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  • 解析LED封裝發(fā)展趨勢(shì)

    作者:佚名 來源:本站整理 時(shí)間:2011-11-04 11:19 閱讀:450 [投稿]
    LED封裝技術(shù)目前主要往高發(fā)光效率、高可靠性、高散熱能力與薄型化四個(gè)方向發(fā)展,目前主要的亮點(diǎn)有硅基LED和高壓LED,硅基LED之所以引起業(yè)界越來越多的關(guān)注,是因?yàn)樗葌鹘y(tǒng)的藍(lán)寶石基底LED的散熱能力更強(qiáng),因此 ..
      LED封裝技術(shù)目前主要往高發(fā)光效率、高可靠性、高散熱能力與薄型化四個(gè)方向發(fā)展,目前主要的亮點(diǎn)有硅基LED和高壓LED,硅基LED之所以引起業(yè)界越來越多的關(guān)注,是因?yàn)樗葌鹘y(tǒng)的藍(lán)寶石基底LED的散熱能力更強(qiáng),因此功率可做得更大。高壓LED是另一大亮點(diǎn),它因可大幅縮小DC-DC降壓電路的輸入輸出壓差,而進(jìn)一步提升LED驅(qū)動(dòng)電源的效率,這可有效降低LED燈具對(duì)散熱外殼的要求,從而降低LED燈具的總體成本。
     
      LED封裝原理:LED封裝主要是提供LED芯片一個(gè)平臺(tái),讓LED芯片有更好的光、電、熱的表現(xiàn),好的封裝可讓LED有更好的發(fā)光效率與好的散熱環(huán)境,好的散熱環(huán)境進(jìn)而提升LED的使用壽命。LED封裝技術(shù)主要建構(gòu)在五個(gè)主要考慮因素上,分別為光學(xué)取出效率、熱阻、功率耗散、可靠性及性價(jià)比(Lm/$)。
      以上每一個(gè)因素在封裝中都是相當(dāng)重要的環(huán)節(jié),舉例來說,光取出效率關(guān)系到性價(jià)比;熱阻關(guān)系到可靠性及產(chǎn)品壽命;功率耗散關(guān)系到客戶應(yīng)用。整體而言,較佳的封裝技術(shù)就是必須要兼顧每一點(diǎn),但最重要的是要站在客戶立場(chǎng)思考,能滿足并超出客戶需求,就是好的封裝。
     
      針對(duì)LED的封裝材料組成,LED封裝主要是由基板、芯片、固晶膠、熒光粉、封裝膠等組成,我們先將芯片利用固晶膠黏貼于基板上,使用金線將芯片與基板作電性連接,然后將熒光粉與封裝膠混合,搭配不同熒光粉比例,以及適當(dāng)?shù)男酒ㄩL(zhǎng)可得到不同的顏色,最后將熒光粉與封裝膠的混合體灌入基板中,加熱烘烤使膠材固化后,即完成最基本的LED封裝。
     
      同時(shí),LED封裝技術(shù)主要是往高發(fā)光效率、高可靠性、高散熱能力與薄型化發(fā)展。從芯片來看,目前最普遍的是水平式芯片, 高端廠商則研發(fā)垂直式芯片與覆晶型芯片,原先水平式LED使用藍(lán)寶石基板,散熱能力較差,且在高電流驅(qū)動(dòng)下,光取出效率下降幅度也較大。因此,為了降低LED成本,高電流密度的芯片設(shè)計(jì)便以獲取更多的光輸出為主要研究方向,在這樣的考慮下,使用垂直式封裝的芯片便成為下一課題,此類芯片使用硅等高散熱基板,在高電流操作下有更好的散熱效率,所以也有更高的光輸出,但由于制作流程復(fù)雜,工藝良率過低,以致于無法達(dá)到理想的高性價(jià)比,由此可知,在高瓦數(shù)封裝上,工藝良率所導(dǎo)致的價(jià)格因素也是一大考慮。
     
      LED封裝在這30年的演進(jìn),最大的特色就是尺寸愈來愈小,因此熱效應(yīng)問題在輸入驅(qū)動(dòng)電流較高時(shí)便凸顯出來。也就是說,現(xiàn)在高功率LED需求愈來愈大,當(dāng)放進(jìn)小顆LED并將電源灌入后,熱量便會(huì)產(chǎn)生,為了要降低熱,光的亮度就會(huì)減小,這時(shí)為了要增加亮度,又得導(dǎo)入更高的電流,高電流又會(huì)產(chǎn)生更多的熱,如此成為一個(gè)循環(huán),熱量就不斷增加。接合溫度過高,結(jié)果便是每升高20℃,LED效能就要降低5%(或每增加1℃,效能0.25%)。
     
      LED產(chǎn)生的90%熱量都是向下走,因此封裝技術(shù)中,散熱十分重要。整體而言,可供選擇的高功率LED次安裝基臺(tái)(sub-mount)材料有陶瓷(氧化鋁、氮化鋁)和硅。其中,鋁基板有翹曲問題,且以導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散來看,硅是最佳選擇。
     
      硅基LED封裝工藝流程為:絕緣及金屬層、芯片/金屬線鍵結(jié)及熒光材料涂布、透鏡組裝,再進(jìn)行切割與測(cè)試。使用硅晶圓方法可以藉以控制穿孔型式(單一或多重),因而增加光萃取率,這是陶瓷基板所做不到的。李豫華并特別指出采鈺獨(dú)家的IC制造兼容晶圓級(jí)熒光粉涂布技術(shù),可以在LED芯片最上層造就薄而高效能的熒光粉出光層,可改善黃暈現(xiàn)象,且此技術(shù)可控制色溫的一致性。
     
      另外,半球形鏡頭為以光學(xué)設(shè)計(jì)方式增加出光率的方法之一,也是采鈺獨(dú)家設(shè)計(jì)的晶圓級(jí)產(chǎn)品,鏡頭設(shè)計(jì)符合各種出光形式的需求。此外,利用不同材料的折射率不同,由內(nèi)而外愈來愈小,亦可控制出光路徑使其出光率增加,此結(jié)構(gòu)模式可改善出光率逾7%。再者,藉由熒光粉補(bǔ)償過程可以達(dá)到緊密的色溫控制,因而良率可獲得提升,使原本低于70%的良率,經(jīng)由補(bǔ)償可以提升超過95%。
     
      不過,LED硅基封裝仍有許多技術(shù)上面臨的挑戰(zhàn)需要克服,例如材料方面,硅材有容易碎裂的缺點(diǎn),且機(jī)構(gòu)強(qiáng)度也是問題所在。熒光粉則需考慮其電子亮度和熱及濕阻抗。另外,鏡頭的折射率及熱穩(wěn)定度、粘著性等都是考慮點(diǎn)。結(jié)構(gòu)方面,絕緣層、金屬層都有其挑戰(zhàn)。
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