易美芯光刘国旭：下一代白光封装技术演变

白光LED封装过去十年的快速发展一直围绕着对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率的重心偏移。推动此趋势的主要原因是由液晶电视LED背光的快速产业化，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）尤其在性价比（lm/$）方面优于陶瓷高功率封装。而随着EMC和SMC等耐高温、耐黄化材料在PLCC支架中的导入，PLCC支架封装进一步向中高功率扩展。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逐渐在紧凑型发光面、高光密度应用中得到应用并体现其优势。COB将多颗芯片直接阵列排布在高反射金属或陶瓷基板上，免去了单颗LED的分立式封装后再集成。其在MR16、PAR Reflector等商照应用中渗透迅速，具有较好的光型及色空间均匀性。随着倒装芯片的成熟，无金线对设计带来的灵活性，以及材料散热与反射率的提升，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？这是大功率LED供应商如 Lumis、Cree、OSRAM过去几年积极探索的课题。其纷纷着力改进原有陶瓷封装技术，凭借其先进的大功率倒装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较低的生产效率造成的成本压力。比如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，趋近了芯片本身的尺寸, 成为Near Chip Scale Package 或NCSP。

下一代分立（Discrete）LED的自然演进或许将是彻底免除陶瓷基板的CSP。当陶瓷基板的尺寸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，有利于热的快速传导到线路板。同时随着倒装芯片的成熟，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。除了在机械结构和热膨胀失配上对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GGI或AuSn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切割后，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。核心工艺围绕着荧光粉的涂布技术，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则适合指向性光源，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作为一种新技术，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，白光转换所需的工艺及均匀性，直接影响色温落Bin率及色空间分布。第三，CSP对SMT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，都将影响到焊点的空洞率及柔韧性，从而影响产品的散热及可靠性。第四，由于没有基板或的保护及应力过渡，LED与PCB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合的产品应用。下游客户对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 All。CSP作为一种新的封装技术，有望成为下一代分立LED器件的主要封装形式。随着SMD贴片设备及工艺精准度的提升，CSP也可向小延伸，在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在手机闪光灯应用中已批量生产，韩国厂商在直下式电视也已开始导入。易美芯光作为国内较早从事CSP研发的公司，已成功开发出1313及1111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，以及手机闪光灯的应用也在开发中。

文章来源于 ： 中国LED照明产业网