近年來，隨著LE紅外線發(fā)射管D在器件材料、芯片工藝、封裝制程技術(shù)等方面的研究不斷進(jìn)步，尤其是倒轉(zhuǎn)芯片的逐漸成熟與熒光粉涂覆技術(shù)的多樣化，一種新的芯片尺寸級封裝CSP(Chip Scale Package)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于其單元面積的光通量最大化(高光密度)以及芯片與封裝BOM成本最大比(低封裝成本)使其有望在lm/$上打開顛覆性的突破口。近期，CSP在業(yè)界引起較大議論，它既是眾多封裝形式的一種，也被行業(yè)寄予期望，被認(rèn)為是一種“終極”封裝形式。

一、白光LED封裝現(xiàn)狀

       當(dāng)前，照明已成為LED主要市場推動(dòng)力。從LED照明市場滲透情況可以看出，LED照明市場大致經(jīng)歷了替換燈、集成LED燈具、以及下一代智慧照明應(yīng)用三個(gè)發(fā)展階段。據(jù)多家行業(yè)分析公司預(yù)測，到2020年在LED照明市場滲透率將會(huì)達(dá)到70%，LED集成光源將在燈具設(shè)計(jì)中扮演越來越重要的角色。

       縱觀白光LED封裝的發(fā)展過程，為適應(yīng)LED應(yīng)用需求的不斷更新，LED封裝也隨之經(jīng)歷了從高功率封裝到中小功率封裝的重心偏移。而推動(dòng)這一發(fā)展趨勢的主要原因，正是受0.2W～0.9W中低功率LED適合擴(kuò)散性(diffuse)光源需求;液晶電視LED背光的快速產(chǎn)業(yè)化;球泡燈和燈管等替代燈為代表的照明市場的迅速滲透;以及5630、4014、2835、3030等PLCC的標(biāo)準(zhǔn)化形成等市場應(yīng)用的推動(dòng)。同時(shí)，隨著商業(yè)照明和特殊照明多樣化需求，下一個(gè)封裝趨勢是高密度封裝，而COB、CSP正是實(shí)現(xiàn)高密度封裝的代表形式。

1、中低功率SMD仍將扮演重要角色

       過去幾年里，中小功率LED芯片性能得以迅速提升，封裝成本不斷改善，使其在光效(lm/W)尤其在性價(jià)比(lm/$)方面更優(yōu)于陶瓷高功率封裝。加上其適合擴(kuò)散性(diffuse)光源的應(yīng)用，在線性與面光源中仍會(huì)成為主流。同時(shí)，隨著EMC和SMC等耐高溫、耐黃化材料在QFN支架中的導(dǎo)入，支架封裝正向中高功率擴(kuò)展，已突破2W級，迫使陶瓷大功率封裝向更大功率(3W～5W)應(yīng)用推進(jìn)。

2、COB大力滲透商照市場

        與此同時(shí)，另一封裝形式COB逐漸在緊湊型發(fā)光面、高光密度應(yīng)用中體現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢。COB可將多顆芯片直接陣列排布在高反射金屬或陶瓷基板上，免去了單顆LED的分立式封裝后再集成;COB封裝設(shè)計(jì)簡單，具有較好的光型及色空間均勻性;其高反射金屬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(yīng)用中迅速滲透。隨著倒裝芯片的成熟和無金線對設(shè)計(jì)帶來的靈活性，以及基板材料散熱與反射率的提升，將幾十顆甚至幾百顆LED集成到同一基板上已成為可能，由此也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高光密度、超高功率LED封裝，使替代陶瓷金鹵燈成為可能。

3、大功率分立式LED進(jìn)一步小型化

        過去幾年，Lumileds、Cree、OSRAM等大功率LED供應(yīng)商紛紛著力改進(jìn)原有陶瓷封裝技術(shù)，憑借其先進(jìn)的大功率倒裝芯片或垂直結(jié)構(gòu)芯片，逐漸使封裝小型化，以降低由于昂貴的陶瓷基板及較低的生產(chǎn)效率帶來的成本壓力，并提升芯片承受大電流密度的能力。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從原來的3535變到2525，再進(jìn)一步減少到1616，趨近了芯片本身的尺寸，或稱為Near Chip Scale Package(NCSP)。而下一代分立(Discrete)大功率LED的自然演進(jìn)或許將是徹底免除陶瓷基板的CSP。

