LED封裝的功能主要包括:
1. 機械保護(hu), 以提高可靠(kao)性; 2. 加強散熱, 以(yi)降(jiang)低芯片結溫, 提高LED性能; 3. 光學控(kong)制(zhi), 提高出(chu)光效率, 優化光束(shu)分布(bu); 4. 供電管理, 包括交流/ 直(zhi)流轉(zhuan)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(zhong)角度而言,LED封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)不僅是(shi)一(yi)(yi)門(men)制(zhi)造技(ji)術(shu)(shu)(Technology), 而且(qie)也是(shi)一(yi)(yi)門(men)基(ji)礎科學(xue)(xue)(Science), 優秀的(de)封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)工(gong)程(cheng)師需(xu)(xu)要(yao)對(dui)(dui)(dui)熱(re)學(xue)(xue)、光(guang)(guang)學(xue)(xue)、材料(liao)和工(gong)藝(yi)力(li)學(xue)(xue)等物(wu)理本(ben)質(zhi)有深刻的(de)理解。最近芯(xin)片(pian)級封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)CSP吸引了(le)大家(jia)的(de)目光(guang)(guang)，所以現在(zai)與(yu)未來(lai)的(de)LED封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)技(ji)術(shu)(shu)，更(geng)需(xu)(xu)要(yao)在(zai)LED封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)設計上與(yu)芯(xin)片(pian)設計上同時(shi)進行(xing), 并(bing)且(qie)需(xu)(xu)要(yao)對(dui)(dui)(dui)光(guang)(guang)、熱(re)、電(dian)、結構(gou)等性(xing)(xing)能(neng)統一(yi)(yi)考慮(lv)。在(zai)封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)過程(cheng)中, 雖然材料(liao)( 散熱(re)基(ji)板(ban)、熒光(guang)(guang)粉、灌(guan)封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)膠) 選擇很(hen)重(zhong)要(yao), 但封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)結構(gou)( 如熱(re)學(xue)(xue)界面、光(guang)(guang)學(xue)(xue)界面) 對(dui)(dui)(dui)LED光(guang)(guang)效(xiao)和可靠(kao)性(xing)(xing)影響也很(hen)大, 大功率白光(guang)(guang)LED封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)必(bi)須采用(yong)新(xin)(xin)材料(liao), 新(xin)(xin)工(gong)藝(yi), 新(xin)(xin)思(si)路。小(xiao)間距或Mini LED的(de)封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)技(ji)術(shu)(shu)需(xu)(xu)要(yao)對(dui)(dui)(dui)倒裝(zhuang)(zhuang)芯(xin)片(pian)與(yu)回(hui)流焊(han)或共晶倒裝(zhuang)(zhuang)封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)制(zhi)程(cheng)更(geng)深刻的(de)理解。對(dui)(dui)(dui)于LED的(de)技(ji)術(shu)(shu)從業者而言, 成本(ben)光(guang)(guang)效(xiao)與(yu)可靠(kao)度之(zhi)外，更(geng)是(shi)需(xu)(xu)要(yao)將光(guang)(guang)源、散熱(re)、供電(dian)和燈(deng)具(ju)等集成考慮(lv)。本(ben)篇白皮(pi)書(shu)針對(dui)(dui)(dui)LED封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)技(ji)術(shu)(shu)的(de)現狀(zhuang)與(yu)未來(lai)做探討，進而分析(xi)未來(lai)LED封(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)的(de)技(ji)術(shu)(shu)與(yu)產品趨(qu)勢。
圖1 LED 封裝的(de)組(zu)成(cheng)要素(su)。
LED封裝方法、材料、結構和(he)(he)工藝的選(xuan)擇主要由芯片結構、光電/ 機械特性、具體應(ying)用(yong)和(he)(he)成本等(deng)因素(su)決定的。經過40多年的發展,LED封裝先后經歷了支架式(shi)(LampLED)、貼片式(shi)(S MD LED)、功(gong)率型LED(Power LED)與(yu)COB等(deng)發展階段。如(ru)圖2 所示。
圖2 LED 封裝不(bu)同(tong)發(fa)展階(jie)段(duan)的封裝形式
