使用不同封裝技術(shù) 強(qiáng)化LED元件的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

　　LED因?yàn)椴牧咸匦耘c發(fā)光原理異于傳統(tǒng)光源，因此具備多項(xiàng)使用上的優(yōu)勢(shì)，只是用于取代一般日常應(yīng)用的光源時(shí)，LED固態(tài)的發(fā)光組件仍需要多重設(shè)計(jì)與改善，才能在發(fā)光效率、演色性、照明光型、電源效能等方面獲得強(qiáng)化，以通過(guò)照明應(yīng)用市場(chǎng)的考驗(yàn)。

　　在通用照明(General Lighting)市場(chǎng)中，LED固態(tài)照明想要加速普及，必須在短期內(nèi)讓組件成本、制作技術(shù)、驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)...等層面一一到位，技術(shù)方面要提升色溫表現(xiàn)、演 色性與光電轉(zhuǎn)換效率，從照明系統(tǒng)的角度進(jìn)行思考，仍須解決LED光源、AC/DC電源轉(zhuǎn)換、LED驅(qū)動(dòng)控制、組件散熱和光學(xué)處理等關(guān)鍵面向。

　　注釋?zhuān)禾厥夥庋b之LED組件，可因應(yīng)不同照明產(chǎn)品需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，圖為Osram兩款針對(duì)照明應(yīng)用設(shè)計(jì)的LED組件模塊。

　　薄膜芯片封裝技術(shù) 發(fā)展照明應(yīng)用的重點(diǎn)

　　LED的光源應(yīng)用，其關(guān)鍵就在芯片技術(shù)的核心發(fā)展，而影響LED組件發(fā)光特性、效率的關(guān)鍵就在于基底材料與晶圓生長(zhǎng)技術(shù)的差異。

　　在LED的基底材料方面，除傳統(tǒng)藍(lán)寶石基底材料外，硅(Si)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)...等，都是目前LED組件的開(kāi)發(fā) 重點(diǎn)，無(wú)論所發(fā)展的光源應(yīng)用是照明或是營(yíng)造氣氛的環(huán)境光源，涵蓋大、小功率應(yīng)用方式，芯片基底的技術(shù)提升，其目標(biāo)在于制作出更高效率、更穩(wěn)定的LED晶 片。

　　提高LED芯片的光電效率，已成為LED照明應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)，例如，藉由芯片結(jié)構(gòu)的改變、芯片表面的粗化設(shè)計(jì)、多量子阱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式，透過(guò)多重的制程技術(shù)改良，目前已能讓單個(gè)LED芯片的發(fā)光效率具有突破性的進(jìn)展。

　　而薄膜芯片技術(shù)(Thin film LED)，則是用以開(kāi)發(fā)高亮度LED芯片的關(guān)鍵技術(shù)， 其重點(diǎn)在減少芯片的側(cè)向光損失，透過(guò)底部的反射面搭配，可以讓芯片超過(guò)97%的電光反應(yīng)，使光從芯片的正面直接輸出，大幅提高LED單位流明。

　　觀察目前常見(jiàn)的高功率LED封裝技術(shù)，大致可分為單顆芯片封裝、多芯片整合封裝與芯片板上封裝3種技術(shù)，而透過(guò)封裝技術(shù)的優(yōu)化，可提升LED芯片的發(fā)光效率、散熱效果與產(chǎn)品可靠度。

　　在單顆芯片封裝方面，可讓單顆LED芯片大幅發(fā)揮照明優(yōu)勢(shì)，例如，針對(duì)發(fā)光效率的改善、散熱熱阻抗的調(diào)整，或是制成易于產(chǎn)線生產(chǎn)組裝的SMT形式。單顆芯片 的封裝形式，于LED發(fā)光二極管最為常見(jiàn)，其技術(shù)瓶頸在于必須針對(duì)每個(gè)芯片進(jìn)行良率控管，因?yàn)椴蓡涡酒庋b，若封裝處理的芯片本身就已損壞或效率不彰，封 裝成品也會(huì)呈現(xiàn)相同的料件問(wèn)題，另在封裝階段亦可透過(guò)熒光粉體的封裝處理，去改善最終產(chǎn)品的輸出色溫或光型。

　　注釋?zhuān)篠MT形式的LED組件可透過(guò)填膠材質(zhì)與形式變化，產(chǎn)生多元的產(chǎn)品特性。圖為PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)形式之SMT LED。

