各位朋友，大家好。我是Terrence，我很高興有機會在這里與大家一起交流、學習。與大家分享的是目前LED行業很多人感興趣的覆晶封裝產品相關知識。初次使用這種方式交流，有講得不夠好的地方，還望大家多多包涵。

　　本文將從四個方面講解：

　　覆晶結構封裝的定義及特點

　　首先，我們來了解什么是覆晶結構封裝。

　　△我也問過度娘，搜索出來的回答基本是側重第一點，采用了倒裝芯片。我個人認為，倒裝芯片是芯片廠的事，并非封裝工藝的核心，所以我加了第二點。

　　通過這兩點概括，就可以清晰知道覆晶結構封裝與傳統封裝工藝的不同點。

　　在講覆晶結構封裝特點之前，我們還是簡單了解一下倒裝芯片。

　　與正裝芯片相比較，除了有源面在藍寶石下方之外，大家還留意幾點：

　　（1）倒裝芯片沒有P極金屬薄膜導電層

　　（2）多了電極反射層

　　（3）P/N結與基板的電極采用面連接

　　想更詳細了解芯片內部結構的對比，可直接百度。下面我詳細分析一下采用覆晶結構封裝的產品有什么特點。

　　△這三個特點相信很多人都知道，但我們需要清楚它是如何實現的。

　　首先我們來看高密度，要實現高密度光輸出，產品要滿足三個條件。這三個條件實際上是相互關聯的，因為大電流意味著高熱量。

　　為什么覆晶結構封裝能承載大的電流呢？我們來對比分析下電路。

　　這里我解釋下正裝芯片金屬薄膜層，由于P型GaN傳導性能不是太好，為獲得良好的電流擴展，通過蒸鍍技術在P區表面形成一層金屬電極層，再將P區引線通過該層金屬薄膜引出，正是因為這種結構，形成了正裝芯片在承載電流上的一個短板。

　　大家都知道，電阻與導體橫載面積成反比例關系，橫載面積越大電阻越低，還與導體長度成正比例關系，導線越長電阻越大。

　　從電路橫載面積上看，覆晶結構電極尺寸遠遠超過金線橫載面積，一般情況下相差60倍。當然土豪可以換成很粗的金線。

　　從長度上看，由于金線鍵合工藝要求，金線必須是弧型，也無疑也增加了導線長度。晶片的結構及線路的大小已經初步確定了承載電流的大小。

　　光源產品電路具體的電阻值與產品結構設計相關，所以無法提供具體參數，可以確定的是，這種相差是按乘法計算的，電路越多差別越大。

　　大家也知道，電阻是要消耗功率的，消耗功率就會產生熱量，所以我們在設計線路時，盡可能降低其電阻，也不要有太多的尖角。

　　接著講導熱的問題，還是和上面的一樣，我們先來對比分析下熱傳導的途徑。

　　△正裝結構封裝，熱量通過藍寶石，到固晶膠到基板。覆晶結構封裝，熱量通過焊接層到基板絕緣層到基板。（若是用陶瓷板，就沒有基板絕緣層）

　　從材料導熱系數對比可以看出，藍寶石其實就是碳化物，與玻璃相差無幾，導熱并不好，固晶膠導熱更差，選銀漿會改善，但也不高且吸光。

　　熱傳導與電流類似，熱傳導的效率與材料導熱系數成正比例，與傳導距離成反比，雖然覆晶結構絕緣層導熱系數與藍寶石差不多，但其厚度遠遠低于藍寶石。

　　通常情況下，覆晶結構比正裝導熱效率提高3~5倍，大電流產生高熱量能否及時傳導出去進一步確定了其承載電流的大小。 這里需要指出的覆晶結構中，焊接層的質量，焊接面積、空洞率對熱傳導及承載電流有較大影響。

　　要實高密度光輸出，光解決過電流及傳熱問題還不夠，小發光面積、高密度，大電流會使熱量集中、溫度迅速上升，在高導熱效率同時，還要求產品必須有高溫承載能力，增加安全系數，防止光源失效。

