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四種LED封裝技術的進展狀況(上)

星之球激光 來源:中國光學光電子行業(ye) 網2012-03-20 我要評論(0 )   

一,COB封裝 目前,LED封裝方法大致可區分為(wei) 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封裝方法大致可區分為(wei) 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、點膠、封裝成型;近年來磊晶、固晶及封裝設計逐漸成熟,LED的芯片尺寸與(yu) 結構逐年微小化,高功率單顆芯片功率達1~3W,甚至是3W以上,當LED功率不斷提升,對於(yu) LED芯片載版及係統電路版的散熱及耐熱要求,便日益嚴(yan) 苛。

      鑒於(yu) 絕緣、耐壓、散熱與(yu) 耐熱等綜合考量,陶瓷基板成為(wei) 以芯片次黏著技術的重要材料之一。其技術可分為(wei) 厚膜工藝(Thick film)、低溫共燒工藝(LTCC)與(yu) 薄膜工藝(DPC)等方式製成。然而,厚膜工藝與(yu) 低溫共燒工藝,是利用網印技術與(yu) 高溫工藝燒結,易產(chan) 生線路粗糙、對位不精準、與(yu) 收縮比例問題,若針對線路越來越精細的高功率LED產(chan) 品,或是要求對位準確的共晶或覆晶工藝生產(chan) 的LED產(chan) 品而言,厚膜與(yu) 低溫共燒的陶瓷基板,己逐漸不敷使用。

     為(wei) 此,高散熱係數薄膜陶瓷散熱基板,運用濺鍍、電/化學沉積,以及黃光微影工藝而成,具備金屬線路精準、材料係統穩定等特性,適用於(yu) 高功率、小尺寸、高亮度的LED的發展趨勢,更是解決(jue) 了共晶/覆晶封裝工藝對陶瓷基板金屬線路解析度與(yu) 精確度的嚴(yan) 苛要求。當LED芯片以陶瓷作為(wei) 載板時,此LED模組的散熱瓶頸則轉至係統電路板,其將熱能由LED芯片傳(chuan) 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轉變至金屬芯印刷電路基板(MCPCB),但隨著高功率LED的需求進展,MCPCB材質的散熱係數(2~4W/mk)無法用於(yu) 更高功率的產(chan) 品,為(wei) 此,陶瓷電路板(Ceramic circuit board)的需求便逐漸普及,為(wei) 確保LED產(chan) 品在高功率運作下的材料穩定性與(yu) 光衰穩定性,以陶瓷作為(wei) 散熱及金屬佈線基板的趨勢已日漸明朗。陶瓷材料目前成本高於(yu) MCPCB,因此,如何利用陶瓷高散熱係數特性下,節省材料使用麵積以降低生產(chan) 成本,成為(wei) 陶瓷LED發展的重要指標之一。因此,近年來,以陶瓷材料COB設計整合多晶封裝與(yu) 係統線路亦逐漸受到各封裝與(yu) 係統廠商的重視。

     COB,在電子製造業(ye) 裏並不是一項新鮮的技術,是指直接將裸外延片黏貼在電路板上,並將導線/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,有效的將IC製造過程中的封裝步驟轉移到電路板上直接組裝。在LED產(chan) 業(ye) 中,由於(yu) 現代科技產(chan) 品越來越講究輕薄與(yu) 高可攜性,此外,為(wei) 了節省多顆LED芯片設計的係統板空間問題,在高功率LED係統需求中,便開發出直接將芯片黏貼於(yu) 係統板的COB技術。

     COB的優(you) 點在於(yu) :高成本效益、線路設計簡單、節省係統板空間等,但亦存在著芯片整合亮度、色溫調和與(yu) 係統整合的技術門檻。以25W的LED為(wei) 例,傳(chuan) 統高功率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透鏡將從(cong) 25片縮減為(wei) 1片,有助於(yu) 縮小光源麵積、縮減材料、係統成本,進而可簡化光源係二次光學設計並節省組裝人力成本。此外,高功率COB封裝僅(jin) 需單顆高功率LED即可取代多顆1瓦(含)以上LED封裝,促使產(chan) 品體(ti) 積更加輕薄短小。

  據了解,目前COB封裝的球泡燈已經占據了LED燈泡40%左右的市場,日本及國內(nei) 很多企業(ye) 都開始走COB封裝模式。業(ye) 內(nei) 人士預測,COB封裝將成為(wei) 未來發展的必然趨勢。

