LED芯片设计及封装设计成果概览

近年来，随着led生产技术发展一日千里，令其发光亮度提高和寿命延长，加上生产成本大幅降低，迅速扩大了LED应用市场，如消费产品、讯号系统及一般照明等，于是其全球市场规模快速成长。2003年全球LED市场约44。8亿美元(高亮度LED市场约27亿美元)，较2002年成长17。3%(高亮度LED市场成长47%)，乘着手机市场继续增长之势，预测2004年仍有14。0%的成长幅度可期。

目前手机、数字相机、PDA等背光源所使用之白光LED采用蓝光单芯片加YAG萤光而成。随着手机闪光灯、大中尺寸(NB、LCD-TV等)显示屏光源模块以至特殊用途照明系统之应用逐渐增多。末来再扩展至用于一般照明系统设备，采用白光LED技术之大功率(HighPower)LED市场将陆续显现。在技术方面，现时遇到最大挑战是提升及保持亮度，若再增强其散热能力，市场之发展深具潜力。

ASM在研发及生产自动化光电组件封装设备上拥有超过二十年经验，业界现行有很多种提升LED亮度方法，无论从芯片及封装设计层面，至封装工艺都以提升散热能力和增加发光效率为目标。在本文中，就LED封装工艺的最新发展和成果作概括介绍及讨论。

芯片设计

从芯片的演变历程中发现，各大LED生产商在上游外延技术上不断改进，如利用不同的电极设计控制电流密度，利用ITO薄膜技术令通过LED的电流能平均分布等，使LED芯片在结构上都尽可能产生最多的光子。再运用各种不同方法去抽出LED发出的每一粒光子，如生产不同外形的芯片；利用芯片周边有效地控制光折射度提高LED取光效率，研制扩大单一芯片表面尺寸(>2mm2)增加发光面积，更有利用粗糙的表面增加光线的透出等等。有一些高亮度LED芯片上p-n两个电极的位置相距拉近，令芯片发光效率及散热能力提高。而最近已有大功率LED的生产，就是利用新改良的激光溶解(Laserlift-off)及金属黏合技术(metalbonding)，将LED外延晶圆从GaAs或GaN长晶基板移走，并黏合到另一金属基板上或其它具有高反射性及高热传导性的物质上面，帮助大功率LED提高取光效率及散热能力。

封装设计

经过多年的发展，垂直LED灯(φ3mm、 φ5mm)和SMD灯(表面贴装LED)已演变成一种标准产品模式。但随着芯片的发展及需要，开拓出切合大功率的封装产品设计，为了利用自动化组装技术降低制造成本，大功率的SMD灯亦应运而生。而且，在可携式消费产品市场急速的带动下，大功率LED封装体积设计也越小越薄以提供更阔的产品设计空间。

为了保持成品在封装后的光亮度，新改良的大功率SMD器件内加有杯形反射面，有助把全部的光线能一致地反射出封装外以增加输出流明。而盖住LED上圆形的光学透镜，用料上更改用以Silicone封胶，代替以往在环氧树脂(Epoxy)，使封装能保持一定的耐用性。

封装工艺及方案

半导体封装之主要目的是为了确保半导体芯片和下层电路间之正确电气和机械性的互相接续，及保护芯片不让其受到机械、热、潮湿及其它种种的外来冲击。选择封装方法、材料和运用机台时，须考虑到LED外延的外形、电气/机械特性和固晶精度等因素。因LED有其光学特性，封装时也须考虑和确保其在光学特性上能够满足。

无论是垂直LED或SMD封装，都必须选择一部高精度的固晶机，因LED芯片放入封装的位置精准与否是直接影响整件封装器件发光效能。如图1 示，若芯片在反射杯内的位置有所偏差，光线未能完全反射出来，影响成品的光亮度。但若一部固晶机拥有先进的预先图像辨识系统(PRSystem)，尽管品质参差的引线框架，仍能精准地焊接于反射杯内预定之位置上。

一般低功率LED器件(如指示设备和手机键盘的照明)主要是以银浆固晶，但由于银浆本身不能抵受高温，在提升亮度的同时，发热现象也会产生，因而影响产品。要获得高品质高功率的LED，新的固晶工艺随之而发展出来，其中一种就是利用共晶焊接技术，先将芯片焊接于一散热基板(soubmount) 或热沉(heatsink)上，然后把整件芯片连散热基板再焊接于封装器件上，这样就可增强器件散热能力，令发光功率相对地增加。至于基板材料方面，硅 (Silicon)、铜(Copper)及陶瓷(Ceramic)等都是一般常用的散热基板物料。(责任编辑：admin)