發展(zhan)到今天，往后會走(zou)向何方(fang)？SMD? EMC? COB?還是(shi)(shi)CSP? 什么是(shi)(shi)倒裝(zhuang)(zhuang)焊(han)與(yu)(yu)無封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)？到底LED的封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)會走(zou)那個方(fang)向，目(mu)前(qian)還是(shi)(shi)眾(zhong)說紛(fen)紜。不過從(cong)歷史趨(qu)(qu)勢來(lai)看，如圖3所示，封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)材料越(yue)來(lai)越(yue)少，材料導熱性越(yue)來(lai)越(yue)好(hao)，功率密度越(yue)來(lai)越(yue)大(da)，封(feng)(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)制程步驟來(lai)越(yue)精簡與(yu)(yu)器件越(yue)來(lai)越(yue)少是(shi)(shi)未(wei)來(lai)的趨(qu)(qu)勢，當然這離開(kai)不了芯片技術的進步。
圖3 封裝制程步驟的精簡趨勢
表(biao)(biao)1是(shi)科技部(bu)半導(dao)體照(zhao)明(ming)中(zhong)心(xin)的(de)中(zhong)國(guo)LED的(de)技術(shu)(shu)藍(lan)圖，從2004年(nian)開始到現在，中(zhong)國(guo)一(yi)(yi)直往這(zhe)個藍(lan)圖方(fang)向走，預(yu)計(ji)到未來的(de)2022年(nian)將(jiang)達到300流明(ming)瓦的(de)目(mu)標，單(dan)燈成本將(jiang)小于10塊錢，這(zhe)對封(feng)裝(zhuang)技術(shu)(shu)而言是(shi)一(yi)(yi)項非(fei)常大的(de)挑戰(zhan)，技術(shu)(shu)進(jin)步(bu)，成本降低，海茲(zi)定律未來會繼續主(zhu)導(dao)LED的(de)方(fang)向，尤其是(shi)LED照(zhao)明(ming)產業。過去十(shi)年(nian)，LED芯片效(xiao)率(lv)的(de)提升將(jiang)使芯片的(de)面積不斷減小，進(jin)而驅動了LED封(feng)裝(zhuang)革命，如表(biao)(biao)2所示(shi)。
表1
表2 LED芯片效率的提升將使芯片的面(mian)積不斷(duan)減小(xiao)
未來(lai)芯(xin)片技術(shu)(shu)將(jiang)會以(yi)提(ti)高效(xiao)率降低成本(ben)為主(zhu)(zhu)，瑩(ying)光粉技術(shu)(shu)將(jiang)以(yi)提(ti)高效(xiao)率穩定性與演(yan)色指(zhi)(zhi)數為進(jin)步(bu)方向(xiang)，LED芯(xin)片效(xiao)率的提(ti)升將(jiang)以(yi)階段(duan)性成長為主(zhu)(zhu), 從10lm/w~80lm/w、80lm/w~100lm/w、100lm/w~150lm/w、150lm/w~200lm/w…… 當(dang)技術(shu)(shu)進(jin)步(bu)到300lm/w時對比現有(you)的芯(xin)片效(xiao)率提(ti)升了1.5~2倍，芯(xin)片的發(fa)熱(re)量(liang)將(jiang)大幅度減(jian)少( 指(zhi)(zhi)同體積同面積比較)，這將(jiang)導致目前(qian)各(ge)種(zhong)封(feng)裝技術(shu)(shu)進(jin)行(xing)大比拼，所有(you)的技術(shu)(shu)路(lu)線趨勢(shi)將(jiang)會更分化與多(duo)(duo)元(yuan)，什么產品使用什么封(feng)裝工藝將(jiang)會更固定。LED將(jiang)迎來(lai)主(zhu)(zhu)流(liu)中有(you)多(duo)(duo)元(yuan)，多(duo)(duo)元(yuan)分化但離開主(zhu)(zhu)流(liu)卻不遠。
隨著芯片(pian)功率密度的(de)(de)不斷增(zeng)大(da), 特別(bie)是(shi)半(ban)導體照明技術發展(zhan)的(de)(de)需(xu)求, 對LED封裝的(de)(de)光學(xue)、熱學(xue)、電學(xue)和機(ji)械結(jie)構(gou)等提(ti)出了新的(de)(de)、更(geng)高(gao)的(de)(de)要求。
由(you)前文所敘(xu)述得知，高光(guang)效(xiao)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展路線可以預見現有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)工(gong)藝(yi)與封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)材料并不(bu)能適用(yong)(yong)于(yu)(yu)未來的(de)(de)(de)(de)(de)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)要(yao)求(qiu)。由(you)于(yu)(yu)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)內量(liang)子效(xiao)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)升所以產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)會減少(shao)，芯(xin)(xin)片(pian)(pian)有(you)源(yuan)層的(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效(xiao)電流(liu)密度(du)會大(da)(da)幅(fu)度(du)上升。