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陶瓷封裝在高功率LED上的實(shí)際應用

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在陶瓷封裝尚未普及前,以L(fǎng)umileds所提出的K1封裝形式,在1W(或以上)的led的領(lǐng)域己成為大家所熟知的產(chǎn)品。但是隨著(zhù)市場(chǎng)對產(chǎn)品特性要求的提升,封裝廠(chǎng)仍不斷地改良自家產(chǎn)品。而利用薄膜平板陶瓷基板(DPCCeramicSubstrate),或稱(chēng)為陶瓷支架。再加上molding直接制作光學(xué)鏡片的陶瓷封裝方式的引進(jìn),使得高功率led封裝產(chǎn)品又多了一種選擇。然而這幾年的實(shí)際產(chǎn)品驗証,讓國際大廠(chǎng)不約而同地往陶瓷封裝這個(gè)方向靠攏,其中的原因值得仔細思考。


  K1的最大優(yōu)勢在于有個(gè)金屬反光杯的結構,使得LED磊芯片的背發(fā)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(xiàn)架等,在長(cháng)期高功率的循環(huán)負載下,都可能使材料接口間產(chǎn)生間隙而使水氣進(jìn)入。尤其在室外的照明應用上,使用環(huán)境更復雜,溫差,水氣外,還有環(huán)境污染所帶來(lái)的各種氣體,如硫..等,都使K1的信賴(lài)性遭遇更多挑戰。


  而陶瓷封裝的設計重點(diǎn),則是著(zhù)眼于信賴(lài)性。利用陶瓷與金屬的高導熱性,將高功率所產(chǎn)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(xué)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(chǎn)生的風(fēng)險。此外,一次光學(xué)的硅膠是采用molding制程所制作,一體成型并復蓋整個(gè)陶瓷基板,兼具光學(xué)及保護作用,使陶瓷封裝的信賴(lài)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(lái)反射,所以光的使用效率會(huì )比K1低一些,但由于陶瓷封裝的本體溫度較低,所以?xún)烧叩男涌偲饋?lái),兩者的整體發(fā)光效率差異并不明顯。


  而實(shí)際在燈具的設計使用上,陶瓷封裝也有其優(yōu)勢。圖一為1W的K1及3535陶瓷封裝實(shí)際外觀(guān)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LED的排列上有了更大的彈性。


  此外,陶瓷封裝的高度較低,發(fā)光角度大,光色一致性?xún)?yōu)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(wèn)題。


  高功率芯片的單位電流較大,要充份發(fā)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(shù)取代導熱銀膠,才能將芯片所產(chǎn)生的熱直接經(jīng)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(shí)置于300oC左右一段時(shí)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(wú)法使用共晶制程,因此未來(lái)更多高階芯片如果利用垂直或復晶發(fā)光結構,陶瓷封裝將是最好的選擇。


  共晶制程對溫度及時(shí)間的要求相當嚴格,程序耗時(shí)而煩復。因此如何自動(dòng)化成為封裝廠(chǎng)最頭痛的課題。并日電子經(jīng)過(guò)兩年的測試,已經(jīng)在深圳廠(chǎng)區成功完成自動(dòng)化共晶制程,目前陶瓷大功率產(chǎn)能在12KK/月,并日電子擁有強大的研發(fā)團隊,能獨立自主地研發(fā)關(guān)鍵生產(chǎn)設備,有能力在60天內擴大產(chǎn)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(huì )被擋住,發(fā)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(fā)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(xué)鏡片成型模具的制造能力,因此可以調整COB發(fā)光的發(fā)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(huán)境最嚴苛,已証實(shí)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LED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(xué)透鏡更單純,也能減少LED照明時(shí)曡影的產(chǎn)生。


  LED陶瓷封裝的制程與傳統LED導線(xiàn)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(chǎng)所供應,并日電子除了致力于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的陶瓷大功率光源外,更獨力發(fā)展出關(guān)鍵制程的制造設備,使未來(lái)高階封裝制程不再受限于國外設備商手中,隨時(shí)根據市場(chǎng)需求擴大產(chǎn)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。

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