“倒裝芯片+芯片級封裝”是絕配

文章來源:恒光電器

發布時間:2015-12-14

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本文主要介紹了芯片級LED封裝技術的演變和未來趨勢。隨著LED的不斷發展，成本將是LED在通用照明、電視背光、手機背光等各個領域廣泛應用的主要障礙。通過產業鏈的上下游技術整合是降低成本的有效方式之一。

在本文中介紹了由倒裝芯片技術實現的芯片工藝和封裝工藝相結合的方式簡化了LED制作工藝流程。該技術白光芯片LED直接貼裝于基板上還具有更好的散熱效果，更小的體積。隨著LED照明市場的成熟和其他應用市場的發展，芯片級LED封裝技術具有光明的前景。

背景

目前，大量應用的白光LED主要是通過藍光LED激發黃色熒光粉來實現的，產業資訊，行業內藍光LED芯片技術路線包含正裝結構、垂直結構和倒裝結構三個技術方向。

正裝芯片制作工藝相對簡單，但其散熱效果不如垂直和倒裝結構，且封裝過程需要金線實現電連接，比較適用于中小功率芯片封裝，常用于室內照明燈管、吸頂燈等燈具上。

垂直結構的芯片由于涉及到電極鍵合和外延襯底剝離工藝，相對來說工藝復雜、成本也較高，其封裝過程仍然需要金線互聯，但其散熱效果好，比較適合中大功率LED產品。

倒裝芯片相對工藝狀況適中，裝修照明，由于其直接通過大面積金屬電極導電和散熱，散熱效果很好，完全實現了無金線互聯，使得工作可靠性顯著提高，非常適合于中大功率LED應用，應用于高端照明和直下式電視機背光等要求較高的場合。

LED器件的發光效率、成本、可靠性是LED產品在照明領域推廣應用急需解決的三大課題。

LED功率型器件發光效率的提升，需要從材料、外延層結構、芯片設計、封裝工藝等多種途徑著力提高器件的發光效率。目前LED的發光效率已經超過市場應用的光源（如熒光燈、節能燈）光效水平，低成本化成為推動占領LED市場份額最重要的力量；但在成本降低的同時又需要在保證產品具有高可靠性等品質為前提。

傳統LED產業包括外延、芯片、封裝和燈具產業鏈環節，當前產業發展態勢呈現并購和投資進行產業鏈垂直整合以降低成本，CE認證，而通過將芯片和封裝的技術環節垂直整合，可以進一步降低成本。因此將傳統IC領域的芯片級尺寸封裝概念引入LED領域，也就是將LED芯片和封裝結合起來即芯片級尺寸封裝技術為LED產業的垂直整合提供了很好的技術途徑。在市場需求量迅速提升，對價格下降的壓力越來越大的情況下，芯片級尺寸封裝技術（Chip Scale Package,以下簡寫為“CSP”）的發展就成為必然的趨勢。

在三種LED芯片技術路線中，倒裝芯片由于無需金線互聯，且可直接在各種基板表面（PCB、陶瓷等）貼裝，因此特別適合芯片級封裝（直接在芯片制造階段就完成了白光封裝），形成芯片級的白光LED器件。由于倒裝芯片散熱好，照明方案，可靠性高，能夠承受大電流驅動，使得其具有很高的性價比，因此“倒裝芯片+芯片級封裝”成為了完美的組合，在LED白光器件成本和可靠性方面具有很強的優勢，商業照明，最近兩年來成為了LED行業研究的熱點和發展的主流方向。

芯片級封裝的發展

CSP指的是封裝體尺寸相比芯片尺寸不大于120%，且功能完整的封裝元件。CSP器件的優勢在于單個器件的封裝簡單化、小型化，盡可能降低每個器件的物料成本。CSP量產實現的產能很大，CE認證，從而滿足市場的爆發性增長用量的需求，通過大規模化的生產效應而拉低器件的成本。芯片級尺寸LED封裝技術，由于封裝體積變小，給封裝技術帶來了挑戰，特別是LED作為光學器件，需要制作均勻的光轉換層，可實現均勻光色的光學元件，且要保證封裝器件的可靠性。

2013年以來，免封裝絕對是LED產業界的熱門話題，所謂的免封裝其并不是真正省去封裝環節，而是將部分封裝工序提前到芯片工藝階段完成，店鋪照明，其實也就是芯片級封裝。相繼在臺灣、日韓、歐美等地的LED大公司紛紛發布了類似的芯片級封裝LED產品。綜合各企業產品，共同的特點是基于倒裝芯片的基礎上，使封裝體積更小，光學、熱學性能更好，同時因省略了導線架與打線的步驟，使其后道工序更加便捷。

芯片級封裝工藝路線主要有三種技術方案。

一是先將LED 晶圓劃片，然后將倒裝芯片貼裝到已制作有電路的基板材料上，再進行其他封裝工藝，最后劃片、裂片得到單顆或多顆LED 模塊，這是目前比較流行的方式，也是比較成熟的工藝。

其二，先將LED晶圓金屬化后，經劃片制作倒裝LED芯片，然后把倒裝LED芯片的正上方和四個側面使用熒光層材料包覆而達到封裝的目的，可直接給下游燈具客戶應用。該方法是目前市場上比較普遍的做法，各個LED廠競相開發的方向。

第三，LED外延片經金屬化電極完成后，直接在晶圓級進行熒光粉涂覆，LED球泡燈，經過切割、裂片實現芯片級封裝，該工藝路線技術難度較大，目前尚處在產業化前期。

綜合三種方法，要實現芯片級封裝的核心關鍵前提是在于倒裝芯片的開發。

在國內，企業資訊，晶科電子早在2012年推出了第一代芯片級光源產品，實現批量化生產和銷售，稱之為“芯片級無金線封裝”，升級的第三代芯片級光源產品如圖1。晶科電子利用在倒裝芯片技術工藝平臺的基礎上，發揮芯片研發與量產的技術優勢，LED照明工程，結合先進的封裝技術，已經實現了芯片級白光LED的開發與量產即白光芯片如圖2所示。

芯片級封裝產品的應用

由倒裝芯片實現的芯片級白光LED即白光芯片，可直接貼裝于PCB板上，省去支架或基板，工藝上節省了固晶、打線環節，大大簡化了LED產業鏈的環節，方便下游客戶應用，節省成本。如下圖3比較了白光芯片應用與傳統LED應用的工藝流程差別，很明顯可以看出白光芯片應用的簡便性。