表面封裝型LED散熱與O2PERA

　　由于Au-Sn薄層化可以降低接合部的溫度差，同時有效促進熱的流動，因此業界普遍認為未來散熱設計，勢必要求接合劑必需具備高熱傳導性，與可以作薄層化接合等基本特性。

　　今后散熱設計與封裝構造

　　隨著散熱設計的進化，LED組件廠商的研究人員開始檢討LED Lamp至筐體的熱傳導，以及筐體至外部的熱傳導可行性;組件應用廠商與照明燈具廠商則應用實驗與模擬分析進行對策研究。

　　有關熱傳導材料，封裝材料正逐漸從樹脂切換成金屬與陶瓷材料。此外LED芯片接合部是阻礙散熱的要因之一，因此上述薄形接合技術被視為今后檢討課題之一。

　　有關提高筐體至外部的熱傳導，目前大多利用冷卻風扇與散熱鰭片達成散熱要求。不過基于噪音對策與窄空間化等考慮，照明燈具廠商大都不愿意使用熱交換器，因此必需提高與外部接觸面非常多的封裝基板與筐體的散熱性，具體方法例如利用遠紅外線在高熱傳導性銅層表面，形成可以促進熱放射涂抹層的可撓曲散熱膜片(film)。

　　根據測試結果證實可撓曲散熱膜片的散熱效果，比大小接近膜片的散熱鰭片更高，因此研究人員檢討直接將可撓曲散熱膜片黏貼在封裝基板與筐體，或是將可以促進熱放射涂抹層，直接設置在裝基板與筐體表面，試圖藉此提高散熱效果。

　　有關封裝結構，必需開發可以支持LED芯片磊晶(flip chip)接合的微細布線技術;有關封裝材料，雖然氮化鋁的高熱傳導化有相當進展，不過它與反射率有trade-off關系，一般認提高熱傳導性比氮化鋁差的鋁的反射特性，可以支持LED高輸出化需要，未來可望成為封裝材料之一。

　　O2PERA結構的SMD-LED設計

　　如上所述LED的封裝從光學構造觀點而言，可以分成兩種型式分別是：

　　(1)整體由透明樹脂構成(炮彈型、Piranha型)。

　　(2)利用高反射白色樹脂包覆的表面封裝型(SMD： Surface Mount Device)。

　　(3)使用金屬的鏡面反射面型。

　　近年基于可靠性、成本、組裝作業性等考慮，第(2)項的SMD型的應用大幅增加。圖12(a)是SMD型LED的封裝結構，如圖所示它是由白色高擴散反射材料制成的筐體，與金屬導線架構成凹狀結構，LED芯片透過Mount與Wire Bonding，固定在該凹狀結構底部上方的導線架，凹狀結構則包覆透明環氧樹脂。

　　光線從表面平坦透明材料透過空氣的光取出效率可以利用圖13作說明。對折射率n>1的環氧樹脂等透明材料，與折射率n=1的空氣界面而言，從透明材料入射的光線，它的入射角比臨界角ψc(從法線的角度)更大時，入射光會全反射再折返透明材料側，入射角比臨界角ψc更小的光線，會以部份入射能量反射折返，其它則通過空氣側，如果換成三次元方式，頂角為ψc時只有碗杯內側的光線可以取出至外部。

　　

　　圖14(a)是傳統SMD封裝的斷面圖，如圖所示從LED芯片取出朝碗杯內直接放射的光線(光線1)可以穿透空氣側，不過碗杯外的直接放射光線(光線2，3)不是過碰到白色樹脂的擴散反射面，就是在空氣與環氧樹脂之間的界面全反射。

　　

　　理論上內部結構的反射率為100%，透明樹脂的吸收應該是零 ，如果忽略芯片的吸收 ，無限次反復進行反射 ，從封裝的光取出效率也應該是100%，然而實際上透明樹脂會吸收，反射率也不可能100%，加上導線架的加工面與芯片旁的銀膠表面反射率都不盡理想，因此要提高封裝的光取出效率，盡量以少次數高效率反射成為重要課題。