芯(xin)(xin)片(pian)(pian)整體發(fa)熱(re)量(liang)減少(shao)了,所以對于(yu)(yu)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)形式的(de)(de)(de)(de)(de)散熱(re)面積要(yao)求(qiu)也會減少(shao), 目前采用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)厚重散熱(re)的(de)(de)(de)(de)(de)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)結(jie)構將會發(fa)生(sheng)(sheng)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)變化，所以LED芯(xin)(xin)片(pian)(pian)效(xiao)率(lv)(lv)提(ti)高使芯(xin)(xin)片(pian)(pian)面積大(da)(da)幅(fu)度(du)減小(xiao)，從而(er)改變封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式，使單一器件的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)輸出大(da)(da)大(da)(da)增加，現在，單顆高效(xiao)率(lv)(lv)LED芯(xin)(xin)片(pian)(pian)面積大(da)(da)幅(fu)度(du)減小(xiao)（250mil2=60LM）。發(fa)熱(re)變少(shao)與應(ying)(ying)用(yong)(yong)上對單一LED光(guang)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)高光(guang)通量(liang)需求(qiu)使集(ji)成(cheng)(cheng)化封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)主流(liu)。集(ji)成(cheng)(cheng)化封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)LED器件的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)聚集(ji)效(xiao)應(ying)(ying)使LED器件的(de)(de)(de)(de)(de)整體導熱(re)效(xiao)率(lv)(lv)變得極為(wei)(wei)重要(yao)。能夠大(da)(da)幅(fu)度(du)減低熱(re)阻(zu)的(de)(de)(de)(de)(de)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)可能成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)LED芯(xin)(xin)片(pian)(pian)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)主流(liu)，倒(dao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)回流(liu)焊(han)(han)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)只要(yao)解(jie)決(jue)芯(xin)(xin)片(pian)(pian)良(liang)率(lv)(lv)與成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)問(wen)題，這將會革命性(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)減低封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)，會使非金(jin)線焊(han)(han)接(jie)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)倒(dao)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)大(da)(da)規模應(ying)(ying)用(yong)(yong)。當然仿PC硬度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)硅(gui)膠成(cheng)(cheng)型(xing)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)、非球面的(de)(de)(de)(de)(de)二次光(guang)學透鏡技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)等(deng)出光(guang)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)都將成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)LED封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)技(ji)(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)基礎。定向定量(liang)點膠工(gong)藝(yi)、圖形化涂膠工(gong)藝(yi)、二次靜電噴(pen)瑩光(guang)粉工(gong)藝(yi)、膜層壓法三(san)基色熒光(guang)粉涂布(bu)工(gong)藝(yi)、芯(xin)(xin)片(pian)(pian)沉積加壓法等(deng)白光(guang)工(gong)藝(yi)都將應(ying)(ying)用(yong)(yong)在LED封裝工藝中，將會改善LED器件的出光效率與光色分布(bu)。
1.SMD的發(fa)展趨勢
SMD封裝(zhuang)， 是(shi)Surface Mounted Devices的(de)(de)(de)縮寫， 意為：表面貼裝(zhuang)器件， 它是(shi)SMT(Surface Mount Technology 中(zhong)文: 表面黏著技術) 元器件中(zhong)的(de)(de)(de)一種。目(mu)前SMD是(shi)封裝(zhuang)技術的(de)(de)(de)最(zui)大宗產品(pin)，尤(you)其是(shi)2835型(xing)的(de)(de)(de)封裝(zhuang)型(xing)式目(mu)前幾乎占據(ju)了主流照(zhao)明市(shi)場，預測未來五(wu)年內SMD還會是(shi)LED的(de)(de)(de)主流，但是(shi)會逐(zhu)步降低比率，但是(shi)維持半壁江山還是(shi)有機會的(de)(de)(de)，未來SMD會有下列趨勢迎(ying)接(jie)其它技術的(de)(de)(de)競爭：
