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CSP领域2

易美芯光刘国旭:下一代白光封装技术演变

 

白光LED封装过去十年?#30446;?#36895;发展一直围?#35889;?#23545;光效和成本的不懈追求。一种封装形式如果能在价格上打开颠覆性的突破口,它将在市场竞争中胜出并抢占先机。近期被各大芯片厂以及封装厂相继推出的芯片尺寸级封装CSP(Chip Scale Package),在业界引起较大争议。它既是众多封装形式的一种,也因其免封装的特性,被行业寄予期望。

 

纵观白光LED封装,随着LED应用市场的不断需求,国际主流LED器件经历了以陶瓷封装为代表的高功率HB-LED到以PLCC结构为代表的中小功?#23454;?#37325;心偏移。推动此趋势的主要原因是由液晶电视LED背光?#30446;?#36895;产业化,到以球泡灯和灯管等替代灯为代表的市场的迅速渗透。中小功率LED芯片的性能在此期间得以迅速提升,封装成本改善取得突破,使其在光效(lm/W)?#32469;?#22312;性价比(lm/$)方面优于陶瓷高功率封装。而随着EMCSMC等耐高温、?#31361;?#21270;材料在PLCC支架中的导入,PLCC支架封装进一?#36739;?#20013;高功率扩展。紧逼陶瓷大功率所占据的瓦级LED路灯及筒灯等商业照明市场。

 

与此同时,另一封装形式COB逐渐在紧?#25307;?#21457;光面、高光密度应用中得到应用并体现其优势。COB将多颗芯片直接阵?#20449;?#24067;在高?#29943;?#37329;属或陶瓷基板上,免去了单颗LED的分立式封装后再集成。其在MR16PAR Reflector等商照应用中渗透迅速,具有较好的光?#22270;?#33394;空间均匀性。随着倒装芯片?#26576;?#29087;,无金线对设计带来的灵活性,以及材料散热与?#29943;瀆实?#25552;升,将几十颗甚至几百颗LED集成到同一基板上已成为可能,从而进一步实现超高功率LED封装。

 

陶瓷大功率封装在中功率及COB两面夹击中今后如何发展?#31354;?#26159;大功率LED供应商如 LumisCreeOSRAM过去几年积极探索?#30446;?#39064;。其?#36861;?#30528;力改进原有陶瓷封装技术,凭借其先进的大功?#23454;?#35013;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?#31995;?#30340;生产效?#35797;?#25104;?#26576;?#26412;压力。?#28909;?span lang="EN-US">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?#26576;?#23544;, 成为Near Chip Scale Package NCSP

 

下一代分立(DiscreteLED的自然演进或许将是彻底免除陶瓷基板的CSP。当陶瓷基板?#26576;?#23544;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?#30446;?#36895;传导到线路板。同时随着倒装芯片?#26576;?#29087;,陶瓷基板作为绝缘材料对PN电极线路的再分布(re-distribution)作用已不复存在。除了在机?#21040;?#26500;和热膨胀失配上对LED起到一定保护作用,在SMD贴片时相对较容易以外,基板在电和热的主要功能已基本丧失。

 

由于免去了,传统封装固晶所需的GGIAuSn共晶焊接可以改为低成本的SAC焊锡,并借助倒装芯片,免去了金线,大大降低了封装BOM成本;同时少了L1固晶的工序,降低了封装成本。 

 

在性能方面,由于CSP的小发光面、高光密特性,易于光学设计及应用灵活性。利用倒装芯片的电极设计,电流分配更均匀,减缓了droop效应,适合更大电流驱动,同时减少了光吸收,而且无表面电极挡光,可以进一步提升光效。

 

实现CSP的白光工艺有多种方式。最理想的涂布是在晶圆Wafer上进行,这种封装过程又称晶圆级封装(WLP)。然而,采取这样工艺实现的荧光粉涂布,只覆盖了的表面,蓝光通过蓝宝石从四周漏出,影响色空间分布的均匀性。 

 

因此市面上主流技术路线仍是把圆片?#25032;?#21518;,在方片上进行荧光粉涂布,再测试,编带。此过程与传统封装工艺更加相似。核心工艺围?#35889;?#33639;光粉的涂?#25216;?#26415;,包括喷胶,封模,及荧光膜贴装等多种方式,各有其优势。

 

常见的CSP光学结构则有5面发光和单面发光两种,其发光角度不同。5面发光CSP更适合应用在全周光球泡灯,如果采用中小尺寸倒装芯片,还可在灯管及测人是电视背光中使用。而单面发光CSP则适?#29616;?#21521;性光源,或用于搭配二次光学应用在、、直下式电视背光和闪光灯等。

 

CSP作为一?#20013;?#25216;术,必然有其局限与挑战。首先CSP依赖于倒装芯片技术的提升,这包括芯片成本、光效、可靠性,以及芯片耐ESD的击穿能力。其次,白光转换所需的工?#21344;?#22343;匀性,直接影响色温落Bin率及色空间分布。第三,CSPSMT贴片的精度要求更高,免清洗助焊剂及锡膏的选择以及回流焊温度曲线的管控,都将影响到焊点?#30446;?#27934;率及柔韧性,从而影响产品的散热及可靠性。第?#27169;?#30001;于没有基板或的保护及应力过渡,LEDPCB的热膨胀系数差异较大,由此所产生的应力将直接影响芯片的信赖性。

 

每一种封装形式都有其所最适?#31995;?#20135;品应用。下游?#31361;?#23545;封装的选择和需求各有不同,没有一款封装形式可以做到One for AllCSP作为一?#20013;?#30340;封装技术,有望成为下一代分立LED器件的主要封装形式。随着SMD贴片设备及工?#31449;级?#30340;提升,CSP?#37096;上?#23567;?#30001;歟?#22312;中功率应用中将与正装PLLC封装进行市场竞争。

 

目前CSP已经在某些应用中显示其价值。Lumis在?#21482;?#38378;光灯应用中?#38597;?#37327;生产,韩国厂商在直下式电视也已开始导入。易美芯光作为国内?#26174;?#20174;事CSP研发的公司,已成功开发出13131111等系列产品,配合特殊二次透镜可以把直下式电视中LED颗数减少三分之一甚至一半,降低了系统成本,同时由于该产品散热及电流密度的优势,亮度可以更高,满足了4K/2K以及高色域对亮度的要求。另外,在通用全周光球灯及灯具上,以及?#21482;?#38378;光灯的应用也在开发中。

 

文章来源于 : 中国LED照明产业网

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