【焦點(diǎn)關(guān)注】高功率LED陶瓷封裝技術(shù)的發(fā)展現狀

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

　　隨著(zhù)科技日益進(jìn)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(mén)檻。不僅如此，LED更具備下列幾項獨特的優(yōu)點(diǎn)，足以促使LED逐漸取代現有光源；

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

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

　　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(wú)法通過(guò)RoHS而將全面被禁用?；渡鲜?，相信在近期內LED將有機會(huì )應用於街燈、路燈、停車(chē)場(chǎng)照明、崁燈與造景燈等，未來(lái)更有機會(huì )應用於一般照明如日光燈與居住照明，其相關(guān)應用場(chǎng)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(lái)的應用例綜觀(guān)上述，LED確實(shí)具有足夠優(yōu)勢可逐漸取代現有光源，而讓LED可進(jìn)入照明光源門(mén)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字，因為這正意味著(zhù)優(yōu)越的發(fā)光性能將有助於加速LED進(jìn)入於一般照明市場(chǎng)。

　 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(xiāo)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(lái)得不具優(yōu)勢，因此積層陶瓷技術(shù)較常被應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(huì )使LED發(fā)光量成比例增加，可是LED芯片的發(fā)熱量也會(huì )隨之上升。因為在高輸入領(lǐng)域放射照度呈現飽和與衰減現象，這種現象主要是LED芯片發(fā)熱所造成，因此在制造高功率LED芯片時(shí)，必須先解決其散熱問(wèn)題。

　　白光LED的發(fā)熱隨著(zhù)輸入電流強度的增加而上升，會(huì )造成LED芯片的溫升效應，造成光輸出降低，因此LED封裝結構與使用材料的挑選顯得非常重要。由于過(guò)去LED常使用低熱傳導率樹(shù)脂封裝，成為了影響LED散熱特性的原因之一，不過(guò)，近年來(lái)逐漸改用高熱傳導陶瓷，或是設有金屬板的樹(shù)脂封裝結構。目前的高功率LED芯片常以L(fǎng)ED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，常規的樹(shù)脂封裝不能滿(mǎn)足苛刻的散熱要求。

　　以往的傳統高散熱封裝是把LED芯片放置在金屬基板上周?chē)侔矘?shù)脂，可是這種封裝方式的金屬熱膨脹系數與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(shí)極易產(chǎn)生熱歪斜，進(jìn)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(wèn)題。這主要是因為L(cháng)ED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁，氧化鋁的熱傳導率是環(huán)氧樹(shù)脂的55倍，氮化鋁則是環(huán)氧樹(shù)脂的400倍，因此目前高功率LED封裝用基板大多使用熱傳導率為200W/mK的鋁，或是熱傳導率為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(xiàn)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(shuō)陶瓷耐熱性與耐光線(xiàn)劣化性也比樹(shù)脂優(yōu)秀。

　　未來(lái)發(fā)展高功率LED芯片時(shí)，必然會(huì )面臨熱歪斜問(wèn)題，這是不能忽視的問(wèn)題。高功率LED的封裝結構，不但要求能夠支持LED芯片磊晶接合的微細布線(xiàn)技術(shù)，而且關(guān)于材質(zhì)的發(fā)展，雖然氮化鋁已經(jīng)高熱傳導化，但高熱傳導與反射率的互動(dòng)關(guān)系卻成為新的問(wèn)題。如果未來(lái)能提高氮化鋁的熱傳導率，并且具備接近陶瓷的熱膨脹系數的LED芯片時(shí)，解決高功率LED的熱歪斜問(wèn)題就不在話(huà)下了。