LED封装之承上启下 合理设计才能投入应用

        LED逐渐取代传统白炽灯走向背光源及照明市场应用，相较于传统白炽灯光源LED具备多项优势，LED使用寿命长、效率高、不易损坏、不含汞、不会产生有毒气体、耗电量低...等特性，对于我们所处的环境来说LED无非是最佳光源替代方案，同时LED被誉为21世纪的新型光源。

        在LED制程中，封装是相当重要的一环，封装的作用是将外引线连接到LED芯片的电极上，不仅保护LED芯片，且提高发光效率。故LED封装不仅是完成输出电信号，更重要的是保护管芯正常工作，输出可见光功能。但是，无论何种LED都需要针对不同类型设计合理的封装形式，才能投入实际应用。
 
        随着LED应用方式的不同，散热方案和发光效果以及外型及尺寸也会有所变动，依LED封装形式大致可分为Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED、Flip Chip-LED...等6大类。
 
        在整个LED产业链中，封装为承上启下部分，传统低阶LED多用于户外显示广告牌或指示灯，其封装材料选择为液态环氧树脂，随着LED转向室内照明及背光应用，大功率、高亮度成为LED发展重点，大功率LED必需降低遮蔽、增加光透率并且强化光折射、反射的利用率，从裸晶克服亮度问题进入封装后，封装制程! 中如何使光通透量维持最高、光衰减至最少便显得十分关键。
 
        过去LED最常用的封装材料是环氧树脂(epoxy)，环氧树脂封装制程相对简单、成本低，因此目前在LED封装材料的市场占有率高，但是缺点是耐冲击损伤能力低，韧性差且耐热性小于170oC，老化后会因苯环成份逐渐变黄，进而影响光亮颜色，尤其波长愈低时老化愈快，特别是部分白光型发光二极管使用近紫外线(Near ultraviolet)发光，与其他可见光相比其波长又更低，老化更快。因此，为因应大功率LED产生的热能造成的老化问题，在封装材料的选择应考虑耐热性较高的silicone做为封装材料。
 
        用silicone取代环氧树脂有较高的流明保持率(Transmittance，透光率、穿透率，以百分比单位表示)，如美国Lumileds公司的Luxeon系列LED即是改采silicone封胶，其他业者也都有silicone封胶方案，如迈图(Momentive)公司的InvisiSi1，东丽．道康宁(Dow Coring Toray)，日本信越化学的KER-2500AB等也都是LED的silicone封装方案。

        silicone除了对波长范畴在300~350nm的低波长有较佳的抗受性、较不易老化外，此外，silicone光透率、折射率、耐热性都比环氧树脂理想。目前silicone光折射率可达1.4~1.5之间，未来折射率往1.6以上为silicone开发目标。
 
        silicone为高功率LED及LED背光电视光源的封装解决方案，silicone封装适用各类封装形式，不过仍需依封装体的尺寸，功率来选择较适合的材料。因甲基系silicone长时间使用耐热性可达200 oC，相较于环氧树脂耐UV、耐候性，甚至使用寿命都较占优势。至于LED背光源封装需要透湿透氧率较低的材料，也都是众silicone厂商抢进的开发应用。唯当前问题是价格成本较高，且在与镀银层、PPA、陶瓷基板封装后的高温高湿试验下，silicone的接着性仍未尽理想，解决之道无非是改善silicone与被接着体的接着性及匹配性，再配合延长烘烤时间，以改善目前接着性问题。
 
        业内人士表示：目前价格成本问题为业者采用silicone封装最大的考虑，但因silicone具有出色的耐热性、耐季节性、耐UV、电绝缘性、化学安定性、离型性等等诸多理由，一定可以渐渐取代环氧树脂成为LED封装材料的主秀，待市场的经济规模达到数十数百吨以上用量时，价格将可望有较大空间，预估在背光源及照明市场渗透率提高下，将有机会发生。