全球芯片级LED封装技术精细化趋势明显

来源:高工LED 作者:------ 时间:2015-04-23 13:30

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        照明历来就是LED发展的重中这重,据相关资料显示,全球17%的电量用于照明,照明所用的电量主要被白炽灯和荧光灯管使用。LED 照明产品能够为用户提供更加环保、稳定、高效、安全的全新照明体验,现已成为替代传统照明产品有力的竞争者。

  目前LED在照明领域的渗透率很低,LED在照明领域的全球渗透率低于10%,其中渗透率最高的是日本,2013年达到30%,预计2017年将达到 70%。LED照明在美国的渗透率如按照灯具类型来计算,以MR16灯具的渗透率最高,已经超过10%,而其他类LED光源的LED使用率均小于10%,可见市场潜力巨大。

  2014年1月1日,美国开始禁止销售白炽灯,2014年10月1日中国开始禁白,预示着LED在照明市场中的应用将在今年到明年内爆发。未来几年内,LED在照明领域的渗透率和应用会出现一个黄金增长期。此外,LED在电视机背光、手机、和平板电脑等方面的应用也迎来了爆发式的增长期。


  “倒装芯片+芯片级封装”的完美组合

  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,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。

  其中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,使得工作可靠性显着提高,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。其中,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、高品质为前提。

  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(Chip Scale Package,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。包括台湾、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,芯片级封装的特点是在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。

  芯片级封装工艺路线主要有三种技术方案:一是先将 LED 晶圆划片,然后将倒装芯片贴装到已制作有电路的基板材料上,再进行其他封装工艺,最后划片、裂片得到单颗或多颗 LED 模块,这是目前比较流行的方式,也是比较成熟的工艺。

  其二,先将LED晶圆金属化后,经划片制作倒装LED芯片,然后把倒装LED芯片的正上方和四个侧面使用荧光层材料包覆而达到封装的目的,可直接给下游灯具客户应用。该方法是目前市场上比较普遍的做法,也是各个LED厂竞相开发的方向。

  第三,LED外延片经金属化电极完成后,直接在晶圆极进行荧光粉涂覆,经过切割、裂片实现芯片级封装,该工艺路线技术难度较大,目前尚处在产业化前期。

  综合三种方法,要实现芯片级封装的核心关键前提是在于倒装芯片的开发。晶科电子自成立以来,一直致力于倒装LED芯片的开发,建立了倒装芯片大批量生产工艺平台。



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