LED封装工程师的个人调研总结（五）

小泉泉
发布于 2014-12-10 #PPT/视频/资料直接看回复推送文章

五. COB-SIP
COB特点1.热阻小，扩大封装的散热面积，热量更容易传导至外壳2.亮度提高3.省工省时4.降低单个LED芯片的输入电流量以确保高效率5.节省封装成本、光引擎模组制作和二次配光成本(总体30%左右)6.避免分立光源器件组合存在的点光、眩光7.加入红色芯片组合，在不降低光源效率和寿命的前提下，有效地提高光源的显色性　COB在技术上还存在散热、芯片一致性、荧光粉配比等多种技术难题。用于如室内照明这样仅需小功率封装器件的领域尚且适用，而需要使用大功率封装器件，如隧道灯的照明方面，COB依然无法取代现有封装形式。
缩小光源面积、缩减材料、系统成本，进而可简化光源系二次光学设计并节省组装人力成本。

即插即用的条形COB墙灯和荧光灯型COB
源磊科技第二代面板灯光源「源熠」系列MCOB

芯片直接固晶于纯铝材上，其导热系数高，保障了产品的热传导通道，使芯片的热源能顺畅的导通传递至外界灯体
存在问题：光衰，寿命短，可靠性差
推广阻碍：1.质量问题-密封性能不好2.芯片过密散热难，光效低3.不好规模化生产，国外大厂很少生产，国内技术不好4.标准化问题，封装厂商与照明成品工厂标准无法对接(解决方法：COB封装与应用一体化)
封装技术的瓶颈
1.光源可靠性2.环镜的适用度3.胶水与研磨剂接触易中毒4.高折光胶水粘结性不好，粘结性好的折光率又不高
COB两种材料基板的比较

COB基板选择1.MCPCB: 铜基板，铝基板2.陶瓷基板：低温共烧多层陶瓷(LTCC)，高温共烧多层陶瓷(HTCC)，直接接合铜支架(DBC)，直接镀铜支架(DPC)

MCPCB
代表企业：Citizen，Cree

缺点：1.介电层不耐高温，运行温度不超过140℃，制造温度不超过250-300℃。2.MCPCB介电层导热差(3W/m.K)3.光源面积过大
MCPCB存在问题高热膨胀系数、高导电性、低光反射率
1.热应力金属基板热膨胀系数远大于晶粒的衬底
2.难以提高光效。
A.铝和铜的光反射率都较低，镀银提高光反射率60-70lm/w。不计成本也只能做到 80lm/w。B.镀银后，线路可焊性有很大不确定因素，为避免固晶焊线风险选择大尺寸芯片减少焊线及固晶数量。C.LED芯片的出光效率随驱动电流的升高而降低，也是金属基COB 光效难以提高的一个因素。
3.MCPCB的导热系数低,线路与基板之间有绝缘层，绝缘层隔热导热系数一般在0.8-2之间。瓦级COB，芯片固于镀银的铜线路上，铜铝的高导热优势荡然无存。
十瓦级COB的热密度极大，芯片固于镀银的铜线路上是非常不可取的，而要去除绝缘层将付出较高代价。直接固晶在镀银无线路金属基上可以很好解决导热问题，却增加了焊线的困难，焊线不良。
4.冲压分割时造成因金属延伸，导致板边高分子介电绝缘层变形，容易使LED产品的耐压特性不稳定(介电高分子变形破坏)。
MCPCB的新发展-MCOB,MLCOB
MCOB
华高光电科技有限公司178LMW高光效COB产品　COB光源虽然具有较好的散热功能，但是基板底下的铜箔，只能很好的通电，却不能做很好的光学处理，因此目前也有企业提出MCOB技术。MCOB出光效率比COB光源要高。
MCOB技术将LED芯片封装进光学的杯子里，在每个单一芯片上涂覆荧光粉并完成点胶等工序，荧光粉的使用量极大减少，光效也有一定的提升，各家厂商光效一般可以达到100-120lm/w，有企业实现175lm/w高光效led白光产品。
Fujian Wanban Optoelectronics Co.,Ltd

光拓光电
避开了绝缘层导热系数低的缺点，让芯片直接固晶于纯铝材上，使芯片的热源能顺畅的导通传递至外界灯体

兼顾散热和反光
MLCOB
对MCOB进行二次光学设计，得到MLCOB

优点：1.减少封装工序，降低封装成本2.散热直接由底部金属板进行3.反光杯和二次光学设计，出光率提高
深圳市晶台光电有限公司MLCOB光效最高可超过160lm/w，150lm/w的MLCOB已经批量出货。
瑞丰在COB的技术上也作出改进，开发了新一代COF封装形式。这种封装形式将目前常用的陶瓷基板、铝基板做成类似支架的组合与连片结构。
条形MLCOB
鸿利光电的“鸿星”系列MLCOB

适用于条形日光灯

夏普

散热数据：Tj-Ta=10℃说明散热很好

1.COB封装，工序减少，价格降低(5000K,1.3RNB/100lm),2.反射碗加透镜，增加了光提取率3.铝片加高热传导绝缘层，散热能力提高(Tj-Ta=10℃)
陶瓷基板

