目前，大量應用的白光LED主要是通過藍光LED激發(fā)黃色熒光粉來實現的，行業(yè)內藍光LED芯片技術路線包含正裝結構、垂直結構和倒裝結構三個技術方向。
正裝芯片制作工藝相對簡單，但其散熱效果不如垂直和倒裝結構，且封裝過程需要金線實現電連接，比較適用于中小功率芯片封裝，常用于室內照明燈管、吸頂燈等燈具上。
垂直結構的芯片由于涉及到電極鍵合和外延襯底剝離工藝，相對來說工藝復雜、成本也較高，其封裝過程仍然需要金線互聯，但其散熱效果好，比較適合中大功率LED產品。
倒裝芯片相對工藝狀況適中，由于其直接通過大面積金屬電極導電和散熱，散熱效果很好，完全實現了無金線互聯，使得工作可靠性顯著提高，非常適合于中大功率LED應用，應用于高端照明和直下式電視機背光等要求較高的場合。
LED器件的發(fā)光效率、成本、可靠性是LED產品在照明領域推廣應用急需解決的三大課題。
LED功率型器件發(fā)光效率的提升，需要從材料、外延層結構、芯片設計、封裝工藝等多種途徑著力提高器件的發(fā)光效率。目前LED的發(fā)光效率已經超過市場應用的光源(如熒光燈、節(jié)能燈)光效水平，低成本化成為推動占領LED市場份額最重要的力量；但在成本降低的同時又需要在保證產品具有高可靠性等品質為前提。
傳統(tǒng)LED產業(yè)包括外延、芯片、封裝和燈具產業(yè)鏈環(huán)節(jié)，當前產業(yè)發(fā)展態(tài)勢呈現并購和投資進行產業(yè)鏈垂直整合以降低成本，而通過將芯片和封裝的技術環(huán)節(jié)垂直整合，可以進一步降低成本。因此將傳統(tǒng)IC領域的芯片級尺寸封裝概念引入LED領域，也就是將LED芯片和封裝結合起來即芯片級尺寸封裝技術為LED產業(yè)的垂直整合提供了很好的技術途徑。在市場需求量迅速提升，對價格下降的壓力越來越大的情況下，芯片級尺寸封裝技術(Chip Scale Package，以下簡寫為“CSP”)的發(fā)展就成為必然的趨勢。
在三種LED芯片技術路線中，倒裝芯片由于無需金線互聯，且可直接在各種基板表面(PCB、陶瓷等)貼裝，因此特別適合芯片級封裝(直接在芯片制造階段就完成了白光封裝)，形成芯片級的白光LED器件。由于倒裝芯片散熱好，可靠性高，能夠承受大電流驅動，使得其具有很高的性價比，因此“倒裝芯片+芯片級封裝”成為了完美的組合，在LED白光器件成本和可靠性方面具有很強的優(yōu)勢，最近兩年來成為了LED行業(yè)研究的熱點和發(fā)展的主流方向。
芯片級封裝的發(fā)展
CSP指的是封裝體尺寸相比芯片尺寸不大于120%，且功能完整的封裝元件。CSP器件的優(yōu)勢在于單個器件的封裝簡單化、小型化，盡可能降低每個器件的物料成本。CSP量產實現的產能很大，從而滿足市場的爆發(fā)性增長用量的需求，通過大規(guī)模化的生產效應而拉低器件的成本。芯片級尺寸LED封裝技術，由于封裝體積變小，給封裝技術帶來了挑戰(zhàn)，特別是LED作為光學器件，需要制作均勻的光轉換層，可實現均勻光色的光學元件，且要保證封裝器件的可靠性。
2013年以來，免封裝絕對是LED產業(yè)界的熱門話題，所謂的免封裝其并不是真正省去封裝環(huán)節(jié)，而是將部分封裝工序提前到芯片工藝階段完成，其實也就是芯片級封裝。相繼在臺灣、日韓、歐美等地的LED大公司紛紛發(fā)布了類似的芯片級封裝LED產品。綜合各企業(yè)產品，共同的特點是基于倒裝芯片的基礎上，使封裝體積更小，光學、熱學性能更好，同時因省略了導線架與打線的步驟，使其后道工序更加便捷。
