(文章來源：嘉峪檢測網）

一、LED封裝現狀和發展趨勢

LED封裝處于LED產業的中游，介于LED外延芯片和LED照明應用2個產業環節之間，具有關鍵的橋梁紐帶作用。隨著LED半導體照明終端應用產品的拓展和普及，以及消費者在LED半導體照明光源舒適、健康、可靠等方面的更高需求，白光LED封裝的封裝形態、光色特性、可靠性面臨著新的發展需求。LED封裝企業在不斷探索新的LED封裝技術、封裝結構、封裝材料（金屬基板材料、硅膠材料、激發熒光粉材料）等，以滿足下游半導體照明應用需求。新型白光LED封裝技術的整體趨勢是在更小的發光面積里產生更多的光通量，因此，高取光效率、低熱阻、高可靠性的封裝技術是LED封裝產業發展的必由之路。

目前，大功率、高亮度的白光LED封裝器件已經成為了照明領域的發展熱點，產品功率主要為0.5～1W，產品結構主要為貼片式結構，封裝技術有多顆小功率芯片正裝集成封裝、單顆1W大功率LED芯片正裝及單顆1W Filp chip LED芯片無引線倒裝等技術并存，各有優缺點。多顆小功率芯片正裝集成封裝發光效率較高，但對芯片的一致性要求較高，且多根芯片電極連接線影響產品的可靠性；單顆1W大功率LED芯片正裝LED封裝器件發光效率相對較低，且對支架的散熱性能要求較高，增加支架成本；單顆1W Filp chip LED芯片無引線封裝LED器件發光效率介于上述2者之間，但芯片的成本有所偏高。

2017年，我國功率型白光LED產業化光效達180lm/W，離其理論值250lm/W尚有一定的差距，因此進一步提高其發光效率成為功率型白光LED器件的一個關鍵技術問題；另外，提高散熱能力也成為了功率型白光LED器件發展的另一個關鍵技術問題。

一般來說，提高LED的發光效率有2種途徑，分別是提高其內量子效率和光提取效率。其中內量子效率提升主要依托LED外延芯片制造，光提取效率提升主要依托LED封裝企業。在終端提升產品性能、降低成本和優化供應鏈的壓力下，LED封裝企業被倒逼進行技術創新，CSP芯片級封裝、倒裝LED封裝、去電源化模組封裝等新的封裝技術不斷出現，以適應市場需要。

根據LED半導體照明光源高光效、高可靠、低成本及健康照明的要求及LED封裝技術發展趨勢，研究基于多芯片內連接的高壓LED芯片封裝技術，以提高白光LED封裝器件的發光效率、可靠性及批生產合格率，降低白光LED器件封裝產業化生產工藝繁雜度及控制難度。

二、多芯片內連接高壓直流LED 封裝方法

1. 產品方案設計

現階段LED日光燈、LED面板燈等室內照明燈具及液晶電視、電腦顯示器用LED背光源等商業上使用最多的LED為正裝SMD中小功率白光LED，功率為0.2W、0.5W、1.0W，均采用藍光LED芯片激發黃色熒光粉合成白光，其藍光LED芯片使用數量、正向電壓、正向電流等情況如表1所示。

產品結構尺寸按照照明應用產品線路板要求和裝配空間，有2835(長：3.5mm×寬：2.8mm×高：0.7mm)、3 014(長：3.0mm ×寬：1.4mm ×高：0 . 8 mm )、3 5 2 8 ( 長: 3.5 mm 寬:2.8m m ×高:1.0mm )、5060(長：5.4mm×寬：5.0mm×高：1.6mm)、4014(長：4.0mm×寬：1.45mm×高：0.8mm)、5 730(長：5.7mm×寬：3.0mm×高：0.8mm)等結構，如圖1所示。

表1所述1.0W SMD白光LED的芯片裝配及電路連接如圖2所示，工藝繁雜、工效及成本對比如表2所示。為兼容表2所述３類白光LED優點，提高LED封裝工效和出光效率，降低下游應用成本及可靠性，設計了一款小電流（100mA）、高電壓(9.0 ～9.6V )SMD白光LED封裝器件。單顆功率約為1W，采用單顆藍光LED芯片激發黃色熒光粉合成白光，其裝配支架為貼片式TOP2835結構，發光芯片為單顆晶片級3芯片集成內連接高壓LED藍光芯片，晶片級3芯片集成內連接高壓LED芯片是指在LED芯片制造環節，通過刻蝕深溝槽的方式將外延片分割為3個獨立的芯粒。在3個獨立芯粒之間蒸鍍電極連接橋，將3個芯粒以串聯的方式連接起來而構成的單顆發光二極管芯片，由于單個芯粒的電壓在100mA電流驅動下約為3V，3個芯粒串聯后的單顆發光二極管芯片的電壓約為9V。產品結構示意圖如圖3所示。

