芯片封装技术，LED自主设计的关键

　　自从白光发光二极管（LED）于2000年始达到每瓦15～20流明的水準后，各国就开始积极对LED投入研发制造，而相关市场行销、技术评鉴机构及学界，则积极对此极具未来性的产品进行解码，一探其奥秘及商业价值，并陆续提出负面疑问或爆炸性的前瞻预测。

　　但随着能源短缺、地球暖化、能源材料价格上扬等因素深受各国政府重视，更加速LED的市场热度，其二为随着手机白色背光源于2003年被广泛应用，随即奠定蓝光激发萤光粉产生白光LED在市场的价值，更因LED应用在车尾灯可达到快速反应、减少更换及设计上增加工业产品美学的新思维，渐渐开拓另一个市场应用契机，进而激励相关供应链厂商的研发投入。

　　虽然在2003年时，LED亮度效能未能达到主照明的需求（表1），但已逐渐让世界注意到LED的未来性及对传统光源的威胁性。

　　表1　OIDA对于2002～2020年LED效能预估

　　

　　依照美国光电子工业协会（OIDA）的预测推估，今年即使LED已达到10美元/每千流明，但对于整组灯泡或灯具要达成10美元/每千流明仍相去甚远，尤其加入演色性（CRI）的需求，光源的效能和市场价格将为供应链厂商必须共同解决的一大课题。

　　虽然LED的应用极为广泛，且各个应用产业会面对不同程度的技术问题，在此仅就照明应用方面提出设计解决方向，以加速LED照明产业整合开发的品质与速度。

　　LED灯具供应商主导产业规格

　　要成功开发一款LED照明产品所须注意的事项相当繁琐而复杂，叁至五人的贸易公司或许能带来营业利润，但在世界规範一一制定出炉后，亦拉高进入门槛，同时筛选掉体质不佳的应用小厂，更甚至因为达到普及化的成本结构，使LED照明逐渐朝专业技术和专业代工制造的领导厂商集中。

　　现今的主要客户更加戮力于探究上游材料、技术深度及整合能力，以做为评估的标準。对于各阶段开发的技术深度及广度，将会是2009～2012年成功迈入LED照明必须完备的工作，因为标準尚未完备，市场的需求决定在供应商能够提供的解决方案。

　　过半效率取决芯片/封装制程搭配效率

　　有关芯片开发，从覆晶（Flip Chip）式芯片如飞利浦，垂直（Verticle）式芯片如Cree、SemiLEDs，正负极呈阶梯平面式焊线，完全平面式焊线如日亚（Nichia）、丰田合成（TG）、晶元光电等；再加上粗糙面（Roughness）结构位置，以及形成的方式不同，皆或多或少影响出光效率、出光角、热传导、节点（Tj）温度、固晶材料、固晶方式、硬力拉力推力、焊线参数及结构设计的专利问题。是否了解芯片跟后续封装制程间的关係，决定LED照明产品一半以上的良率，开发LED照明应用就必须了解细部差异，以做为设计上的判断依据，目前没有哪家LED芯片最好，只有最适合的LED芯片才能够达到市场需求的最佳化。

　　多重因素影响LED封装性能

　　至于封装开发，在固定单一型式芯片下，众多影响因子决定封装完LED元件的性能、可靠度、寿命是否能禁得起市场考验，其中包括：

　　?承载基板的设计选择

　　金属支架、FR4 COB（Chip on Board）型式、低温共烧氧化铝陶瓷、高温氧化铝、氧化铝基板加金属银块或铜块（Slug）、氮化铝基板、铝基板、铜基板、复合机板等材料差异，包括上述材料的机械结构对光、环境（如溼气温度等）结合力之间的相互作用关係。

　　?光相关的制程设计

　　固晶焊线区域位置，尺寸的设计，固晶焊线区域，固晶方式（硅绝缘胶、银导热胶、助焊剂、共金焊接等），以及周边材质如金、银、铜、铝、钯银、钯金、高耐热塑胶（PPA）、硅等，封装胶体（黏稠度、折射率、耐温耐候性与相邻材料接着力等）。

　　?萤光粉的多重混用、波长搭配、浓度搭配、涂布方式、操作时间及沉淀控制。

　　?色温/电压/亮度/演色性分布

　　均会影响出光效率、寿命、品质等，然而不同芯片的选用会使所有影响因子势必全部或部分重新再做评估。

　　光源元件设计/选择不可轻忽

　　

　　图2　产品机构及模具组装3D建构须充分了解LED光源特性、光机电热，加上电脑对光热模拟分析，才能确保可靠度和效能。

　　就LED照明而言，到此才决定LED光源元件（图1），接下来还要面对：二次光学透镜、反射镜的设计，达到照明在不同应用需求的光型、光强分布或光学组件材料对环境造成光衰、裂化的考量。此外，模组设计加上电路、电子控制设计、定电流源、调光模组、DMX系统控制模组、部分热传导设计、部分机构设计、组立设计等，必须达到客户功能性的要求，同时对LED光源元件不至于造成加速破坏的条件存在。最后则为热传导（Thermal Conductivity）热硬力及散热设计（Thermal Management），在模组端力求降低LED节点温度，均匀快速的将热集中区分散到各个面，另外则包括安规等绝缘设计考量。