陶瓷封裝在高功率LED上的實際應用

　　在陶瓷封裝尚未普及前，以Lumileds所提出的K1封裝形式，在1W(或以上)的led的領域己成為大家所熟知的產品。但是隨著市場對產品特性要求的提升，封裝廠仍不斷地改良自家產品。而利用薄膜平板陶瓷基板(DPCCeramicSubstrate)，或稱為陶瓷支架。再加上molding直接制作光學鏡片的陶瓷封裝方式的引進，使得高功率led封裝產品又多了一種選擇。然而這幾年的實際產品驗証，讓國際大廠不約而同地往陶瓷封裝這個方向靠攏，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(shù)差異較大，如塑膠與金屬，芯片與導線架等，在長期高功率的循環(huán)負載下，都可能使材料接口間產生間隙而使水氣進入。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)境污染所帶來的各種氣體，如硫..等，都使K1的信賴性遭遇更多挑戰(zhàn)。

　　而陶瓷封裝的設計重點，則是著眼于信賴性。利用陶瓷與金屬的高導熱性，將高功率所產生的熱迅速導出封裝體外。再加上陶瓷與金屬，或陶瓷與一次光學部份的高分子(硅膠)的熱膨脹系數(shù)差異較小，應此減少了材料間熱應力所產生的風險。此外，一次光學的硅膠是采用molding制程所制作，一體成型并復蓋整個陶瓷基板，兼具光學及保護作用，使陶瓷封裝的信賴性遠高于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反射，所以光的使用效率會比K1低一些，但由于陶瓷封裝的本體溫度較低，所以兩者的效應加總起來，兩者的整體發(fā)光效率差異并不明顯。

　　而實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陶瓷封裝實際外觀圖，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，光色一致性優(yōu)越，因此在同樣的系統(tǒng)板上，陶瓷封裝所制作的燈泡可以避免掉局部暗區(qū)的問題。

　　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取代導熱銀膠，才能將芯片所產生的熱直接經(jīng)由共晶結合面?zhèn)鬟f出去。共晶制程須要將芯片及陶瓷基板(或支架)同時置于300oC左右一段時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封裝結構還無法使用共晶制程，因此未來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間的要求相當嚴格，程序耗時而煩復。因此如何自動化成為封裝廠最頭痛的課題。并日電子經(jīng)過兩年的測試，已經(jīng)在深圳廠區(qū)成功完成自動化共晶制程，目前陶瓷大功率產能在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)關鍵生產設備，有能力在60天內擴大產能至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(shù)，使二次光學透鏡更單純，也能減少LED照明時曡影的產生。

　　LED陶瓷封裝的制程與傳統(tǒng)LED導線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所供應，并日電子除了致力于生產優(yōu)質的陶瓷大功率光源外，更獨力發(fā)展出關鍵制程的制造設備，使未來高階封裝制程不再受限于國外設備商手中，隨時根據(jù)市場需求擴大產能。并日電子將持續(xù)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。