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LED封装发展趋势及CSP技术前景与挑战

发布日期:2018-09-07 作者:无锡市华东灯饰有限公司 点击:

近年来,随着LED在器件材料、芯片工艺、封装制程技术等方面的研究不断进步,尤其是倒转芯片的逐渐成熟与荧光粉涂覆技术的多样化,一种新的芯片尺寸级封装CSP(Chip Scale Package)技术应运而生。由于其单元面积的光通量化(高光密度)以及芯片与封装BOM成本比(低封装成本)使其有望在lm/$上打开颠覆性的突破口。近期,CSP在业界引起较大议论,它既是众多封装形式的一种,也被行业寄予期望,被认为是一种“终极”封装形式。
一、白光LED封装现状
       当前,照明已成为LED主要市场推动力。从LED照明市场渗透情况可以看出,LED照明市场大致经历了替换灯、集成LED灯具、以及下一代智慧照明应用三个发展阶段。据多家行业分析公司预测,到2020年在LED照明市场渗透率将会达到70%,LED集成光源将在灯具设计中扮演越来越重要的角色。
       纵观白光LED封装的发展过程,为适应LED应用需求的不断更新,LED封装也随之经历了从高功率封装到中小功率封装的重心偏移。而推动这一发展趋势的主要原因,正是受0.2W~0.9W中低功率LED适合扩散性(diffuse)光源需求;液晶电视LED背光的快速产业化;球泡灯和灯管等替代灯为代表的照明市场的迅速渗透;以及5630、4014、2835、3030等PLCC的标准化形成等市场应用的推动。同时,随着商业照明和特殊照明多样化需求,下一个封装趋势是高密度封装,而COB、CSP正是实现高密度封装的代表形式。
1、中低功率SMD仍将扮演重要角色
       过去几年里,中小功率LED芯片性能得以迅速提升,封装成本不断改善,使其在光效(lm/W)尤其在性价比(lm/$)方面更优于陶瓷高功率封装。加上其适合扩散性(diffuse)光源的应用,在线性与面光源中仍会成为主流。同时,随着EMC和SMC等耐高温、耐黄化材料在QFN支架中的导入,支架封装正向中高功率扩展,已突破2W级,迫使陶瓷大功率封装向更大功率(3W~5W)应用推进。
2、COB大力渗透商照市场
        与此同时,另一封装形式COB逐渐在紧凑型发光面、高光密度应用中体现出其的优势。COB可将多颗芯片直接阵列排布在高反射金属或陶瓷基板上,免去了单颗LED的分立式封装后再集成;COB封装设计简单,具有较好的光型及色空间均匀性;其高反射金属或陶瓷基板材料的改善,有效解决了光效寿命等可靠性问题,使其在MR16、PAR Reflector等商照应用中迅速渗透。随着倒装芯片的成熟和无金线对设计带来的灵活性,以及基板材料散热与反射率的提升,将几十颗甚至几百颗LED集成到同一基板上已成为可能,由此也进一步实现了高光密度、功率LED封装,使替代陶瓷金卤灯成为可能。
3、大功率分立式LED进一步小型化
        过去几年,Lumileds、Cree、OSRAM等大功率LED供应商纷纷着力改进原有陶瓷封装技术,凭借其先进的大功率倒装芯片或垂直结构芯片,逐渐使封装小型化,以降低由于昂贵的陶瓷基板及较低的生产效率带来的成本压力,并提升芯片承受大电流密度的能力。比如,Cree公司的X-lamp系列,在不降低、甚至提高光通量的前提下从原来的3535变到2525,再进一步减少到1616,趋近了芯片本身的尺寸,或称为Near Chip Scale Package(NCSP)。而下一代分立(Discrete)大功率LED的自然演进或许将是免除陶瓷基板的CSP。
二、下一代白光封装趋势
        什么是CSP封装?与NCSP有哪些不同?又具有哪些优势?IPC标准J-STD-012对CSP封装的定义是封装体的面积不大于芯片面积的20%。
1、CSP与 NCSP (免基板vs带基板)
       当陶瓷基板的尺寸做到和芯片尺寸几乎一样大小时,其逐渐失去了帮助LED散热(热扩散)的功能。相反,如果去掉陶瓷基板,则去掉了一层热界面,有利于热的快速传导到线路板。同时,随着倒装芯片的成熟,陶瓷基板作为绝缘材料对PN电极线路的再分布(re-distribution)的功能已不再需要。除了在机械结构和热膨胀失配上对LED起到一定保护作用,陶瓷基板对芯片的电隔离和热传导的重要功能已基本丧失。

        免去基板同时是传统陶瓷封装固晶所需的GGI或AuSn共晶焊接可以改为低成本的SAC焊锡。并借助倒装芯片,免去金线及焊线步骤,降低了封装成本。

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