a) 中功率(lv)(lv)成(cheng)為(wei)主流(liu)封裝(zhuang)方式(shi)。目前市場上的(de)產(chan)品(pin)多(duo)為(wei)大功率(lv)(lv)LED產(chan)品(pin)或是小功率(lv)(lv)LED產(chan)品(pin)，它們(men)雖各有優(you)點，但(dan)也(ye)有著(zhu)無法克服的(de)缺(que)陷。而結合兩者優(you)點的(de)中功率(lv)(lv)LED產(chan)品(pin)應運而生，成(cheng)為(wei)主流(liu)封裝(zhuang)方式(shi)。
b) 新材料(liao)在封裝中的應用(yong)。由于(yu)耐(nai)高溫、抗紫外以(yi)及(ji)低吸水率等更(geng)高更(geng)好的環境耐(nai)受性(xing)， 熱固型材料(liao)EMC(Epoxy Molding Compound)、熱塑性(xing)PCT、改性(xing)PPA以(yi)及(ji)類陶瓷(ci)塑料(liao)等材料(liao)將(jiang)會(hui)被廣(guang)泛應用(yong)。
c) 相(xiang)較(jiao)于PPA或是陶瓷(ci)基板，EMC封裝方案為(wei)采用環(huan)氧樹脂材(cai)料(liao)(liao)為(wei)主，更容易(yi)實現(xian)大規模的(de)量大生產需求，透過量的(de)擴增進(jin)一步(bu)壓縮制(zhi)造成(cheng)本，另外(wai)環(huan)氧樹脂材(cai)料(liao)(liao)應用更為(wei)彈性，不僅(jin)尺(chi)寸可(ke)以輕(qing)易(yi)重新設計，加上材(cai)料(liao)(liao)更小、更容易(yi)進(jin)行切割(ge)處(chu)理，終端產品(pin)元(yuan)器件的(de)設計更為(wei)靈(ling)活、彈性，所制(zhi)成(cheng)的(de)終端光(guang)源組件可(ke)在小體積上驅動高瓦數，尤其在0.2W~2W左右(you)的(de)光(guang)源產品(pin)極具(ju)競爭力。
目前COB應用逐漸得到(dao)普及，憑借低熱阻(zu)、光(guang)(guang)型好、免焊接(jie)以(yi)及成(cheng)(cheng)本低廉等優勢，COB應用在今(jin)后將會繼續滲(shen)透。COB封(feng)(feng)裝(zhuang)工(gong)(gong)藝有(you)非常(chang)多的(de)(de)優勢，甩掉了支(zhi)架表貼焊接(jie)這個環節，COB封(feng)(feng)裝(zhuang)工(gong)(gong)藝是直接(jie)將LED裸芯(xin)片固定到(dao)焊盤上，所以(yi)散熱面積相對傳(chuan)統(tong)(tong)封(feng)(feng)裝(zhuang)工(gong)(gong)藝要大，材料綜合熱傳(chuan)導系數也高(gao)，散熱性好。這也是保證(zheng)COB封(feng)(feng)裝(zhuang)高(gao)可靠性因素中權(quan)重最高(gao)的(de)(de)一個因素。COB封(feng)(feng)裝(zhuang)省去了燈珠面過回流(liu)焊工(gong)(gong)藝，不(bu)再造成(cheng)(cheng)傳(chuan)統(tong)(tong)封(feng)(feng)裝(zhuang)工(gong)(gong)藝回流(liu)焊爐內高(gao)溫對LED芯(xin)片和焊線(xian)失效。另外(wai)可以(yi)跟其它(ta)元器件集成(cheng)(cheng)封(feng)(feng)裝(zhuang)式的(de)(de)光(guang)(guang)引擎(qing)也是COB的(de)(de)很大優勢，集成(cheng)(cheng)封(feng)(feng)裝(zhuang)式光(guang)(guang)引擎(qing)也許(xu)會是未(wei)來COB技術的(de)(de)主流(liu)之一。
SIP(System in Package) 是近(jin)幾年來(lai)為(wei)(wei)適應整機的(de)(de)(de)便攜式(shi)發(fa)展(zhan)和(he)系統(tong)小(xiao)(xiao)型化的(de)(de)(de)要求, 在系統(tong)芯片 System on Chip(SOC) 基(ji)礎上發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)(de)(de)一種新(xin)型封(feng)裝(zhuang)集成(cheng)方(fang)式(shi)。對(dui)SIP-LED而(er)言, 不僅可(ke)以(yi)(yi)在一個封(feng)裝(zhuang)內(nei)組裝(zhuang)多個發(fa)光(guang)(guang)芯片,還可(ke)以(yi)(yi)將各(ge)種不同類型的(de)(de)(de)器件(jian)( 如電源、控制電路、光(guang)(guang)學微結(jie)構(gou)、傳感器等(deng)) 集成(cheng)在一起(qi), 構(gou)建成(cheng)一個更(geng)為(wei)(wei)復雜(za)的(de)(de)(de)、完整的(de)(de)(de)系統(tong)。同其他(ta)封(feng)裝(zhuang)結(jie)構(gou)相比,SIP具有(you)工(gong)(gong)藝兼容(rong)性好( 可(ke)利用已有(you)的(de)(de)(de)電子封(feng)裝(zhuang)材料和(he)工(gong)(gong)藝), 集成(cheng)度(du)(du)高(gao)(gao), 成(cheng)本低, 可(ke)提(ti)供更(geng)多新(xin)功能(neng), 易(yi)于(yu)分塊測試, 開發(fa)周期短等(deng)優點。