无封装LED灯具搭配二次光学设计

Radow
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  新颖的无封装LED具备更好的散热条件,同时整合磊晶、晶粒与封装制程,可更便利地搭配二次光学设计照明灯具…

  LED光源应用将继LCD背光源应用需求高峰后,逐步转向至LED一般照明应用上。但与LCD背光模组设计不同的是,LCD背光模组较不用考量光型与照明应用条件,以单位模组的发光效率要求为主;但LED照明应用除亮度要求外,必须额外考量光型、散热、是否利于二次光学设计,与配合灯具设计构型要求等,实际上对于LED光源元件的要求更高。

  早期封装技术限制多散热问题影响高亮度设计发展

  早期LED光源元件,封装材料主要应用炮弹型封装体,在高发光效率的蓝光LED初期使用相当常见,而在智慧手机、行动电话产品薄型化设计需求推进下,采用表面黏着(surface-mountdevices;SMD)型态的LED光源需求渐增,而采用表面黏着技术设计的LED光源元件,可利用卷带式带装材料进料加速生产加工效能,透过自动化生产增加加工效率外,也带来LED封装技术的新应用市场,加上后继磊晶结构、封装技术双双进步相互加持,LED光源材料发光效率渐能超越传统灯具表现。

  以照明应用需求观察,照明灯具对于发光效能的要求越来越高,而LED光源目前左右光输出效能的技术关键,发光效率主要由磊晶、晶粒与封装技术方案左右表现。目前磊晶的单位发光效率已经发展趋近极限,发光效率可再跳跃成长的空间相对有限,而持续加大晶粒面积、改善封装技术,是相对可以大幅增加单位元件发光效能的可行方案。但若要能再提升元件的性价比,晶粒面积增大化较无成本优化空间,反而是封装技术选择将直接影响终端材料元件的成本,也就是说,封装技术将成为照明用LED的成本关键。

  晶片级封装导入LED体积小、可靠度高

  晶片级封装(ChipScalePackage;CSP)为2013年LED业界最热门的封装技术方案,其实CSP在半导体业界并不是新技术,只是在LED光源元件应用上尚属新颖的先进技术。在传统半导体晶片级封装应用目的,在于缩小封装处理后的元件最终体积,同时以改善散热、提升晶片本身的应用可靠度与稳定性为主。而在LED发光元件的晶片级封装主要定义为,封装体与LED晶片接近或是封装体体积不大于晶片的20%为主,而经晶片级封装的LED本身也必须为功能完整的封装元件。

  晶片级封装主要是改善逻辑晶片接脚持续增加、元件散热性能提升与晶片微缩目的,透过晶片级封装整合效益,可以让晶片的元器件寄生现象减少,同时可以增加Level2封装的元件整合度,而晶片级封装在LED光源器件的应用需求,也可达到显著程度的效益。

  典型晶片级封装是不需要额外的次级基板、导线架等,而是可将晶片直接贴合在载板之上,晶片级封装为将LED二极体的P/N电极制作于晶片底部,并可利用表面黏着自动化方式进行元件组装,若比较必须打线进行元件制作的制作流程,晶片级封装可以对组装与测试流程相对提升,同时达到降低加工复杂度与成本的双重目的。

  LED采晶片级封装方案,元件可获得更佳的散热表现、高流明输出、高封装密度、更具弹性、简化基板等优点,同时少了打线制程也可让终端元件的可靠度提升。

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