高功率LED封装的选择—K1导线架与陶瓷封装相比

【高工LED专稿】  随着单位亮度不断增加，LED在照明领域的应用越来越广。为了持续增加LED的亮度，提高单颗磊镜片的面积以及使用功率势不可免，但如此一来亦伴随着高热量的产生。
 
在陶瓷封装尚未普及前，以Lumileds所提出的K1封装形式，在1W(或以上)的LED的领域已成为大家所熟知的产品。但是随着市场对产品特性要求的提升，封装厂仍不断地改良自家产品。而利用薄膜平板陶瓷基板再加上MOLDING直接制作光学镜片的陶瓷封装方式的引进，使得高功率LED封装产品又多了一种选择。然而这几年的时机产品验证，让国际大厂不约而同地往陶瓷封装这个方向靠拢，其中的原因值得仔细思考。
 
K1与陶瓷封装的比较，最大的差距在于设计的概念：
K的最大优势在于有个金属反光杯的结构，使得LED磊晶片的背发光效率能充分应用。但是K1的结构中的材料间被此次膨胀系数差异较大，如塑胶与金属，镜片与到导线架等，在长期高功率的循环负载下，都可能使材料介面产生间隙而使水气进入。怄气在室外的照明应用上，使用环境更复杂，温差，水气外，还有环境污染所带来的各种气体，如硫等，都使K1的先来性遭遇到更多挑战。
 
而陶瓷封装的设计重点，则着眼于信赖性。利用陶瓷与金属的高导热性，将高功率所产生的热迅速导出封装体外。再加上陶瓷与封装，或陶瓷一次光学部分的高分子(硅胶)的热膨胀系数差异较小。因此减少了材料间热力所产生的风险。此外，一次光学的硅胶是采用MOLDING支撑所制作，一体成型并覆盖整个陶瓷基板，兼具光学及保护作用，使陶瓷封装的信赖性远高于K1.当然，陶瓷封装采用的是薄膜平板陶瓷，对于磊晶片的背光只能靠平面金属来反射，所以光的使用效率会比K1低一些，但由于陶瓷封装的本体温度较低，所以两者的效应加总起来，两者的整体发光效率差异并不明显。
 
至于生产效益或其他特性的比较，整理如图一，随着陶瓷封装支撑不断改进，K1被陶瓷程取代的趋势似乎是越来越明显。


 图一，K1与3535陶瓷基板封装产品之综合比较

而实际在灯具的设计使用上，陶瓷封装也有优势，以球泡灯的应用为例：
 
图二为1W的K1及3535陶瓷封装实际外观图，明显的可以比较出，陶瓷封装的面积比K1小了3倍以上，这对于灯具中LED的排列有了更大的弹性。

图二，K1与3535陶瓷封装的外观尺寸比较
 

此外，陶瓷封装的高度较低，因此在同样的系统板上，陶瓷封装所制造的灯泡可以避免掉局暗区的问题，如图三，四

图三，3535陶瓷封装与K1在球泡灯中的暗区比较(1)

图四，3535陶瓷封装与K1在球泡灯中的暗区比较(2)

陶瓷封装的支撑与传统导线架的封装制成及设备大多不相同，因此目前大部分都是由欧美各龙头厂所供应，国内大厂都尚在试厂的阶段。并日电子目前已完成所有陶瓷封装的信赖性测试，推出單顆光效達10流明以上之3014及3020封裝尺寸產品。并已设置完成月产6KK的量产线，未来预计再扩充至月产30KK。并日电子将致力于高功率陶瓷封装，并使陶瓷封装成为照明应用最佳的解决方案。