解析LED封装发展趋势

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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。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。
　　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，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。
　　同时，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,高端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。
　　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%。
　　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。