當然COB在光(guang)(guang)效與發(fa)光(guang)(guang)密(mi)度(du)(du)的(de)(de)(de)參數也是大家比較關(guan)注的(de)(de)(de)焦點，根據報導，在Ra>80，R9>0的(de)(de)(de)高(gao)(gao)光(guang)(guang)色質(zhi)量下，目前國(guo)(guo)內(nei)COB最高(gao)(gao)光(guang)(guang)效的(de)(de)(de)數據高(gao)(gao)達162lm/W，最高(gao)(gao)流(liu)明密(mi)度(du)(du)可(ke)以(yi)(yi)到達88lm/mm2，但是在105lm/W的(de)(de)(de)光(guang)(guang)效之下，流(liu)明密(mi)度(du)(du)更(geng)可(ke)以(yi)(yi)達到220lm/mm2，與美(mei)國(guo)(guo)的(de)(de)(de)cree的(de)(de)(de)280lm/mm2還是有(you)不小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)差(cha)距，但是已經接近(jin)國(guo)(guo)際(ji)大廠(chang)的(de)(de)(de)水平(ping)。
3.CSP 的發展趨勢
CSP的(de)(de)(de)(de)(de)全名是(shi)芯(xin)片級(ji)封裝(zhuang)（Chip Scale Package）,就(jiu)是(shi)目前封裝(zhuang)業界最(zui)怕的(de)(de)(de)(de)(de)無(wu)封裝(zhuang)制(zhi)程，如圖(tu)4 所(suo)示，CSP無(wu)需(xu)支架(jia)、金(jin)線(xian)等(deng)傳統封裝(zhuang)工藝(yi)中(zhong)必須的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)要部件(jian)(jian)材料及固晶(jing)、焊金(jin)線(xian)等(deng)封裝(zhuang)主(zhu)要裝(zhuang)備。CSP的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)術定義為(wei)將封裝(zhuang)體積(ji)(ji)(ji)(ji)和LED芯(xin)片一致、或(huo)是(shi)封裝(zhuang)體積(ji)(ji)(ji)(ji)應不大(da)于LED芯(xin)片20%，且(qie)LED仍(reng)能具備完整功能的(de)(de)(de)(de)(de)封裝(zhuang)器件(jian)(jian)，而(er)CSP技(ji)術所(suo)追(zhui)求的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)在器件(jian)(jian)體積(ji)(ji)(ji)(ji)盡可能微縮、減小，卻(que)仍(reng)須維持相同芯(xin)片所(suo)應有的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)效，而(er)關鍵器件(jian)(jian)體積(ji)(ji)(ji)(ji)減小后最(zui)直(zhi)接的(de)(de)(de)(de)(de)特點就(jiu)能實(shi)踐(jian)低成本(ben)、小發光(guang)面積(ji)(ji)(ji)(ji)、更(geng)長組件(jian)(jian)使用壽命的(de)(de)(de)(de)(de)設計目的(de)(de)(de)(de)(de)，再(zai)加上(shang)小體積(ji)(ji)(ji)(ji)器件(jian)(jian)也表示二(er)次光(guang)學(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)相關光(guang)學(xue)(xue)處理(li)優(you)化彈性更(geng)高、處理(li)成本(ben)更(geng)低，制(zhi)成的(de)(de)(de)(de)(de)燈具產品能在極小光(guang)學(xue)(xue)結構實(shi)踐(jian)最(zui)高亮度與最(zui)大(da)發光(guang)角度。
圖4
CSP發展(zhan)到現(xian)在(zai)，如(ru)圖5所示，技(ji)術路線(xian)始終(zhong)有兩個方(fang)向，單面(mian)(mian)發光(guang)(guang)與(yu)五(wu)面(mian)(mian)發光(guang)(guang)，三(san)星LED發展(zhan)CSP之初，是(shi)為了大尺寸背光(guang)(guang)用(yong)途，使(shi)用(yong)技(ji)術比較(jiao)(jiao)簡單的(de)(de)五(wu)面(mian)(mian)發光(guang)(guang)技(ji)術，同樣的(de)(de)技(ji)術路線(xian)是(shi)首爾半導(dao)體的(de)(de)WICOP，用(yong)來應用(yong)于通用(yong)照明(ming)市(shi)場(chang)。單面(mian)(mian)發光(guang)(guang)技(ji)術有日亞與(yu)亮銳(rui)的(de)(de)CSP產(chan)品，由于是(shi)單面(mian)(mian)發光(guang)(guang)，所以工藝(yi)比較(jiao)(jiao)復雜，需要(yao)在(zai)器件(jian)的(de)(de)側面(mian)(mian)鍍反射(she)膜，成本(ben)會比較(jiao)(jiao)高(gao)，但是(shi)此產(chan)品可以用(yong)于高(gao)階的(de)(de)應用(yong)例如(ru)汽(qi)車照明(ming)與(yu)手機照相(xiang)的(de)(de)閃光(guang)(guang)燈(deng)，所以目前(qian)是(shi)CSP技(ji)術的(de)(de)未來趨勢。
圖5
