使用不同封裝技術　強化LED元件的應用優勢

特殊封裝之LED元件，可因應不同照明產品需求進行最佳化設計，圖為Osram兩款針對照明應用設計的LED元件模組。Osram

LED具備環保、壽命長、體積小、高指向性、固態形式不易損壞...等優點，已逐漸取代傳統鎢絲燈(白熾燈)、CCFL螢光燈，但在因應不同應用需求時，仍有發光效率、光型、散熱與成本等諸多問題，為使產品更能滿足需求，必須從LED元件端的封裝形式著手改善...

LED因為材料特性與發光原理異於傳統光源，因此具備多項使用上的優勢，只是用於取代一般日常應用的光源時，LED固態的發光元件仍需要多重設計與改善，才能在發光效率、演色性、照明光型、電源效能等方面獲得強化，以通過照明應用市場的考驗。

在通用照明(General Lighting)市場中，LED固態照明想要加速普及，必須在短期內讓元件成本、製作技術、驗證標準...等層面一一到位，技術方面要提升色溫表現、演色性與光電轉換效率，從照明系統的角度進行思考，仍須解決LED光源、AC/DC電源轉換、LED驅動控制、元件散熱和光學處理等關鍵面向。

薄膜晶片封裝技術  發展照明應用的重點

LED的光源應用，其關鍵就在晶片技術的核心發展，而影響LED元件發光特性、效率的關鍵就在於基底材料與晶圓生長技術的差異。

在LED的基底材料方面，除傳統藍寶石基底材料外，矽(Si)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)...等，都是目前LED元件的開發重點，無論所發展的光源應用是照明或是營造氣氛的環境光源，涵蓋大、小功率應用方式，晶片基底的技術提升，其目標在於製作出更高效率、更穩定的LED晶片。

提高LED晶片的光電效率，已成為LED照明應用技術的關鍵指標，例如，藉由晶片結構的改變、晶片表面的粗化設計、多量子阱結構的設計形式，透過多重的製程技術改良，目前已能讓單個LED晶片的發光效率具有突破性的進展。

而薄膜晶片技術(Thin film LED)，則是用以開發高亮度LED晶片的關鍵技術， 其重點在減少晶片的側向光損失，透過底部的反射面搭配，可以讓晶片超過97%的電光反應，使光從晶片的正面直接輸出，大幅提高LED單位流明。

強化封裝技術  改善發光效率與光型

觀察目前常見的高功率LED封裝技術，大致可分為單顆晶片封裝、多晶片整合封裝與晶片板上封裝3種技術，而透過封裝技術的最佳化，可提升LED晶片的發光效率、散熱效果與產品可靠度。

在單顆晶片封裝方面，可讓單顆LED晶片大幅發揮照明優勢，例如，針對發光效率的改善、散熱熱阻抗的調整，或是製成易於產線生產組裝的SMT形式。單顆晶片的封裝形式，於LED發光二極體最為常見，其技術瓶頸在於必須針對每個晶片進行良率控管，因為採單晶片封裝，若封裝處理的晶片本身就已損壞或效率不彰，封裝成品也會呈現相同的料件問題，另在封裝階段亦可透過螢光粉體的封裝處理，去改善最終產品的輸出色溫或光型。

以Osram的Golden DRAGON Plus LED為例，為採矽膠封填設計，封裝後的LED元件具170度光束角度，可以很容易地進行2次光學透鏡或是反光杯改善元件的光學特性，Golden DRAGON Plus LED的矽膠透鏡亦具耐高溫、光衰減較低等特性。單晶片封裝的優勢相當多，尤其在光效率提升、散熱效益提升與配光容易度、元件的高可靠性都相當值得關注。

多晶片整合封裝  小體積可具高光通量表現

所謂團結力量大，在LED元件封裝上亦是如此，如果一次將多LED晶片封裝在同一平面上，則可整合出一高功率整合元件。多晶片整合元件同時是目前常見的高功率、高亮度應用LED元件最常見的封裝形式，可區分為小功率與大功率兩種晶片整合形式。

在小功率應用方面，多數是採取6顆低功率LED晶片整合，製作出來的1瓦大功率LED固態發光元件最常見，而利用6個低功率晶片來整合的1瓦大功率應用，優勢在於製作成本相對更低，而且多顆形式若有晶片來源的良率問題，也可利用周邊晶片補足應有的性能表現，不至於出現產品良率的負面問題，小功率整合的多晶片封裝形式，也是目前大功率LED元件常見的製作形式。

而在大功率晶片整合部分，以Osram的OSTAR SMT系列為例，其封裝外型經過優化設計，佔位體積相對小，最終元件可讓產品的熱阻抗控制於每瓦3.1℃左右，驅動功率亦高達15瓦，此種封裝設計有頗多優點，尤其可在受限空間內達到一般LED元件少有的高光通量表現。

Chip On Board可有效改善散熱問題

COB(Chip On Board) LED多晶燈板，為沿用傳統半導體技術發展的應用形式，意即直接將LED晶片固定於印刷電路板(PCB)，COB技術目前已有厚度僅0.3mm的LED元件設計。由於LED晶片可直接與PCB板接觸來增加熱傳導面積，因此LED固態光源常見的散熱問題也可因此獲得改善。

將多數LED元件安排於印刷電路板形成多重LED光源組合，可以提升LED固態光源的照明度，低功率驅動的元件通常會應用核心材料為FR4的一般印刷電路板來進行產品的2次組構，在因應高功率驅動應用時，則會改採以金屬核心PCB強化LED元件需要的高散熱環境，藉由金屬核心PCB來降低熱阻抗。

金屬核心PCB即為使用MCPCB(Metal Core Printed Circuit Board)，使元件能滿足較低熱阻的設計要求，典型的MCPCB設計架構是在金屬平面形成的線路同時以薄層進行隔離設計，而電路走線必須採用鎳金屬化合物提供產線可焊接的加工表面，隔離層又必須具備避免短路、同時不會犧牲散熱速率的薄化設計，以便將熱傳導過程的熱阻降到最低。多數選擇鋁材料作為核心，具有成本低廉、散熱能力佳與較好的抗腐蝕性等優點。

比較新的製作方式，是將LED晶片直接安裝於印刷電路板上，或者搭配具隨插即用功能的元件進行整合，而COB的封裝形式，其目的在於提供比現有離散排佈的LED元件具更高效能、更低熱阻抗的產品形式，讓終端產品可以經由簡單的二度開發，製出足以進軍照明市場的成熟產品。