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改變封裝技術(shù)可讓LED照明可靠性大增

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? ? ?隨著(zhù)藍光和白光發(fā)光二極管（LED）在1990年大舉邁向實(shí)用化階段后，無(wú)論是利用LED所進(jìn)行的全彩顯示，或是在近年來(lái)社會(huì )大眾對節能議題所展現的高度重視下，LED所普及到的智能手機、個(gè)人電腦（PC）、電視背光、照明、白色家電產(chǎn)品或交通號誌等多樣化的產(chǎn)品應用領(lǐng)域愈來(lái)愈廣。為滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，業(yè)界針對各種產(chǎn)品系列，包括能夠實(shí)現高演色性與高可靠性的照明用LED、以PICOLED為代表產(chǎn)品的小型薄型LED，以及車(chē)用客製化色彩LED等傾注了相當的研發(fā)資源。


　　照明用白光LED產(chǎn)值急速成長(cháng)


　　受到世界節能趨勢以及日本東北大地震所引發(fā)的節能意識高漲，日本市場(chǎng)對于照明用白光LED的需求量大增，促使LED照明市場(chǎng)產(chǎn)值正不斷急遽成長(cháng)，然而，若要讓照明光源完全從傳統的白熾燈泡照明方式轉換為L(cháng)ED照明，在產(chǎn)品特性上仍有些亟待解決的問(wèn)題存在，其中，業(yè)界研發(fā)重點(diǎn)尤以L(fǎng)ED燈的高演色性與高可靠性為主，以下將分別就業(yè)者針對高Ra值與發(fā)光效率的技術(shù)做分享。


　　兼顧高Ra值與發(fā)光效率


　　平均演色性評價(jià)指數（Ra）就是光源使物體表現或重現真實(shí)顏色的一種指數，指數愈高，代表顏色重現性愈佳（太陽(yáng)光的Ra為100），市場(chǎng)上期盼照明用白光LED能夠兼具高發(fā)光效率與高演色性（Ra≧80），但發(fā)光效率與Ra值兩者之間卻存在著(zhù)效益權衡（Trade-off）特性。由于市場(chǎng)上對于發(fā)光效率有更高的要求，因此目前市場(chǎng)上多為Ra≒70的高發(fā)光效率LED。


　　一般白光LED燈的封裝結構是將藍光LED晶片安裝在基板上，再以含有螢光體的樹(shù)脂進(jìn)行封裝。在LED元件的發(fā)光色（藍色）與螢光體的發(fā)光色（黃色、紅色或綠色等）混合后，便會(huì )形成白光。


　　從發(fā)光效率的觀(guān)點(diǎn)上來(lái)看，一般大多以藍光+黃光來(lái)形成白光，但這樣會(huì )造成紅光的重現性不佳，因此不適合照明用途。一般所採用的解決方法就是增加紅光的成分，藉此改善紅光的重現性，但如此會(huì )有導致發(fā)光效率不理想的問(wèn)題。


　　為兼顧高發(fā)光效率與高Ra值，業(yè)者將螢光體有效率地配置于封裝內部，以?xún)扇涿赖募夹g(shù)做為解決對策，成功地研發(fā)出Ra≧80且發(fā)光效率極高的產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品無(wú)論在Ra或R9（紅色）指數上的表現均十分良好，與Ra值相同的其他廠(chǎng)牌產(chǎn)品相較之下，該系列產(chǎn)品的R9值更高，紅色的重現性也更佳。隨著(zhù)此項技術(shù)的突破，LED燈不但能降低色度的不均，還能因應更細緻的色度等級。


　　高可靠度


　　近年來(lái)，市場(chǎng)上對于可靠性的相關(guān)需求也變得日益高漲。尤其是由于LED封裝反射率較高，一般大多採用鍍銀的方式，不過(guò)銀會(huì )因為硫化（因與硫磺產(chǎn)生反應而變黑的一種現象）而造成LED光束劣化，該現象對于戶(hù)外LED燈造成嚴重問(wèn)題，因此各家廠(chǎng)商莫不提出各種鍍銀方案的因應對策，但目前此問(wèn)題仍無(wú)法完全獲得改善。


　　有鑑于此，業(yè)界捨棄鍍銀方式，改採鍍鎳/鍍金的方式。將LED封裝鍍銀改為鍍鎳/鍍金后，雖然會(huì )導致成本增加，并因反射率的降低而造成發(fā)光效率不佳，但經(jīng)由封裝結構的改善后，目前這些問(wèn)題都已成功地被克服。


　　新封裝結構既能維持高發(fā)光效率，又能實(shí)現高可靠性的LED發(fā)光表現，該系列產(chǎn)品即使在硫化試驗中也展現出絕佳的表現，可完全避免光束劣化的現象。


　　LED小型/薄型化


　　隨著(zhù)行動(dòng)裝置體積輕薄短小化，市場(chǎng)上對于小間距產(chǎn)品的需求逐年強烈，零件也面臨著(zhù)更多降低高度及縮小尺寸之要求。此外，由于戶(hù)外全彩顯示裝置大多採用LED，為提高表現效果，全彩型LED封裝亦朝向更高密度發(fā)展。


　　以ROHM為例，其自1996年開(kāi)始生產(chǎn)SMD型LED以來(lái)，每年不斷地朝向產(chǎn)品小型與薄型化邁進(jìn)，2007年成功地展開(kāi)世界最小最薄產(chǎn)品-1006（0402英吋（inch））（t=0.2毫米（mm））尺寸「PICOLED系列」量產(chǎn)，目前更成功地研發(fā)出0603（0201英吋）尺寸的「PICOLED-mini」。


　　元件技術(shù)


