芯片封裝技術(shù)，LED自主設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

　　自從白光發(fā)光二極管（LED）于2000年始達(dá)到每瓦15～20流明的水準(zhǔn)后，各國(guó)就開(kāi)始積極對(duì)LED投入研發(fā)制造，而相關(guān)市場(chǎng)行銷(xiāo)、技術(shù)評(píng)鑒機(jī)構(gòu)及學(xué)界，則積極對(duì)此極具未來(lái)性的產(chǎn)品進(jìn)行解碼，一探其奧秘及商業(yè)價(jià)值，并陸續(xù)提出負(fù)面疑問(wèn)或爆炸性的前瞻預(yù)測(cè)。

　　但隨著能源短缺、地球暖化、能源材料價(jià)格上揚(yáng)等因素深受各國(guó)政府重視，更加速LED的市場(chǎng)熱度，其二為隨著手機(jī)白色背光源于2003年被廣泛應(yīng)用，隨即奠定藍(lán)光激發(fā)螢光粉產(chǎn)生白光LED在市場(chǎng)的價(jià)值，更因LED應(yīng)用在車(chē)尾燈可達(dá)到快速反應(yīng)、減少更換及設(shè)計(jì)上增加工業(yè)產(chǎn)品美學(xué)的新思維，漸漸開(kāi)拓另一個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用契機(jī)，進(jìn)而激勵(lì)相關(guān)供應(yīng)鏈廠商的研發(fā)投入。

　　雖然在2003年時(shí)，LED亮度效能未能達(dá)到主照明的需求（表1），但已逐漸讓世界注意到LED的未來(lái)性及對(duì)傳統(tǒng)光源的威脅性。

　　表1　OIDA對(duì)于2002～2020年LED效能預(yù)估

　　依照美國(guó)光電子工業(yè)協(xié)會(huì)（OIDA）的預(yù)測(cè)推估，今年即使LED已達(dá)到10美元/每千流明，但對(duì)于整組燈泡或燈具要達(dá)成10美元/每千流明仍相去甚遠(yuǎn)，尤其加入演色性（CRI）的需求，光源的效能和市場(chǎng)價(jià)格將為供應(yīng)鏈廠商必須共同解決的一大課題。

　　雖然LED的應(yīng)用極為廣泛，且各個(gè)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)會(huì)面對(duì)不同程度的技術(shù)問(wèn)題，在此僅就照明應(yīng)用方面提出設(shè)計(jì)解決方向，以加速LED照明產(chǎn)業(yè)整合開(kāi)發(fā)的品質(zhì)與速度。

　　LED燈具供應(yīng)商主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)規(guī)格

　　要成功開(kāi)發(fā)一款LED照明產(chǎn)品所須注意的事項(xiàng)相當(dāng)繁瑣而復(fù)雜，叁至五人的貿(mào)易公司或許能帶來(lái)營(yíng)業(yè)利潤(rùn)，但在世界規(guī)範(fàn)一一制定出爐后，亦拉高進(jìn)入門(mén)檻，同時(shí)篩選掉體質(zhì)不佳的應(yīng)用小廠，更甚至因?yàn)檫_(dá)到普及化的成本結(jié)構(gòu)，使LED照明逐漸朝專業(yè)技術(shù)和專業(yè)代工制造的領(lǐng)導(dǎo)廠商集中。

　　現(xiàn)今的主要客戶更加戮力于探究上游材料、技術(shù)深度及整合能力，以做為評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于各階段開(kāi)發(fā)的技術(shù)深度及廣度，將會(huì)是2009～2012年成功邁入LED照明必須完備的工作，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)尚未完備，市場(chǎng)的需求決定在供應(yīng)商能夠提供的解決方案。

