【焦点关注】高功率LED陶瓷封装技术的发展现状

 高功率LED陶瓷封装技术的发展现况发光二极体於今日已被广泛应用於可携式产品与建筑物中，如手机背光源、手电筒、汽车的警示灯与煞车灯、建筑物装饰灯、造景灯与地底灯等。

　　随着科技日益进步，在350mA操作电流下，LED的光通量已可突破100流明且达到照明光源的门槛。不仅如此，LED更具备下列几项独特的优点，足以促使LED逐渐取代现有光源；

　　1.技术方面：LED具有高可靠度、高光源品质、稳定性及长寿命等优点，且发光效率(lm/W)仍可持续地大幅改善，有朝一日将会高於现有光源；

　　2.经济效益方面：LED具备节能、可降低维护费用与可持续改善lm/dollar等优点；

　　3.绿色环保方面：LED符合RoHS与CaliforniaTitle24的要求，不像白炽灯泡因无法通过RoHS而将全面被禁用。基於上述，相信在近期内LED将有机会应用於街灯、路灯、停车场照明、崁灯与造景灯等，未来更有机会应用於一般照明如日光灯与居住照明，其相关应用场合之照片如图一所示。

　　图一、发光二极体於今日、明日与未来的应用例综观上述，LED确实具有足够优势可逐渐取代现有光源，而让LED可进入照明光源门槛的幕後功臣，首推Cree公司，该公司於2007年7月宣布XLampXR-E系列LED已可大量生产，在350mA操作电流下，光通量皆可高於100流明，换言之，发光效率可高於86lm/W（如图二所示）。Cree描述此宣告可视为新的LED发光等级标准，这是令人印象深刻的数字，因为这正意味着优越的发光性能将有助於加速LED进入於一般照明市场。

　    XLampXR-E系列LED的光通量与发光效率高功率LED陶瓷封装技术高功率LED陶瓷封装技术主要可区分成厚膜陶瓷技术与积层陶瓷技术两种。此两种技术皆曾被相关业者用於达成高功率LED封装，并在市面上销售。然而，利用积层陶瓷作为高功率LED封装材料并不普及，其原因在於积层陶瓷技术不论在材料成本上或在制程程序上皆比厚膜陶瓷来得不具优势，因此积层陶瓷技术较常被应用於小尺寸的低功率LED封装。

　　在LED产业中，如果增加电流强度会使LED发光量成比例增加，可是LED芯片的发热量也会随之上升。因为在高输入领域放射照度呈现饱和与衰减现象，这种现象主要是LED芯片发热所造成，因此在制造高功率LED芯片时，必须先解决其散热问题。

　　白光LED的发热随着输入电流强度的增加而上升，会造成LED芯片的温升效应，造成光输出降低，因此LED封装结构与使用材料的挑选显得非常重要。由于过去LED常使用低热传导率树脂封装，成为了影响LED散热特性的原因之一，不过，近年来逐渐改用高热传导陶瓷，或是设有金属板的树脂封装结构。目前的高功率LED芯片常以LED芯片大型化、改善LED芯片发光效率、采用高取光效率封装，以及大电流化等方式提高发光强度，常规的树脂封装不能满足苛刻的散热要求。

　　以往的传统高散热封装是把LED芯片放置在金属基板上周围再包覆树脂，可是这种封装方式的金属热膨胀系数与LED芯片差异相当大，当温度变化非常大或是封装作业不当时极易产生热歪斜，进而引发芯片瑕疵或是发光效率降低。采用陶瓷封装基板可以有效地解决热歪斜问题。这主要是因为LED封装用陶瓷材料分成氧化铝与氮化铝，氧化铝的热传导率是环氧树脂的55倍，氮化铝则是环氧树脂的400倍，因此目前高功率LED封装用基板大多使用热传导率为200W/mK的铝，或是热传导率为400W/mK的铜质金属封装基板。

　　我们都知道LED的封装除了保护内部LED芯片之外，还具有将LED芯片与外部作电气连接、散热等功能。LED封装要求LED芯片产生的光线可以高效率透身到外部，因此封装必须具备高强度、高绝缘性、高热传导性与高反射性，让人兴奋的是陶瓷封装几乎具备上述所有特性，再说陶瓷耐热性与耐光线劣化性也比树脂优秀。

　　未来发展高功率LED芯片时，必然会面临热歪斜问题，这是不能忽视的问题。高功率LED的封装结构，不但要求能够支持LED芯片磊晶接合的微细布线技术，而且关于材质的发展，虽然氮化铝已经高热传导化，但高热传导与反射率的互动关系却成为新的问题。如果未来能提高氮化铝的热传导率，并且具备接近陶瓷的热膨胀系数的LED芯片时，解决高功率LED的热歪斜问题就不在话下了。