封裝技術(shù)左右LED光源元件關(guān)鍵特性

　　隨著(zhù)LED照明應用對于元件輸出要求漸增，傳統LED封裝不僅限制元件規格推進(jìn)，也不利散熱，新穎的無(wú)封裝LED具備更好的散熱條件，同時(shí)整合磊晶、晶粒與封裝制程，可更便利地搭配二次光學(xué)設計照明燈具…

　　LED光源應用將繼LCD背光源應用需求高峰后，逐步轉向至LED一般照明應用上。但與LCD背光模組設計不同的是，LCD背光模組較不用考量光型與照明應用條件，以單位模組的發(fā)光效率要求為主;但LED照明應用除亮度要求外，必須額外考量光型、散熱、是否利于二次光學(xué)設計，與配合燈具設計構型要求等，實(shí)際上對于LED光源元件的要求更高。

　　早期封裝技術(shù)限制多散熱問(wèn)題影響高亮度設計發(fā)展

　　早期LED光源元件，封裝材料主要應用炮彈型封裝體，在高發(fā)光效率的藍光LED初期使用相當常見(jiàn)，而在智慧手機、行動(dòng)電話(huà)產(chǎn)品薄型化設計需求推進(jìn)下，采用表面黏著(zhù)(surface-mountdevices;SMD)型態(tài)的LED光源需求漸增，而采用表面黏著(zhù)技術(shù)設計的LED光源元件，可利用卷帶式帶裝材料進(jìn)料加速生產(chǎn)加工效能，透過(guò)自動(dòng)化生產(chǎn)增加加工效率外，也帶來(lái)LED封裝技術(shù)的新應用市場(chǎng)，加上后繼磊晶結構、封裝技術(shù)雙雙進(jìn)步相互加持，LED光源材料發(fā)光效率漸能超越傳統燈具表現。

　　以照明應用需求觀(guān)察，照明燈具對于發(fā)光效能的要求越來(lái)越高，而LED光源目前左右光輸出效能的技術(shù)關(guān)鍵，發(fā)光效率主要由磊晶、晶粒與封裝技術(shù)方案左右表現。目前磊晶的單位發(fā)光效率已經(jīng)發(fā)展趨近極限，發(fā)光效率可再跳躍成長(cháng)的空間相對有限，而持續加大晶粒面積、改善封裝技術(shù)，是相對可以大幅增加單位元件發(fā)光效能的可行方案。但若要能再提升元件的性?xún)r(jià)比，晶粒面積增大化較無(wú)成本優(yōu)化空間，反而是封裝技術(shù)選擇將直接影響終端材料元件的成本，也就是說(shuō)，封裝技術(shù)將成為照明用LED的成本關(guān)鍵。

　　晶片級封裝導入LED體積小、可靠度高

　　晶片級封裝(ChipScalePackage;CSP)為2013年LED業(yè)界最熱門(mén)的封裝技術(shù)方案，其實(shí)CSP在半導體業(yè)界并不是新技術(shù)，只是在LED光源元件應用上尚屬新穎的先進(jìn)技術(shù)。在傳統半導體晶片級封裝應用目的，在于縮小封裝處理后的元件最終體積，同時(shí)以改善散熱、提升晶片本身的應用可靠度與穩定性為主。而在LED發(fā)光元件的晶片級封裝主要定義為，封裝體與LED晶片接近或是封裝體體積不大于晶片的20%為主，而經(jīng)晶片級封裝的LED本身也必須為功能完整的封裝元件。

　　晶片級封裝主要是改善邏輯晶片接腳持續增加、元件散熱性能提升與晶片微縮目的，透過(guò)晶片級封裝整合效益，可以讓晶片的元器件寄生現象減少，同時(shí)可以增加Level2封裝的元件整合度，而晶片級封裝在LED光源器件的應用需求，也可達到顯著(zhù)程度的效益。

　　典型晶片級封裝是不需要額外的次級基板、導線(xiàn)架等，而是可將晶片直接貼合在載板之上，晶片級封裝為將LED二極體的P/N電極制作于晶片底部，并可利用表面黏著(zhù)自動(dòng)化方式進(jìn)行元件組裝，若比較必須打線(xiàn)進(jìn)行元件制作的制作流程，晶片級封裝可以對組裝與測試流程相對提升，同時(shí)達到降低加工復雜度與成本的雙重目的。

　　LED采晶片級封裝方案，元件可獲得更佳的散熱表現、高流明輸出、高封裝密度、更具彈性、簡(jiǎn)化基板等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)少了打線(xiàn)制程也可讓終端元件的可靠度提升。

