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LED封裝之承上啟下,合理設計才能投入應用

LED封裝之承上啟下,合理設計才能投入應用 LED逐漸取代傳統白熾燈走向背光源及照明市場應用,相較于傳統白熾燈光源LED具備多項優勢,LED使用壽命長、效率高、不易損壞、不含汞、不會產生有毒氣體、耗電量低…等特性,對于我們所處的環境來說LED無非是最佳光源替代方案,同時LED被譽為21世紀的新型光源。   在LED制程中,封裝是相當重要的一環,封裝的作用是將外引線連接到LED芯片的電極上,不僅保護LED芯片,且提高發光效率。故LED封裝不僅是完成輸出電信號,更重要的是保護管芯正常工作,輸出可見光功能。但是,無論何種LED都需要針對不同類型設計合理的封裝形式,才能投入實際應用。
   隨著LED應用方式的不同,散熱方案和發光效果以及外型及尺寸也會有所變動,依LED封裝形式大致可分為Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED、FlipChip-LED…等6大類。
   在整個LED產業鏈中,封裝為承上啟下部分,傳統低階LED多用于戶外顯示廣告牌或指示燈,其封裝材料選擇為液態環氧樹脂,隨著LED轉向室內照明及背光應用,大功率、高亮度成為LED發展重點,大功率LED必需降低遮蔽、增加光透率寧波趕集網并且強化光折射、反射的利用率,從裸晶克服亮度問題進入封裝后,封裝制程!中如何使光通透量維持最高、光衰減至最少便顯得十分關鍵。
   過去LED最常用的封裝材料是環氧樹脂(epoxy),環氧樹脂封裝制程相對簡單、成本低,因此目前在LED封裝材料的市場占有率高,但是缺點是耐沖擊損傷能力低,韌性差且耐熱性小于170oC,老化后會因苯環成份逐漸變黃,進而影響光亮顏色,尤其波長愈低時老化愈快,特別是部分白光型發光二極管使用近紫外線(Nearultraviolet)發光,與其他可見光相比其波長又更低,老化更快。因此,為因應大功率LED產生的熱能造成的老化問題,在封裝材料的選擇應考慮耐熱性較高的silicone做為封裝材料。
   用silicone取代環氧樹脂有較高的流明保持率(Transmittance,透光率、穿透率,以百分比單位表示),如美國Lumileds公司的Luxeon系列LED即是改采silicone封膠,其他業者也都有silicone封膠方案,如邁圖(Momentive)公司的InvisiSi1,東麗。道康寧(DowCoringToray),日本信越化學的KER-2500AB等也都是LED的silicone封裝方案。
  silicone除了對波長范疇在300~350nm的低波長有較佳的抗受性、較不易老化外,此外,silicone光透率、折射率、耐熱性都比環氧樹脂理想。目前silicone光折射率可達1.4~1.5之間,未來折射率往1.6以上為silicone開發目標。
   silicone為高功率LED及LED背光電視光源的封裝解決方案,silicone封裝適用各類封裝形式,不過仍需依封裝體的尺寸,功率來選擇較適合的材料。
  因甲基系silicone長時間使用耐熱性可達200oC,相較于環氧樹脂耐UV、耐候性,甚至使用壽命都較占優勢。至于LED背光源封裝需要透濕透氧率較低的材料,也都是眾silicone廠商搶進的開發應用。唯當前問題是價格成本較高,且在與鍍銀層、PPA、陶瓷基板封裝后的高溫高濕試驗下,silicone的接著性仍未盡理想,解決之道無非是改善silicone與被接著體的接著性及匹配性,再配合延長烘烤時間,以改善目前接著性問題。
  業內人士表示:目前價格成本問題為業者采用silicone封裝最大的考慮,但因silicone具有出色的耐熱性、耐季節性、耐UV、電絕緣性、化學安定性、離型性等等諸多理由,一定可以漸漸取代環氧樹脂成為LED封裝材料的主秀,待市場的經濟規模達到數十數百噸以上用量時,價格將可望有較大空間,預估在背光源及照明市場滲透率提高下,將有機會發生。