　　我們講覆晶結構可靠性高，也就是說不容易壞，不容易失效，我們就從光源失效的形式及造成原因來對比分析。

　　從上圖看出，在線徑合理、光源散熱正常的前提下，溫度并不是導致金線斷裂的直接原因。

　　除外力因素外，金線斷裂根本原因是材質或焊線生產時存在缺陷，有很多缺陷或損傷是難以檢查發現的，甚至在一段時間內老化也發現不了；但光源在長時間使用時，高低溫引起膠體反復膨脹收縮，不斷拉扯金線，缺陷或損傷逐步被放大，最終導致在薄弱處斷裂形成開路。

　　外力損傷也存在類似現象，很多時候是壓傷，并沒有壓斷，但最終還是會在損傷處斷裂。

　　所以說有無金線并不是高可靠性的關鍵，焊線工藝才是關鍵，兩年前我看過一篇產品分析對比的文章截圖，西鐵城高密度COB光源就采用金線鍵合工藝。

　　但有許多封裝廠家，受限于設備與工藝，焊線時或多或少存在缺陷，此時，光源的工作溫度高低將直接決定光源失效的時間，尤其是高密度光源，金線的細微缺陷都將是致命的。所以說高溫對無金線覆晶結構封裝產品的影響比正裝小，也可以說覆晶結構抗高溫能力更強。

　　覆晶結構采用焊接方式會存在虛焊現象，但控制好這個比焊線會簡單很多，而且很少會發生外力造成損壞。

　　基于以上分析，我們認為覆晶結構在死燈失效方面發生概率比大部分正裝結構要低很多。

　　造成光衰的原因較多：

　　△當覆晶結構封裝與正裝采用同樣材質時，兩者光衰區別完全取決于光源工作時的溫度，從這方面來講，覆晶結構導熱效率高，相對占有優勢。若正裝采用鏡面鋁基板時，鏡面被氧化是產生光衰的主要原因之一，而覆晶結構反射層是耐高溫油墨，相對變化較小。

　　光源發生色溫漂移，主要原因是長期承載過高溫度，使與色溫相關的熒光粉、膠、芯片、反射層顏色產生了變化而造成的。正常情況下，覆晶結構與正裝均取決于溫度控制。由于正裝芯片ＰＮ層、也是熱產生層，直接與粉膠接觸，容易形成粉膠局部高溫，造成光衰與色溫漂移。

　　現在，我想就覆晶結構與正裝結構光效誰高誰低跟大家探討下，對于這個問題分歧較大，我對此純做分析，大家自己判斷。

　　在市面上，許多行業人士提起倒裝。大部分人認為光效沒有正裝高，那是因為許多倒裝產品走的是低端路線，并不能代表高端覆晶結構封裝的水平。

　　首先，在晶片尺寸一致前提下，我們來看看晶片上與光效相關的對比。

　　△前面幾項倒裝略占優勢，但就晶片生產工藝，正裝比倒裝成熱。理論上倒裝晶片光效更高，實際上未能完全實現。有待晶片廠家提升。

　　在粉膠一樣、散熱一樣、芯片排布一致前提下，我們再來看看其他因素的對比分析。

　　△從此表分析，覆晶結構封裝沒有金線擋光及固晶膠吸光，會略占優勢，但反射率較鏡面低，光效會略比鏡面鋁低，考慮到結溫對光效的影響，在這幾個因素上看覆晶結構光效會略高于正裝。

　　綜合以上分析，同等條件下，尤其是散熱器件一致前提下，我個人認為高端覆晶結構封裝產品的光效目前不低于正裝，未來隨著倒裝芯片性能的提升，光效將超過正裝。

　　講到光效，我對此有些個人看法，相信大家很多時候會看到某某產品光效達到170lm/w、180lm/w，其實這里面水分太多，由于測試設備、測試條件、測試方法等原因，大多數人無法去準確驗證。但實際使用時與之相差很大，沒有這個必要，如果要強調達到多少光效，應該提供完整的具有公信力的測試報告。說明是實驗室數據還是應用數據。

