表面封裝型LED散熱與O2PERA

　　由于Au-Sn薄層化可以降低接合部的溫度差，同時(shí)有效促進(jìn)熱的流動(dòng)，因此業(yè)界普遍認(rèn)為未來散熱設(shè)計(jì)，勢(shì)必要求接合劑必需具備高熱傳導(dǎo)性，與可以作薄層化接合等基本特性。

　　今后散熱設(shè)計(jì)與封裝構(gòu)造

　　隨著散熱設(shè)計(jì)的進(jìn)化，LED組件廠商的研究人員開始檢討LED Lamp至筐體的熱傳導(dǎo)，以及筐體至外部的熱傳導(dǎo)可行性;組件應(yīng)用廠商與照明燈具廠商則應(yīng)用實(shí)驗(yàn)與模擬分析進(jìn)行對(duì)策研究。

　　有關(guān)熱傳導(dǎo)材料，封裝材料正逐漸從樹脂切換成金屬與陶瓷材料。此外LED芯片接合部是阻礙散熱的要因之一，因此上述薄形接合技術(shù)被視為今后檢討課題之一。

　　有關(guān)提高筐體至外部的熱傳導(dǎo)，目前大多利用冷卻風(fēng)扇與散熱鰭片達(dá)成散熱要求。不過基于噪音對(duì)策與窄空間化等考慮，照明燈具廠商大都不愿意使用熱交換器，因此必需提高與外部接觸面非常多的封裝基板與筐體的散熱性，具體方法例如利用遠(yuǎn)紅外線在高熱傳導(dǎo)性銅層表面，形成可以促進(jìn)熱放射涂抹層的可撓曲散熱膜片(film)。

　　根據(jù)測(cè)試結(jié)果證實(shí)可撓曲散熱膜片的散熱效果，比大小接近膜片的散熱鰭片更高，因此研究人員檢討直接將可撓曲散熱膜片黏貼在封裝基板與筐體，或是將可以促進(jìn)熱放射涂抹層，直接設(shè)置在裝基板與筐體表面，試圖藉此提高散熱效果。

　　有關(guān)封裝結(jié)構(gòu)，必需開發(fā)可以支持LED芯片磊晶(flip chip)接合的微細(xì)布線技術(shù);有關(guān)封裝材料，雖然氮化鋁的高熱傳導(dǎo)化有相當(dāng)進(jìn)展，不過它與反射率有trade-off關(guān)系，一般認(rèn)提高熱傳導(dǎo)性比氮化鋁差的鋁的反射特性，可以支持LED高輸出化需要，未來可望成為封裝材料之一。

　　O2PERA結(jié)構(gòu)的SMD-LED設(shè)計(jì)

　　如上所述LED的封裝從光學(xué)構(gòu)造觀點(diǎn)而言，可以分成兩種型式分別是：

　　(1)整體由透明樹脂構(gòu)成(炮彈型、Piranha型)。

　　(2)利用高反射白色樹脂包覆的表面封裝型(SMD： Surface Mount Device)。

　　(3)使用金屬的鏡面反射面型。

　　近年基于可靠性、成本、組裝作業(yè)性等考慮，第(2)項(xiàng)的SMD型的應(yīng)用大幅增加。圖12(a)是SMD型LED的封裝結(jié)構(gòu)，如圖所示它是由白色高擴(kuò)散反射材料制成的筐體，與金屬導(dǎo)線架構(gòu)成凹狀結(jié)構(gòu)，LED芯片透過Mount與Wire Bonding，固定在該凹狀結(jié)構(gòu)底部上方的導(dǎo)線架，凹狀結(jié)構(gòu)則包覆透明環(huán)氧樹脂。

　　光線從表面平坦透明材料透過空氣的光取出效率可以利用圖13作說明。對(duì)折射率n>1的環(huán)氧樹脂等透明材料，與折射率n=1的空氣界面而言，從透明材料入射的光線，它的入射角比臨界角ψc(從法線的角度)更大時(shí)，入射光會(huì)全反射再折返透明材料側(cè)，入射角比臨界角ψc更小的光線，會(huì)以部份入射能量反射折返，其它則通過空氣側(cè)，如果換成三次元方式，頂角為ψc時(shí)只有碗杯內(nèi)側(cè)的光線可以取出至外部。

　　

　　圖14(a)是傳統(tǒng)SMD封裝的斷面圖，如圖所示從LED芯片取出朝碗杯內(nèi)直接放射的光線(光線1)可以穿透空氣側(cè)，不過碗杯外的直接放射光線(光線2，3)不是過碰到白色樹脂的擴(kuò)散反射面，就是在空氣與環(huán)氧樹脂之間的界面全反射。

　　

　　理論上內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反射率為100%，透明樹脂的吸收應(yīng)該是零 ，如果忽略芯片的吸收 ，無限次反復(fù)進(jìn)行反射 ，從封裝的光取出效率也應(yīng)該是100%，然而實(shí)際上透明樹脂會(huì)吸收，反射率也不可能100%，加上導(dǎo)線架的加工面與芯片旁的銀膠表面反射率都不盡理想，因此要提高封裝的光取出效率，盡量以少次數(shù)高效率反射成為重要課題。