如圖6所(suo)示，目(mu)前日亞(ya)化學在(zai)單面發光(guang)CSP技術(shu)處(chu)于領(ling)先地(di)位(wei)，單面發光(guang)技術(shu)相對與SMD，除了價(jia)格目(mu)前比較高(gao)以(yi)外，有非常(chang)絕對的優勢，可以(yi)用在(zai)特殊照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)的市場應(ying)用，例如電子產品的手機照(zhao)(zhao)(zhao)相機閃光(guang)燈(deng)(deng)(deng)與液(ye)晶(jing)背光(guang)，汽車(che)大(da)燈(deng)(deng)(deng)，戶外照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)的路(lu)燈(deng)(deng)(deng)隧道燈(deng)(deng)(deng)與投光(guang)燈(deng)(deng)(deng)，以(yi)及高(gao)密度COB產品都(dou)可以(yi)使用。未來(lai)隨著大(da)批量CSP制(zhi)造(zao)技術(shu)成(cheng)熟，CSP會持(chi)續滲(shen)透(tou)到(dao)更多的照(zhao)(zhao)(zhao)明(ming)應(ying)用。
圖6
目前國內廠商的(de)CSP的(de)亮度(du)表現(xian)已經接近(jin)日(ri)(ri)韓水(shui)平，市(shi)面上可以(yi)(yi)量產(chan)(chan)1W級的(de)光(guang)效可以(yi)(yi)到(dao)達(da)205lm / W（350mA，cRI 80+，5000K），3W級的(de)產(chan)(chan)品也可以(yi)(yi)達(da)到(dao)190lm/ W（750mA，cRI 70+，5000K） 的(de)光(guang)效，5W封裝技術(shu)可以(yi)(yi)到(dao)達(da)170lm/ W（1200mA，CRI70+，5000K）的(de)光(guang)效。性價(jia)比更是甩(shuai)開日(ri)(ri)韓相關(guan)產(chan)(chan)品，但是由于(yu)品牌與專利(li)的(de)關(guan)系，目前主流應用例如汽車(che)照明或閃(shan)光燈市場還是很難(nan)進入。
1) 芯片超電流密度會繼續增加。
今后芯片超電流密度(du)，將(jiang)由(you)0.5mA/mil2 發(fa)展為1mA/mil2，甚至更高(gao)。而芯片需求電壓(ya)將(jiang)會更低，更平滑(hua)的VI曲線( 發(fa)熱量低)，以及ESD 與VF 兼(jian)顧。
2) 適用于情景照明的多色LED光源。
情景照(zhao)明將是LED照(zhao)明的核(he)心(xin)競爭力，而未來LED照(zhao)明的第二(er)次(ci)起飛則需要依(yi)靠情景照(zhao)明來實現。
3) 光效需求相對降低，性價比成為封裝廠制勝法寶。
今(jin)后(hou)室內照(zhao)(zhao)明不會太關注(zhu)光效，而(er)會更注(zhu)重(zhong)光的品質(zhi)。而(er)隨著封裝技術提(ti)高(gao)，LED燈具(ju)成本降低成為替代傳統照(zhao)(zhao)明源(yuan)的動。
4) 去電源方案( 高壓LED)。
今后室內照明將更關注品質，而在成本(ben)因素驅(qu)動下，去電源方(fang)案逐步會成為可(ke)(ke)接受的產品，而高(gao)壓LED充分迎合(he)了去電源方(fang)案，但其(qi)需要解決的是芯(xin)片可(ke)(ke)靠性(xing)需要加強。
5) 國際國內標準進一步完善。
相信隨(sui)著LED封裝技(ji)術的(de)不斷(duan)精進，國內國際上(shang)對于LED產品的(de)質(zhi)量標準也會不斷(duan)完善(shan)。
6) 更高光品質的需求。
主要是針對室(shi)內照(zhao)明(ming)，企業會以LED室(shi)內照(zhao)明(ming)產品RA達(da)到80為(wei)(wei)標(biao)準，以RA達(da)到90為(wei)(wei)目標(biao)，盡量使照(zhao)明(ming)產品的光(guang)色(se)接近普蘭克曲線，這樣的光(guang)才(cai)能夠均勻、無眩光(guang)。
顯示屏未(wei)來的封裝大趨(qu)勢
過去(qu)顯示屏的(de)封裝有(you)直插(cha)式、SMD 與(yu)COB三個主(zhu)流(liu)方(fang)向(xiang)，但是隨(sui)著小(xiao)間距的(de)要求越(yue)來越(yue)多，COB會越(yue)來越(yue)是未(wei)來的(de)主(zhu)流(liu)。直插(cha)式與(yu)SMD封裝工(gong)藝在固晶焊線方(fang)面與(yu)COB封裝沒(mei)有(you)區別(bie)，它最(zui)大(da)的(de)區別(bie)在于使用了支架。
大家都知道，支架一般有四個焊腿，需要通過SMT焊接到PCB板上。因此COB封裝工藝相比直插式和SMD封裝工藝最大的不同之處在于單燈省去了一個支架，因此也就節省了燈珠面過回流焊機的表貼焊接處理工藝。為什么COB會是未來技術的主流呢？以下是顯示屏用的COB優勢：
1）超輕薄：可根據客(ke)戶的(de)實(shi)際需求，采用厚(hou)度(du)從0.4-1.2mm厚(hou)度(du)的(de)PCB板(ban)，使重量最少(shao)降低到(dao)原來傳統(tong)產品(pin)的(de)1/3，可為客(ke)戶顯著降低結構(gou)、運輸和工程成本。 2）防撞抗(kang)壓：COB產(chan)品是直接將LED芯片封裝(zhuang)在PCB板的凹形燈位內(nei)，然后用環氧樹(shu)脂膠封裝(zhuang)固化(hua)，燈點表面(mian)凸起(qi)成球面(mian)，光(guang)滑而堅硬(ying)，耐撞耐磨(mo)。 3）大視(shi)角：COB封(feng)裝采用的(de)是淺井球面發光，視(shi)角大于175度，接近180度，而(er)且(qie)具有更優(you)秀的(de)光學漫散色(se)渾光效(xiao)果。 