房海明：解析大功率白光LED散热与寿命问题

房海明：解析大功率白光LED散热与寿命问题

多芯片整合光源模组 仍需考量成本效益最大化

另一个发展方向，是将LED芯片面积持续增大，透过大面积获得高亮度、高光通量输出效果。但过大的LED芯片面积也会出现不如设计预期之问题，常见的改进方案为修改复晶的结构，在芯片表面进行制作改善；但相关改善方案也容易影响芯片本身的散热效率，尤其在光源应用的LED模组，大多要求在高功率下驱动以获得更高的光通量，这会造成芯片进行发光过程中芯片接面所汇集的高热不容易消散，影响模组产品的应用弹性与主／被动散热设计方案。

一般设计方案中，据分析采行7mm2的芯片尺寸，其发光效率为最佳，但7mm2大型芯片在良率与光表现控制较不易，成本也相对较高；反而使用多片式芯片，如4片或8片小功率芯片，进行二次加工于载板搭配封装材料形成一LED光源模组，是较能快速开发所需亮度、功率表现之LED光源模组产品的设计方案。

例如Philips、OSRAM、CREE等光源产品制造商，就推出整合4、8片或更多小型LED芯片封装之LED光源模组产品。但这类利用多片LED芯片架构的高亮度元件方案也引起了一些设计问题，例如：多颗LED芯片组合封装即必须搭配内置绝缘材料，用以避免各别LED芯片短路现象；这样的制程相对于单片式设计多了许多程序，因此即使能较单片式方案节省成本，也会因额外绝缘材料制程而缩小了两种方案的成本差距。
应用芯片表面制程改善 也可强化LED光输出量

除了增加芯片面积或数量是最直接的方法外，也有另一种针对芯片本身材料特性的发光效能改善。例如，可在LED蓝宝石基板上制作不平坦的表面结构，利用此一凹凸不规则之设计表面强化LED光输出量，即为在芯片表面建立Texture表面结晶架构。

OSRAM即有利用此方案开发Thin GaN高亮度产品，于InGaN层先行形成金属膜材质、再进行剥离制程，使剥离后的表面可间接获得更高的光输出量！OSRAM号称此技术可以让相同的芯片获得75%光取出效率。

另一方面，日本OMRON的开发思维就相当不同，一样是致力榨出芯片的光取出效率，OMRON即尝试利用平面光源技术，搭配LENS光学系统为芯片光源进行反射、引导与控制，针对传统砲弹型封装结构的LED产品常见的光损失问题，进一步改善其设计结构，利用双层反射效果进而控制与强化LED的光取出量，但这种封装技术相对更为复杂、成本高，因此大多仅用于LCD TV背光模组设计。

LED照明应用仍须改善元件光衰与寿命问题

如果期待LED光源导入日常照明应用，其应用需克服的问题就会更多！因为日常照明光源会有长时间使用之情境，往往一开启就连续用上数个小时、甚至数十小时，那长时间开启的LED将会因为元件的高热造成芯片的发光衰减、寿命降低现象，元件必须针对热处理提出更好的方案，以便于减缓光衰问题过早发生，影响产品使用体验。

LED光源导入日常应用的另一大问题是，如传统使用的萤光灯具，使用超过数十小时均可维持相同的发光效率，但LED就不同了。因为LED发光芯片会因为元件高热而导致其发光效率递减，且此一问题不管在高功率或低功率LED皆然，只是低功率LED多仅用于指示性用途，对使用者来说影响相当小；但若LED作为光源使用，其光输出递减问题会在为提高亮度而加强单颗元件的驱动功率下越形加剧，一般会在使用过几小时后出现亮度下滑，必须进行散热设计改善才能达到光源应用需求。