LED散熱陶瓷─功能性散熱陶瓷介紹

表1，調配白光方法。

現今的光學效應可以光學3原色原理來說明，當白光通過菱鏡後被折射出多種顏色的過渡色譜，在可見光400~800um範圍內，顏色可分成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫的可見光譜。而人的眼睛就像一個3色接收器，對紅(620um)、綠(555um)、藍(470um)3種顏色特別敏感，而其他顏色可以通過紅、綠、藍3色按照不同的比例調配而成，同樣絕大多數單色光也可以分解成紅綠藍3種原色。由3原色原理可知，紅、綠、藍3種原色是相互獨立的，任何一種原色都不能由其他顏色合成，而3原色則可按照不同的比例相加合成混色稱為相加混色。由圖1可知，其規律為：紅+綠=黃、紅+藍=紫、藍+綠=青、紅+藍+綠=白，所以白色的太陽光可經水氣折射出炫麗彩虹的色彩。

經由上述原理可了解，白光LED也可藉由此方式混合出來，因此通常會以表1中的3種方式來調配白光LED。方法1為多晶片混光技術，分別把紅、藍、綠3晶片或藍光、黃光雙晶片固定於同一封裝體內部，再經由調整各晶片的電流大小，調整各晶片的出光量來控制混光比例，以達到混成白光的目標。其中又以紅、藍、綠多晶片混光技術呈現的色彩飽合度及演色性(Color Rendition)最佳，但還須克服晶片光衰程度不一、熱源過度集中產生散熱封裝等問題。若有任何一晶片提早失效，就無法得到所需白光的光源。方法2是以紫外光LED激發均勻混合之藍色、綠色、紅色螢光粉，使其激發出一定比例之3原色進行混光而輸出白色。三波長白光發光二極體具有高演色性優點，但卻有發光效率不足及混光不均的缺點。方法3在藍光LED的周圍填充混有黃光YAG(Yttrium Aluminum Garnet)螢光粉的膠，並使用波長為400~530nm的藍光LED，發出光線激發黃光YAG螢光粉產生黃色光，但同時也與原本的藍光混合，進而形成藍黃混合之二波長的白光。第3種方式因方法簡單且成本低廉，所以現在多以此種方式進行封裝，但是此種LED會有色溫偏高與不均勻及紅色光譜較弱，造成演色性較差。

由於藍光LED激發黃色螢光粉的白光LED會有上述這些問題，因此開始有技術導入以解決此問題，而控制螢光膠的均勻性則可由兩方面著手。首先探討膠體調配技術，可由真空攪拌法均勻混合螢光粉於光學膠內，以提升光的散佈均勻度。此外，也可改善螢光粉之均勻披覆技術，現今有許多披覆方式，首先是以噴嘴噴灑螢光粉於晶片之上，但會面臨噴灑不均之問題需解決。另外還可使用螢光膠貼布貼於晶片之上，此方式可解決螢光膠厚度及分佈的問題，但會有貼合對位及金線斷裂的問題需解決。上述所提的兩項技術，須使用較高精度的機台與技術，因此導入門檻較高，對於有心踏入封裝領域的業者，考量到機台成本與技術門檻問題，多數還是以最為簡單的點膠技術進行封裝，但點膠會面臨到塗佈厚度不均及分布範圍不易控制等問題。

因此，現在基板供應商開始在封裝基板進行擋牆製作以輔助控制點膠精準度，此方式是以固定尺寸的擋牆作為鑄框進行點膠，當點入固定量的螢光膠於擋牆內，藉由體積公式V=A*H (V：體積， A：面積， H：高度)可了解，當固定體積與面積後，即可得到固定的高度，所以可藉由點膠系統注入固定體積的螢光膠，再配合外加擋牆以侷限點膠範圍即可精準控制螢光粉的高度，進而改善以藍光LED激發黃色螢光粉所面臨的色偏問題。

就功能性散熱陶瓷的擋牆技術而言，大毅科技現可提供3種解決方案(如表2所示)。方案1為電鍍擋牆，在原線路上以電鍍方式增加金屬擋牆，此方式所形成之擋牆具有良好的熱穩定性及信賴性，但其製程較為繁雜及費時之外，還因擋牆具導電特性而限制了線路的配置。第2種方案為防焊擋牆，此種方案是以黃光製程在線路上披覆透明防焊漆，可以快速且大批量的量產所需產品，還因防焊漆本身透明的原因，可以減少LED的出光損耗。然而相對於金屬高分子的熱穩定性不佳，會因迴焊或共晶製程而產生些許黃變問題，會影響整體的出光效率，因此膠體本身還需不斷的研發精進。第3種方案則是使用點膠方式製作擋牆，因點膠精度有限及無法大批量的同時生產，因此，此技術多應用在COB等大尺寸且不求精度的散熱陶瓷上，現在可簡易且低成本的在COB陶瓷板上加工大尺寸的擋牆，此擋牆不但可以進行螢光粉的披覆還可填充封裝矽膠於LED芯片之上，基於這些優點，此技術已最快被應用量產於散熱封裝陶瓷之上。

大毅科技藉由這些散熱封裝陶瓷技術的研發，已能大量供給急需改善色溫均勻性問題的封裝廠，以降低封裝技術的門檻且加速達到LED平價化的目標，藉由此方式幫助提升節能LED照明的市場滲透率，使列為3大耗能產業的照明工業擺脫地球暖化殺手的惡名，為子孫後代及未來的我們，減緩環境破壞的速度，保護賴以為生的地球。(大毅科技LED散熱研發中心 楊士賢)