【焦點關注】高功率LED陶瓷封裝技術的發(fā)展現(xiàn)狀

高功率LED陶瓷封裝技術的發(fā)展現(xiàn)況發(fā)光二極體於今日已被廣泛應用於可攜式產(chǎn)品與建筑物中，如手機背光源、手電筒、汽車的警示燈與煞車燈、建筑物裝飾燈、造景燈與地底燈等。

　　隨著科技日益進步，在350mA操作電流下，LED的光通量已可突破100流明且達到照明光源的門檻。不僅如此，LED更具備下列幾項獨特的優(yōu)點，足以促使LED逐漸取代現(xiàn)有光源；

　　1.技術方面：LED具有高可靠度、高光源品質(zhì)、穩(wěn)定性及長壽命等優(yōu)點，且發(fā)光效率(lm/W)仍可持續(xù)地大幅改善，有朝一日將會高於現(xiàn)有光源；

　　2.經(jīng)濟效益方面：LED具備節(jié)能、可降低維護費用與可持續(xù)改善lm/dollar等優(yōu)點；

　　3.綠色環(huán)保方面：LED符合RoHS與CaliforniaTitle24的要求，不像白熾燈泡因無法通過RoHS而將全面被禁用?；渡鲜?，相信在近期內(nèi)LED將有機會應用於街燈、路燈、停車場照明、崁燈與造景燈等，未來更有機會應用於一般照明如日光燈與居住照明，其相關應用場合之照片如圖一所示。

　　圖一、發(fā)光二極體於今日、明日與未來的應用例綜觀上述，LED確實具有足夠優(yōu)勢可逐漸取代現(xiàn)有光源，而讓LED可進入照明光源門檻的幕後功臣，首推Cree公司，該公司於2007年7月宣布XLampXR-E系列LED已可大量生產(chǎn)，在350mA操作電流下，光通量皆可高於100流明，換言之，發(fā)光效率可高於86lm/W（如圖二所示）。Cree描述此宣告可視為新的LED發(fā)光等級標準，這是令人印象深刻的數(shù)字，因為這正意味著優(yōu)越的發(fā)光性能將有助於加速LED進入於一般照明市場。

　 XLampXR-E系列LED的光通量與發(fā)光效率高功率LED陶瓷封裝技術高功率LED陶瓷封裝技術主要可區(qū)分成厚膜陶瓷技術與積層陶瓷技術兩種。此兩種技術皆曾被相關業(yè)者用於達成高功率LED封裝，并在市面上銷售。然而，利用積層陶瓷作為高功率LED封裝材料并不普及，其原因在於積層陶瓷技術不論在材料成本上或在制程程序上皆比厚膜陶瓷來得不具優(yōu)勢，因此積層陶瓷技術較常被應用於小尺寸的低功率LED封裝。

　　在LED產(chǎn)業(yè)中，如果增加電流強度會使LED發(fā)光量成比例增加，可是LED芯片的發(fā)熱量也會隨之上升。因為在高輸入領域放射照度呈現(xiàn)飽和與衰減現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要是LED芯片發(fā)熱所造成，因此在制造高功率LED芯片時，必須先解決其散熱問題。

　　白光LED的發(fā)熱隨著輸入電流強度的增加而上升，會造成LED芯片的溫升效應，造成光輸出降低，因此LED封裝結(jié)構與使用材料的挑選顯得非常重要。由于過去LED常使用低熱傳導率樹脂封裝，成為了影響LED散熱特性的原因之一，不過，近年來逐漸改用高熱傳導陶瓷，或是設有金屬板的樹脂封裝結(jié)構。目前的高功率LED芯片常以LED芯片大型化、改善LED芯片發(fā)光效率、采用高取光效率封裝，以及大電流化等方式提高發(fā)光強度，常規(guī)的樹脂封裝不能滿足苛刻的散熱要求。

　　以往的傳統(tǒng)高散熱封裝是把LED芯片放置在金屬基板上周圍再包覆樹脂，可是這種封裝方式的金屬熱膨脹系數(shù)與LED芯片差異相當大，當溫度變化非常大或是封裝作業(yè)不當時極易產(chǎn)生熱歪斜，進而引發(fā)芯片瑕疵或是發(fā)光效率降低。采用陶瓷封裝基板可以有效地解決熱歪斜問題。這主要是因為LED封裝用陶瓷材料分成氧化鋁與氮化鋁，氧化鋁的熱傳導率是環(huán)氧樹脂的55倍，氮化鋁則是環(huán)氧樹脂的400倍，因此目前高功率LED封裝用基板大多使用熱傳導率為200W/mK的鋁，或是熱傳導率為400W/mK的銅質(zhì)金屬封裝基板。

　　我們都知道LED的封裝除了保護內(nèi)部LED芯片之外，還具有將LED芯片與外部作電氣連接、散熱等功能。LED封裝要求LED芯片產(chǎn)生的光線可以高效率透身到外部，因此封裝必須具備高強度、高絕緣性、高熱傳導性與高反射性，讓人興奮的是陶瓷封裝幾乎具備上述所有特性，再說陶瓷耐熱性與耐光線劣化性也比樹脂優(yōu)秀。

　　未來發(fā)展高功率LED芯片時，必然會面臨熱歪斜問題，這是不能忽視的問題。高功率LED的封裝結(jié)構，不但要求能夠支持LED芯片磊晶接合的微細布線技術，而且關于材質(zhì)的發(fā)展，雖然氮化鋁已經(jīng)高熱傳導化，但高熱傳導與反射率的互動關系卻成為新的問題。如果未來能提高氮化鋁的熱傳導率，并且具備接近陶瓷的熱膨脹系數(shù)的LED芯片時，解決高功率LED的熱歪斜問題就不在話下了。