誰是阻礙HB LED發展的元凶?
發布時間:2012-12-29 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】HB LED的主導性生產技術是InGaN,但此技術仍有一些瓶頸需要克服,目前掌握前瞻技術的業者紛紛針對這些瓶頸提出新的解決方案,希望能進一步拓展HB LED的市場。
20011年,高亮LED一直存在很多技術瓶頸!高亮度LED(High-brightness Light Emitting Diodes;HB LED)的出現,在照明產業中掀起了一股狂潮。相較於傳統的白熱燈泡,HB LED因具備了更省電、使用壽命更長及反應時間更快等主要優點,因此很快的搶占了LCD背光板、交通號誌、汽車照明和招牌等多個市場。
HB LED的主導性生產技術是InGaN,但此技術仍有一些瓶頸需要克服,目前掌握前瞻技術的業者紛紛針對這些瓶頸提出新的解決方案,希望能進一步拓展HB LED的市場。這些瓶頸中以靜電釋放(electrostatic discharge;ESD)敏感性和熱膨脹係數(thermal coefficient of expansion ;TCE)為兩大議題,其困難如下所述:
熱處理(Thermal Management)
相較於LED 晶粒(die)的高效能特性,目前多數的封裝方式很明顯地無法滿足今時與未來的應用需求。對於HB LED的封裝廠商來說,一個主要的挑戰來自於熱處理議題。這是因為在高熱下,晶格會產生振動,進而造成結構上的改變(如回饋回路變成正向的),這將降低發 光度,甚至令LED無法使用,也會對交錯連結的封入聚合體(encapsulating polymers)造成影響。
僅管一些測試顯示,在晶粒(die)的型式下, 即使電流高到130mA仍能正常工作;但采用一般的封裝後,LED隻能在20mA的條件下發光。這是因為當芯片是以高電流來驅動時,所產生的高熱會造成銅 導線框(lead-frame)從原先封裝好的位置遷移。因此在芯片與導線框間存在著TCE的不協調性,這種不協調性是對LED可靠性的一大威脅。
靜電釋放(ESD)
對電子設備的靜電損害 (Electrostatic damage;ESD)可能發生在從製造到使用過程中的任何時候。如果不能妥善地控製處理ESD的問題,很可能會造成係統環境的失控,進而對電子設備造成 損害。InGaN 晶粒一般被視為是"Class 1"的設備,達到30kV的靜電幹擾電荷其實很容易發生。在對照試驗中,10V的放電就能破壞Class 1 對ESD極敏感的設備。研究顯示ESD對電子產品及相關設備的損害每年估計高達50億美元,至於因ESD受損的LED則可能有變暗、報銷、短路,及低Vf (forward voltage)或 Vr(reverse voltage)等現象。
以Submount技術突破瓶頸
采用與醫學用生命支持設備相同的技術,CAMD發展出一種矽載體(Silicon Carrier)或次黏著基台(Submount),以做為InGaN芯片與導線框之間的內部固著介質;當透過齊納二極管(Zener Diodes)來提供ESD保護的同時,這種Submount設計也能降低TCE不協調性的衝擊。
這樣做還有一些明顯的好處:以Submount粘著焊球,可以使LED晶粒緊密地與Submount接合在一起,再經由打線連接到導線框。這種方式能降低因直接打線到LED晶粒所產生的遮光影響。
因為Submount是一個光滑的矽表麵,其上是鋁金屬層,因此能將一般損失掉的光度有效的反射出去。
在LED的背麵一般以金覆蓋,以提供最佳化的熱傳導,以及芯片與導線框、銅散熱器的高度接合度。
HB LED已開始取代消費性及工業應用的傳統照明解決方案,但要讓LED發揮最大照度,仍得克服一些瓶頸,例如在高熱下,封裝晶格會振動甚至遷移,以及因 ESD的損害而讓LED有變暗、報銷及短路等現象。本文所提到的Submount封裝技術,可以有效的解決LED發光、散熱及導電等問題,並能提供ESD 保護,是一個值得推廣的解決方案。
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