深度剖析：LED封装发展趋势及CSP技术前景与挑战

　　近年来，随着LED在器件材料、芯片工艺、封装制程技术等方面的研究不断进步，尤其是倒转芯片的逐渐成熟与荧光粉涂覆技术的多样化，一种新的芯片尺寸级封装CSP(Chip Scale Package)技术应运而生。由于其单元面积的光通量最大化(高光密度)以及芯片与封装BOM成本最大比(低封装成本)使其有望在lm/$上打开颠覆性的突破口。近期，CSP在业界引起较大议论，它既是众多封装形式的一种，也被行业寄予期望，被认为是一种“终极”封装形式。

　　一、白光LED封装现状

　　当前，照明已成为LED主要市场推动力。从LED照明市场渗透情况可以看出，LED照明市场大致经历了替换灯、集成LED灯具、以及下一代智慧照明应用三个发展阶段。据多家行业分析公司预测，到2020年在LED照明市场渗透率将会达到70%，LED集成光源将在灯具设计中扮演越来越重要的角色。

　　图1 LED封装市场预估;照明成为LED主要市场推动力(数据来源：Strategy Unlimited)

　　纵观白光LED封装的发展过程，为适应LED应用需求的不断更新，LED封装也随之经历了从高功率封装到中小功率封装的重心偏移。而推动这一发展趋势的主要原因，正是受0.2W～0.9W中低功率LED适合扩散性(diffuse)光源需求;液晶电视LED背光的快速产业化;球泡灯和灯管等替代灯为代表的照明市场的迅速渗透;以及5630、4014、2835、3030等PLCC的标准化形成等市场应用的推动。同时，随着商业照明和特殊照明多样化需求，下一个封装趋势是高密度封装，而COB、CSP正是实现高密度封装的代表形式。

　　图2 市场的需求推动了LED封装及功率应用的三个发展浪潮

　　1、中低功率SMD仍将扮演重要角色

　　过去几年里，中小功率LED芯片性能得以迅速提升，封装成本不断改善，使其在光效(lm/W)尤其在性价比(lm/$)方面更优于陶瓷高功率封装。加上其适合扩散性(diffuse)光源的应用，在线性与面光源中仍会成为主流。同时，随着EMC和SMC等耐高温、耐黄化材料在QFN支架中的导入，支架封装正向中高功率扩展，已突破2W级，迫使陶瓷大功率封装向更大功率(3W～5W)应用推进。

　　2、COB大力渗透商照市场

　　与此同时，另一封装形式COB逐渐在紧凑型发光面、高光密度应用中体现出其独特的优势。COB可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;COB封装设计简单，具有较好的光型及色空间均匀性;其高反射金属或陶瓷基板材料的改善，有效解决了光效寿命等可靠性问题，使其在MR16、PAR Reflector等商照应用中迅速渗透。随着倒装芯片的成熟和无金线对设计带来的灵活性，以及基板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，由此也进一步实现了高光密度、超高功率LED封装，使替代陶瓷金卤灯成为可能。

　　图3 COB封装不断挑战更高光密度;图为易美芯光MT-18G8

　　3、大功率分立式LED进一步小型化

　　过去几年，Lumileds、Cree、OSRAM等大功率LED供应商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带来的成本压力，并提升芯片承受大电流密度的能力。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，或称为Near Chip Scale Package(NCSP)。而下一代分立(Discrete)大功率LED的自然演进或许将是彻底免除陶瓷基板的CSP。

　　图4 大功率陶瓷LED尺寸缩小以降到成本并提高发光密度，直至彻底去除基板