4）可(ke)(ke)(ke)彎曲：可(ke)(ke)(ke)彎曲能力(li)是COB封裝(zhuang)所獨有的(de)特性，PCB的(de)彎曲不會對封裝(zhuang)好(hao)的(de)LED芯片造成破(po)壞，因此使用COB模塊(kuai)(kuai)可(ke)(ke)(ke)方便(bian)地制(zhi)作(zuo)LED弧(hu)形(xing)屏(ping)，圓(yuan)形(xing)屏(ping)，波浪(lang)形(xing)屏(ping)。是酒吧、夜總會個性化造型(xing)屏(ping)的(de)理想基材。可(ke)(ke)(ke)做(zuo)到(dao)無縫隙(xi)拼(pin)接，制(zhi)作(zuo)結構簡(jian)單，而且價格遠(yuan)遠(yuan)低于柔性線路板和傳(chuan)統顯示屏(ping)模塊(kuai)(kuai)制(zhi)作(zuo)的(de)LED異(yi)形(xing)屏(ping)。 5）散(san)熱(re)能力強(qiang)：COB產品是把燈(deng)封(feng)裝(zhuang)在PCB板(ban)上，通過PCB板(ban)上的(de)(de)銅箔快速(su)將燈(deng)芯的(de)(de)熱(re)量傳(chuan)出(chu)，而且PCB板(ban)的(de)(de)銅箔厚度(du)都有(you)嚴(yan)格的(de)(de)工藝(yi)要求，加上沉金工藝(yi)，幾乎不(bu)會造成嚴(yan)重的(de)(de)光衰(shuai)減。所以很少死(si)燈(deng)，大大延長了LED顯示屏(ping)的(de)(de)壽(shou)命。 6）耐(nai)磨、易清潔：燈點(dian)(dian)表(biao)面(mian)凸起成球面(mian)，光(guang)滑而(er)堅硬(ying)，耐(nai)撞耐(nai)磨；出(chu)現壞點(dian)(dian)，可以逐點(dian)(dian)維修(xiu)；沒有面(mian)罩，有灰塵(chen)用(yong)水或布即可清潔。 7）全天(tian)候(hou)優(you)良特性：采用三重防護處理，防水(shui)、潮、腐、塵、靜(jing)電(dian)、氧化、紫外效果突出；滿足全天(tian)候(hou)工作條件(jian)，零下(xia)30度到(dao)零上80度的(de)(de)(de)(de)溫差環(huan)境仍可正常使用。由上面的(de)(de)(de)(de)趨勢(shi)來(lai)看(kan)，由于SMD需要解(jie)(jie)決焊腳問(wen)題(ti)，一(yi)個(ge)燈珠有四個(ge)焊腳，那么隨著顯示(shi)屏的(de)(de)(de)(de)密度更高(gao)，單(dan)位平方(fang)米(mi)中(zhong)所使用的(de)(de)(de)(de)燈珠將(jiang)會更多，焊腳將(jiang)會越(yue)來(lai)越(yue)密，這(zhe)(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)不解(jie)(jie)決，對于表貼來(lai)說小(xiao)型化是(shi)(shi)一(yi)個(ge)非常大(da)的(de)(de)(de)(de)挑戰，COB把支(zhi)架(jia)這(zhe)(zhe)一(yi)部分略過(guo)，幾(ji)百萬個(ge)焊點(dian)的(de)(de)(de)(de)難題(ti)全部被拋之腦后，小(xiao)型化做(zuo)(zuo)起來(lai)更輕松(song)。所以(yi)未來(lai)的(de)(de)(de)(de)顯示(shi)屏技(ji)術會往COB方(fang)向(xiang)走是(shi)(shi)毋(wu)庸(yong)置疑(yi)的(de)(de)(de)(de)，COB封裝(zhuang)最大(da)的(de)(de)(de)(de)技(ji)術優(you)勢(shi)就(jiu)是(shi)(shi)直(zhi)接在PCB板(ban)上進行封裝(zhuang)，不受燈珠的(de)(de)(de)(de)限制，所以(yi)，對于COB來(lai)說點(dian)間距這(zhe)(zhe)個(ge)說法(fa)并不科(ke)學，理論上來(lai)說，COB封裝(zhuang)想要達到(dao)高(gao)密，是(shi)(shi)非常容易的(de)(de)(de)(de)，借用行業人士一(yi)句話來(lai)說，COB封裝(zhuang)就(jiu)是(shi)(shi)為小(xiao)間距量身打造的(de)(de)(de)(de)，如果RGB的(de)(de)(de)(de)倒裝(zhuang)芯片逐漸往小(xiao)芯片技(ji)術方(fang)向(xiang)走，甚(shen)(shen)至(zhi)未來(lai)的(de)(de)(de)(de)Mini LED甚(shen)(shen)至(zhi)Micro LED都會往這(zhe)(zhe)個(ge)技(ji)術趨勢(shi)做(zuo)(zuo)顯示(shi)產品(pin)。
Mini LED與Micro LED
Mini LED是(shi)(shi)指芯片尺(chi)寸(cun)(cun)約在(zai)100微米左右的(de)(de)(de)(de)(de)(de)LED，Mini LED的(de)(de)(de)(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)(cun)介于傳統(tong)LED與(yu)Micro LED之間，目(mu)前(qian)主要應(ying)(ying)用在(zai)超小間距顯(xian)示屏與(yu)傳統(tong)LED背(bei)(bei)(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)基礎上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)改(gai)良(liang)(liang)版本的(de)(de)(de)(de)(de)(de)mini LED背(bei)(bei)(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)。