不同LED封裝技術(shù),將直接影響LED光型、光色,在生活照明用LED元件封裝,更是影響產(chǎn)品壽命的重要關(guān)鍵,目前封裝技術(shù)發(fā)展多元,不同業(yè)者有各自主推的封裝技術(shù),封裝形式也會直接受到影響.
LED多種封裝方式與元件規(guī)格
EMC(Epoxy Molding Compound)是利用Epoxy材料與蝕刻技術(shù)所制作的封裝設(shè)計,元件屬于一種高度整合的框架形式,EMC由于材料與結(jié)構(gòu)特性,元件具高耐熱、抗UV、高度整合、可以高電流驅(qū)動、體積小等多種優(yōu)勢,是在LED照明應(yīng)用要求高度整合、增加光電轉(zhuǎn)換效率、高可靠性要求前提下所開發(fā)的封裝技術(shù)。以EMC封裝實作來說,EMC所使用塑封材料為環(huán)氧樹脂,環(huán)氧樹脂材料具抗UV、高溫運作穩(wěn)定性高、封裝體的膨脹系數(shù)低等優(yōu)點,因此吸引將此封裝應(yīng)用導(dǎo)入背光應(yīng)用市場、環(huán)保照明應(yīng)用。
要將LED發(fā)光效能提升,使用多顆元件制成模組光源是最簡單的方法,但多元件會導(dǎo)致熱處理問題與電路復(fù)雜度問題,圖為200W的光源模組。
CREE
EMC封裝材料特性佳 熱膨脹系數(shù)相對更小
EMC封裝在實作上,由于采用環(huán)氧膜塑封材料,使得其元件具備力學(xué)、粘結(jié)和元件耐腐蝕的性能表現(xiàn)不俗,而進行封裝處理時于封裝料固化收縮率和熱膨脹系數(shù)相對更小,元件的穩(wěn)定性表現(xiàn)佳,在制作工藝與綜合特性表現(xiàn)均具有其封裝技術(shù)亮點,因此EMC封裝的LED發(fā)光元件在電子應(yīng)用領(lǐng)域獲得廣泛使用,甚至不只照明應(yīng)用熱門,就連LCD TV的背光應(yīng)用也有導(dǎo)入相關(guān)封裝方案的LED光源。至于相關(guān)業(yè)者目前積極關(guān)注的重點在于,EMC封裝制程的發(fā)光效率提升與元件薄型化設(shè)計方向,同時藉由成本優(yōu)化持續(xù)提升EMC封裝的成本與競爭優(yōu)勢。
尤其相較于PPA或是陶瓷基板,EMC封裝方案為采用環(huán)氧樹脂材料為主,更容易實現(xiàn)大規(guī)模的量大生產(chǎn)需求,透過量的擴增進一步壓縮制造成本,另外環(huán)氧樹脂材料應(yīng)用更為彈性,不僅尺寸可以輕易重新設(shè)計,加上材料更小、更容易進行切割處理,終端產(chǎn)品元器件的設(shè)計更為靈活、彈性,所制成的終端光源元件可在小體積上驅(qū)動高瓦數(shù),尤其在0.2W~2W左右的光源產(chǎn)品極具競爭力。
COB封裝方案多晶片整合優(yōu)勢大
COB(chip On board)封裝方案,其實就是把LED裸晶片利用導(dǎo)電或是非導(dǎo)電膠處理粘附于互連基板之上,再進行引線處理鍵合完成其電氣連接制作,但實際上如果將裸晶片不加任何處理暴露在空氣之中,晶片本身很容易因為受到污染、或人為碰觸導(dǎo)致?lián)p壞,甚至造成損壞部分功能或破壞晶片功能!而為了改善裸晶片的保護問題,即可使用膠形式的材料將晶片與鍵合引線建構(gòu)的電氣連接設(shè)計整個封合。
LED的COB技術(shù)常見有MCOB封裝與COB封裝。先看LED的COB封裝,大多數(shù)的COB封裝(包含日本的封裝COB應(yīng)用技術(shù)),大多是基于基板的封裝基礎(chǔ)進行處理,也就是說在基板上將多個晶片整合在一起再進行封裝,若是基板的襯底下方設(shè)置銅箔,銅箔可以提供極佳的導(dǎo)電處理,但對光學(xué)處理卻幫助不大。MCOB的制法與傳統(tǒng)COB不同,MCOB(Muilti Chips On Board)技術(shù)為將晶片置放在有光學(xué)設(shè)計的杯狀結(jié)構(gòu)中,可根據(jù)預(yù)先設(shè)計的光學(xué)特性進行元器件的效果優(yōu)化,設(shè)計上也可制作多組杯狀光學(xué)結(jié)構(gòu)進行整合,藉此提供LED單一元器件更優(yōu)異的光輸出效果,有效利用物理光學(xué)優(yōu)化結(jié)構(gòu)進而提升整體的元件發(fā)光效率,MCOB也能因應(yīng)小功率與大功率的封裝需求。