　　為讓封裝更小、更薄，內部的LED元件也必須同時(shí)採用小型薄型規格。因此，業(yè)者從晶圓上的發(fā)光層成膜到晶片化均採用自行研發(fā)的製程技術(shù)，終于成功地將磷化鋁鎵銦（AlGaInP）發(fā)光LED的元件尺寸縮小至邊角0.13毫米（mm）、厚度t=50微米（μm），一舉實(shí)現小型化目標。


　　鑄模技術(shù)


　　為確保產(chǎn)品的強度，業(yè)者提出針對半導體元件進(jìn)行樹(shù)脂封止的加工方法。樹(shù)脂封止加工係採用移轉成形（TransferMold）法，但鑄模模具的模穴會(huì )愈來(lái)愈?。Ｑê穸?.10毫米），因此必須確保樹(shù)脂的流動(dòng)性。此外，為確保LED的光學(xué)特性，無(wú)法對其添加用來(lái)確保零件強度的填充材料，如此一來(lái)，便會(huì )造成產(chǎn)品在機械性強度上的降低，但上述問(wèn)題目前皆已解決。


　　組裝技術(shù)


　　在LED晶片的製作上，必須在厚度t=0.10毫米的封止樹(shù)脂中對LED元件進(jìn)行焊線(xiàn)，因此業(yè)者採用自行研發(fā)的焊線(xiàn)機，成功縮小間距并降低迴路。


　　目前，世界最小的超小型LED體積僅1006尺寸，厚度僅0.2毫米，此產(chǎn)品不受設置空間的限制，并採用高亮度LED元件，透過(guò)LED發(fā)光，能夠讓光線(xiàn)從行動(dòng)電話(huà)的外殼內部進(jìn)行穿透照明。


　　不但如此，超小型LED還可適用于點(diǎn)矩陣顯示器。傳統的1608尺寸產(chǎn)品最小間距為2毫米，而超小型LED卻能以最小間距1.5毫米進(jìn)行高密度安裝，因此能展現出更細緻的表現效果。


　　在其他特色方面，由于該方案的封裝尺寸極小，因此可以用在七段顯示器、點(diǎn)矩陣顯示器模組上，并省略在晶片直接封裝（COB）技術(shù)上所必須的晶粒黏著(zhù)（Die-bonding）、焊線(xiàn)、樹(shù)脂接合（Bonding）等製程。


　　車(chē)用LED照明受矚目


　　隨著(zhù)LED燈泡及照明用途急速普及化，車(chē)用LED照明較以往更受到市場(chǎng)的青睞。在車(chē)輛內裝用途上，無(wú)論是汽車(chē)音響、汽車(chē)導航系統或是空調面板等主要背光，目前幾乎已全面採用LED光源。接下來(lái)，像是目前仍?huà)裼脗鹘y燈泡的室內燈及警示燈，以及採用冷陰極管的儀表板背光等也將漸漸地面臨汰換的命運。


　　在車(chē)輛外裝上，近年來(lái)像是尾燈、轉向燈、定位燈等傳統燈泡也已逐步被汰換，甚至連頭燈也都由傳統的鹵素燈、高亮度放電（HID）燈轉而被LED燈所取代。若從環(huán)境辨識性的觀(guān)點(diǎn)上來(lái)看，採用LED燈作為晝行燈（Daytime Running Lamps，DRL）的趨勢更是值得關(guān)注。


　　為因應多樣化的車(chē)用需求，業(yè)界在車(chē)用LED技術(shù)研發(fā)上，將以下列兩項為研發(fā)重點(diǎn)。


　　色度及亮度之客制化需求


　　在汽車(chē)內裝方面，像是空調面板等儀表板周邊的光源大多由車(chē)廠(chǎng)來(lái)指定顏色。業(yè)者所推出的磷化鋁鎵銦元件型LED系列產(chǎn)品，挾元件自製優(yōu)勢，無(wú)論是色彩、光度皆可依客戶(hù)要求自行客製化。


　　其他像是利用氮化銦鎵（InGaN）及含有螢光體的樹(shù)脂所成功創(chuàng )造出的白光及粉色LED系列，也能提供色彩客製化功能。像是主要按鍵的背光等使用頻率較高的按鍵，即可藉由微妙的顏色差異突顯其與相鄰按鍵之相異性，藉此喚起使用者的注意。這種磷化鋁鎵銦元件採用在磊晶成長(cháng)（Epitaxial Growth）階段上抑制波長(cháng)差異的技術(shù)，因此能夠滿(mǎn)足客戶(hù)嚴格的規格要求。


　　研發(fā)耐硫化對策/擴充新品


　　另一方面，市場(chǎng)對于尾燈等車(chē)輛外裝用途的LED燈最大要求莫過(guò)于耐熱性及對嚴苛氣候的耐受性，但由于傳統的LED封裝的導線(xiàn)架為鍍銀材料，容易產(chǎn)生硫化及光束劣化問(wèn)題，目前這個(gè)問(wèn)題也開(kāi)始受到重視。


　　鑒于此，業(yè)界改鍍鎳/鍍鈀/鍍金做為導線(xiàn)架材料，成功解決因硫化所造成的光束劣化問(wèn)題。另外，對于鍍鎳/鍍鈀/鍍金所引起的光度降低缺點(diǎn)，業(yè)者亦研發(fā)出新的一系列產(chǎn)品，藉由提高元件本身輸出效率的方式來(lái)解決，展現出毫不遜于鍍銀產(chǎn)品的光束強度。未來(lái)，業(yè)界將採鍍鎳/鍍鈀/鍍金做為封裝硫化改善對策，并積極擴充新的產(chǎn)品系列，以滿(mǎn)足客戶(hù)的多樣化需求。

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