LED封装四大发展趋势

2011-11-03 17:07:54来源: 互联网 关键字:LED  封装
LED封装技术目前主要往高发光效率、高可靠性、高散热能力与薄型化四个方向发展,目前主要的亮点有硅基LED和高压LED,硅基LED之所以引起业界越来越多的关注,是因为它比传统的蓝宝石基底LED的散热能力更强,因此功率可做得更大,Cree就重点在发展硅基LED,它目前存在的主要问题是良率还较低,导致成本还偏高。

  高压LED是另一大亮点,它因可大幅缩小DC-DC降压电路的输入输出压差,而进一步提升LED驱动电源的效率,这可有效降低LED灯具对散热外壳的要求,从而降低LED灯具的总体成本。目前Cree、Osram和亿光都在发展高压LED工艺。

  LED封装原理

  LED封装主要是提供LED芯片一个平台,让LED芯片有更好的光、电、热的表现,好的封装可让LED有更好的发光效率与好的散热环境,好的散热环境进而提升LED的使用寿命。LED封装技术主要建构在五个主要考虑因素上,分别为光学取出效率、热阻、功率耗散、可靠性及性价比(Lm/$)。

  以上每一个因素在封装中都是相当重要的环节,举例来说,光取出效率关系到性价比;热阻关系到可靠性及产品寿命;功率耗散关系到客户应用。整体而言,较佳的封装技术就是必须要兼顾每一点,但最重要的是要站在客户立场思考,能满足并超出客户需求,就是好的封装。

  针对LED的封装材料组成,林治民详细解说道,LED封装主要是由基板、芯片、固晶胶、荧光粉、封装胶等组成,我们先将芯片利用固晶胶黏贴于基板上,使用金线将芯片与基板作电性连接,然后将荧光粉与封装胶混合,搭配不同荧光粉比例,以及适当的芯片波长可得到不同的颜色,最后将荧光粉与封装胶的混合体灌入基板中,加热烘烤使胶材固化后,即完成最基本的LED封装。

  他并指出,LED封装技术主要是往高发光效率、高可靠性、高散热能力与薄型化发展。从芯片来看,目前最普遍的是水平式芯片, 比较高端的厂商则研发垂直式芯片与覆晶型芯片,原先水平式LED使用蓝宝石基板,散热能力较差,且在高电流驱动下,光取出效率下降幅度也较大。因此,为了降低LED成本,高电流密度的芯片设计便以获取更多的光输出为主要研究方向,在这样的考虑下,使用垂直式封装的芯片便成为下一课题,此类芯片使用硅等高散热基板,在高电流操作下有更好的散热效率,所以也有更高的光输出,但由于制作流程复杂,工艺良率过低,以致于无法达到理想的高性价比,由此可知,在高瓦数封装上,工艺良率所导致的价格因素也是一大考虑。

  台积电子公司采钰科技便是专攻晶圆级高功率LED硅基封装技术的业者。该公司在2010年已打入中国路灯市场,2011年更将重心放在室内照明球泡灯产品上。采钰科技LED技术研发处长李豫华表示,以8吋磊晶计算,目前采钰封装产能为单月2千片、相当于400万颗,去年产品成功打入中国路灯产品,量大的时候甚至单月出货量高达70-80万颗。

  与一般台湾LED封装厂商采用的氧化铝(蓝宝石)基板技术不同,采钰采用的是晶圆级LED硅基封装技术,采钰李豫华表示,硅基封装LED在散热方面优于蓝宝石基板,但目前售价也高于蓝宝石基板的产品,不过,李豫华认为在今年内,采钰硅基封装与蓝宝石基板产品的价格将趋于一致,采钰更订下目标,希望每年成本下降幅度可达到30%。

  硅基板的良率尚低

  硅基板的最大诉求为导热更佳,李豫华进一步指出,次世代照明的LED封装需求最重要的就是散热问题,估计热的问题5年内难解,其次则是需要强而有力的结构体和稳定可靠的材料。另外光的表现也很重要,像均匀性、光源强度、出光效率是否更优异以及光的型式表现,最后就是量产和成本方面的管理。

  LED封装在这30年的演进,最大的特色就是尺寸愈来愈小,因此热效应问题在输入驱动电流较高时便凸显出来。也就是说,现在高功率LED需求愈来愈大,当放进小颗LED并将电源灌入后,热量便会产生,为了要降低热,光的亮度就会减小,这时为了要增加亮度,又得导入更高的电流,高电流又会产生更多的热,如此成为一个循环,热量就不断增加。接合温度过高,结果便是每升高20℃,LED效能就要降低5%(或每增加1℃,效能降0.25%)。

  LED产生的90%热量都是向下走,因此封装技术中,散热十分重要。整体而言,可供选择的高功率LED次安装基台(sub-mount)材料有陶瓷(氧化铝、氮化铝)和硅。其中,铝基板有翘曲问题,且以导热系数和热扩散来看,硅是最佳选择。

  硅基LED封装工艺流程为:绝缘及金属层、芯片/金属线键结及荧光材料涂布、透镜组装,再进行切割与测试。使用硅晶圆方法可以藉以控制穿孔型式(单一或多重),因而增加光萃取率,这是陶瓷基板所做不到的。李豫华并特别指出采钰独家的IC制造兼容晶圆级荧光粉涂布技术,可以在LED芯片最上层造就薄而高效能的荧光粉出光层,可改善黄晕现象,且此技术可控制色温的一致性

  另外,半球形镜头为以光学设计方式增加出光率的方法之一,也是采钰独家设计的晶圆级产品,镜头设计符合各种出光形式的需求。此外,利用不同材料的折射率不同,由内而外愈来愈小,亦可控制出光路径使其出光率增加,此结构模式可改善出光率逾7%。再者,藉由荧光粉补偿过程可以达到紧密的色温控制,因而良率可获得提升,使原本低于70%的良率,经由补偿可以提升超过95%。目前采钰的LED硅基封装成品已经在多处导入,包括大陆秦皇岛、大陆京沈高速公路匝道的LED路灯及新竹清华大学校园等。

  不过,LED硅基封装仍有许多技术上面临的挑战需要克服,例如材料方面,硅材有容易碎裂的缺点,且机构强度也是问题所在。荧光粉则需考虑其电子亮度和热及湿阻抗。另外,镜头的折射率及热稳定度、粘着性等都是考虑点。结构方面,绝缘层、金属层都有其挑战。

  采钰专攻LED照明,目前并没有跨入LED大尺寸背光源的计划。在2012年台湾、日本、美国、加拿大将开始禁用白炽灯泡的政策下,采钰认为,2011年第3季LED暖白色球泡灯销售量将爆发性成长,公司也将球泡灯产品列入今年的发展重点。

关键字:LED  封装

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1103/article_12922.html
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