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大功率LED散熱新突破 陶瓷COB技術大幅節省封裝成本

作者: 時間:2011-12-08 來源:網絡 收藏

方式是以晶粒(Die)經過打線、共晶或覆晶封裝技術與其基板Submount(次黏著技術)鏈接而成LED芯片,再將芯片固定于系統板上鏈接成燈源模塊。

目前,方法大致可區分為透鏡式(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;如圖1(a)所示,而反射杯式芯片則多由混膠、點賿、封裝成型;如圖1(b)所示。

近年來磊晶、固晶及封裝設計逐漸成熟,LED的晶粒尺寸與結構逐年微小化,高功率單顆晶粒功率達1~3W,甚至是3W以上,當LED功率不斷提升,對于LED晶粒載版及系統電路版的及耐熱要求,便日益嚴苛。

大功率LED散熱新突破 陶瓷COB技術大幅節省封裝成本

圖1(a

大功率LED散熱新突破 陶瓷COB技術大幅節省封裝成本

圖1(b)



鑒于絕緣、耐壓、與耐熱等綜合考慮,陶瓷基板成為以晶粒次黏著技術的重要材料之一。其技術可分為厚膜制程(Thick film)、低溫共燒制程(LTCC)與薄膜制程(DPC)等方式制成。然而,厚膜制程與低溫共燒制程,是利用網印技術與高溫制程燒結,易產生線路粗糙、對位不精準、與收縮比例問題,若針對線路越來越精細的LED產品,或是要求對位準確的共晶或覆晶制程生產的LED產品而言,厚膜與低溫共燒的陶瓷基板,己逐漸不敷使用。

為此,高散熱系數薄膜陶瓷散熱基板,運用濺鍍、電/化學沉積,以及黃光微影制程而成,具備金屬線路精準、材料系統穩定等特性,適用于、小尺寸、高亮度的LED的發展趨勢,更是解決了共晶/覆晶封裝制程對陶瓷基板金屬線路分辨率與精確度的嚴苛要求。薄膜陶瓷(Chip On Board)散熱基板可以符合不同照明需求。

當LED晶粒以陶瓷作為載板時,此LED模塊的散熱瓶頸則轉至系統電路板,其將熱能由LED芯片傳至散熱鰭片及大氣中,隨著LED晶粒功能的逐漸提升,材料亦逐漸由FR4轉變至金屬芯印刷電路基板(MCPCB),但隨著LED的需求進展,MCPCB材質的散熱系數(2~4W/mk)無法用于更高功率的產品,為此,陶瓷電路板(Ceramic circuit board)的需求便逐漸普及。

為確保LED產品在高功率運作下的材料穩定性與光衰穩定性,以陶瓷作為散熱及金屬布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特性下,節省材料使用面積以降低生產成本,成為陶瓷LED發展的重要指標。因此,近年來,以陶瓷材料設計整合多晶封裝與系統線路亦逐漸受到各封裝與系統廠商重視。

在電子制造業里并不是新技術,是指直接將裸晶圓黏貼在電路板上,并將導線/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,有效的將IC制造過程中的封裝步驟在電路板上直接組裝。在LED產業中,由于現代科技產品越來越講究輕薄與高可移植性,此外,為了節省多顆LED芯片設計的系統板空間問題,在高功率LED系統需求中,便開發出直接將晶粒黏貼于系統板的COB技術。

COB優點在于:高成本效益、線路設計簡單、節省系統板空間等,但亦存在著晶粒整合亮度、色溫調和與系統整合的技術門坎。以25W的LED為例,傳統高功率25W的LED光源,須采用25顆1W的LED芯片封裝成25顆LED組件,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、系統成本,進而可簡化光源系二次光學設計并節省組裝人力成本。

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,促使產品體積更加輕薄短小。目前市面上,生產COB產品仍以使用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.薄膜制程,讓基本上的線路更加精確;(2)量大降低成本;(3)可塑性高,可依合作伙伴的不同需求做。

COB的發展,是簡化系統板的趨勢,照明燈具的實用化、亮度、散熱以及成本的控管,都是重要的關鍵因素。ICP除了提供各種薄膜散熱基板給單顆芯片封裝外,更提供了獨立發展的薄膜線路COB基板,給不同高功率用途的用戶,與其更彈性的選擇,以期待LED照明早日變的更普及化,為地球綠化盡一份心力。



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