详解:不同LED封装技术对LED模组光效的影响

 中国电子报、电子信息产业网  作者:
发布时间:2015-03-25
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    不同LED封装技术,将直接影响LED光型、光色,在生活照明用LED元件封装,更是影响产品寿命的重要关键,目前封装技术发展多元,不同业者有各自主推的封装技术,封装形式也会直接受到影响… 

    EMC封装材料特性佳 热膨胀系数相对更小

    EMC(Epoxy Molding Compound)是利用Epoxy材料与蚀刻技术所制作的封装设计,元件属于一种高度整合的框架形式,EMC由于材料与结构特性,元件具高耐热、抗UV、高度整合、可以高电流驱动、体积小等多种优势,是在LED照明应用要求高度整合、增加光电转换效率、高可靠性要求前提下所开发的封装技术。以EMC封装实作来说,EMC所使用塑封材料为环氧树脂,环氧树脂材料具抗UV、高温运作稳定性高、封装体的膨胀系数低等优点,因此吸引将此封装应用导入背光应用市场、环保照明应用。

  要将LED发光效能提升,使用多颗元件制成模组光源是最简单的方法,但多元件会导致热处理问题与电路复杂度问题。

  EMC封装在实作上,由于采用环氧膜塑封材料,使得其元件具备力学、粘结和元件耐腐蚀的性能表现不俗,而进行封装处理时于封装料固化收缩率和热膨胀系数相对更小,元件的稳定性表现佳,在制作工艺与综合特性表现均具有其封装技术亮点,因此EMC封装的LED发光元件在电子应用领域获得广泛使用,甚至不只照明应用热门,就连LCD TV的背光应用也有导入相关封装方案的LED光源。至于相关业者目前积极关注的重点在于,EMC封装制程的发光效率提升与元件薄型化设计方向,同时藉由成本优化持续提升EMC封装的成本与竞争优势。

  尤其相较于PPA或是陶瓷基板,EMC封装方案为采用环氧树脂材料为主,更容易实现大规模的量大生产需求,透过量的扩增进一步压缩制造成本,另外环氧树脂材料应用更为弹性,不仅尺寸可以轻易重新设计,加上材料更小、更容易进行切割处理,终端产品元器件的设计更为灵活、弹性,所制成的终端光源元件可在小体积上驱动高瓦数,尤其在0.2W~2W左右的光源产品极具竞争力。

  COB封装方案 多晶片整合优势大

  COB(chip On board)封装方案,其实就是把LED裸晶片利用导电或是非导电胶处理粘附于互连基板之上,再进行引线处理键合完成其电气连接制作,但实际上如果将裸晶片不加任何处理暴露在空气之中,晶片本身很容易因为受到污染、或人为碰触导致损坏,甚至造成损坏部分功能或破坏晶片功能!而为了改善裸晶片的保护问题,即可使用胶形式的材料将晶片与键合引线建构的电气连接设计整个封合。

  LED的COB技术常见有MCOB封装与COB封装。先看LED的COB封装,大多数的COB封装(包含日本的封装COB应用技术),大多是基于基板的封装基础进行处理,也就是说在基板上将多个晶片整合在一起再进行封装,若是基板的衬底下方设置铜箔,铜箔可以提供极佳的导电处理,但对光学处理却帮助不大。MCOB的制法与传统COB不同,MCOB(Muilti Chips On Board)技术为将晶片置放在有光学设计的杯状结构中,可根据预先设计的光学特性进行元器件的效果优化,设计上也可制作多组杯状光学结构进行整合,藉此提供LED单一元器件更优异的光输出效果,有效利用物理光学优化结构进而提升整体的元件发光效率,MCOB也能因应小功率与大功率的封装需求。

  MCOB光学设计优势 元件具更高光输出效能

  COB有许多独特的材料优势,例如COB光源的生产成本较低、散热效果显着,令具备高封装密度、输出光密度高特性,而与多数传统LED封装技术相较,以COB封装技术制成的面板光源在实际的照明用途相对在照明更柔和,在照明用LED光源市场具有相当大的发展潜力。一般来说COB光源技术以日系业者较为领先,多数厂商也开始投入COB市场,COB封装模式在关键的基板材料也获得大幅改进,从早期的铜基板设计方案,发展至铝基板应用方案,甚至部分业者已开始导入陶瓷基板进行COB封装产品的制作,持续优化COB光源在产品寿命、可靠性与关键的发光效率。

  先前也有提到,MCOB技术其实也可以称为多杯整合的COB封装技术,实际制作方式为将LED集群以多杯型式整合封装,利用多个光学杯状结构,让LED晶片所发出的光透过杯装光学体的优化,使其发光方向都能集中在正上方,改善LED光源元器件的元件光输出参数表现,提高光通量。MCOB封装方式优点在于提高光通量外,也能最大限度地改善眩光、斑马纹现象,同时也能提高每瓦驱动的LED发光效率表现。若以传统LED SMD贴片式封装或其他大功率封装方式比较,COB可以将多组晶片封装在金属基板上,减少散热设计也能获得不错的光效,而MCOB为透过基板直接散热,同时减少支架制作成本,整体元件还具备热阻小优势,LED发光时产生的热也能快速逸散。

  COB/MCOB仍有相关技术问题待突破

  在产品实际设计上,例如桶灯、嵌入式灯具,即可将MCOB元件直接利用金属灯具做散热片,减省散热片的额外成本。此外,以10W灯具为例,若是传统LED光源,必须使用10颗1W LED再封装成10颗LED元件,若使用COB或MCOB封装技术整合,即可使用10颗1W LED封装在单一COB或MCOB封装体上,再运用二次光学设计改善输出光形,不仅简化制作、组装成本,PCB设计也更为简化,LED本身的散热与机构处理更简洁,甚至二次光学设计也会较多LED的设计方案成本更低、效果更好。

  虽说COB与MCOB使用优点多,但实际上也有其市场推广限制存在,例如使用铝基板的COB热阻较大、可靠度偏低,易容易导致灯具提早出现光衰现象,甚至出现故障问题,而后期改善的做法为改用陶瓷基板进行整合,但实际上虽然陶瓷基板为不错的基板选项,但成本并不是很具亲和性,在小功率应用方面成本问题将导致用户使用兴趣缺缺,而COB与MCOB的大型晶片的封装处理仍存在热阻改善与光效优化等问题,加上灯具场家不见得对COB与MCOB的封装标准件买单,在元器件标准不一致,也很难大量打入灯具应用市场。

  另外CSP技术也成为市场热议的焦点。CSP的技术定义为将封装体积和LED晶片一致、或是封装体积应不大于LED晶片20%,且LED仍能具备完整功能的封装元件,而CSP技术所追求的是在元件体积尽可能微缩、减小,却仍须维持相同晶片所应有的光效,而关键元件体积减小后最直接的特点就能实践低成本、小发光面积、更长元件使用寿命的设计目的,再加上小体积元件也表示二次光学的相关光学处理优化弹性更高、处理成本更低,制成的灯具产品能在极小光学结构实践最高亮度与最大发光角度,尤其在LED球泡灯、LED灯管等具极佳设计灵活度,有希望成为封装技术的主流。


来源:

集微网

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