　　無(wú)封裝LED方案熱門(mén)高發(fā)光角度、發(fā)光效率

　　同樣也是追求元件的高亮度表現、低成本要求與更便利的生產(chǎn)條件目的，推進(jìn)了新穎的無(wú)封裝LED(EmbeddedLEDChip)的使用需求。以無(wú)封裝LED與晶片級封裝LED元件特性進(jìn)行比較，無(wú)封裝LED對于元件散熱效果表現更好，而無(wú)封裝LED制作技術(shù)，另整合磊晶、晶粒與封裝制程，元件亦可搭配二次光學(xué)設計整合，也能讓終端成品具備更高亮度、更大發(fā)光角與更小體積特點(diǎn)，同時(shí)可以達到壓縮制作成本目的，發(fā)光元件可提供燈具業(yè)者多元化與更具彈性的設計空間。

　　傳統封裝架構中，為由反射杯構成一個(gè)內部腔體，再搭配晶片打線(xiàn)制程處理驅動(dòng)電力串接，雖然制程簡(jiǎn)單，但也造成終端元件的散熱能力因此受限。在新穎的LCD背光源與照明燈具設計要求，LED光源元件就必須在減小發(fā)光面積要求下同時(shí)增加單位元件的驅動(dòng)瓦數，散熱關(guān)鍵即成為這類(lèi)應用需求的技術(shù)瓶頸。

　　無(wú)封裝LED可以將元件熱阻較傳統封裝下降約10倍，而無(wú)封裝LED不須設置反射杯腔體，也可因此省下反射杯制成的成本，優(yōu)化整體元件的性?xún)r(jià)比表現，同時(shí)也是無(wú)封裝LED技術(shù)優(yōu)勢，無(wú)封裝LED搭配特殊的螢光膠膜進(jìn)行貼合，也能讓LED的發(fā)光角度進(jìn)一步達到160度表現，在元件的發(fā)光效能、機構特性與散熱優(yōu)勢均能有效提升。

　　無(wú)封裝LED技術(shù)具極小發(fā)光面積、較大發(fā)光角度，相較于傳統封裝方案的光源元件表現，無(wú)封裝LED技術(shù)的光型表現更接近點(diǎn)狀光源，這種材料特性使得無(wú)封裝LED技術(shù)更適合搭配進(jìn)行二次光學(xué)處理設計，而較小的發(fā)光面積也表示元件的體積相對更小，亦可搭配更薄化的光學(xué)透鏡制作成LED光源模組，尤其能應用于部分機構空間有限的燈具產(chǎn)品使用需求，例如，LCD直下式背光源或是平板燈具產(chǎn)品等。

　　若與晶片級封裝進(jìn)行比較，無(wú)封裝LED技術(shù)在制程中導入螢光膠膜的貼合制程，這在LED光源照明應用可更容易控制發(fā)光表現特性，使燈具在制作流程中還要搭配發(fā)光色澤檢測、配對程序，大幅簡(jiǎn)化生產(chǎn)。

　　改善熱傳導架構無(wú)封裝LED熱阻表現佳

　　在LED傳統封裝中，晶片必須透過(guò)藍寶石基板和絕緣膠處理晶片熱度導熱，相對的在無(wú)封裝LED技術(shù)中，為利用覆晶(Flip-chip)的晶片結構和金屬基板共晶制作技術(shù)概念，在無(wú)封裝LED元件的封裝體中可因為覆晶與金屬基板共晶的設計架構，使得元件本身的熱阻表現更低，也因此無(wú)封裝LED技術(shù)在相同驅動(dòng)瓦數下，晶片的發(fā)光區核心溫度可有效降低，同時(shí)也能減少晶片溫度持續高溫可能造成元件失效或是壽命縮短問(wèn)題。

　　但無(wú)封裝LED也并非是完美的制程技術(shù)，因為要達到無(wú)封裝LED設計目的，必須同時(shí)具備磊晶、晶粒、封裝制程與元件成品的表面黏著(zhù)技術(shù)整合，整合的技術(shù)難度相當高，尤其在關(guān)鍵的覆晶結構設計中，無(wú)封裝LED要維持元件高可靠度表現其實(shí)難度相當高，主要是要尋求高反射率、高導熱與附著(zhù)良好的二極體材料，同時(shí)這些材料須具備高穩定性特質(zhì)，也必須能耐受元件運作時(shí)的高溫、高壓、高電流的環(huán)境條件。

　　此外，無(wú)封裝LED本身即無(wú)外層封裝體進(jìn)行保護，照明設備若需設置于高溫、高濕度惡劣環(huán)境中，也必須針對元件進(jìn)行保護層設計，以增加光源器件的使用壽命。

　　另外，在無(wú)封裝LED制程中，在封裝制程工作段為使用螢光膠膜替代傳統的封裝材料，而螢光膠膜內部也有置入螢光粉，用以搭配LED光源與螢光粉產(chǎn)生白光，而螢光粉的選擇即會(huì )左右無(wú)封裝LED元件在照明應用的可靠度、發(fā)光效率、高溫表現狀態(tài)。

　　螢光膠膜畢竟與傳統封裝材料不同，在制程中需處理貼合與測試問(wèn)題，不只是生產(chǎn)設備差異，相關(guān)的制程設備也需要進(jìn)行優(yōu)化與改善，都會(huì )增加初期投產(chǎn)無(wú)封裝LED元件的復雜度。