　　另一方面晶片的排列對光效測試有很大影響，覆晶結構封裝芯片排列密度高，積分球取光效率低，也會造成光效數值低的表像，其實很多時候應該使用光分布計來測量而非積分球，結合光束角及中心光強來對比。

　　下面我簡單講下覆晶結構封裝的歷程：

　　覆晶芯片及覆晶結構封裝早在1960有1BM公司研制成功。

　　在上世紀八十年代才解決晶片與基板連接問題，進入大范圍應用階段。

　　上世紀90年代初隨著藍光LED問世，覆晶結構與LED結合，開始進入研發。

　　本世紀初，覆晶結構的LED晶片問世，開始應用于高要求場合。

　　2010年開始，覆晶結構封裝產品逐漸進入商業照明并迅速發展。

　　覆晶結構封裝工藝及特點

　　覆晶結構主要由基板、焊球、晶片組成。其中基板由板材層、絕緣層、線路層、反射層、焊盤組成。

　　我們接著分析覆晶結構的核心工藝――固晶連接，目前覆晶結構主要采用共晶焊工藝將芯片與基板相連接。

　　通常覆晶結構的LED共晶金屬層一般為金/錫含金、共晶溫度為285℃。共晶焊有上述的這些優點，所以特別適合應用于大功率 有高散熱要求器件的焊接。白光LED器件就很合適。

　　我們大致了解了下共晶焊的基本知識，那么覆晶結構封裝固晶連接具體方式有哪些呢？

　　接下來我們分別講下各種固晶連接方式的特點：

　　△目前大部分高端覆晶結構的產品都采用這樣結構，產品光效已超過正裝產品。

　　采用助焊劑焊接工藝，是國內封裝企業常用的工藝，難點在于焊劑份量及位置的控制，容易造成短路，許多封裝廠家難以解決，就通過增加間距、加大焊盤的方式來修正，來提升效率及良率。

　　如下圖示：

　　采用圖下方的這種工藝，我個人認為是形而上學，因為它背離了覆晶結構的核心價值，導電、導熱、光效可靠性能全面下降，或許是技術能力，或許是價格競爭的原因，但這種方式直接的后果是給應用端認為倒裝的比正裝的還差，光效差、質量差，這是不利于推動覆晶結構封裝應用的，也不利于企業長遠發展。

　　我前段時間就親身體會過，在與一燈具老板聊天時，我正準備給他普及一下倒裝知識，他反而先講了“唉，現在真不知道聽誰的了，都說倒裝好，我用了兩百多片COB，不到一個月全部死燈退回來了”一肚子怨言，我聽后完全理解他心里的落差與憤疑，期望給他客戶提供更好的產品，結果成這樣。這年頭找個客戶難，失去個客戶太容易了。

　　大家想一想他以后還會用倒裝產品嗎？不一定不會用，但估計一定不會用那一家的了，一家企業身處社會，就必須有社會責任意識，不以次充好是最起碼的要求。

　　說了這些題外話，接著講第三種固晶方式，導電膠粘接固晶方式類似于正裝固晶膠工藝，存在助焊劑共晶焊難以控制膠量的缺點，而且附著力、導電、導熱可靠性能都存在缺陷，幾乎沒有企業使用，但它不需要300℃高溫，可以繼續探討。

　　導電膠薄膜工藝，是由日本一家企業研發的，我有接觸過，這種工藝，若能實際應用可以解決覆晶結構一個很大的難題，就是電極間隔空洞。將進一步提升覆晶結構的導熱性能，生產效率及生產成本也有改善空間。

　　就目前而言，此項技術離實際廣泛應用還有一段距離，其粘接力及橫向電阻在長期高低溫沖擊下是否可靠，在生產中是否容易受到破壞還需嚴謹驗證，我個人認為這是一個好的工藝，比較看好。

