眾多環保光源應用方案中,LED相對其他光源方案更為節能、便于組裝設計的一種光源技術,其中,照明光源應用中,高功率白光LED使用則為最頻繁的發光元器件,但白光LED雖在發光效率、單顆功率各方面表示均有研發進展,實際上白光LED仍存在發光均勻性、封裝資料壽命等問題,尤其在芯片散熱的應用限制,則為開發LED光源應用首要必需改善的問題...
高功率白光LED應用于日常照明用途,其實在環保光源日益受到重視后,已經成為開發環保光源的首要選擇。但實際上白光LED仍有許多技術上的瓶頸尚待克服,目前已有相關改善方案,用以強化白光LED發光均勻性、封裝資料壽命、散熱強化等各方面設計瓶頸,進行重點功能與效能之改善。
環保光源需求增加 高功率白光LED應用出線
LED光源受到青睞的主因,不外乎產品壽命長、光-電轉換效率高、資料特性可在任意平面進行嵌裝等特性。但在發展日常照明光源方面,由于需達到實用的照明”需求,原以指示用途的LED就無法直接對應照明應用,必需從芯片、封裝、載板、制作技術與外部電路各方面進行強化,才干達到照明用途所需的高功率、高亮度照明效用。
就市場需求層面觀察,針對照明應用市場開發的白光LED可以說是未來用量較高的產品項目,但為達到使用效用,白光LED必需針對照明應用進行重點功能改善。其一是針對LED芯片進行強化,例如,增加其光-電轉換效率,或是加大芯片面積,讓單個LED發光量(光通量)達到其設計極限。其二,屬于較折衷的設計方案,若在繼續加大單片LED芯片面積較困難的前提下,改用多片LED芯片封裝在同一個光源模組,也是可以達到接近前述方法的實用技術方案。
以多芯片封裝 滿足低成本、高亮度設計要求
就產業實務需求檢視,礙于量產彈性、設計難度與控制產品良率/本錢問題,LED芯片繼續加大會碰到本錢與良率的設計瓶頸。一昧的加大芯片面積可能會碰到設計困難,并非技術上與生產技術辦不到而是本錢與效益考量上,大面積之LED芯片本錢較高,而且對于實際制造需求的變卦設計彈性較低。
反而是利用多片芯片的整合封裝方式,讓多片LED小芯片在載板上的等距排列,利用打線連接各芯片、搭配光學封裝資料的整體封裝,形成一光源模組產品,而多片封裝可以在進行芯片測試后,利用二次加工整合成一個等效大芯片的光源模組,但卻在制作彈性上較單片設計LED光源用元件要更具彈性。
同時,多片之LED芯片模組解決方案,其生產本錢也可因為芯片本錢而大幅降低,等于在獲得單片式設計方案同等光通量下,擁有本錢更低的開發選項。
多芯片整合光源模組 仍需考量本錢效益最大化
另一個發展方向,將LED芯片面積繼續增大,透過大面積獲得高亮度、高光通量輸出效果。但過大的LED芯片面積也會呈現不如設計預期之問題,罕見的改進方案為修改復晶的結構,芯片外表進行制作改善;但相關改善方案也容易影響芯片自身的散熱效率,尤其在光源應用的LED模組,大多要求在高功率下驅動以獲得更高的光通量,這會造成芯片進行發光過程中芯片接面所匯集的高熱不容易消散,影響模組產品的應用彈性與主/主動散熱設計方案。
一般設計方案中,據分析采行7mm2芯片尺寸,其發光效率為最佳,但7mm2大型芯片在良率與光表示控制較不易,本錢也相對較高;反而使用多片式芯片,如4片或8片小功率芯片,進行二次加工于載板搭配封裝資料形成一LED光源模組,較能快速開發所需亮度、功率表示之LED光源模組產品的設計方案。
例如PhilipOSRA MCREE等光源產品制造商,就推出整合48片或更多小型LED芯片封裝之LED光源模組產品。但這類利用多片LED芯片架構的高亮度元件方案也引起了一些設計問題,例如:多顆LED芯片組合封裝即必需搭配內置絕緣材料,用以防止各別LED芯片短路現象;這樣的制程相對于單片式設計多了許多順序,因此即使能較單片式方案節省本錢,也會因額外絕緣資料制程而縮小了兩種方案的本錢差異。