MCOB光學(xué)設(shè)計優(yōu)勢 元件具更高光輸出效能
COB有許多獨特的材料優(yōu)勢,例如COB光源的生產(chǎn)成本較低、散熱效果顯著,令具備高封裝密度、輸出光密度高特性,而與多數(shù)傳統(tǒng)LED封裝技術(shù)相較,以COB封裝技術(shù)制成的面板光源在實際的照明用途相對在照明更柔和,在照明用LED光源市場具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿ΑR话銇碚fCOB光源技術(shù)以日系業(yè)者較為領(lǐng)先,多數(shù)廠商也開始投入COB市場,COB封裝模式在關(guān)鍵的基板材料也獲得大幅改進,從早期的銅基板設(shè)計方案,發(fā)展至鋁基板應(yīng)用方案,甚至部分業(yè)者已開始導(dǎo)入陶瓷基板進行COB封裝產(chǎn)品的制作,持續(xù)優(yōu)化COB光源在產(chǎn)品壽命、可靠性與關(guān)鍵的發(fā)光效率。
先前也有提到,MCOB技術(shù)其實也可以稱為多杯整合的COB封裝技術(shù),實際制作方式為將LED集群以多杯型式整合封裝,利用多個光學(xué)杯狀結(jié)構(gòu),讓LED晶片所發(fā)出的光透過杯裝光學(xué)體的優(yōu)化,使其發(fā)光方向都能集中在正上方,改善LED光源元器件的元件光輸出參數(shù)表現(xiàn),提高光通量。MCOB封裝方式優(yōu)點在于提高光通量外,也能最大限度地改善眩光、斑馬紋現(xiàn)象,同時也能提高每瓦驅(qū)動的LED發(fā)光效率表現(xiàn)。若以傳統(tǒng)LED SMD貼片式封裝或其他大功率封裝方式比較,COB可以將多組晶片封裝在金屬基板上,減少散熱設(shè)計也能獲得不錯的光效,而MCOB為透過基板直接散熱,同時減少支架制作成本,整體元件還具備熱阻小優(yōu)勢,LED發(fā)光時產(chǎn)生的熱也能快速逸散。
COB/MCOB仍有相關(guān)技術(shù)問題待突破
在產(chǎn)品實際設(shè)計上,例如桶燈、嵌入式燈具,即可將MCOB元件直接利用金屬燈具做散熱片,減省散熱片的額外成本。此外,以10W燈具為例,若是傳統(tǒng)LED光源,必須使用10顆1W LED再封裝成10顆LED元件,若使用COB或MCOB封裝技術(shù)整合,即可使用10顆1W LED封裝在單一COB或MCOB封裝體上,再運用二次光學(xué)設(shè)計改善輸出光形,不僅簡化制作、組裝成本,PCB設(shè)計也更為簡化,LED本身的散熱與機構(gòu)處理更簡潔,甚至二次光學(xué)設(shè)計也會較多LED的設(shè)計方案成本更低、效果更好。
雖說COB與MCOB使用優(yōu)點多,但實際上也有其市場推廣限制存在,例如使用鋁基板的COB熱阻較大、可靠度偏低,易容易導(dǎo)致燈具提早出現(xiàn)光衰現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)故障問題,而后期改善的做法為改用陶瓷基板進行整合,但實際上雖然陶瓷基板為不錯的基板選項,但成本并不是很具親和性,在小功率應(yīng)用方面成本問題將導(dǎo)致用戶使用興趣缺缺,而COB與MCOB的大型晶片的封裝處理仍存在熱阻改善與光效優(yōu)化等問題,加上燈具場家不見得對COB與MCOB的封裝標(biāo)準(zhǔn)件買單,在元器件標(biāo)準(zhǔn)不一致,也很難大量打入燈具應(yīng)用市場。
另外CSP技術(shù)也成為市場熱議的焦點。CSP的技術(shù)定義為將封裝體積和LED晶片一致、或是封裝體積應(yīng)不大于LED晶片20%,且LED仍能具備完整功能的封裝元件,而CSP技術(shù)所追求的是在元件體積盡可能微縮、減小,卻仍須維持相同晶片所應(yīng)有的光效,而關(guān)鍵元件體積減小后最直接的特點就能實踐低成本、小發(fā)光面積、更長元件使用壽命的設(shè)計目的,再加上小體積元件也表示二次光學(xué)的相關(guān)光學(xué)處理優(yōu)化彈性更高、處理成本更低,制成的燈具產(chǎn)品能在極小光學(xué)結(jié)構(gòu)實踐最高亮度與最大發(fā)光角度,尤其在LED球泡燈、LED燈管等具極佳設(shè)計靈活度,有希望成為封裝技術(shù)的主流。