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四種LED封裝技術(shù)的進(jìn)展?fàn)顩r(上)

星之球激光 來源:中國光學(xué)光電子行業(yè)網(wǎng)2012-03-20 我要評(píng)論(0 )   

一,COB封裝 目前,LED封裝方法大致可區(qū)分為透鏡式(Lens-type)以及反射杯式(Reflector-type),其中透鏡的成型可以是模塑成型(Molding)或透鏡黏合成型;而反射杯式芯片則...

 一,COB封裝
  目前,LED封裝方法大致可區(qū)分為透鏡式(Lens-type)以及反射杯式(Reflector-type),其中透鏡的成型可以是模塑成型(Molding)或透鏡黏合成型;而反射杯式芯片則多由混膠、點(diǎn)膠、封裝成型;近年來磊晶、固晶及封裝設(shè)計(jì)逐漸成熟,LED的芯片尺寸與結(jié)構(gòu)逐年微小化,高功率單顆芯片功率達(dá)1~3W,甚至是3W以上,當(dāng)LED功率不斷提升,對(duì)于LED芯片載版及系統(tǒng)電路版的散熱及耐熱要求,便日益嚴(yán)苛。

      鑒于絕緣、耐壓、散熱與耐熱等綜合考量,陶瓷基板成為以芯片次黏著技術(shù)的重要材料之一。其技術(shù)可分為厚膜工藝(Thick film)、低溫共燒工藝(LTCC)與薄膜工藝(DPC)等方式制成。然而,厚膜工藝與低溫共燒工藝,是利用網(wǎng)印技術(shù)與高溫工藝燒結(jié),易產(chǎn)生線路粗糙、對(duì)位不精準(zhǔn)、與收縮比例問題,若針對(duì)線路越來越精細(xì)的高功率LED產(chǎn)品,或是要求對(duì)位準(zhǔn)確的共晶或覆晶工藝生產(chǎn)的LED產(chǎn)品而言,厚膜與低溫共燒的陶瓷基板,己逐漸不敷使用。

     為此,高散熱系數(shù)薄膜陶瓷散熱基板,運(yùn)用濺鍍、電/化學(xué)沉積,以及黃光微影工藝而成,具備金屬線路精準(zhǔn)、材料系統(tǒng)穩(wěn)定等特性,適用于高功率、小尺寸、高亮度的LED的發(fā)展趨勢(shì),更是解決了共晶/覆晶封裝工藝對(duì)陶瓷基板金屬線路解析度與精確度的嚴(yán)苛要求。當(dāng)LED芯片以陶瓷作為載板時(shí),此LED模組的散熱瓶頸則轉(zhuǎn)至系統(tǒng)電路板,其將熱能由LED芯片傳至散熱鰭片及大氣中,隨著LED芯片功能的逐漸提升,材料亦逐漸由FR4轉(zhuǎn)變至金屬芯印刷電路基板(MCPCB),但隨著高功率LED的需求進(jìn)展,MCPCB材質(zhì)的散熱系數(shù)(2~4W/mk)無法用于更高功率的產(chǎn)品,為此,陶瓷電路板(Ceramic circuit board)的需求便逐漸普及,為確保LED產(chǎn)品在高功率運(yùn)作下的材料穩(wěn)定性與光衰穩(wěn)定性,以陶瓷作為散熱及金屬佈線基板的趨勢(shì)已日漸明朗。陶瓷材料目前成本高于MCPCB,因此,如何利用陶瓷高散熱系數(shù)特性下,節(jié)省材料使用面積以降低生產(chǎn)成本,成為陶瓷LED發(fā)展的重要指標(biāo)之一。因此,近年來,以陶瓷材料COB設(shè)計(jì)整合多晶封裝與系統(tǒng)線路亦逐漸受到各封裝與系統(tǒng)廠商的重視。

     COB,在電子制造業(yè)里并不是一項(xiàng)新鮮的技術(shù),是指直接將裸外延片黏貼在電路板上,并將導(dǎo)線/焊線直接焊接在PCB的鍍金線路上,也是俗稱中的打線(Wire bonding),再透過封膠的技術(shù),有效的將IC制造過程中的封裝步驟轉(zhuǎn)移到電路板上直接組裝。在LED產(chǎn)業(yè)中,由于現(xiàn)代科技產(chǎn)品越來越講究輕薄與高可攜性,此外,為了節(jié)省多顆LED芯片設(shè)計(jì)的系統(tǒng)板空間問題,在高功率LED系統(tǒng)需求中,便開發(fā)出直接將芯片黏貼于系統(tǒng)板的COB技術(shù)。

     COB的優(yōu)點(diǎn)在于:高成本效益、線路設(shè)計(jì)簡單、節(jié)省系統(tǒng)板空間等,但亦存在著芯片整合亮度、色溫調(diào)和與系統(tǒng)整合的技術(shù)門檻。以25W的LED為例,傳統(tǒng)高功率25W的LED光源,須采用25顆1W的LED芯片封裝成25顆LED元件,而COB封裝是將25顆1W的LED芯片封裝在單一芯片中,因此需要的二次光學(xué)透鏡將從25片縮減為1片,有助于縮小光源面積、縮減材料、系統(tǒng)成本,進(jìn)而可簡化光源系二次光學(xué)設(shè)計(jì)并節(jié)省組裝人力成本。此外,高功率COB封裝僅需單顆高功率LED即可取代多顆1瓦(含)以上LED封裝,促使產(chǎn)品體積更加輕薄短小。

