【焦點關(guān)注】高功率LED陶瓷封裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

高功率LED陶瓷封裝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)況發(fā)光二極體於今日已被廣泛應(yīng)用於可攜式產(chǎn)品與建筑物中，如手機背光源、手電筒、汽車的警示燈與煞車燈、建筑物裝飾燈、造景燈與地底燈等。

　　隨著科技日益進步，在350mA操作電流下，LED的光通量已可突破100流明且達到照明光源的門檻。不僅如此，LED更具備下列幾項獨特的優(yōu)點，足以促使LED逐漸取代現(xiàn)有光源；

　　1.技術(shù)方面：LED具有高可靠度、高光源品質(zhì)、穩(wěn)定性及長壽命等優(yōu)點，且發(fā)光效率(lm/W)仍可持續(xù)地大幅改善，有朝一日將會高於現(xiàn)有光源；

　　2.經(jīng)濟效益方面：LED具備節(jié)能、可降低維護費用與可持續(xù)改善lm/dollar等優(yōu)點；

　　3.綠色環(huán)保方面：LED符合RoHS與CaliforniaTitle24的要求，不像白熾燈泡因無法通過RoHS而將全面被禁用。基於上述，相信在近期內(nèi)LED將有機會應(yīng)用於街燈、路燈、停車場照明、崁燈與造景燈等，未來更有機會應(yīng)用於一般照明如日光燈與居住照明，其相關(guān)應(yīng)用場合之照片如圖一所示。

　　圖一、發(fā)光二極體於今日、明日與未來的應(yīng)用例綜觀上述，LED確實具有足夠優(yōu)勢可逐漸取代現(xiàn)有光源，而讓LED可進入照明光源門檻的幕後功臣，首推Cree公司，該公司於2007年7月宣布XLampXR-E系列LED已可大量生產(chǎn)，在350mA操作電流下，光通量皆可高於100流明，換言之，發(fā)光效率可高於86lm/W（如圖二所示）。Cree描述此宣告可視為新的LED發(fā)光等級標準，這是令人印象深刻的數(shù)字，因為這正意味著優(yōu)越的發(fā)光性能將有助於加速LED進入於一般照明市場。

　 XLampXR-E系列LED的光通量與發(fā)光效率高功率LED陶瓷封裝技術(shù)高功率LED陶瓷封裝技術(shù)主要可區(qū)分成厚膜陶瓷技術(shù)與積層陶瓷技術(shù)兩種。此兩種技術(shù)皆曾被相關(guān)業(yè)者用於達成高功率LED封裝，并在市面上銷售。然而，利用積層陶瓷作為高功率LED封裝材料并不普及，其原因在於積層陶瓷技術(shù)不論在材料成本上或在制程程序上皆比厚膜陶瓷來得不具優(yōu)勢，因此積層陶瓷技術(shù)較常被應(yīng)用於小尺寸的低功率LED封裝。

　　在LED產(chǎn)業(yè)中，如果增加電流強度會使LED發(fā)光量成比例增加，可是LED芯片的發(fā)熱量也會隨之上升。因為在高輸入領(lǐng)域放射照度呈現(xiàn)飽和與衰減現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要是LED芯片發(fā)熱所造成，因此在制造高功率LED芯片時，必須先解決其散熱問題。

　　白光LED的發(fā)熱隨著輸入電流強度的增加而上升，會造成LED芯片的溫升效應(yīng)，造成光輸出降低，因此LED封裝結(jié)構(gòu)與使用材料的挑選顯得非常重要。由于過去LED常使用低熱傳導(dǎo)率樹脂封裝，成為了影響LED散熱特性的原因之一，不過，近年來逐漸改用高熱傳導(dǎo)陶瓷，或是設(shè)有金屬板的樹脂封裝結(jié)構(gòu)。目前的高功率LED芯片常以LED芯片大型化、改善LED芯片發(fā)光效率、采用高取光效率封裝，以及大電流化等方式提高發(fā)光強度，常規(guī)的樹脂封裝不能滿足苛刻的散熱要求。

　　以往的傳統(tǒng)高散熱封裝是把LED芯片放置在金屬基板上周圍再包覆樹脂，可是這種封裝方式的金屬熱膨脹系數(shù)與LED芯片差異相當大，當溫度變化非常大或是封裝作業(yè)不當時極易產(chǎn)生熱歪斜，進而引發(fā)芯片瑕疵或是發(fā)光效率降低。采用陶瓷封裝基板可以有效地解決熱歪斜問題。這主要是因為LED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁，氧化鋁的熱傳導(dǎo)率是環(huán)氧樹脂的55倍，氮化鋁則是環(huán)氧樹脂的400倍，因此目前高功率LED封裝用基板大多使用熱傳導(dǎo)率為200W/mK的鋁，或是熱傳導(dǎo)率為400W/mK的銅質(zhì)金屬封裝基板。

　　我們都知道LED的封裝除了保護內(nèi)部LED芯片之外，還具有將LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。LED封裝要求LED芯片產(chǎn)生的光線可以高效率透身到外部，因此封裝必須具備高強度、高絕緣性、高熱傳導(dǎo)性與高反射性，讓人興奮的是陶瓷封裝幾乎具備上述所有特性，再說陶瓷耐熱性與耐光線劣化性也比樹脂優(yōu)秀。

　　未來發(fā)展高功率LED芯片時，必然會面臨熱歪斜問題，這是不能忽視的問題。高功率LED的封裝結(jié)構(gòu)，不但要求能夠支持LED芯片磊晶接合的微細布線技術(shù)，而且關(guān)于材質(zhì)的發(fā)展，雖然氮化鋁已經(jīng)高熱傳導(dǎo)化，但高熱傳導(dǎo)與反射率的互動關(guān)系卻成為新的問題。如果未來能提高氮化鋁的熱傳導(dǎo)率，并且具備接近陶瓷的熱膨脹系數(shù)的LED芯片時，解決高功率LED的熱歪斜問題就不在話下了。