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LED封装产业发展历程及未来趋势

导读: 从中国LED封装发展历程上看,有传统正装封装用LED芯片、有引线覆晶(Flip-Chip)封装用LED芯片和无引线覆晶封装用LED芯片等几种结构,无引线覆晶LED封装技术是未来LED封装的主流技术。

  技术进步和市场需求是LED产业发展的两大动力。LED封装经历了各种封装形态的传统正装封装和有引线倒装封装发展历程。随着市场需求变化、LED芯片制备技术和LED封装技术的发展,LED封装将主要朝着高功率、多芯片集成化、高光效及高可靠性、小型化的方向发展。

  从中国LED封装发展历程上看,有传统正装封装用LED芯片、有引线覆晶(Flip-Chip)封装用LED芯片和无引线覆晶封装用LED芯片等几种结构,无引线覆晶LED封装技术是未来LED封装的主流技术。

  一、LED封装发展历程和发展趋势

  随着芯片技术发展和市场对更高亮度的需要,各种形态的封装产品大量产生,从早期的引脚式LED器件、贴片式印制电路板(PCB)结构、聚邻苯二酰胺(PPA)、聚对苯二甲酸己二甲醇酯(PCT)及热固性环氧树酯(EMC)结构LED器件到现今的氮化铝陶瓷结构、高功率集成板上芯片封装(ChipOnBoard,COB)、各类覆晶等不同形态的封装。中国LED封装形式的演变如图1所示。

  未来LED封装将围绕照明应用,主要朝着高功率、小型化、多芯片集成化、高光效及高可靠性方向发展。为提升白光LED器件流明成本效率,解决封装器件大电流高功率工作条件下的散热、实现高光效及高可靠性等技术问题将成为新的主题。

  二、正装封装和覆晶封装优缺点

  LED封装可以简单分为正装芯片封装与覆晶封装。覆晶封装又分为有引线覆晶封装和无引线覆晶封装。覆晶封装是利用LED倒装芯片与各种封装材料通过特定的技术方案进行有效组合成产品的封装工艺。倒装芯片之所以被称为“倒装”,是相对于正装封装金属线键合(WireBonding)连接方式的工艺而言。正装封装的LED芯片电气面朝上,而LED倒装芯片的电气面朝下,相当于将前者翻转过来,故称其为“倒装芯片”,倒装LED芯片的光从蓝宝石衬底取出,不必从电流扩散层取出,不透光的电流扩散层可以加厚,增加电流密度。

  1、LED正装芯片封装

  正装芯片封装采用银胶或白胶将芯片固定在基板上,通过引线实现电气连接。银胶或白胶含环氧树脂,长期环境稳定性较差,其热阻较高,在LED长时间通电过程中粘接力逐渐变差,易导致LED寿命缩短;且引线很细,耐大电流冲击能力较差,仅能承受10g左右的作用力,当受到冷热冲击时,因各种封装材料的热失配,易导致引线断裂从而引起LED失效。单颗LED芯片正装结构如图2所示。

  LED正装芯片封装的优点是:①芯片制备工艺成熟;②封装工艺比较成熟。

  LED正装芯片封装的缺点是:①电极、焊点、引线遮光;②热传导途径很长:蓝宝石粘结胶支架金属基板;③热传导系数低:蓝宝石热传导率为20W/(m·K)、粘结胶热传导率为2W/(m·K);④热积累影响芯片和荧光粉可靠性。

  2、有引线覆晶封装

  有引线覆晶封装是通过导热粘结胶将LED倒装芯片固定在基板上,再利用金线进行电气连接。其中倒装芯片是通过植金球的方式将LED正装芯片倒装在硅(Si)衬底基板上,并在Si衬底上制备电极,形成倒装芯片。有引线覆晶封装结构图如图3所示。

  有引线覆晶封装的优点为:①蓝宝石衬底向上,无电极、焊点、引线遮光,出光效率提升;②传热效果较好,易传导。

  有引线覆晶封装的缺点为:①热传导途径较长:金属焊点→硅基板→导热粘结胶→支架热沉;②有引线连接,大电流承受能力有限,存在引线虚焊引起的可靠性问题。

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