二、下一代白光封裝趨勢

        什么是CSP封裝?與NCSP有哪些不同?又具有哪些優(yōu)勢?IPC標(biāo)準(zhǔn)J-STD-012對CSP封裝的定義是封裝體的面積不大于芯片面積的20%。

1、CSP與 NCSP (免基板vs帶基板)

       當(dāng)陶瓷基板的尺寸做到和芯片尺寸幾乎一樣大小時(shí)，其逐漸失去了幫助LED散熱(熱擴(kuò)散)的功能。相反，如果去掉陶瓷基板，則去掉了一層熱界面，有利于熱的快速傳導(dǎo)到線路板。同時(shí)，隨著倒裝芯片的成熟，陶瓷基板作為絕緣材料對PN電極線路的再分布(re-distribution)的功能已不再需要。除了在機(jī)械結(jié)構(gòu)和熱膨脹失配上對LED起到一定保護(hù)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(shí)是傳統(tǒng)陶瓷封裝固晶所需的GGI或AuSn共晶焊接可以改為低成本的SAC焊錫。并借助倒裝芯片，免去金線及焊線步驟，降低了封裝成本。

2、白光CSP的優(yōu)勢

         除了上述提到的潛在降低成本優(yōu)勢外，在燈具設(shè)計(jì)上，由于CSP封裝尺寸大大減小，可使燈具設(shè)計(jì)更加靈活，結(jié)構(gòu)也會(huì)更加緊湊簡潔。在性能上，由于CSP的小發(fā)光面、高光密特性，易于光學(xué)指向性控制;利用倒裝芯片的電極設(shè)計(jì)，使其電流分配更家均衡，適合更大電流驅(qū)動(dòng);Droop效應(yīng)的減緩，以及減少了光吸收，使CSP具有進(jìn)一步提升光效的空間。在工藝上， 藍(lán)寶石使熒光粉與芯片MQW區(qū)的距離增加，熒光粉溫度更低，白光轉(zhuǎn)換效率也更高。

3、CSP的工藝技術(shù)

         實(shí)現(xiàn)CSP的白光工藝有多種方式，最理想的熒光粉涂布是在晶圓Wafer上進(jìn)行，這種封裝過程又稱晶圓級封裝(WLP)。然而，采取這樣工藝實(shí)現(xiàn)的熒光粉涂布，只覆蓋了芯片的表面，藍(lán)光通過藍(lán)寶石從四周漏出，影響色空間分布的均勻性。如果芯片廠不是采取WLP(晶圓級封裝)的方式來實(shí)現(xiàn)熒光粉涂覆，其進(jìn)行CSP生產(chǎn)并不比封裝廠更具備優(yōu)勢。雖然可以去除藍(lán)寶石，采用薄膜芯片(TFFC)或垂直結(jié)構(gòu)芯片(LLO)可以減少漏光，但工藝成本非常高。

         因此，市面上主流技術(shù)路線仍是把圓片切割后，在方片上進(jìn)行熒光粉涂布，再測試、編帶，此過程與傳統(tǒng)封裝工藝更加相似。核心工藝圍繞著熒光粉的涂布技術(shù)，包括噴膠，封模，印刷、及熒光膜貼裝等多種方式，各工藝都有其優(yōu)勢與挑戰(zhàn)。

4、CSP的結(jié)構(gòu)與光學(xué)

       常見的CSP光學(xué)結(jié)構(gòu)則分為5面發(fā)光和單面發(fā)光兩種，其發(fā)光角度不同，分別是160度左右和120度左右。5面發(fā)光CSP更適合應(yīng)用在全周光球泡燈，如果采用中小尺寸倒裝芯片，還可在燈管及測人式電視背光中使用。而單面發(fā)光CSP則適合指向性光源，或用于搭配二次光學(xué)應(yīng)用在射燈、路燈、直下式電視背光和閃光燈等。

三、白光CSP的應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)

       CSP的主要應(yīng)用在哪里?當(dāng)前市場應(yīng)用中的難點(diǎn)又有哪些?有人稱CSP為“免封裝”，那么中游封裝企業(yè)未來又將何去何從?