  雖然COB封裝的呼聲很大,回溫跡象明顯,但前景似乎也並未明朗。“在兩(liang) 三年內(nei) ,COB封裝技術還是不能成為(wei) 主流”浙江億(yi) 米光電科技有限公司研發部的鄒軍(jun) 博士。他補充道,由於(yu) 目前國內(nei) 大部分企業(ye) 還是采用傳(chuan) 統的封裝方式,在技術和成本各種條件的製約,外來技術傳(chuan) 入及普及還需要時間,COB封裝技術還不能很快占據大勢,但不可否認的是,COB封裝技術是目前一個(ge) 強勁的發展方向。

  一個(ge) 尷尬的境地在於(yu) ,目前應用企業(ye) 對COB集成封裝的需求很少。由於(yu) 上一輪的投入失敗,導致很多照明應用企業(ye) 不敢輕易使用這一封裝方式。據了解,COB封裝技術的瓶頸在於(yu) 如何提高光源的可靠性,及其環境的試用度,然而,目前市場上能量產(chan) COB光源的封裝企業(ye) 不多,而且大多使用鋁基板作為(wei) 材料。鋁基板COB由於(yu) 其熱阻較大,可靠性不高,容易出現光衰和死燈的現象。陶瓷基雖然是COB的理想材料之一,但是由於(yu) 成本高,在功率小於(yu) 2W時成本較高,難於(yu) 被客戶接受。

    “與(yu) 傳(chuan) 統LED封裝技術相比,COB麵板光源光線很柔和,具有非常大的市場,是未來的一個(ge) 發展方向”,日明科技董事長王銳勳表示。

  “市場上對於(yu) COB光源還處於(yu) 觀望態度,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”,台灣某封裝技術工程師表示。對此,網絡上網友也各執一詞,大部分對COB封裝存在疑惑,不清楚其“是否適合大批量生產(chan) ”。

  但是目前包括台灣廠商在內(nei) ,能做成高可靠性COB光源的企業(ye) 鳳毛麟角。因此,為(wei) 了增強市場需求,有不少企業(ye) 實行COB封裝與(yu) 應用一體(ti) 化,解決(jue) 產(chan) 品標準不一致的問題。
      
   二, 高壓LED
   
  在同樣輸出功率下,高壓LED所需的驅動電流大大低於(yu) 低壓LED。如以晶元光電的高壓藍光1WLED為(wei) 例,它的正向壓降高達50V,也即它隻需20mA驅動電流就可以輸出1W功率,而普通正向壓降為(wei) 3V的1WLED,需要350mA驅動電流才能輸出1W功率,因此同樣輸出功率的高壓LED在工作時耗散的功率要遠低於(yu) 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轉換效率損失。以10W輸出功率為(wei) 例,如果采用正向壓降為(wei) 50V的1W高壓LED,輸出端可以采取2並4串的配置,4個(ge) 串聯LED的正向壓降為(wei) 200V,也就是說隻需從(cong) 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(men) 采用正向壓降為(wei) 3V的1W低壓LED,即便10個(ge) 串在一起正向壓降也不過30V,也就是說需要從(cong) 220VAC市電降壓到30VDC。我們(men) 知道,輸入和輸出壓差越低,AC到DC的轉換效率就越高,可見如采用高壓LED,變壓器的效率就可以得到大大提高,從(cong) 而可大幅降低AC-DC轉換時的功率損失,這一熱耗減少又可進一步降低散熱外殼的成本。

 因此,如采用高壓LED來開發LED通用照明燈具產(chan) 品,總體(ti) 功耗可以大大降低,從(cong) 而大幅降低對散熱外殼的設計要求,如我們(men) 可用更薄更輕的鋁外殼就可滿足LED燈具的散熱需求,由於(yu) 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(ti) 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(yi) 是大幅降低了對散熱係統的設計要求,從(cong) 而有力掃清了LED照明燈具進入室內(nei) 照明市場的最大技術障礙。因此,高壓LED將主導未來的LED通用照明燈具市場。

  LED企業(ye) 對高壓LED的持續熱情,也伴隨著高壓LED客戶的增加,相比之下,低壓LED芯片麵臨(lin) 著越來越難賣進LED通用照明市場的危險。

  相比低壓LED,目前比較流行的說法是,高壓LED有兩(liang) 大明顯競爭(zheng) 優(you) 勢:第一,在同樣輸出功率下,高壓LED所需的驅動電流大大低於(yu) 低壓LED。第二,高壓LED可以大幅降低AC-DC轉換效率損失。#p#分頁標題#e#

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