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          陶瓷封裝在高功率LED上的實際應用

          作者:時間:2013-07-09來源:中國之光網收藏

            在尚未普及前,以Lumileds所提出的K1封裝形式,在1W(或以上)的led的領域己成為大家所熟知的產品。但是隨著市場對產品特性要求的提升,封裝廠仍不斷地改良自家產品。而利用薄膜平板陶瓷基板(DPCCeramicSubstrate),或稱為陶瓷支架。再加上molding直接制作光學鏡片的方式的引進,使得高功率led封裝產品又多了一種選擇。然而這幾年的實際產品驗証,讓國際大廠不約而同地往這個方向靠攏,其中的原因值得仔細思考。

          本文引用地址:http://www.ctn26.com/article/147265.htm

            K1的最大優勢在于有個金屬反光杯的結構,使得磊芯片的背發光效率能充分應用。但是K1的結構中的材料間彼此熱膨脹系數差異較大,如塑膠與金屬,芯片與導線架等,在長期高功率的循環負載下,都可能使材料接口間產生間隙而使水氣進入。尤其在室外的照明應用上,使用環境更復雜,溫差,水氣外,還有環境污染所帶來的各種氣體,如硫..等,都使K1的信賴性遭遇更多挑戰。

            而陶瓷封裝的設計重點,則是著眼于信賴性。利用陶瓷與金屬的高導熱性,將高功率所產生的熱迅速導出封裝體外。再加上陶瓷與金屬,或陶瓷與一次光學部份的高分子(硅膠)的熱膨脹系數差異較小,應此減少了材料間熱應力所產生的風險。此外,一次光學的硅膠是采用molding制程所制作,一體成型并復蓋整個陶瓷基板,兼具光學及保護作用,使陶瓷封裝的信賴性遠高于K1。當然,陶瓷封裝采用的是薄膜平板陶瓷,對于磊芯片的背光只能靠平面金屬來反射,所以光的使用效率會比K1低一些,但由于陶瓷封裝的本體溫度較低,所以兩者的效應加總起來,兩者的整體發光效率差異并不明顯。

            而實際在燈具的設計使用上,陶瓷封裝也有其優勢。圖一為1W的K1及3535陶瓷封裝實際外觀圖,明顯地可以比較出,陶瓷封裝的面積比K1小了3倍以上,這對于燈具中的排列上有了更大的彈性。

            此外,陶瓷封裝的高度較低,發光角度大,光色一致性優越,因此在同樣的系統板上,陶瓷封裝所制作的燈泡可以避免掉局部暗區的問題。

            高功率芯片的單位電流較大,要充份發揮高功率芯片的光效,芯片與封裝用陶瓷基板的黏合利用共晶技術取代導熱銀膠,才能將芯片所產生的熱直接經由共晶結合面傳遞出去。共晶制程須要將芯片及陶瓷基板(或支架)同時置于300oC左右一段時間才能使共晶合金接口充份形成。在這么高溫的制程中,目前只有陶瓷封裝可以達成。K1或其他有塑膠支架的傳led封裝結構還無法使用共晶制程,因此未來更多高階芯片如果利用垂直或復晶發光結構,陶瓷封裝將是最好的選擇。

            共晶制程對溫度及時間的要求相當嚴格,程序耗時而煩復。因此如何自動化成為封裝廠最頭痛的課題。并日電子經過兩年的測試,已經在深圳廠區成功完成自動化共晶制程,目前陶瓷大功率產能在12KK/月,并日電子擁有強大的研發團隊,能獨立自主地研發關鍵生產設備,有能力在60天內擴大產能至100KK/月。

            陶瓷封裝制程還有另一種應用--COB封裝。一般COB封裝如圖二所示,芯片封裝的高度低于支架邊緣,因此側光的部份會被擋住,發光角度較小。如果利用陶瓷封裝結構,將多晶植于陶瓷基板,如圖三所示,不但可以取出側光,而且陶瓷也可以充份發揮散熱的功能。

            并日所推出的5050尺寸,如圖四所示,就是4顆芯片和3顆芯片所組成的COB結構。除此之外,由于并日也建立了自主硅膠光學鏡片成型模具的制造能力,因此可以調整COB發光的發光角度,以符合不同照明須求。

            高功率陶瓷封裝的燈珠,最適用于小體積,高亮度的照明應用。路燈照明,由于使用環境最嚴苛,已証實陶瓷封裝是最佳的選擇,這部份不再贅述。而平常我們常接觸的商用照明MR-16燈具,是陶瓷封裝最好的應用。并日電子所推出3535及5050兩種封裝尺寸,可供不同MR-16照明方案使用,如圖七所示,可用單顆5050或三顆3535做為燈源。利用最少的燈珠數,使二次光學透鏡更單純,也能減少LED照明時曡影的產生。

            LED陶瓷封裝的制程與傳統LED導線架的封裝制程及設備大多不相同,因此目前多由歐美各龍頭廠所供應,并日電子除了致力于生產優質的陶瓷大功率光源外,更獨力發展出關鍵制程的制造設備,使未來高階封裝制程不再受限于國外設備商手中,隨時根據市場需求擴大產能。并日電子將持續致力于高功率LED陶瓷封裝,并使陶瓷封裝成為高功率照明應用最佳的解決方案。



          關鍵詞: 陶瓷封裝 LED

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