　　以O(shè)sram的 Golden DRAGON Plus LED為例，為采硅膠封填設(shè)計(jì)，封裝后的LED組件具170度光束角度，可以很容易地進(jìn)行2次光學(xué)透鏡或是反光杯改善組件的光學(xué)特性，Golden DRAGON Plus LED的硅膠透鏡亦具耐高溫、光衰減較低等特性。單芯片封裝的優(yōu)勢(shì)相當(dāng)多，尤其在光效率提升、散熱效益提升與配光容易度、組件的高可靠性都相當(dāng)值得關(guān)注。

　　多芯片整合封裝 小體積可具高光通量表現(xiàn)

　　所謂團(tuán)結(jié)力量大，在LED組件封裝上亦是如此，如果一次將多LED芯片封裝在同一平面上，則可整合出一高功率整合組件。多芯片整合組件同時(shí)是目前常見(jiàn)的高功率、高亮度應(yīng)用LED組件最常見(jiàn)的封裝形式，可區(qū)分為小功率與大功率兩種芯片整合形式。

　　在小功率應(yīng)用方面，多數(shù)是采取6顆低功率LED芯片整合，制作出來(lái)的1瓦大功率LED固態(tài)發(fā)光組件最常見(jiàn)，而利用6個(gè)低功率芯片來(lái)整合的1瓦大功率應(yīng)用，優(yōu) 勢(shì)在于制作成本相對(duì)更低，而且多顆形式若有芯片來(lái)源的良率問(wèn)題，也可利用周邊芯片補(bǔ)足應(yīng)有的性能表現(xiàn)，不至于出現(xiàn)產(chǎn)品良率的負(fù)面問(wèn)題，小功率整合的多芯片 封裝形式，也是目前大功率LED組件常見(jiàn)的制作形式。

　　而在大功率芯片整合部分，以O(shè)sram的OSTAR SMT系列為例，其封裝外型經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，占位體積相對(duì)小，最終組件可讓產(chǎn)品的熱阻抗控制于每瓦3.1℃左右，驅(qū)動(dòng)功率亦高達(dá)15瓦，此種封裝設(shè)計(jì)有頗多優(yōu)點(diǎn)，尤其可在受限空間內(nèi)達(dá)到一般LED組件少有的高光通量表現(xiàn)。

　　COB(Chip On Board) LED多晶燈板，為沿用傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的應(yīng)用形式，意即直接將LED芯片固定于印刷電路板(PCB)，COB技術(shù)目前已有厚度僅0.3mm的LED元 件設(shè)計(jì)。由于LED芯片可直接與PCB板接觸來(lái)增加熱傳導(dǎo)面積，因此LED固態(tài)光源常見(jiàn)的散熱問(wèn)題也可因此獲得改善。

　　將多數(shù) LED組件安排于印刷電路板形成多重LED光源組合，可以提升LED固態(tài)光源的照明度，低功率驅(qū)動(dòng)的組件通常會(huì)應(yīng)用核心材料為FR4的一般印刷電路板來(lái)進(jìn) 行產(chǎn)品的2次組構(gòu)，在因應(yīng)高功率驅(qū)動(dòng)應(yīng)用時(shí)，則會(huì)改采以金屬核心PCB強(qiáng)化LED組件需要的高散熱環(huán)境，藉由金屬核心PCB來(lái)降低熱阻抗。

　　金屬核心PCB即為使用MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board)，使組件能滿足較低熱阻的設(shè)計(jì)要求，典型的MCPCB設(shè)計(jì)架構(gòu)是在金屬平面形成的線路同時(shí)以薄層進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，而電路走線必須采用鎳金屬化合 物提供產(chǎn)線可焊接的加工表面，隔離層又必須具備避免短路、同時(shí)不會(huì)犧牲散熱速率的薄化設(shè)計(jì)，以便將熱傳導(dǎo)過(guò)程的熱阻降到最低。多數(shù)選擇鋁材料作為核心，具 有成本低廉、散熱能力佳與較好的抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。

　　比較新的制作方式，是將LED芯片直接安裝于印刷電路板上，或者搭配具即插即用功能的組件進(jìn)行整合，而COB的封裝形式，其目的在于提供比現(xiàn)有離散排布的LED組件具更高效能、更低熱阻抗的產(chǎn)品形式，讓終端產(chǎn)品可以經(jīng)由簡(jiǎn)單的二度開(kāi)發(fā)，制出足以進(jìn)軍照明市場(chǎng)的成熟產(chǎn)品。