1、CSP的市場應(yīng)用

       CSP作為一種新的封裝技術(shù)，在下一代分立式中大功率LED應(yīng)用中吸引行業(yè)關(guān)注，并在lm/$具有較大提升空間。隨著倒裝芯片良率的提升及產(chǎn)能規(guī)模的擴(kuò)大，其價(jià)格優(yōu)勢將更加體現(xiàn)出來。今天，CSP已經(jīng)不只停留在研發(fā)室內(nèi)，已經(jīng)在某些應(yīng)用中大批量生產(chǎn)，并顯示其優(yōu)勢與價(jià)值。

        比如，近兩年，Lumileds的CSP在手機(jī)閃光燈應(yīng)用中已批量生產(chǎn);韓國廠商的CSP在直下式電視也已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);易美芯光作為國內(nèi)較早從事CSP研發(fā)的公司，也已成功開發(fā)出1313及1111等系列CSP產(chǎn)品，配合優(yōu)化的二次透鏡，可以把直下式電視中LED顆數(shù)減少三分之一甚至一半，從而降低系統(tǒng)成本。同時(shí)，由于該產(chǎn)品散熱及電流密度的優(yōu)勢，亮度可以更高，滿足了4K/2K以及高色域?qū)α炼鹊囊?。另外，在通用照明全周光球燈及燈具上，以及手機(jī)閃光燈的應(yīng)用也在開發(fā)中。

        隨著CSP的技術(shù)在不斷演進(jìn)，尺寸將不斷縮小，應(yīng)用將更加廣泛。同時(shí)可靠性也在不斷提升，使其有望成為下一代分立大功率LED器件的主要封裝形式。

2、CSP當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)

        當(dāng)然，作為一種新的技術(shù)，現(xiàn)階段它也必然會(huì)面臨局限與挑戰(zhàn)：首先，CSP依賴于倒裝芯片技術(shù)的提升，包括芯片成本、光效、可靠性以及芯片耐ESD的擊穿能力;其次，白光轉(zhuǎn)換所需的熒光粉工藝及其均勻性，直接影響色溫落Bin率及色空間分布;第三，CSP對SMT貼片的精度要求更高，易造成CSP的旋轉(zhuǎn)或翹起;第四，回流焊更敏感，免清洗助焊劑及錫膏的選擇以及回流焊溫度曲線的管控，都將影響到焊點(diǎn)的空洞率及柔韌性，從而影響產(chǎn)品的散熱及可靠性;第五，由于沒有陶瓷基板或支架的保護(hù)及應(yīng)力轉(zhuǎn)移，LED芯片與PCB的熱膨脹系數(shù)差異較大，由此所產(chǎn)生的應(yīng)力將直接影響芯片的信賴性;第六，CSP對PCB基板散熱的要求更高等。

        每種封裝形式都有其所最適合的產(chǎn)品應(yīng)用，下游客戶對封裝的選擇和需求也多種多樣，可以說，沒有一款封裝形式可以做到One size fits all。但隨著SMD貼片設(shè)備及工藝精準(zhǔn)度的提升，CSP必將向小芯片延伸，在中功率應(yīng)用中也將會(huì)與正裝支架結(jié)構(gòu)封裝進(jìn)行市場競爭。

3、封裝的產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值

        CSP可使封裝簡易化，因此，封裝企業(yè)必須不斷創(chuàng)新并調(diào)整，充分發(fā)揮自身的中游優(yōu)勢，在上下游兩面延伸中尋找自身價(jià)值。并在模組化、功能化、智能化LED應(yīng)用中為下游客戶提供解決方案與附加值。

        從行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展而論，未來的封裝將會(huì)涵蓋更多方面與內(nèi)容。在超越照明的嶄新領(lǐng)域如物聯(lián)網(wǎng)、可見光通信、智能照明器具應(yīng)用中，微電子處理器、LED、紅外、驅(qū)動(dòng)電源和傳感器件將會(huì)被納入其中。因此，只有在市場與技術(shù)變化下，不斷尋求新的機(jī)會(huì)，適時(shí)調(diào)整和重新定位，未來仍然有屬于封裝企業(yè)的一片天地。