功率型LED 封装趋势

1概述

根据我国国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)的数据显示，2011 年我国LED 行业总规模达到1560 亿元，同比增长30%，预计到2015 年，半导体照明将占据通用照明市场30% 的份额，半导体照明产业规模将达到5000 亿元。同时，市场的竞争也愈发激烈，各LED 厂不断更新产品技术，不断推出新产品，以适应日益发展的应用需求。

　　2 技术趋势

对于LED 封装来说，其关键技术归根结底在于如何在有限的成本范围内尽可能高的提取芯片发出的光，同时降低封装热阻，提高封装可靠性。围绕着这些问题，如何进行材料选择、如何进行结构设计以及如何开展工艺实施等，使LED 满足各种应用的要求，成为LED 封装业界研究的热点。纵观目前的LED 封装行业，陶瓷基板模封硅胶、多芯片集成封装技术(即COB LED)、高压LED 应用技术等，因在技术上有其独特的优点，已成为业内的一些趋势。下面我们就来谈谈这些封装技术。

　　2.1 陶瓷基板模封硅胶

2007 年左右，Lumileds 首次推出了陶瓷基板模封硅胶产品Luxeon Rebel 系列功率型LED，其尺寸仅为3mm×4.5mm×2.1mm，随后，Cree和Osram 也推出了同类封装产品。发展到今天，这个家族在产品种类上已经非常丰富，包含了多种规格的系列产品。此类产品的特点是LED 芯片直接装配于陶瓷基板上，通过molding 工艺将硅胶半包封于基板上形成透镜，陶瓷基板分氧化铝及氮化铝两种材料，表面覆铜形成线路及电极焊盘。因陶瓷基板吸水性小，可较好的解决金属框+PPA 产品水汽从缝隙进入的问题;其次，陶瓷基板的耐温性能好，热膨胀系数与芯片比较接近，大大提高了产品的可靠性，同时，陶瓷表面的铜箔设计比较灵活，极大方便了产品的结构设计;第三，器件尺寸可做的比较小，SMD封装，符合小型化、贴片化的应用趋势。另外，封装时为百颗级以上的产品连成整片进行，比较适合大批量的生产作业，可提高生产效率，降低产品的生产成本。这类产品的推广挑战主要在于成本，一是高性能陶瓷材料的价格比较高，特别是氮化铝陶瓷，目前陶瓷基板在LED 封装中也仅在瓦级以上的产品上广泛应用;二是设备的投入相对会高一些，如硅胶molding 设备等。

2.2 芯片集成封装

COB LED 技术传统做法是将LED 芯片装配于引线框架进行封装成分立的器件，再将LED 器件焊接于印刷电路板(PCB)上，形成光源模组。这种做法的缺点主要有三方面：一是LED 芯片PN 结发出的热在流经引线框架后，还需经过焊接层(如锡层或导热胶层等)、PCB 层，才能到达灯具的散热器，而锡层或导热胶层以及普通FR4 PCB 或铝基板绝缘层的导热系数相对较低，导致整个模组的热阻非常高，无法及时将PN 结的热散出去。第二是还需经过组装焊接这道工序，增加了工艺难度及成本。另外一个缺点是这种形式的光源集成度无法做得很高。COB LED(Chip on Board)是直接将单颗或多颗LED 芯片装配于基板上的集成封装产品，它可以较好的解决上述传统做法的几个缺点，因此，目前在球泡灯等灯具上已有广泛的应用。如图一所示，结构上主要包含基板、LED 芯片、封装硅胶等材料。采用的基板主要为陶瓷基板或金属基板(常见的是铝基板)，陶瓷基板可在表面直接覆铜，实现电路及焊盘等功能，价格相对铝基板会贵一些，但因陶瓷基板绝缘性好，在灯具应用时可相对容易的实现安规设计，减少电路成本。铝基板表面也需覆铜以实现电路及焊盘层，两层之间需要绝缘胶粘结和隔离，绝缘胶的导热性能及绝缘性对铝基板性能的影响较大，考虑散热，一般需要将装片区的绝缘层挖去，直接露出铝板部分，铝板表面需做抛光或电镀处理。价格上铝基板相对比较有优势，但在灯具安规设计时需要考虑做好电绝缘设计，同时其热膨胀系数相对陶瓷来说比较大，与芯片衬底的热膨胀系数对比较大。