LED封装四大发展趋势

LED封装技术目前主要往高发光效率、高可靠性、高散热能力与薄型化四个方向发展，目前主要的亮点有硅基LED和高压LED，硅基LED之所以引起业界越来越多的关注，是因为它比传统的蓝宝石基底LED的散热能力更强，因此功率可做得更大，Cree就重点在发展硅基LED，它目前存在的主要问题是良率还较低，导致成本还偏高。

　　高压LED是另一大亮点，它因可大幅缩小DC-DC降压电路的输入输出压差，而进一步提升LED驱动电源的效率，这可有效降低LED灯具对散热外壳的要求，从而降低LED灯具的总体成本。目前Cree、Osram和亿光都在发展高压LED工艺。

　　LED封装原理

　　LED封装主要是提供LED芯片一个平台，让LED芯片有更好的光、电、热的表现，好的封装可让LED有更好的发光效率与好的散热环境，好的散热环境进而提升LED的使用寿命。LED封装技术主要建构在五个主要考虑因素上，分别为光学取出效率、热阻、功率耗散、可靠性及性价比(Lm/$)。

　　以上每一个因素在封装中都是相当重要的环节，举例来说，光取出效率关系到性价比;热阻关系到可靠性及产品寿命;功率耗散关系到客户应用。整体而言，较佳的封装技术就是必须要兼顾每一点，但最重要的是要站在客户立场思考，能满足并超出客户需求，就是好的封装。

　　针对LED的封装材料组成，林治民详细解说道，LED封装主要是由基板、芯片、固晶胶、荧光粉、封装胶等组成，我们先将芯片利用固晶胶黏贴于基板上，使用金线将芯片与基板作电性连接，然后将荧光粉与封装胶混合，搭配不同荧光粉比例，以及适当的芯片波长可得到不同的颜色，最后将荧光粉与封装胶的混合体灌入基板中，加热烘烤使胶材固化后，即完成最基本的LED封装。

　　他并指出，LED封装技术主要是往高发光效率、高可靠性、高散热能力与薄型化发展。从芯片来看，目前最普遍的是水平式芯片, 比较高端的厂商则研发垂直式芯片与覆晶型芯片，原先水平式LED使用蓝宝石基板，散热能力较差，且在高电流驱动下，光取出效率下降幅度也较大。因此，为了降低LED成本，高电流密度的芯片设计便以获取更多的光输出为主要研究方向，在这样的考虑下，使用垂直式封装的芯片便成为下一课题，此类芯片使用硅等高散热基板，在高电流操作下有更好的散热效率，所以也有更高的光输出，但由于制作流程复杂，工艺良率过低，以致于无法达到理想的高性价比，由此可知，在高瓦数封装上，工艺良率所导致的价格因素也是一大考虑。

　　台积电子公司采钰科技便是专攻晶圆级高功率LED硅基封装技术的业者。该公司在2010年已打入中国路灯市场，2011年更将重心放在室内照明球泡灯产品上。采钰科技LED技术研发处长李豫华表示，以8吋磊晶计算，目前采钰封装产能为单月2千片、相当于400万颗，去年产品成功打入中国路灯产品，量大的时候甚至单月出货量高达70-80万颗。

　　与一般台湾LED封装厂商采用的氧化铝(蓝宝石)基板技术不同，采钰采用的是晶圆级LED硅基封装技术，采钰李豫华表示，硅基封装LED在散热方面优于蓝宝石基板，但目前售价也高于蓝宝石基板的产品，不过，李豫华认为在今年内，采钰硅基封装与蓝宝石基板产品的价格将趋于一致，采钰更订下目标，希望每年成本下降幅度可达到30%。

　　硅基板的良率尚低

　　硅基板的最大诉求为导热更佳，李豫华进一步指出，次世代照明的LED封装需求最重要的就是散热问题，估计热的问题5年内难解，其次则是需要强而有力的结构体和稳定可靠的材料。另外光的表现也很重要，像均匀性、光源强度、出光效率是否更优异以及光的型式表现，最后就是量产和成本方面的管理。

　　LED封装在这30年的演进，最大的特色就是尺寸愈来愈小，因此热效应问题在输入驱动电流较高时便凸显出来。也就是说，现在高功率LED需求愈来愈大，当放进小颗LED并将电源灌入后，热量便会产生，为了要降低热，光的亮度就会减小，这时为了要增加亮度，又得导入更高的电流，高电流又会产生更多的热，如此成为一个循环，热量就不断增加。接合温度过高，结果便是每升高20℃，LED效能就要降低5%(或每增加1℃，效能降0.25%)。

　　LED产生的90%热量都是向下走，因此封装技术中，散热十分重要。整体而言，可供选择的高功率LED次安装基台(sub-mount)材料有陶瓷(氧化铝、氮化铝)和硅。其中，铝基板有翘曲问题，且以导热系数和热扩散来看，硅是最佳选择。

　　硅基LED封装工艺流程为：绝缘及金属层、芯片/金属线键结及荧光材料涂布、透镜组装，再进行切割与测试。使用硅晶圆方法可以藉以控制穿孔型式(单一或多重)，因而增加光萃取率，这是陶瓷基板所做不到的。李豫华并特别指出采钰独家的IC制造兼容晶圆级荧光粉涂布技术，可以在LED芯片最上层造就薄而高效能的荧光粉出光层，可改善黄晕现象，且此技术可控制色温的一致性。

　　另外，半球形镜头为以光学设计方式增加出光率的方法之一，也是采钰独家设计的晶圆级产品，镜头设计符合各种出光形式的需求。此外，利用不同材料的折射率不同，由内而外愈来愈小，亦可控制出光路径使其出光率增加，此结构模式可改善出光率逾7%。再者，藉由荧光粉补偿过程可以达到紧密的色温控制，因而良率可获得提升，使原本低于70%的良率，经由补偿可以提升超过95%。目前采钰的LED硅基封装成品已经在多处导入，包括大陆秦皇岛、大陆京沈高速公路匝道的LED路灯及新竹清华大学校园等。

　　不过，LED硅基封装仍有许多技术上面临的挑战需要克服，例如材料方面，硅材有容易碎裂的缺点，且机构强度也是问题所在。荧光粉则需考虑其电子亮度和热及湿阻抗。另外，镜头的折射率及热稳定度、粘着性等都是考虑点。结构方面，绝缘层、金属层都有其挑战。

　　采钰专攻LED照明，目前并没有跨入LED大尺寸背光源的计划。在2012年台湾、日本、美国、加拿大将开始禁用白炽灯泡的政策下，采钰认为，2011年第3季LED暖白色球泡灯销售量将爆发性成长，公司也将球泡灯产品列入今年的发展重点。