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技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大動(dòng)力。LED封裝經(jīng)歷了各種封裝形態(tài)的傳統正裝封裝和有引線(xiàn)倒裝封裝發(fā)展歷程。隨著(zhù)市場(chǎng)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(zhù)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，有傳統正裝封裝用LED芯片、有引線(xiàn)覆晶(Flip-Chip)封裝用LED芯片和無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝用LED芯片等幾種結構，無(wú)引線(xiàn)覆晶LED封裝技術(shù)是未來(lái)LED封裝的主流技術(shù)。從最早的直插燈珠到現在流行的貼片燈珠，直插燈珠依舊有著(zhù)無(wú)可代替的光學(xué)特性，但是無(wú)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(zhù)芯片技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)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)結構、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(shù)酯(EMC)結構LED器件到現今的氮化鋁陶瓷結構、高功率集成板上芯片封裝(ChipOnBoard，COB)、各類(lèi)覆晶等不同形態(tài)的封裝。中國LED封裝形式的演變如圖1所示。

 

未來(lái)LED封裝將圍繞照明應用，主要朝著(zhù)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(shí)現高光效及高可靠性等技術(shù)問(wèn)題將成為新的主題。

 

二、正裝封裝和覆晶封裝優(yōu)缺點(diǎn)

 

LED封裝可以簡(jiǎn)單分為正裝芯片封裝與覆晶封裝。覆晶封裝又分為有引線(xiàn)覆晶封裝和無(wú)引線(xiàn)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(guò)特定的技術(shù)方案進(jìn)行有效組合成產(chǎn)品的封裝工藝。倒裝芯片之所以被稱(chēng)為“倒裝”，是相對于正裝封裝金屬線(xiàn)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，相當于將前者翻轉過(guò)來(lái)，故稱(chēng)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(guò)引線(xiàn)實(shí)現電氣連接。銀膠或白膠含環(huán)氧樹(shù)脂，長(cháng)期環(huán)境穩定性較差，其熱阻較高，在LED長(cháng)時(shí)間通電過(guò)程中粘接力逐漸變差，易導致LED壽命縮短；且引線(xiàn)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(shí)，因各種封裝材料的熱失配，易導致引線(xiàn)斷裂從而引起LED失效。單顆LED芯片正裝結構如圖2所示。

 

LED正裝芯片封裝的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是：①電極、焊點(diǎn)、引線(xiàn)遮光；②熱傳導途徑很長(cháng)：藍寶石粘結膠支架金屬基板；③熱傳導系數低：藍寶石熱傳導率為20W/(m·K)、粘結膠熱傳導率為2W/(m·K)；④熱積累影響芯片和熒光粉可靠性。

 

2、有引線(xiàn)覆晶封裝

 

有引線(xiàn)覆晶封裝是通過(guò)導熱粘結膠將LED倒裝芯片固定在基板上，再利用金線(xiàn)進(jìn)行電氣連接。其中倒裝芯片是通過(guò)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(xiàn)覆晶封裝結構圖如圖3所示。

 

有引線(xiàn)覆晶封裝的優(yōu)點(diǎn)為：①藍寶石襯底向上，無(wú)電極、焊點(diǎn)、引線(xiàn)遮光，出光效率提升；②傳熱效果較好，易傳導。

 

有引線(xiàn)覆晶封裝的缺點(diǎn)為：①熱傳導途徑較長(cháng)：金屬焊點(diǎn)→硅基板→導熱粘結膠→支架熱沉；②有引線(xiàn)連接，大電流承受能力有限，存在引線(xiàn)虛焊引起的可靠性問(wèn)題。

 

3、無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝

 

無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝是通過(guò)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。無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝結構如圖4所示。

 

無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝的優(yōu)點(diǎn)為：①無(wú)電極、焊點(diǎn)、引線(xiàn)遮光；②無(wú)引線(xiàn)阻礙，可實(shí)現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熱傳導途徑短：金錫焊點(diǎn)→氮化鋁陶瓷/金屬基板；⑤金屬界面導熱系數更高，熱阻更??；⑥完全擺脫引線(xiàn)和粘結膠的束縛，表現出優(yōu)異的力、熱、光、電性能。

 

三、未來(lái)無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝形式

 

隨著(zhù)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中的應用，基于覆晶的無(wú)引線(xiàn)封裝技術(shù)將成為未來(lái)引領(lǐng)市場(chǎng)的一種LED封裝新技術(shù)。

 

目前有芯片、封裝廠(chǎng)商在開(kāi)展無(wú)引線(xiàn)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(chǎng)商直接做成已涂布好熒光粉的LED芯片級器件

 

結語(yǔ)

 

目前，以覆晶為基礎的無(wú)引線(xiàn)封裝技術(shù)主要應用在大功率的產(chǎn)品上和多芯片集成封裝COB的產(chǎn)品上，在中小功率產(chǎn)品的應用上，其成本競爭力還不是很強。雖然LED無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝正在顛覆傳統LED封裝工藝，但為適應應用領(lǐng)域對產(chǎn)品結構形式要求，其他封裝形式依然會(huì )存在。

 

目前無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝工藝技術(shù)路線(xiàn)已經(jīng)明確，相關(guān)設備、工藝都將更新，雖然封裝制程成本較高，且當前亮度與傳統封裝相比還沒(méi)有明顯優(yōu)勢，但由于無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝有眾多其他優(yōu)點(diǎn)，仍將是半導體照明LED封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢。各類(lèi)LED無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝產(chǎn)品已在室內外照明、裝飾照明及背光等領(lǐng)域得到應用，隨著(zhù)新技術(shù)出現和進(jìn)步、技術(shù)應用的拓展，特別是在中小功率封裝上的推廣與成熟應用，無(wú)引線(xiàn)覆晶封裝將進(jìn)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。