LED封裝方式是以芯片(Die)借由打線、共晶或覆晶的封裝技術與其散熱基板Submount(次黏著技術)連結而成LED芯片,再將芯片固定于系統(tǒng)板上連結成燈源模組。
目前,LED封裝方法大致可區(qū)分為透鏡式(Lens-type)以及反射杯式(Reflector-type),其中透鏡的成型可以是模塑成型(Molding)或透鏡黏合成型;而反射杯式芯片則多由混膠、點膠、封裝成型;近年來磊晶、固晶及封裝設計逐漸成熟,LED的芯片尺寸與結構逐年微小化,高功率單顆芯片功率達1~3W,甚至是3W以上,當LED功率不斷提升,對于LED芯片載版及系統(tǒng)電路版的散熱及耐熱要求,便日益嚴苛。
鑒于絕緣、耐壓、散熱與耐熱等綜合考量,陶瓷基板成為以芯片次黏著技術的重要材料之一。其技術可分為厚膜工藝(Thick film)、低溫共燒工藝(LTCC)與薄膜工藝(DPC)等方式制成。然而,厚膜工藝與低溫共燒工藝,是利用網(wǎng)印技術與高溫工藝燒結,易產(chǎn)生線路粗糙、對位不精準、與收縮比例問題,若針對線路越來越精細的高功率LED產(chǎn)品,或是要求對位準確的共晶或覆晶工藝生產(chǎn)的LED產(chǎn)品而言,厚膜與低溫共燒的陶瓷基板,己逐漸不敷使用。
為此,高散熱系數(shù)薄膜陶瓷散熱基板,運用濺鍍、電/化學沉積,以及黃光微影工藝而成,具備金屬線路精準、材料系統(tǒng)穩(wěn)定等特性,適用于高功率、小尺寸、高亮度的LED的發(fā)展趨勢,更是解決了共晶/覆晶封裝工藝對陶瓷基板金屬線路解析度與精確度的嚴苛要求。當LED芯片以陶瓷作為載板時,此LED模組的散熱瓶頸則轉(zhuǎn)至系統(tǒng)電路板,其將熱能由LED芯片傳至散熱鰭片及大氣中,隨著LED芯片功能的逐漸提升,材料亦逐漸由FR4轉(zhuǎn)變至金屬芯印刷電路基板(MCPCB),但隨著高功率LED的需求進展,MCPCB材質(zhì)的散熱系數(shù)(2~4W/mk)無法用于更高功率的產(chǎn)品,為此,陶瓷電路板(Ceramic circuit board)的需求便逐漸普及,為確保LED產(chǎn)品在高功率運作下的材料穩(wěn)定性與光衰穩(wěn)定性,以陶瓷作為散熱及金屬佈線基板的趨勢已日漸明朗。陶瓷材料目前成本高于MCPCB,因此,如何利用陶瓷高散熱系數(shù)特性下,節(jié)省材料使用面積以降低生產(chǎn)成本,成為陶瓷LED發(fā)展的重要指標之一。因此,近年來,以陶瓷材料COB設計整合多晶封裝與系統(tǒng)線路亦逐漸受到各封裝與系統(tǒng)廠商的重視。
COB,在電子制造業(yè)里并不是一項新鮮的技術,是指直接將裸外延片黏貼在電路板上,并將導線/焊線直接焊接在PCB的鍍金線路上,也是俗稱中的打線(Wire bonding),再透過封膠的技術,有效的將IC制造過程中的封裝步驟轉(zhuǎn)移到電路板上直接組裝。在LED產(chǎn)業(yè)中,由于現(xiàn)代科技產(chǎn)品越來越講究輕薄與高可攜性,此外,為了節(jié)省多顆LED芯片設計的系統(tǒng)板空間問題,在高功率LED系統(tǒng)需求中,便開發(fā)出直接將芯片黏貼于系統(tǒng)板的COB技術。
COB的優(yōu)點在于:高成本效益、線路設計簡單、節(jié)省系統(tǒng)板空間等,但亦存在著芯片整合亮度、色溫調(diào)和與系統(tǒng)整合的技術門檻。以25W的LED為例,傳統(tǒng)高功率25W的LED光源,須采用25顆1W的LED芯片封裝成25顆LED元件,而COB封裝是將25顆1W的LED芯片封裝在單一芯片中,因此需要的二次光學透鏡將從25片縮減為1片,有助于縮小光源面積、縮減材料、系統(tǒng)成本,進而可簡化光源系二次光學設計并節(jié)省組裝人力成本。此外,高功率COB封裝僅需單顆高功率LED即可取代多顆1瓦(含)以上LED封裝,促使產(chǎn)品體積更加輕薄短小。
目前市面上,生產(chǎn)COB產(chǎn)品仍以使用MCPCB基板為主,然而MCPCB仍有許多散熱以及光源面積過大的問題須解決,故其根本之道,還是從散熱材料更新為最有效的解決方案。陶瓷COB基板有以下幾點好處:1.薄膜工藝,讓基本上的線路更加精確、(2)量大降低成本、(3)可塑性高,可依不同需求做設計。
現(xiàn)MCPCB基板COB芯片制作的LED燈泡均無法調(diào)光,而ledaladdin公司用陶瓷COB芯片組裝的LED可調(diào)光燈泡已上市,有5W、6W、7W,性能更好,色溫可做到2200K---8000K,流明達60LM/W以上。
陶瓷MCOB/COB的發(fā)展,是簡化系統(tǒng)板的一種趨勢,照明燈具的實用化、亮度、散熱以及成本的控管,都是重要的關鍵因素。