LED中的陶瓷COB技術(shù)

在科技高度發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。LED封裝方式是以芯片(Die)借由打線、共晶或覆晶的封裝技術(shù)與其散熱基板Submount(次黏著技術(shù))連結(jié)而成LED芯片，再將芯片固定于系統(tǒng)板上連結(jié)成燈源模組。

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;而反射杯式芯片則多由混膠、點膠、封裝成型;近年來磊晶、固晶及封裝設(shè)計逐漸成熟，LED的芯片尺寸與結(jié)構(gòu)逐年微小化，高功率單顆芯片功率達(dá)1~3W，甚至是3W以上，當(dāng)LED功率不斷提升，對于LED芯片載版及系統(tǒng)電路版的散熱及耐熱要求，便日益嚴(yán)苛。

鑒于絕緣、耐壓、散熱與耐熱等綜合考量，陶瓷基板成為以芯片次黏著技術(shù)的重要材料之一。其技術(shù)可分為厚膜工藝(Thick film)、低溫共燒工藝(LTCC)與薄膜工藝(DPC)等方式制成。然而，厚膜工藝與低溫共燒工藝，是利用網(wǎng)印技術(shù)與高溫工藝燒結(jié)，易產(chǎn)生線路粗糙、對位不精準(zhǔn)、與收縮比例問題，若針對線路越來越精細(xì)的高功率LED產(chǎn)品，或是要求對位準(zhǔn)確的共晶或覆晶工藝生產(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，運用濺鍍、電/化學(xué)沉積，以及黃光微影工藝而成，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，更是解決了共晶/覆晶封裝工藝對陶瓷基板金屬線路解析度與精確度的嚴(yán)苛要求。當(dāng)LED芯片以陶瓷作為載板時，此LED模組的散熱瓶頸則轉(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芯片功能的逐漸提升，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的需求進展，MCPCB材質(zhì)的散熱系數(shù)(2~4W/mk)無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佈線基板的趨勢已日漸明朗。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)之一。因此，近年來，以陶瓷材料COB設(shè)計整合多晶封裝與系統(tǒng)線路亦逐漸受到各封裝與系統(tǒng)廠商的重視。

COB，在電子制造業(yè)里并不是一項新鮮的技術(shù)，是指直接將裸外延片黏貼在電路板上，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)，再透過封膠的技術(shù)，有效的將IC制造過程中的封裝步驟轉(zhuǎn)移到電路板上直接組裝。在LED產(chǎn)業(yè)中，由于現(xiàn)代科技產(chǎn)品越來越講究輕薄與高可攜性，此外，為了節(jié)省多顆LED芯片設(shè)計的系統(tǒng)板空間問題，在高功率LED系統(tǒng)需求中，便開發(fā)出直接將芯片黏貼于系統(tǒng)板的COB技術(shù)。

COB的優(yōu)點在于：高成本效益、線路設(shè)計簡單、節(jié)省系統(tǒng)板空間等，但亦存在著芯片整合亮度、色溫調(diào)和與系統(tǒng)整合的技術(shù)門檻。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元件，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，進而可簡化光源系二次光學(xué)設(shè)計并節(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大的問題須解決，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基板有以下幾點好處：1.薄膜工藝，讓基本上的線路更加精確、(2)量大降低成本、(3)可塑性高，可依不同需求做設(shè)計。現(xiàn)MCPCB基板COB芯片制作的LED燈泡均無法調(diào)光，而ledaladdin公司用陶瓷COB芯片組裝的LED可調(diào)光燈泡已上市，有5W、6W、7W，性能更好，色溫可做到2200K---8000K，流明達(dá)60LM/W以上。

陶瓷MCOB/COB的發(fā)展，是簡化系統(tǒng)板的一種趨勢，照明燈具的實用化、亮度、散熱以及成本的控管，都是重要的關(guān)鍵因素。相信在未來的科學(xué)技術(shù)更加發(fā)達(dá)的時候，LED會以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學(xué)習(xí)知識，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻自己的力量。