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陶瓷封装在高功率LED上的实际应用

作者:时间:2013-07-09来源:中国之光网

  在尚未普及前,以Lumileds所提出的K1封装形式,在1W(或以上)的led的领域己成为大家所熟知的产品。但是随着市场对产品特性要求的提升,封装厂仍不断地改良自家产品。而利用薄膜平板陶瓷基板(DPCCeramicSubstrate),或称为陶瓷支架。再加上molding直接制作光学镜片的方式的引进,使得高功率led封装产品又多了一种选择。然而这几年的实际产品验証,让国际大厂不约而同地往这个方向靠拢,其中的原因值得仔细思考。

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

  K1的最大优势在于有个金属反光杯的结构,使得磊芯片的背发光效率能充分应用。但是K1的结构中的材料间彼此热膨胀系数差异较大,如塑胶与金属,芯片与导线架等,在长期高功率的循环负载下,都可能使材料接口间产生间隙而使水气进入。尤其在室外的照明应用上,使用环境更复杂,温差,水气外,还有环境污染所带来的各种气体,如硫..等,都使K1的信赖性遭遇更多挑战。

  而陶瓷封装的设计重点,则是着眼于信赖性。利用陶瓷与金属的高导热性,将高功率所产生的热迅速导出封装体外。再加上陶瓷与金属,或陶瓷与一次光学部份的高分子(硅胶)的热膨胀系数差异较小,应此减少了材料间热应力所产生的风险。此外,一次光学的硅胶是采用molding制程所制作,一体成型并复盖整个陶瓷基板,兼具光学及保护作用,使陶瓷封装的信赖性远高于K1。当然,陶瓷封装采用的是薄膜平板陶瓷,对于磊芯片的背光只能靠平面金属来反射,所以光的使用效率会比K1低一些,但由于陶瓷封装的本体温度较低,所以两者的效应加总起来,两者的整体发光效率差异并不明显。

  而实际在灯具的设计使用上,陶瓷封装也有其优势。图一为1W的K1及3535陶瓷封装实际外观图,明显地可以比较出,陶瓷封装的面积比K1小了3倍以上,这对于灯具中的排列上有了更大的弹性。

  此外,陶瓷封装的高度较低,发光角度大,光色一致性优越,因此在同样的系统板上,陶瓷封装所制作的灯泡可以避免掉局部暗区的问题。

  高功率芯片的单位电流较大,要充份发挥高功率芯片的光效,芯片与封装用陶瓷基板的黏合利用共晶技术取代导热银胶,才能将芯片所产生的热直接经由共晶结合面传递出去。共晶制程须要将芯片及陶瓷基板(或支架)同时置于300oC左右一段时间才能使共晶合金接口充份形成。在这么高温的制程中,目前只有陶瓷封装可以达成。K1或其他有塑胶支架的传led封装结构还无法使用共晶制程,因此未来更多高阶芯片如果利用垂直或复晶发光结构,陶瓷封装将是最好的选择。

  共晶制程对温度及时间的要求相当严格,程序耗时而烦复。因此如何自动化成为封装厂最头痛的课题。并日电子经过两年的测试,已经在深圳厂区成功完成自动化共晶制程,目前陶瓷大功率产能在12KK/月,并日电子拥有强大的研发团队,能独立自主地研发关键生产设备,有能力在60天内扩大产能至100KK/月。

  陶瓷封装制程还有另一种应用--COB封装。一般COB封装如图二所示,芯片封装的高度低于支架边缘,因此侧光的部份会被挡住,发光角度较小。如果利用陶瓷封装结构,将多晶植于陶瓷基板,如图三所示,不但可以取出侧光,而且陶瓷也可以充份发挥散热的功能。

  并日所推出的5050尺寸,如图四所示,就是4颗芯片和3颗芯片所组成的COB结构。除此之外,由于并日也建立了自主硅胶光学镜片成型模具的制造能力,因此可以调整COB发光的发光角度,以符合不同照明须求。

  高功率陶瓷封装的灯珠,最适用于小体积,高亮度的照明应用。路灯照明,由于使用环境最严苛,已証实陶瓷封装是最佳的选择,这部份不再赘述。而平常我们常接触的商用照明MR-16灯具,是陶瓷封装最好的应用。并日电子所推出3535及5050两种封装尺寸,可供不同MR-16照明方案使用,如图七所示,可用单颗5050或三颗3535做为灯源。利用最少的灯珠数,使二次光学透镜更单纯,也能减少LED照明时曡影的产生。

  LED陶瓷封装的制程与传统LED导线架的封装制程及设备大多不相同,因此目前多由欧美各龙头厂所供应,并日电子除了致力于生产优质的陶瓷大功率光源外,更独力发展出关键制程的制造设备,使未来高阶封装制程不再受限于国外设备商手中,随时根据市场需求扩大产能。并日电子将持续致力于高功率LED陶瓷封装,并使陶瓷封装成为高功率照明应用最佳的解决方案。



关键词: 陶瓷封装 LED

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