不同封裝技術 影響光源或LED模組光效表現
- DIGITIMES企劃
-
不同LED封裝技術，將直接影響LED光型、光色，在生活照明用LED元件封裝，更是影響產品壽命的重要關鍵，目前封裝技術發展多元，不同業者有各自主推的封裝技術，封裝形式也會直接受到影響…
EMC(Epoxy Molding Compound)是利用Epoxy材料與蝕刻技術所製作的封裝設計，元件屬於一種高度整合的框架形式，EMC由於材料與結構特性，元件具高耐熱、抗UV、高度整合、可以高電流驅動、體積小等多種優勢，是在LED照明應用要求高度整合、增加光電轉換效率、高可靠性要求前提下所開發的封裝技術。以EMC封裝實作來說，EMC所使用塑封材料為環氧樹脂，環氧樹脂材料具抗UV、高溫運作穩定性高、封裝體的膨脹係數低等優點，因此吸引將此封裝應用導入背光應用市場、環保照明應用。
EMC封裝材料特性佳 熱膨脹係數相對更小
EMC封裝在實作上，由於採用環氧膜塑封材料，使得其元件具備力學、粘結和元件耐腐蝕的性能表現不俗，而進行封裝處理時於封裝料固化收縮率和熱膨脹係數相對更小，元件的穩定性表現佳，在製作工藝與綜合特性表現均具有其封裝技術亮點，因此EMC封裝的LED發光元件在電子應用領域獲得廣泛使用，甚至不只照明應用熱門，就連LCD TV的背光應用也有導入相關封裝方案的LED光源。至於相關業者目前積極關注的重點在於，EMC封裝製程的發光效率提升與元件薄型化設計方向，同時藉由成本優化持續提升EMC封裝的成本與競爭優勢。
尤其相較於PPA或是陶瓷基板，EMC封裝方案為採用環氧樹脂材料為主，更容易實現大規模的量大生產需求，透過量的擴增進一步壓縮製造成本，另外環氧樹脂材料應用更為彈性，不僅尺寸可以輕易重新設計，加上材料更小、更容易進行切割處理，終端產品元器件的設計更為靈活、彈性，所製成的終端光源元件可在小體積上驅動高瓦數，尤其在0.2W~2W左右的光源產品極具競爭力。
COB封裝方案 多晶片整合優勢大
COB(chip On board)封裝方案，其實就是把LED裸晶片利用導電或是非導電膠處理粘附於互連基板之上，再進行引線處理鍵合完成其電氣連接製作，但實際上如果將裸晶片不加任何處理暴露在空氣之中，晶片本身很容易因為受到污染、或人為碰觸導致損壞，甚至造成損壞部分功能或破壞晶片功能！而為了改善裸晶片的保護問題，即可使用膠形式的材料將晶片與鍵合引線建構的電氣連接設計整個封合。
LED的COB技術常見有MCOB封裝與COB封裝。先看LED的COB封裝，大多數的COB封裝(包含日本的封裝COB應用技術)，大多是基於基板的封裝基礎進行處理，也就是說在基板上將多個晶片整合在一起再進行封裝，若是基板的襯底下方設置銅箔，銅箔可以提供極佳的導電處理，但對光學處理卻幫助不大。MCOB的製法與傳統COB不同，MCOB(Muilti Chips On Board)技術為將晶片置放在有光學設計的杯狀結構中，可根據預先設計的光學特性進行元器件的效果優化，設計上也可製作多組杯狀光學結構進行整合，藉此提供LED單一元器件更優異的光輸出效果，有效利用物理光學優化結構進而提升整體的元件發光效率，MCOB也能因應小功率與大功率的封裝需求。
MCOB光學設計優勢 元件具更高光輸出效能
COB有許多獨特的材料優勢，例如COB光源的生產成本較低、散熱效果顯著，令具備高封裝密度、輸出光密度高特性，而與多數傳統LED封裝技術相較，以COB封裝技術製成的面板光源在實際的照明用途相對在照明更柔和，在照明用LED光源市場具有相當大的發展潛力。一般來說COB光源技術以日系業者較為領先，多數廠商也開始投入COB市場，COB封裝模式在關鍵的基板材料也獲得大幅改進，從早期的銅基板設計方案，發展至鋁基板應用方案，甚至部分業者已開始導入陶瓷基板進行COB封裝產品的製作，持續優化COB光源在產品壽命、可靠性與關鍵的發光效率。
先前也有提到，MCOB技術其實也可以稱為多杯整合的COB封裝技術，實際製作方式為將LED集群以多杯型式整合封裝，利用多個光學杯狀結構，讓LED晶片所發出的光透過杯裝光學體的優化，使其發光方向都能集中在正上方，改善LED光源元器件的元件光輸出參數表現，提高光通量。MCOB封裝方式優點在於提高光通量外，也能最大限度地改善眩光、斑馬紋現象，同時也能提高每瓦驅動的LED發光效率表現。若以傳統LED SMD貼片式封裝或其他大功率封裝方式比較，COB可以將多組晶片封裝在金屬基板上，減少散熱設計也能獲得不錯的光效，而MCOB為透過基板直接散熱，同時減少支架製作成本，整體元件還具備熱阻小優勢，LED發光時產生的熱也能快速逸散。
COB？MCOB仍有相關技術問題待突破
在產品實際設計上，例如桶燈、嵌入式燈具，即可將MCOB元件直接利用金屬燈具做散熱片，減省散熱片的額外成本。此外，以10W燈具為例，若是傳統LED光源，必須使用10顆1W LED再封裝成10顆LED元件，若使用COB或MCOB封裝技術整合，即可使用10顆1W LED封裝在單一COB或MCOB封裝體上，再運用二次光學設計改善輸出光形，不僅簡化製作、組裝成本，PCB設計也更為簡化，LED本身的散熱與機構處理更簡潔，甚至二次光學設計也會較多LED的設計方案成本更低、效果更好。
雖說COB與MCOB使用優點多，但實際上也有其市場推廣限制存在，例如使用鋁基板的COB熱阻較大、可靠度偏低，易容易導致燈具提早出現光衰現象，甚至出現故障問題，而後期改善的做法為改用陶瓷基板進行整合，但實際上雖然陶瓷基板為不錯的基板選項，但成本並不是很具親和性，在小功率應用方面成本問題將導致用戶使用興趣缺缺，而COB與MCOB的大型晶片的封裝處理仍存在熱阻改善與光效優化等問題，加上燈具場家不見得對COB與MCOB的封裝標準件買單，在元器件標準不一致，也很難大量打入燈具應用市場。
另外CSP技術也成為市場熱議的焦點。CSP的技術定義為將封裝體積和LED晶片一致、或是封裝體積應不大於LED晶片20%，且LED仍能具備完整功能的封裝元件，而CSP技術所追求的是在元件體積盡可能微縮、減小，卻仍須維持相同晶片所應有的光效，而關鍵元件體積減小後最直接的特點就能實踐低成本、小發光面積、更長元件使用壽命的設計目的，再加上小體積元件也表示二次光學的相關光學處理優化彈性更高、處理成本更低，製成的燈具產品能在極小光學結構實踐最高亮度與最大發光角度，尤其在LED球泡燈、LED燈管等具極佳設計靈活度，有希望成為封裝技術的主流。