代表：夏普技术：厚膜工艺(Thick film)，低温共烧(LTCC)，薄膜工艺(DPC)溅镀，电化学沉积，黄光微影工艺
特点：1.高散热系数2.和chip吻合的热胀系数，提高可靠性，金属线路精准，材料系统稳定(适合高功率，小尺寸，高亮度LED)解决共晶/覆晶封装工艺对陶瓷基板解析度和精确度的要求3.高出光效率4.高绝缘性，解决了铝基 COB 和铝基板焊装 LED 方法组装灯具无法过高压的问题。
陶瓷基板分类1.高温共烧多层陶瓷(HTCC )2.低温共烧多层陶瓷(LTCC)3.直接接合铜支架(DBC)4.直接镀铜支架(DPC)
考察要点：(1)热传导率(2)制程温度(3)线路制作方法(4)线径宽度
1.HTCC较高的制程温度(1300~1600℃ )，电极材料的选择受限，制作成本昂贵。
共烧温度略低于纯Al2O3 支架之烧结温度，而使其因材料密度较低使得热传导系数Al2O3 支架约在16~17W/mK之间。
制程温度约在1300~1600℃，在制程后对必须叠层后再烧结成型，使得各层会有收缩比例问题
厚膜印刷技术完成线路制作，受限于网版张力问题，线路表面粗糙，对位不精准与累进公差过大等现象。多层陶瓷叠压烧结制程，还有收缩比例的问题需要考量，这使得期制程解析度较为受限。
低温共烧多层陶瓷(LTCC)
2.LTCC内部线路则运用网版印刷技术，分别于生胚上做填孔及印制线路，内外电极则可分别使用银、铜、金等金属，最后将各层做叠层，最后进行共烧
共烧温度降至约850℃，但存在尺寸精确度、产品强度等问题。
为降低烧结温度，材料中加入了玻璃材料，使整体的热传导率降低至2~3W/mK 之间，比其他陶瓷支架都还要低。
LTCC散热支架在LED产品的应用上，大多以大尺寸高功率以及小尺寸低功率产品为主，基本上外观大多呈现凹杯状，且依客户端的需求可制作出有导线架&没有导线架两种散热支架，凹杯形状主要是针对封装制程采用较简易的点胶方式封装成型所设计，并利用凹杯边缘作为光线反射的路径
LTCC使用网印方式印制线路，使线路本身具有线径宽度不够精细、以及网版张网问题，导致线路精准度不足、表面平整度不佳，多层叠压烧结又有支架收缩比例的问题要考量，并不符合高功率小尺寸的需求，因此在LED产业的应用目前多以高功率大尺寸，或是低功率产品为主。
直接接合铜支架(DBC)
DBC高绝缘性的Al2O3或AlN陶瓷支架的单面或双面覆上铜金属后，经由高温1065~1085℃的环境加热，使铜金属因高温氧化、扩散与Al2O3材质产生(Eutectic)共晶熔体，使铜金与陶瓷支架黏合，形成陶瓷复合金属支架，最后依据线路设计，以蚀刻方式备制线路。
不易解决Al2O3与Cu板间微气孔产生的问题

DBC虽以微影制程备制金属线路，但因其制程能力限制，金属铜厚的下限约在150~300um之间，这使得其金属线路的解析度上限亦仅为150~300um之间
若要特别制作细线路产品，必须采用研磨方式加工，降低铜层厚度，但却造成表面平整度不易控制与增加额外成本等问题，使得DBC产品不易于共晶/覆晶制程高线路精准度与高平整度的要求之应用。
直接镀铜支架(DPC)
DPC技术则是利用直接披覆技术，将Cu沉积于Al2O3支架之上，其制程结合材料与薄膜制程技术，其产品为近年最普遍使用的陶瓷散热支架。

DPC的制程温度仅需250~350℃左右的温度即可完成散热支架的制作，完全避免了高温对于材料所造成的破坏或尺寸变异的现象，也排除了制造成本费用高的问题。
DPC则是采用的薄膜制程制作，利用了真空镀膜、黄光微影制程制作线路，使支架上的线路能够更加精确，表面平整度高，再利用电镀/电化学镀沉积方式增加线路的厚度，DPC金属线路厚度可依产品实际需求(金属厚度与线路解析度)而设计。
解析度在金属线路深宽比为1:1的原则下约在10~50um之间。因此，DPC杜绝了LTCC/HTCC的烧结收缩比例及厚膜制程的网版张网问题。
线路高精准度与高表面平整度的的特性，非常适用于覆晶/共晶接合方式的制程，能够大幅减少LED产品的导线截陎积，进而提升散热的效率。
然而其材料控制与制程技术整合能力要求较高，这使得跨入DPC产业并能稳定生产的技术门槛相对较高。
Lamina Ceramics公司
该技术首先制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板，然后将LED芯片与基板直接焊接在一起。
由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及控制补偿电路，不仅结构简单，而且由于材料热导率高，热界面少，大大提高了散热性能，为大功率LED阵列封装提出了解决方案。
德国Curmilk 公司研制的高导热性
覆铜陶瓷板，由陶瓷基板(AlN)和导电层(Cu)在高温高压下烧结而成，没有使用黏结剂，因此导热性能好、强度高、绝缘性强，如图2(b)所示。其中氮化铝(AlN)的热导率为160W/mk，热膨胀系数与硅的热膨胀系数相当，从而降低了封装热应力。
SIP 系统式封装
SiP(System in Package)是近几年来为适应整机的便携式发展和系统小型化的要求，在系统芯片System on Chip(SOC)基础上发展起来的一种新型封装集成方式。
对SiP-LED而言，不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片，还可以将各种不同类型的器件(如电源、控制电路、光学微结构、传感器等)集成在一起，构建成一个更为复杂的、完整的系统。