2.芯片設計與制備

1W LED芯片設計成高壓直流LED芯片，正向偏置電壓設計為8.7～9.9V，工作電流設計為100mA，其結構為平行結構，由3顆小芯片串聯集成的1顆芯片。筆者研究團隊的直流高壓LED芯片結構包括：芯片底部全反射層、藍寶石襯底、生長在藍寶石襯底上的N-GaN層、發光層MQW、P-GaN層、電流擴展層（銦錫氧化物）、電極以及芯粒之間的溝道絕緣層（SWPV）和電極連接橋。同時，為提高芯片的出光效率，在芯片背面設計DBR全反射膜。芯片外形尺寸設計為：長1200μm±30μm；寬450μm±30μm；厚度150μm±15μm，電極直徑為70μm±10μm。直流高壓LED芯片的結構示意圖如圖4所示。

根據上述芯片的結構特點，在常規MOCVD工藝中，增加隔離槽刻蝕、電極連接橋蒸鍍及全反射層蒸鍍工藝，制備上述多芯片內連接高壓直流LED芯片。

3.產品制備工藝流程

通常LED封裝工藝在點膠完成后，室溫自然沉淀一段時間后進入烤箱固化成形，此種工藝因每片支架點膠先后順序、烤前放置時間不一致，加之熒光粉比重較大，導致每顆LED封裝器件的自然熒光粉沉淀程度也不一樣（沉淀差異性肉眼無法分辨），從而導致批色區良率較低。

為提升色區良率，在熒光粉點膠和封裝膠固化成形2工藝之間增加熒光粉離心沉淀工藝，以提高白光LED光色一致性。多芯片內連接高壓直流白光LED封裝工藝流程圖如圖5所示。

三、多芯片內連接高壓直流白光LED特性分析

為比較多芯片內連接高壓直流1W白光LED封裝技術與常規1W白光LED（單顆芯片1W白光LED、2顆芯片集成1W白光LED、3顆芯片集成1W白光LED）封裝技術在光電參數、封裝工藝繁簡、批合格率、可靠性等方面的優劣勢，開展了4批次1W白光LED封裝生產，支架投產數量為100片（每片可投產LED器件576個）。

對投產的4批次產品從工藝繁簡、生產耗時、批合格率、色區集中度、可靠性方面進行對比分析如下。

①工藝繁簡：較常規產品封裝，增加了一個離心沉淀工藝環節，增加了離心沉淀設備的一次性投入，但固晶、焊線工序較常規封裝簡單，且合格率高。

②生產耗時：由于多芯片內連接高壓直流1W白光LED使用單顆1W藍光LED芯片，且單顆產品的金線數量僅為2條，固晶和焊線工序耗時大大減少，從而節省人工成本及水電費等制造費用。

③多芯片內連接高壓直流1W白光LED的光通量維持率和色度維持率在投產的4批次產品中不是最佳，但綜合性能最佳。

④多芯片內連接高壓直流1W白光LED是采用熒光粉離心沉淀技術生產的白光LED器件，其97.84%產品分布在兩個主色區范圍內，色區集中度很高，大大提高了批量生產白光LED的色品批合格率，降低了烤膠工藝控制難度。

四、結語

多芯片內連接高壓直流1W白光LED采用單顆內連接高壓LED芯片封裝1W白光LED，并且在批量生產過程中采用了熒光粉離心沉淀技術，具有發光效率高、工藝控制簡單、色品集中度高、可靠性高等優點，但是還存在光通維持率和色品漂移的問題，還須進行改善和進一步研究。上述多芯片內連接高壓LED芯片功率僅為1W，可考慮延展擴大內連接高壓LED芯片的正向電壓、功率，以拓展其應用范圍；于熒光粉配制，在確保提升顯色指數的同時，不降低發光效率；可研究全光譜白光LED制備方法，提高白光LED照明的舒適性，降低藍光危害。（DOI：10.19599/j.issn.1008-892x.2018.11.012）