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詳解LED封裝技術(shù)之陶瓷COB技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2011-08-30

中心議題:
  • 詳解LED封裝技術(shù)之陶瓷COB技術(shù)
解決方案:
  • 運(yùn)用濺鍍、電/化學(xué)沉積技術(shù)
  • 選用優(yōu)質(zhì)散熱材料是之為最有效的解決方案

LED封裝方式是以芯片(Die)借由打線、共晶或覆晶的封裝技術(shù)與其散熱基板Submount(次黏著技術(shù))連結(jié)而成LED芯片,再將芯片固定于系統(tǒng)板上連結(jié)成燈源模組。

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)。
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COB的優(yōu)點(diǎn)在于:高成本效益、線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(jiǎn)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。

目前市面上,生產(chǎn)COB產(chǎn)品仍以使用MCPCB基板為主,然而MCPCB仍有許多散熱以及光源面積過大的問題須解決,故其根本之道,還是從散熱材料更新為最有效的解決方案。陶瓷COB基板有以下幾點(diǎn)好處:1.薄膜工藝,讓基本上的線路更加精確、(2)量大降低成本、(3)可塑性高,可依不同需求做設(shè)計(jì)。

現(xiàn)MCPCB基板COB芯片制作的LED燈泡均無法調(diào)光,而ledaladdin公司用陶瓷COB芯片組裝的LED可調(diào)光燈泡已上市,有5W、6W、7W,性能更好,色溫可做到2200K---8000K,流明達(dá)60LM/W以上。

陶瓷MCOB/COB的發(fā)展,是簡(jiǎn)化系統(tǒng)板的一種趨勢(shì),照明燈具的實(shí)用化、亮度、散熱以及成本的控管,都是重要的關(guān)鍵因素。

總結(jié):


本文通過對(duì)LED封裝技術(shù)之陶瓷COB技術(shù)的解釋,為我們解釋了COB的方案流程,以及分析它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),同時(shí)也針對(duì)出它的缺陷提出合理的解決方案,從而更好地利用起來。
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