術(shù)主流，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。
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