LED封裝技術發(fā)展的研究與展望:無引線覆晶封裝合適能成技術主流?
LED屏網報道
技術進步和市場需求是LED產業(yè)發(fā)展的兩大動力LED封裝經歷了各種封裝形態(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芯片制備技術和LED封裝技術的發(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芯片等幾種結構無引線覆晶LED封裝技術是未來LED封裝的主流技術
一LED 封裝發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢
隨著芯片技術發(fā)展和市場對更高亮度的需要各種形態(tài)的封裝產品大量產生從早期的引腳式LED器件貼片式印制電路板P C B結構聚鄰苯二酰胺P P A聚對苯二甲酸己二甲醇酯P C T及熱固性環(huán)氧樹酯E M C結構L E D器件到現(xiàn)今的氮化鋁陶瓷結構高功率集成板上芯片封裝Chip On BoardCOB各類覆晶等不同形態(tài)的封裝中國LED封裝形式的演變如圖1所示
未來LED封裝將圍繞照明應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方案進行有效組合成產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Wire Bonding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
1LED 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致引線斷裂從而引起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熱傳導途徑很長藍寶石粘結膠支架金屬基板;③熱傳導系數(shù)低藍寶石熱傳導率為20W / mK粘結膠熱傳導率為2W/ mK;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熱粘結膠將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S i襯底基板上并在S i襯底上制備電極形成倒裝芯片有引線覆晶封裝結構圖如圖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
有引線覆晶封裝的缺點為①熱傳導途徑較長金屬焊點→硅基板→導熱粘結膠→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引線覆晶封裝結構如圖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熱傳導途徑短金錫焊點→氮化鋁陶瓷/金屬基板;⑤金屬界面導熱系數(shù)更高熱阻更小;⑥完全擺脫引線和粘結膠的束縛表現(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發(fā)展及IC芯片級微封裝技術在LED中的應用基于覆晶的無引線封裝技術將成為未來引領市場的一種LED封裝新技術
目前有芯片封裝廠商在開展無引線封裝技術研發(fā)及產業(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芯片級器件該LED芯片級器件可通過固晶回流焊工藝直接焊接到線路基板上制成光源板如圖5如CREE XQ-E三星L M131A晶電16×16免封裝芯片產品
另一種是封裝廠商采用類共晶/回流焊方式將芯片廠商推出的水平電極倒裝芯片封裝成各種無引線封裝產品如圖6如晶科電子廣州有限公司中國臺灣隆達電子股份有限公司及深圳市天電光電科技有限公司江西省晶瑞光電有限公司等推出的陶瓷基板35352016高功率C O B等功率型封裝產品
結語
目前以覆晶為基礎的無引線封裝技術主要應用在大功率的產品上和多芯片集成封裝C O B的產品上在中小功率產品的應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封裝工藝但為適應應用領域對產品結構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路線已經明確相關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(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)點仍將是半導體照明LED封裝技術的發(fā)展趨勢各類LED無引線覆晶封裝產品已在室內外照明裝飾照明及背光等領域得到應用隨著新技術出現(xiàn)和進步技術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引線覆晶封裝將進一步突顯成本和技術優(yōu)勢成為技術主流引領行業(yè)發(fā)展
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