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LED封裝發(fā)展趨勢及(jí)CSP技術前(qián)景與(yǔ)挑戰

2018-09-07

近年來(lái),隨著LED在器(qì)件材料、芯片工藝、封(fēng)裝製程技術等方麵的研究不斷進步,尤其是(shì)倒轉芯片的逐漸成熟與熒光粉塗覆技術的多樣化,一種新的芯片尺寸級封裝CSP(Chip Scale Package)技術應運而生。由於其單元(yuán)麵積的光通量化(高光密度)以及芯片與封裝BOM成本比(低封(fēng)裝成本)使其有望在lm/$上打開(kāi)顛覆(fù)性的突破口。近期,CSP在業界(jiè)引起較大議論,它既(jì)是眾多封裝(zhuāng)形(xíng)式的一種,也被行業寄予期(qī)望,被(bèi)認為是一種“終極”封裝形式。
一、白光LED封裝現狀
       當前,照明已成為LED主要市場推動力。從LED照明市場(chǎng)滲透情況可以看出,LED照明市場大致(zhì)經曆了替換燈、集成(chéng)LED燈具、以及下一代智慧照明應用三個發展階段。據多家行業分(fèn)析公司預測,到2020年在LED照明市場滲透率將會達到(dào)70%,LED集成光(guāng)源將在燈具設計中扮演越來越重(chóng)要(yào)的角色。
       縱觀白光LED封裝的發展過程,為適應LED應用需求的不斷更新,LED封裝也隨之經曆了從(cóng)高功率(lǜ)封裝(zhuāng)到(dào)中小功率封裝的重心偏移。而(ér)推動這一發展(zhǎn)趨勢(shì)的主要原(yuán)因,正是受0.2W~0.9W中低功率LED適合擴散性(diffuse)光源需求;液晶電視LED背光的快速產(chǎn)業化;球泡燈和(hé)燈管等替代燈為代(dài)表的照明市場(chǎng)的迅速滲透(tòu);以及5630、4014、2835、3030等PLCC的(de)標準化形成等市場應用的推動。同時,隨著商(shāng)業照明和特殊照(zhào)明(míng)多樣(yàng)化需求,下一個封(fēng)裝趨勢是高密度封裝,而COB、CSP正是實現高密度封裝的代表(biǎo)形式(shì)。
1、中低功率SMD仍將扮演重要角色
       過去幾年裏(lǐ),中小功率LED芯片性能得以(yǐ)迅速(sù)提升,封裝成本(běn)不斷改善,使其在光效(lm/W)尤其在性價(jià)比(lm/$)方麵更優於陶瓷高功率封裝(zhuāng)。加上其適合擴散性(diffuse)光源的應用,在線性與(yǔ)麵光源中仍會成為主流。同時,隨著EMC和SMC等耐高(gāo)溫、耐黃化材料在QFN支架中的導入,支架封裝正向(xiàng)中高功率擴展,已(yǐ)突破2W級,迫使陶瓷大功率封裝向更大功率(3W~5W)應用推進。
2、COB大力滲透(tòu)商照市場
        與此同時,另一封裝形式COB逐漸在緊湊型發光麵、高光密度應用中體現出其的優勢。COB可(kě)將多顆(kē)芯片直接陣列(liè)排布在高反射金屬或陶瓷基板上,免去了單顆LED的分立式封裝後(hòu)再集成;COB封裝設計簡單,具有較好(hǎo)的光型及色空間均勻性;其高反(fǎn)射(shè)金屬(shǔ)或陶瓷基板材料的改善,有效解決了光效壽命等可靠性問題,使其在MR16、PAR Reflector等商照應用中迅速(sù)滲透。隨著倒裝芯片的成熟和無金線對設計帶來的靈活性(xìng),以及基板材料散熱與反射率的提升,將幾十顆甚至幾(jǐ)百顆LED集成到同一基(jī)板上已成為可能,由(yóu)此也進一步實現了高光密(mì)度、功率LED封裝,使替代陶瓷金鹵(lǔ)燈成為可能。
3、大功率分(fèn)立式LED進(jìn)一步小型化
        過去幾年,Lumileds、Cree、OSRAM等大功率LED供應商紛紛著力改進原有陶瓷封裝技術,憑借其先進的大功率(lǜ)倒裝芯片或垂(chuí)直結構(gòu)芯片,逐(zhú)漸使封裝小(xiǎo)型化,以降低由於昂貴的(de)陶瓷(cí)基板及較低的生產效率帶來的成本壓力,並提升芯片承受大電流密度的能力。比如,Cree公司的X-lamp係列,在不降(jiàng)低、甚至提高光通量的前提下從原來(lái)的3535變到2525,再進一步減少到1616,趨近了芯(xīn)片本身的尺寸,或稱為Near Chip Scale Package(NCSP)。而下(xià)一代分立(Discrete)大功率LED的自然演進或許將是免除陶瓷基板的CSP。
二、下一代白光(guāng)封裝趨勢
        什麽是CSP封裝?與NCSP有哪些不同?又具有哪些優勢?IPC標準J-STD-012對CSP封裝(zhuāng)的(de)定義是封裝體的麵積不(bú)大(dà)於芯片麵積的20%。
1、CSP與(yǔ) NCSP (免基板(bǎn)vs帶基板)
       當陶瓷基板的尺寸做到和芯片尺寸幾乎一樣大小時,其逐漸失去了幫助LED散熱(熱擴散)的功能。相反,如果去掉陶瓷基板,則去掉了一層熱界麵,有利於熱的快速傳(chuán)導到線路(lù)板。同時,隨著倒(dǎo)裝芯片的成熟,陶瓷基板作為絕緣材料對PN電極線路(lù)的再分布(re-distribution)的功能已不再需要。除了在機械結構和熱膨脹(zhàng)失配(pèi)上對LED起到一定保護作用,陶瓷基板對芯片的電隔離和熱傳導(dǎo)的重要功能已基本喪失。

        免去基板同時是傳(chuán)統陶瓷封裝固晶所需的GGI或(huò)AuSn共晶焊接可以改為低成本的SAC焊錫。並借助倒裝芯片,免去金線及焊線步驟,降低(dī)了封裝成本(běn)。

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