而(er)Micro LED是(shi)(shi)LED微縮化(hua)(hua)和矩(ju)陣(zhen)化(hua)(hua)技(ji)(ji)術，簡單(dan)來說(shuo)(shuo)，就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)將LED背(bei)(bei)(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)源進行薄膜化(hua)(hua)、微小化(hua)(hua)、陣(zhen)列化(hua)(hua)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)讓(rang)LED發(fa)光(guang)(guang)(guang)單(dan)元(yuan)像素小于100微米，每個(ge)(ge)RGB次像素發(fa)光(guang)(guang)(guang)單(dan)元(yuan)在(zai)20微米到30微米之間，與(yu)OLED一樣能(neng)夠(gou)實現每個(ge)(ge)圖元(yuan)單(dan)獨定制，單(dan)獨驅動發(fa)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)自發(fa)光(guang)(guang)(guang)顯(xian)示技(ji)(ji)術。如果(guo)從結(jie)構原理上(shang)來看， Micro LED結(jie)構更(geng)簡單(dan)，但是(shi)(shi)它最(zui)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)難(nan)題(ti)就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)眾所周(zhou)知的(de)(de)(de)(de)(de)(de)巨量轉移，而(er)LED的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微小化(hua)(hua)技(ji)(ji)術也(ye)是(shi)(shi)難(nan)題(ti)之二，當(dang)然如何保證(zheng)良(liang)(liang)率接近(jin)(jin)100%更(geng)是(shi)(shi)Micro LED最(zui)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)挑戰(zhan)，比方(fang)說(shuo)(shuo)， 4K級別的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Micro LED中(zhong)尺(chi)寸(cun)(cun)顯(xian)示器，需要2,488萬個(ge)(ge)以(yi)(yi)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)RGB三色Micro LED高度(du)集成(cheng)，而(er)且(qie)不(bu)能(neng)有壞點，難(nan)度(du)可(ke)(ke)想而(er)知，短期內要量產(chan)還(huan)需要很(hen)長的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時間。從工藝(yi)制程上(shang)看，Mini LED相較于Micro LED來說(shuo)(shuo)，工藝(yi)更(geng)接近(jin)(jin)目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一般LED，良(liang)(liang)率更(geng)好控制，在(zai)顯(xian)示屏應(ying)(ying)用上(shang)，可(ke)(ke)以(yi)(yi)做出(chu)解析度(du)非常(chang)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)影(ying)屏幕，背(bei)(bei)(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)應(ying)(ying)用上(shang)可(ke)(ke)以(yi)(yi)搭配(pei)軟(ruan)性基板(ban)(ban)達成(cheng)高曲面(mian)背(bei)(bei)(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形式(shi)，采用局(ju)部調光(guang)(guang)(guang)設計，擁(yong)有更(geng)好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)演色性與(yu)對(dui)比度(du)，能(neng)帶給液晶(jing)面(mian)板(ban)(ban)更(geng)為(wei)精(jing)細的(de)(de)(de)(de)(de)(de)畫(hua)面(mian)，且(qie)厚度(du)也(ye)趨近(jin)(jin)OLED，同時具有省電(dian)功(gong)能(neng)。所以(yi)(yi)，很(hen)可(ke)(ke)能(neng)mini LED在(zai)未來兩到三年會支撐(cheng)LCD對(dui)抗OLED技(ji)(ji)術，但是(shi)(shi)隨(sui)著OLED良(liang)(liang)率提升與(yu)柔性OLED技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)熟(shu)，mini LED背(bei)(bei)(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)將會節節敗退，而(er)在(zai)這三年左右的(de)(de)(de)(de)(de)(de)緩沖期中(zhong)，Micro LED能(neng)否突破(po)技(ji)(ji)術瓶(ping)頸，將良(liang)(liang)率與(yu)成(cheng)本進行革命性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)突破(po)，將關系(xi)到LED與(yu)OLED最(zui)終的(de)(de)(de)(de)(de)(de)勝負，人類的(de)(de)(de)(de)(de)(de)終極(ji)顯(xian)示技(ji)(ji)術，誰會是(shi)(shi)最(zui)終王者，也(ye)許三年后(hou)就(jiu)(jiu)會有最(zui)終的(de)(de)(de)(de)(de)(de)答案。