大功率LED散熱新突破　陶瓷COB技術(shù)大幅節(jié)省封裝成本

LED封裝方式是以晶粒(Die)經(jīng)過(guò)打線、共晶或覆晶封裝技術(shù)與其散熱基板Submount(次黏著技術(shù))鏈接而成LED芯片，再將芯片固定于系統(tǒng)板上鏈接成燈源模塊。

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；如圖1(a)所示，而反射杯式芯片則多由混膠、點(diǎn)賿、封裝成型；如圖1(b)所示。

近年來(lái)磊晶、固晶及封裝設(shè)計(jì)逐漸成熟，LED的晶粒尺寸與結(jié)構(gòu)逐年微小化，高功率單顆晶粒功率達(dá)1~3W，甚至是3W以上，當(dāng)LED功率不斷提升，對(duì)于LED晶粒載版及系統(tǒng)電路版的散熱及耐熱要求，便日益嚴(yán)苛。

圖1(a

圖1(b)

鑒于絕緣、耐壓、散熱與耐熱等綜合考慮，陶瓷基板成為以晶粒次黏著技術(shù)的重要材料之一。其技術(shù)可分為厚膜制程(Thick film)、低溫共燒制程(LTCC)與薄膜制程(DPC)等方式制成。然而，厚膜制程與低溫共燒制程，是利用網(wǎng)印技術(shù)與高溫制程燒結(jié)，易產(chǎn)生線路粗糙、對(duì)位不精準(zhǔn)、與收縮比例問(wèn)題，若針對(duì)線路越來(lái)越精細(xì)的高功率LED產(chǎn)品，或是要求對(duì)位準(zhǔn)確的共晶或覆晶制程生產(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(yùn)用濺鍍、電／化學(xué)沉積，以及黃光微影制程而成，具備金屬線路精準(zhǔn)、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(shì)，更是解決了共晶／覆晶封裝制程對(duì)陶瓷基板金屬線路分辨率與精確度的嚴(yán)苛要求。薄膜陶瓷COB(Chip On Board)散熱基板可以符合不同照明需求。

當(dāng)LED晶粒以陶瓷作為載板時(shí)，此LED模塊的散熱瓶頸則轉(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晶粒功能的逐漸提升，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(jìn)展，MCPCB材質(zhì)的散熱系數(shù)(2~4W/mk)無(wú)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(yùn)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布線基板的趨勢(shì)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(biāo)。因此，近年來(lái)，以陶瓷材料COB設(shè)計(jì)整合多晶封裝與系統(tǒng)線路亦逐漸受到各封裝與系統(tǒng)廠商重視。

COB在電子制造業(yè)里并不是新技術(shù)，是指直接將裸晶圓黏貼在電路板上，并將導(dǎo)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(guò)封膠的技術(shù)，有效的將IC制造過(guò)程中的封裝步驟在電路板上直接組裝。在LED產(chǎn)業(yè)中，由于現(xiàn)代科技產(chǎn)品越來(lái)越講究輕薄與高可移植性，此外，為了節(jié)省多顆LED芯片設(shè)計(jì)的系統(tǒng)板空間問(wèn)題，在高功率LED系統(tǒng)需求中，便開發(fā)出直接將晶粒黏貼于系統(tǒng)板的COB技術(shù)。

COB優(yōu)點(diǎn)在于：高成本效益、線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、節(jié)省系統(tǒng)板空間等，但亦存在著晶粒整合亮度、色溫調(diào)和與系統(tǒng)整合的技術(shù)門坎。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組件，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(xué)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(jìn)而可簡(jiǎn)化光源系二次光學(xué)設(shè)計(jì)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(guò)大的問(wèn)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(diǎn)好處：1.薄膜制程，讓基本上的線路更加精確；(2)量大降低成本；(3)可塑性高，可依合作伙伴的不同需求做。

COB的發(fā)展，是簡(jiǎn)化系統(tǒng)板的趨勢(shì)，照明燈具的實(shí)用化、亮度、散熱以及成本的控管，都是重要的關(guān)鍵因素。ICP除了提供各種薄膜散熱基板給單顆芯片封裝外，更提供了獨(dú)立發(fā)展的薄膜線路COB基板，給不同高功率用途的用戶，與其更彈性的選擇，以期待LED照明早日變的更普及化，為地球綠化盡一份心力。