LED封裝結構、工藝發展現狀及趨勢

　　 慧聰LED屏網報導

   　1. 前言

　　LED封裝的功能主要包括：

　　1. 機械保護， 以提高可靠性;

　　2. 加強散熱， 以降低晶片結溫， 提高LED性能;

　　3. 光學控制， 提高出光效率， 優化光束分布;

　　4. 供電管理， 包括交流/ 直流轉變， 以及電源控制等。

　　LED封裝是一個涉及到多學科( 如光學、熱學、機械、電學、力學、材料、半導體等) 的技術。(如圖1所示)從某種角度而言，LED封裝不僅是一門製造技術(Technology)， 而且也是一門基礎科學(Science)， 優秀的封裝工程師需要對熱學、光學、材料和工藝力學等物理本質有深刻的理解。最近晶片級封裝CSP吸引了大家的目光，所以現在與未來的LED封裝技術，更需要在LED封裝設計上與晶片設計上同時進行， 並且需要對光、熱、電、結構等性能統一考慮。在封裝過程中， 雖然材料( 散熱基板、螢光粉、灌封膠) 選擇很重要， 但封裝結構( 如熱學界面、光學界面) 對LED光效和可靠性影響也很大， 大功率白光LED封裝必須採用新材料， 新工藝， 新思路。小間距或Mini LED的封裝技術需要對倒裝晶片與回流焊或共晶倒裝封裝製程更深刻的理解。對於LED的技術從業者而言， 成本光效與可靠度之外，更是需要將光源、散熱、供電和燈具等集成考慮。本篇白皮書針對LED封裝技術的現狀與未來做探討，進而分析未來LED封裝的技術與產品趨勢。

　　

　　圖1 LED 封裝的組成要素。

　　2.LED技術發展大趨勢

　　LED封裝方法、材料、結構和工藝的選擇主要由晶片結構、光電/ 機械特性、具體應用和成本等因素決定的。經過40多年的發展，LED封裝先後經歷了支架式(LampLED)、貼片式(S MD LED)、功率型LED(Power LED)與COB等發展階段。如圖2 所示。

　　

　　圖2 LED 封裝不同發展階段的封裝形式

　　發展到今天，往後會走向何方?SMD? EMC? COB?還是CSP? 什麼是倒裝焊與無封裝?到底LED的封裝會走那個方向，目前還是眾說紛紜。不過從歷史趨勢來看，如圖3所示，封裝材料越來越少，材料導熱性越來越好，功率密度越來越大，封裝製程步驟來越精簡與器件越來越少是未來的趨勢，當然這離開不了晶片技術的進步。

　　

　　圖3 封裝製程步驟的精簡趨勢

　　表1是科技部半導體照明中心的中國LED的技術藍圖，從2004年開始到現在，中國一直往這個藍圖方向走，預計到未來的2022年將達到300流明瓦的目標，單燈成本將小於10塊錢，這對封裝技術而言是一項非常大的挑戰，技術進步，成本降低，海茲定律未來會繼續主導LED的方向，尤其是LED照明產業。過去十年，LED晶片效率的提升將使晶片的面積不斷減小，進而驅動了LED封裝革命，如表2所示。

　　

　　表1

　　

　　表2 LED晶片效率的提升將使晶片的面積不斷減小

　　未來晶片技術將會以提高效率降低成本為主，瑩光粉技術將以提高效率穩定性與演色指數為進步方向，LED晶片效率的提升將以階段性成長為主， 從10lm/w～80lm/w、80lm/w～100lm/w、100lm/w～150lm/w、150lm/w～200lm/w…… 當技術進步到300lm/w時對比現有的晶片效率提升了1.5～2倍，晶片的發熱量將大幅度減少( 指同體積同面積比較)，這將導致目前各種封裝技術進行大比拼，所有的技術路線趨勢將會更分化與多元，什麼產品使用什麼封裝工藝將會更固定。LED將迎來主流中有多元，多元分化但離開主流卻不遠。

責任編輯：李莉梅

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