  據(jù)了解,目前COB封裝的球泡燈已經(jīng)占據(jù)了LED燈泡40%左右的市場(chǎng),日本及國內(nèi)很多企業(yè)都開始走COB封裝模式。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè),COB封裝將成為未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

  雖然COB封裝的呼聲很大,回溫跡象明顯,但前景似乎也并未明朗。“在兩三年內(nèi),COB封裝技術(shù)還是不能成為主流”浙江億米光電科技有限公司研發(fā)部的鄒軍博士。他補(bǔ)充道,由于目前國內(nèi)大部分企業(yè)還是采用傳統(tǒng)的封裝方式,在技術(shù)和成本各種條件的制約,外來技術(shù)傳入及普及還需要時(shí)間,COB封裝技術(shù)還不能很快占據(jù)大勢(shì),但不可否認(rèn)的是,COB封裝技術(shù)是目前一個(gè)強(qiáng)勁的發(fā)展方向。

  一個(gè)尷尬的境地在于,目前應(yīng)用企業(yè)對(duì)COB集成封裝的需求很少。由于上一輪的投入失敗,導(dǎo)致很多照明應(yīng)用企業(yè)不敢輕易使用這一封裝方式。據(jù)了解,COB封裝技術(shù)的瓶頸在于如何提高光源的可靠性,及其環(huán)境的試用度,然而,目前市場(chǎng)上能量產(chǎn)COB光源的封裝企業(yè)不多,而且大多使用鋁基板作為材料。鋁基板COB由于其熱阻較大,可靠性不高,容易出現(xiàn)光衰和死燈的現(xiàn)象。陶瓷基雖然是COB的理想材料之一,但是由于成本高,在功率小于2W時(shí)成本較高,難于被客戶接受。

    “與傳統(tǒng)LED封裝技術(shù)相比,COB面板光源光線很柔和,具有非常大的市場(chǎng),是未來的一個(gè)發(fā)展方向”,日明科技董事長王銳勛表示。

  “市場(chǎng)上對(duì)于COB光源還處于觀望態(tài)度,需求不高。小芯片使用較多,大芯片的COB封裝還存在熱阻和光效等諸多問題”,臺(tái)灣某封裝技術(shù)工程師表示。對(duì)此,網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)友也各執(zhí)一詞,大部分對(duì)COB封裝存在疑惑,不清楚其“是否適合大批量生產(chǎn)”。

  但是目前包括臺(tái)灣廠商在內(nèi),能做成高可靠性COB光源的企業(yè)鳳毛麟角。因此,為了增強(qiáng)市場(chǎng)需求,有不少企業(yè)實(shí)行COB封裝與應(yīng)用一體化,解決產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不一致的問題。
      
   二, 高壓LED
   
  在同樣輸出功率下,高壓LED所需的驅(qū)動(dòng)電流大大低于低壓LED。如以晶元光電的高壓藍(lán)光1WLED為例,它的正向壓降高達(dá)50V,也即它只需20mA驅(qū)動(dòng)電流就可以輸出1W功率,而普通正向壓降為3V的1WLED,需要350mA驅(qū)動(dòng)電流才能輸出1W功率,因此同樣輸出功率的高壓LED在工作時(shí)耗散的功率要遠(yuǎn)低于低壓LED,這意味著散熱鋁外殼的成本可大大降低。
  
  高壓LED可以大幅降低AC-DC轉(zhuǎn)換效率損失。以10W輸出功率為例,如果采用正向壓降為50V的1W高壓LED,輸出端可以采取2并4串的配置,4個(gè)串聯(lián)LED的正向壓降為200V,也就是說只需從市電220V交流電(AC)利用橋式整流及降20V就可以了。但如果我們采用正向壓降為3V的1W低壓LED,即便10個(gè)串在一起正向壓降也不過30V,也就是說需要從220VAC市電降壓到30VDC。我們知道,輸入和輸出壓差越低,AC到DC的轉(zhuǎn)換效率就越高,可見如采用高壓LED,變壓器的效率就可以得到大大提高,從而可大幅降低AC-DC轉(zhuǎn)換時(shí)的功率損失,這一熱耗減少又可進(jìn)一步降低散熱外殼的成本。

 因此,如采用高壓LED來開發(fā)LED通用照明燈具產(chǎn)品,總體功耗可以大大降低,從而大幅降低對(duì)散熱外殼的設(shè)計(jì)要求,如我們可用更薄更輕的鋁外殼就可滿足LED燈具的散熱需求,由于散熱鋁外殼的成本是LED照明燈具的主要成本組成部分之一,鋁外殼成本有效降低也意味著整體LED照明燈具成本的有效降低。由此可見,高壓LED可以帶來LED照明燈具成本和重量的有效降低,但其更重要的意義是大幅降低了對(duì)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,從而有力掃清了LED照明燈具進(jìn)入室內(nèi)照明市場(chǎng)的最大技術(shù)障礙。因此,高壓LED將主導(dǎo)未來的LED通用照明燈具市場(chǎng)。

  LED企業(yè)對(duì)高壓LED的持續(xù)熱情,也伴隨著高壓LED客戶的增加,相比之下,低壓LED芯片面臨著越來越難賣進(jìn)LED通用照明市場(chǎng)的危險(xiǎn)。

  相比低壓LED,目前比較流行的說法是,高壓LED有兩大明顯競爭優(yōu)勢(shì):第一,在同樣輸出功率下,高壓LED所需的驅(qū)動(dòng)電流大大低于低壓LED。第二,高壓LED可以大幅降低AC-DC轉(zhuǎn)換效率損失。#p#分頁標(biāo)題#e#

 

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