　　過(guò)半效率取決芯片/封裝制程搭配效率

　　有關(guān)芯片開(kāi)發(fā)，從覆晶（Flip Chip）式芯片如飛利浦，垂直（VerTIcle）式芯片如Cree、SemiLEDs，正負(fù)極呈階梯平面式焊線，完全平面式焊線如日亞（Nichia）、豐田合成（TG）、晶元光電等；再加上粗糙面（Roughness）結(jié)構(gòu)位置，以及形成的方式不同，皆或多或少影響出光效率、出光角、熱傳導(dǎo)、節(jié)點(diǎn)（Tj）溫度、固晶材料、固晶方式、硬力拉力推力、焊線參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專利問(wèn)題。是否了解芯片跟后續(xù)封裝制程間的關(guān)係，決定LED照明產(chǎn)品一半以上的良率，開(kāi)發(fā)LED照明應(yīng)用就必須了解細(xì)部差異，以做為設(shè)計(jì)上的判斷依據(jù)，目前沒(méi)有哪家LED芯片最好，只有最適合的LED芯片才能夠達(dá)到市場(chǎng)需求的最佳化。

　　多重因素影響LED封裝性能

　　至于封裝開(kāi)發(fā)，在固定單一型式芯片下，眾多影響因子決定封裝完LED元件的性能、可靠度、壽命是否能禁得起市場(chǎng)考驗(yàn)，其中包括：

　　?承載基板的設(shè)計(jì)選擇

　　金屬支架、FR4 COB（Chip on Board）型式、低溫共燒氧化鋁陶瓷、高溫氧化鋁、氧化鋁基板加金屬銀塊或銅塊（Slug）、氮化鋁基板、鋁基板、銅基板、復(fù)合機(jī)板等材料差異，包括上述材料的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)光、環(huán)境（如溼氣溫度等）結(jié)合力之間的相互作用關(guān)係。

　　?光相關(guān)的制程設(shè)計(jì)

　　固晶焊線區(qū)域位置，尺寸的設(shè)計(jì)，固晶焊線區(qū)域，固晶方式（硅絕緣膠、銀導(dǎo)熱膠、助焊劑、共金焊接等），以及周邊材質(zhì)如金、銀、銅、鋁、鈀銀、鈀金、高耐熱塑膠（PPA）、硅等，封裝膠體（黏稠度、折射率、耐溫耐候性與相鄰材料接著力等）。

　　?螢光粉的多重混用、波長(zhǎng)搭配、濃度搭配、涂布方式、操作時(shí)間及沉淀控制。

　　?色溫/電壓/亮度/演色性分布

　　均會(huì)影響出光效率、壽命、品質(zhì)等，然而不同芯片的選用會(huì)使所有影響因子勢(shì)必全部或部分重新再做評(píng)估。

　　光源元件設(shè)計(jì)/選擇不可輕忽

　　圖2　產(chǎn)品機(jī)構(gòu)及模具組裝3D建構(gòu)須充分了解LED光源特性、光機(jī)電熱，加上電腦對(duì)光熱模擬分析，才能確?？煽慷群托?。

　　就LED照明而言，到此才決定LED光源元件（圖1），接下來(lái)還要面對(duì)：二次光學(xué)透鏡、反射鏡的設(shè)計(jì)，達(dá)到照明在不同應(yīng)用需求的光型、光強(qiáng)分布或光學(xué)組件材料對(duì)環(huán)境造成光衰、裂化的考量。此外，模組設(shè)計(jì)加上電路、電子控制設(shè)計(jì)、定電流源、調(diào)光模組、DMX系統(tǒng)控制模組、部分熱傳導(dǎo)設(shè)計(jì)、部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、組立設(shè)計(jì)等，必須達(dá)到客戶功能性的要求，同時(shí)對(duì)LED光源元件不至于造成加速破壞的條件存在。最后則為熱傳導(dǎo)（Thermal ConducTIvity）熱硬力及散熱設(shè)計(jì)（Thermal Management），在模組端力求降低LED節(jié)點(diǎn)溫度，均勻快速的將熱集中區(qū)分散到各個(gè)面，另外則包括安規(guī)等絕緣設(shè)計(jì)考量。