功率型LED 封裝趨勢

1概述

根據(jù)我國國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(CSA)的數(shù)據(jù)顯示，2011 年我國LED 行業(yè)總規(guī)模達(dá)到1560 億元，同比增長30%，預(yù)計到2015 年，半導(dǎo)體照明將占據(jù)通用照明市場30% 的份額，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到5000 億元。同時，市場的競爭也愈發(fā)激烈，各LED 廠不斷更新產(chǎn)品技術(shù)，不斷推出新產(chǎn)品，以適應(yīng)日益發(fā)展的應(yīng)用需求。

　　2 技術(shù)趨勢

對于LED 封裝來說，其關(guān)鍵技術(shù)歸根結(jié)底在于如何在有限的成本范圍內(nèi)盡可能高的提取芯片發(fā)出的光，同時降低封裝熱阻，提高封裝可靠性。圍繞著這些問題，如何進行材料選擇、如何進行結(jié)構(gòu)設(shè)計以及如何開展工藝實施等，使LED 滿足各種應(yīng)用的要求，成為LED 封裝業(yè)界研究的熱點?？v觀目前的LED 封裝行業(yè)，陶瓷基板模封硅膠、多芯片集成封裝技術(shù)(即COB LED)、高壓LED 應(yīng)用技術(shù)等，因在技術(shù)上有其獨特的優(yōu)點，已成為業(yè)內(nèi)的一些趨勢。下面我們就來談?wù)勥@些封裝技術(shù)。

　　2.1 陶瓷基板模封硅膠

2007 年左右，Lumileds 首次推出了陶瓷基板模封硅膠產(chǎn)品Luxeon Rebel 系列功率型LED，其尺寸僅為3mm×4.5mm×2.1mm，隨后，Cree和Osram 也推出了同類封裝產(chǎn)品。發(fā)展到今天，這個家族在產(chǎn)品種類上已經(jīng)非常豐富，包含了多種規(guī)格的系列產(chǎn)品。此類產(chǎn)品的特點是LED 芯片直接裝配于陶瓷基板上，通過molding 工藝將硅膠半包封于基板上形成透鏡，陶瓷基板分氧化鋁及氮化鋁兩種材料，表面覆銅形成線路及電極焊盤。因陶瓷基板吸水性小，可較好的解決金屬框+PPA 產(chǎn)品水汽從縫隙進入的問題;其次，陶瓷基板的耐溫性能好，熱膨脹系數(shù)與芯片比較接近，大大提高了產(chǎn)品的可靠性，同時，陶瓷表面的銅箔設(shè)計比較靈活，極大方便了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計;第三，器件尺寸可做的比較小，SMD封裝，符合小型化、貼片化的應(yīng)用趨勢。另外，封裝時為百顆級以上的產(chǎn)品連成整片進行，比較適合大批量的生產(chǎn)作業(yè)，可提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。這類產(chǎn)品的推廣挑戰(zhàn)主要在于成本，一是高性能陶瓷材料的價格比較高，特別是氮化鋁陶瓷，目前陶瓷基板在LED 封裝中也僅在瓦級以上的產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用;二是設(shè)備的投入相對會高一些，如硅膠molding 設(shè)備等。

2.2 芯片集成封裝

COB LED 技術(shù)傳統(tǒng)做法是將LED 芯片裝配于引線框架進行封裝成分立的器件，再將LED 器件焊接于印刷電路板(PCB)上，形成光源模組。這種做法的缺點主要有三方面：一是LED 芯片PN 結(jié)發(fā)出的熱在流經(jīng)引線框架后，還需經(jīng)過焊接層(如錫層或?qū)崮z層等)、PCB 層，才能到達(dá)燈具的散熱器，而錫層或?qū)崮z層以及普通FR4 PCB 或鋁基板絕緣層的導(dǎo)熱系數(shù)相對較低，導(dǎo)致整個模組的熱阻非常高，無法及時將PN 結(jié)的熱散出去。第二是還需經(jīng)過組裝焊接這道工序，增加了工藝難度及成本。另外一個缺點是這種形式的光源集成度無法做得很高。COB LED(Chip on Board)是直接將單顆或多顆LED 芯片裝配于基板上的集成封裝產(chǎn)品，它可以較好的解決上述傳統(tǒng)做法的幾個缺點，因此，目前在球泡燈等燈具上已有廣泛的應(yīng)用。如圖一所示，結(jié)構(gòu)上主要包含基板、LED 芯片、封裝硅膠等材料。采用的基板主要為陶瓷基板或金屬基板(常見的是鋁基板)，陶瓷基板可在表面直接覆銅，實現(xiàn)電路及焊盤等功能，價格相對鋁基板會貴一些，但因陶瓷基板絕緣性好，在燈具應(yīng)用時可相對容易的實現(xiàn)安規(guī)設(shè)計，減少電路成本。鋁基板表面也需覆銅以實現(xiàn)電路及焊盤層，兩層之間需要絕緣膠粘結(jié)和隔離，絕緣膠的導(dǎo)熱性能及絕緣性對鋁基板性能的影響較大，考慮散熱，一般需要將裝片區(qū)的絕緣層挖去，直接露出鋁板部分，鋁板表面需做拋光或電鍍處理。價格上鋁基板相對比較有優(yōu)勢，但在燈具安規(guī)設(shè)計時需要考慮做好電絕緣設(shè)計，同時其熱膨脹系數(shù)相對陶瓷來說比較大，與芯片襯底的熱膨脹系數(shù)對比較大。