表面封裝型LED散熱與O2PERA

　　由于A(yíng)u-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)界普遍認為未來(lái)散熱設計，勢必要求接合劑必需具備高熱傳導性，與可以作薄層化接合等基本特性。

　　今后散熱設計與封裝構造

　　隨著(zhù)散熱設計的進(jìn)化，LED組件廠(chǎng)商的研究人員開(kāi)始檢討LED Lamp至筐體的熱傳導，以及筐體至外部的熱傳導可行性;組件應用廠(chǎng)商與照明燈具廠(chǎng)商則應用實(shí)驗與模擬分析進(jìn)行對策研究。

　　有關(guān)熱傳導材料，封裝材料正逐漸從樹(shù)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，目前大多利用冷卻風(fēng)扇與散熱鰭片達成散熱要求。不過(guò)基于噪音對策與窄空間化等考慮，照明燈具廠(chǎng)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紅外線(xiàn)在高熱傳導性銅層表面，形成可以促進(jìn)熱放射涂抹層的可撓曲散熱膜片(film)。

　　根據測試結果證實(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)封裝結構，必需開(kāi)發(fā)可以支持LED芯片磊晶(flip chip)接合的微細布線(xiàn)技術(shù);有關(guān)封裝材料，雖然氮化鋁的高熱傳導化有相當進(jìn)展，不過(guò)它與反射率有trade-off關(guān)系，一般認提高熱傳導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(lái)可望成為封裝材料之一。

　　O2PERA結構的SMD-LED設計

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

　　(1)整體由透明樹(shù)脂構成(炮彈型、Piranha型)。

　　(2)利用高反射白色樹(shù)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)項的SMD型的應用大幅增加。圖12(a)是SMD型LED的封裝結構，如圖所示它是由白色高擴散反射材料制成的筐體，與金屬導線(xiàn)架構成凹狀結構，LED芯片透過(guò)Mount與Wire Bonding，固定在該凹狀結構底部上方的導線(xiàn)架，凹狀結構則包覆透明環(huán)氧樹(shù)脂。

　　光線(xiàn)從表面平坦透明材料透過(guò)空氣的光取出效率可以利用圖13作說(shuō)明。對折射率n>1的環(huán)氧樹(shù)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(xiàn)，它的入射角比臨界角ψc(從法線(xiàn)的角度)更大時(shí)，入射光會(huì )全反射再折返透明材料側，入射角比臨界角ψc更小的光線(xiàn)，會(huì )以部份入射能量反射折返，其它則通過(guò)空氣側，如果換成三次元方式，頂角為ψc時(shí)只有碗杯內側的光線(xiàn)可以取出至外部。

　　

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

　　

　　理論上內部結構的反射率為100%，透明樹(shù)脂的吸收應該是零 ，如果忽略芯片的吸收 ，無(wú)限次反復進(jìn)行反射 ，從封裝的光取出效率也應該是100%，然而實(shí)際上透明樹(shù)脂會(huì )吸收，反射率也不可能100%，加上導線(xiàn)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，盡量以少次數高效率反射成為重要課題。