　　就以上四種固晶連接工藝而言，我個人覺得首選熱壓共晶焊接，但這需要芯片廠與設備廠大力配套，難度很大，在市場競爭中，很多企業不得不從經濟效益出發而放棄一些好而量少的東西。

　　了解覆晶結構的幾種固晶連接方式后，再來了解下覆晶結構封裝的另一重要組成——基板。

　　普通鋁基板價格便宜，導熱率低在20~60之間適合應用在要求不高發光面大的產品，低端倒裝較多人使用。

　　銅基板線路較難處理，價格不低，導熱率取決于絕緣層工藝，較少人使用。

　　超導鋁基板導熱率高達160，是普通鋁基板的3倍，但價格較高是普通鋁基板的5~10倍，在要求較高時，線路處理復雜，超導鋁也有不同檔次的區別。

　　目前，有品牌光源覆晶結構的高密度產品選擇超導鋁基板，品質性能都還不錯。

　　氧化鋁陶瓷基板穩定性能、耐壓性能好，價格低，但光效不高、導熱性能較差，在非高密度覆晶結構中可以使用。

　　氮化鋁陶瓷基板穩定性耐壓性好，導熱率比超導鋁略高，價格也較高，目前有品牌光源的覆晶高密度產品選擇氮化鋁基板，國內有一些封裝廠家也在使用。

　　在這里我想指出來，國內很多企業采用了與品牌光源同樣的基板材料，但性能上總是達不到，這是為什么？

　　其實我們在分析品牌光源產品時，往往會忽略一些東西，比如都選用超導鋁，但超導鋁的材質是否完全一樣，基板上線路精度是否達到等等。比如都選用氮化鋁陶瓷基板，但品牌光源陶瓷基板表面是經過二次加工的，提升了基板光澤度，平整度。

　　有很多工藝處理，國內很難實現，這也是一個產業瓶頸。比如品牌光源的粉膠大多數都是訂制的，我們去找日亞、道康寧，估計是沒人理你。

　　我曾測試對比過一個國內企業封裝的COB光源，產品結構尺寸基至芯片排列完全雷同一品牌光源，測試結果照度低30％，膠面溫度高15度，除了芯片原因外，一些工藝上的處理其實很重要。而這些需要我們企業靜下心來才能做好。

　　上面我們講了四種覆晶結構的固晶連接方式，五種適合覆晶結構封裝的基板，將它們進行組合搭配，就會形成十多種封裝工藝，封裝企業及應用企業可以根據其各自特點結合實際情況進行選擇。

　　覆晶結構封裝產品的應用市場

　　覆晶結構封裝的LED產品由于產出低，價格高昂剛開始應用于醫療照明，汽車工藝設備，閃光燈等要求較苛刻的場合，這幾年來隨著生產率較提高，成本下降，越來越多的通過照明選擇覆晶結構的產品，尤其是高端商業照明。

　　在市場需求的推動下，覆晶結構封裝應用越來越廣泛，涵蓋大功率貼片COB、CSP等幾乎所有LED光源，也就是說正裝光源能用的地方，覆晶結構的光源都能代替。

　　但在現實中，不少封裝企業一味追求低價，追求小尺寸芯片。而且在允許電流、光效參數上虛標，很容易出問題。在覆晶結構封裝上，目前國內的工藝水平，連中尺寸芯片都不成熟，妄談小尺寸芯片了。正如我前面舉的那個例子，出了問題也只會說倒裝不行，不會去說自己貪便宜。

　　當然，類似不計質量走低價路線的封裝企業并不是主流，不會影響到覆晶產品整體發展趨勢。

　　我認為，覆晶結構封裝的產品應用市場就是所有LED燈具。就是整個LED市場，這不是想象，而是正在發生。

　　覆晶結構封裝能成技術主流嗎？

　　市場需求是推動產品技術進步的發動機，當覆晶結構的產品成為市場主流時，相應的覆晶封裝技術必將成為主流。