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芯片级LED封装技术的演变和未来发展趋势

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来源: 作者: 2018-10-29 10:09:23

芯片级LED封装技术的演变和未来发展趋势分析

导读:

随着LED的不断发展,成本将是LED在通用照明、电视背光、背光等各个领域广泛应用的主要障碍。通过产业链的上下游技术整合是降低成本的有效方式之一。

随着LED的不断发展,成本将是LED在通用照明、电视背光、背光等各个领域广泛应用的主要障碍。通过产业链的上下游技术整合是降低成本的有效方式之一。  在本文中介绍了由倒装芯片技术实现的芯片工艺和封装工艺相结合的方式简化了LED制作工艺流程。该技术白光芯片LED直接贴装于基板上还具有更好的散热效果,更小的体积。随着LED照明市场的成熟和其他应用市场的发展,芯片级LED封装技术具有光明的前景。  背景  目前,大量应用的白光LED主要是通过蓝光LED激发黄色荧光粉来实现的,行业内蓝光LED芯片技术路线包含正装结构、垂直结构和倒装结构三个技术方向。  正装芯片制作工艺相对简单,但其散热效果不如垂直和倒装结构,且封装过程需要金线实现电连接,比较适用于中小功率芯片封装,常用于室内照明灯管、吸顶灯等灯具上。  垂直结构的芯片由于涉及到电极键合和外延衬底剥离工艺,相对来说工艺复杂、成本也较高,其封装过程仍然需要金线互联,但其散热效果好,比较适合中大功率LED产品。  倒装芯片相对工艺状况适中,由于其直接通过大面积金属电极导电和散热,散热效果很好,完全实现了无金线互联,使得工作可靠性显著提高,非常适合于中大功率LED应用,应用于高端照明和直下式电视机背光等要求较高的场合。  LED器件的发光效率、成本、可靠性是LED产品在照明领域推广应用急需解决的三大课题。  LED功率型器件发光效率的提升,需要从材料、外延层结构、芯片设计、封装工艺等多种途径着力提高器件的发光效率。目前LED的发光效率已经超过市场应用的光源(如荧光灯、节能灯)光效水平,低成本化成为推动占领LED市场份额最重要的力量;但在成本降低的同时又需要在保证产品具有高可靠性等品质为前提。  传统LED产业包括外延、芯片、封装和灯具产业链环节,当前产业发展态势呈现并购和投资进行产业链垂直整合以降低成本,而通过将芯片和封装的技术环节垂直整合,可以进一步降低成本。因此将传统IC领域的芯片级尺寸封装概念引入LED领域,也就是将LED芯片和封装结合起来即芯片级尺寸封装技术为LED产业的垂直整合提供了很好的技术途径。在市场需求量迅速提升,对价格下降的压力越来越大的情况下,芯片级尺寸封装技术(ChipScalePackage,以下简写为CSP)的发展就成为必然的趋势。  在三种LED芯片技术路线中,倒装芯片由于无需金线互联,且可直接在各种基板表面(PCB、陶瓷等)贴装,因此特别适合芯片级封装(直接在芯片制造阶段就完成了白光封装),形成芯片级的白光LED器件。由于倒装芯片散热好,可靠性高,能够承受大电流驱动,使得其具有很高的性价比,因此倒装芯片+芯片级封装成为了完美的组合,在LED白光器件成本和可靠性方面具有很强的优势,最近两年来成为了LED行业研究的热点和发展的主流方向。  芯片级封装的发展  CSP指的是封装体尺寸相比芯片尺寸不大于120%,且功能完整的封装元件。CSP器件的优势在于单个器件的封装简单化、小型化,尽可能降低每个器件的物料成本。CSP量产实现的产能很大,从而满足市场的爆发性增长用量的需求,通过大规模化的生产效应而拉低器件的成本。芯片级尺寸LED封装技术,由于封装体积变小,给封装技术带来了挑战,特别是LED作为光学器件,需要制作均匀的光转换层,可实现均匀光色的光学元件,且要保证封装器件的可靠性。  2013年以来,免封装绝对是LED产业界的热门话题,所谓的免封装其并不是真正省去封装环节,而是将部分封装工序提前到芯片工艺阶段完成,其实也就是芯片级封装。相继在台湾、日韩、欧美等地的LED大公司纷纷发布了类似的芯片级封装LED产品。综合各企业产品,共同的特点是基于倒装芯片的基础上,使封装体积更小,光学、热学性能更好,同时因省略了导线架与打线的步骤,使其后道工序更加便捷。

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