芯片級封裝工藝路線主要有三種技術方案。
第一，先將LED 晶圓劃片，然后將倒裝芯片貼裝到已制作有電路的基板材料上，再進行其他封裝工藝，最后劃片、裂片得到單顆或多顆LED 模塊，這是目前比較流行的方式，也是比較成熟的工藝。
其二，先將LED晶圓金屬化后，經劃片制作倒裝LED芯片，然后把倒裝LED芯片的正上方和四個側面使用熒光層材料包覆而達到封裝的目的，可直接給下游燈具客戶應用。該方法是目前市場上比較普遍的做法，各個LED廠競相開發(fā)的方向。
第三，LED外延片經金屬化電極完成后，直接在晶圓級進行熒光粉涂覆，經過切割、裂片實現芯片級封裝，該工藝路線技術難度較大，目前尚處在產業(yè)化前期。
綜合三種方法，要實現芯片級封裝的核心關鍵前提是在于倒裝芯片的開發(fā)。
在國內，晶科電子早在2012年推出了第一代芯片級光源產品，實現批量化生產和銷售，稱之為“芯片級無金線封裝”，升級的第三代芯片級光源產品如圖1。晶科電子利用在倒裝芯片技術工藝平臺的基礎上，發(fā)揮芯片研發(fā)與量產的技術優(yōu)勢，結合先進的封裝技術，已經實現了芯片級白光LED的開發(fā)與量產即白光芯片如圖2所示。芯片級封裝產品的應用
由倒裝芯片實現的芯片級白光LED即白光芯片，可直接貼裝于PCB板上，省去支架或基板，工藝上節(jié)省了固晶、打線環(huán)節(jié)，大大簡化了LED產業(yè)鏈的環(huán)節(jié)，方便下游客戶應用，節(jié)省成本。如下圖3比較了白光芯片應用與傳統(tǒng)LED應用的工藝流程差別，很明顯可以看出白光芯片應用的簡便性。
白光芯片具有優(yōu)異的散熱性能，如圖4所示，比較傳統(tǒng)SMD封裝器件和白光芯片應用于PCB板上的傳熱路徑圖。傳統(tǒng)SMD器件散熱需經芯片->固晶膠->基板->錫膏層->PCB等路徑。而白光芯片的散熱路徑則為芯片->金屬層->PCB，經熱阻測試前者要高出后者50%。
白光芯片屬于芯片級尺寸水平封裝，其封裝體尺寸相比芯片尺寸不大于120%，具有明顯體積小的優(yōu)點。相比傳統(tǒng)LED光源器件，白光芯片為二次配光釋放了足夠的空間進行二次光學設計，同時配合白光芯片應用的二次光學元件體積將大幅度縮小。如圖5所示，白光芯片貼于PCB板上，配合二次光學透鏡用于電視背光源燈條，可以讓電視做到更薄。另外，如圖6白光芯片直接貼裝在基板上，其排布間距可控制，易高密度集成。同時，白光芯片可制成多種色溫規(guī)格排布在同一基板上并實現顏色調控如圖7，滿足照明色溫多樣性的需求。
CSP白光LED器件的應用對于直接貼于PCB上的SMT精度提出了更高的要求，盡管現有的SMT設備無法滿足。但市場上一些新的高精度SMT設備已經可以達到其精度要求，相信對CSP白光LED器件的推廣應用不會是一個大的問題。
結論與展望
從目前市場趨勢來看，日韓、歐美、臺灣等公司陸續(xù)推出倒裝LED芯片及芯片級封裝的產品，進一步證明了由倒裝芯片實現的芯片級封裝產品未來巨大的發(fā)展?jié)摿屯怀龅募夹g優(yōu)勢。隨著LED照明市場逐漸趨于成熟和其他各種應用市場的來臨，相信未來芯片級封裝LED產品有很大的市場空間。
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