技术荟详解LED器件SiP封装新工艺

2023/11/15 | 作者：BOB体育地址

　　近日，来自代尔伏特理工大学和德黑兰大学的研究人员发现一种新型的智能LED SiP封装工艺。他们都以为衬底级别封装才是低成本、高集成度、高产量的解决方法。

　　如图1所示，硅基的衬底级封装（WLP）是一种在应用产品中普遍的使用的技术。这种技术同样也是控制成本和发热的关键。对于SiP封装，一般常用于CMOS等电子器件，这种封装可以有效的进行大规模的生产兼具极高的集成度。同理，对于LED器件，SiP封装同样能够解决LED亮度和强度衰减问题。

　　对于LED SiP封装来讲，目前分为两种：1. 表面贴装型，这样的形式的电极直接生长在硅基衬底上同时芯片也是固定在衬底中；2. 腔式结构型，腔式结构一般在硅（100）衬底中用湿法刻蚀形成。空腔的结构即是反射面也是填充荧光材料和松脂的支撑结构。

　　如图2所示，智能LED SiP模块具备极高的光输出功率，同时包含了大电流蓝色LED光源和反射腔中不同功能的传感器。除此之外，LED的控制电路也集成在同样的基底上，无需外加控制芯片，这样做才能够有效的降低成本。

　　硅基 WLP结构由BiCMOS工艺生长，该工艺能够将不同的主/被动器件整合在一个智能系统里。如图3所示，BiCMOS工艺一般包括了以下步骤：（a）p型掺杂硅材料，（b）掩膜1用于荧光材料的生长和n型阱和n型集电极的深扩散工艺，（c）掩膜2用于p型源极/漏极和基极的生长，（d）掩膜3用于n型源极/漏极和发射极的生长，（e）衬底经过退火，表面氧化处理（100nm 氧化硅涂层），（f）掩膜4用于电极生长和化学湿式刻蚀，（g）掩膜5用于表面电路生长。

　　新的改进方法在于2D结构向3D结构封装的转化。研究人员把湿式刻蚀方法形成的空腔作为反射结构，并在表面镀上一层铝膜增强反射效果。而技术的关键就在于在相差几百微米的结构差异上刻蚀表面结构电路。

　　为了克服这种问题，研究人员使用了一种高深宽比（HAR）的生长方法用于3D SiP封装的生产。这种方法采用了传统的CMOS生产设备并将多层生长的材料结合成“金属连线”的互连结构。同时，该方法也可以使用于异质材料以及不同元件的连接（图5）。

　　伴随着行业以及市场的巨大需求，衬底级的封装已经变成了一种关键性的技术。目前，LED封装还是处于单一器件的封装阶段。因此，很有必要将CMOS工艺中的SiP工艺转化到LED行业之中。这种高度整合的LED封装可以轻松又有效的降低成本，同时集成更多的功能。除此之外，智能LED SiP封装主要面向于多种应用，尤其是物联网领域（IoT）。由于物联网承诺的应用多样化，行业现在已将注意力转向先进封装以满足市场需求。