在眾多環保光源應用方案中
，LED是相對其他光源方案更為節能、便於組裝設計的一種光源技術，其中，在照明光源應用中，高功率白光LED使用則為最頻繁的發光元器件
，但白光LED雖在發光效率、單顆功率各方麵表現均有研發進展，實際上白光LED仍存在發光均勻性
、封裝材料壽命等問題，尤其在芯片散熱的應用限製
，則為開發LED光源應用首要必須改善的問題...

高功率白光LED應用於日常照明用途，其實在環保光源日益受到重視後，已經成為開發環保光源的首要選擇。但實際上白光LED仍有許多技術上的瓶頸尚待克服，目前已有相關改善方案
，用以強化白光LED在發光均勻性、封裝材料壽命
、散熱強化等各方麵設計瓶頸
，進行重點功能與效能之改善。

環保光源需求增加 高功率白光LED應用出線

LED光源受到青睞的主因

，不外乎產品壽命長、光-電轉換效率高、材料特性可在任意平麵進行嵌裝等特性。但在發展日常照明光源方麵，由於需達到實用的“照明”需求，原以指示用途的LED就無法直接對應照明應用
，必須從芯片
、封裝、載板、製作技術與外部電路各方麵進行強化
，才能達到照明用途所需的高功率、高亮度照明效用。

就市場需求層麵觀察
，針對照明應用市場開發的白光LED
，可以說是未來用量較高的產品項目，但為達到使用效用
，白光LED必須針對照明應用進行重點功能改善。其一是針對LED芯片進行強化，例如，增加其光-電轉換效率，或是加大芯片麵積，讓單個LED的發光量(光通量)達到其設計極限。其二
，屬於較折衷的設計方案
，若在持續加大單片LED芯片麵積較困難的前提下，改用多片LED芯片封裝在同一個光源模組，也是可以達到接近前述方法的實用技術方案。

以多芯片封裝 滿足低成本、高亮度設計要求

就產業實務需求檢視
，礙於量產彈性
、設計難度與控製產品良率／成本問題，LED芯xin片pian持chi續xu加jia大da會hui碰peng到dao成cheng本ben與yu良liang率lv的de設she計ji瓶ping頸jing。一yi昧mei的de加jia大da芯xin片pian麵mian積ji可ke能neng會hui碰peng到dao的de設she計ji困kun難nan，並bing非fei技ji術shu上shang與yu生sheng產chan技ji術shu辦ban不bu到dao
，而er是shi在zai成cheng本ben與yu效xiao益yi考kao量liang上shang，大da麵mian積ji之zhiLED芯片成本較高，而且對於實際製造需求的變更設計彈性較低。

反而是利用多片芯片的整合封裝方式，讓多片LED小芯片在載板上的等距排列
，利用打線連接各芯片、搭(da)配(pei)光(guang)學(xue)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)的(de)整(zheng)體(ti)封(feng)裝(zhuang)，形(xing)成(cheng)一(yi)光(guang)源(yuan)模(mo)組(zu)產(chan)品(pin)，而(er)多(duo)片(pian)封(feng)裝(zhuang)可(ke)以(yi)在(zai)進(jin)行(xing)芯(xin)片(pian)測(ce)試(shi)後(hou)
，利(li)用(yong)二(er)次(ci)加(jia)工(gong)整(zheng)合(he)成(cheng)一(yi)個(ge)等(deng)效(xiao)大(da)芯(xin)片(pian)的(de)光(guang)源(yuan)模(mo)組(zu)，但(dan)卻(que)在(zai)製(zhi)作(zuo)彈(dan)性(xing)上(shang)較(jiao)單(dan)片(pian)設(she)計(ji)LED光源用元件要更具彈性。

同時
，多片之LED芯片模組解決方案
，其生產成本也可因為芯片成本而大幅降低
，等於在獲得單片式設計方案同等光通量下，擁有成本更低的開發選項。

[member][page] 多芯片整合光源模組 仍需考量成本效益最大化

另一個發展方向，是將LED芯片麵積持續增大
，透過大麵積獲得高亮度
、高光通量輸出效果。但過大的LED芯片麵積也會出現不如設計預期之問題，常見的改進方案為修改複晶的結構
，在芯片表麵進行製作改善；但相關改善方案也容易影響芯片本身的散熱效率，尤其在光源應用的LEDmozu，daduoyaoqiuzaigaogonglvxiaqudongyihuodegenggaodeguangtongliang，zhehuizaochengxinpianjinxingfaguangguochengzhongxinpianjiemiansuohuijidegaoreburongyixiaosan，yingxiangmozuchanpindeyingyongdanxingyuzhu／被動散熱設計方案。

一般設計方案中，據分析采行7mm2的芯片尺寸，其發光效率為最佳，但7mm2大型芯片在良率與光表現控製較不易，成本也相對較高；反而使用多片式芯片，如4片或8片小功率芯片，進行二次加工於載板搭配封裝材料形成一LED光源模組
，是較能快速開發所需亮度、功率表現之LED光源模組產品的設計方案。

例如Philips、OSRAM、CREE等光源產品製造商，就推出整合4、8片或更多小型LED芯片封裝之LED光源模組產品。但這類利用多片LED芯片架構的高亮度元件方案也引起了一些設計問題

，例如：多顆LED芯片組合封裝即必須搭配內置絕緣材料，用以避免各別LED芯片短路現象；這(zhe)樣(yang)的(de)製(zhi)程(cheng)相(xiang)對(dui)於(yu)單(dan)片(pian)式(shi)設(she)計(ji)多(duo)了(le)許(xu)多(duo)程(cheng)序(xu)，因(yin)此(ci)即(ji)使(shi)能(neng)較(jiao)單(dan)片(pian)式(shi)方(fang)案(an)節(jie)省(sheng)成(cheng)本(ben)，也(ye)會(hui)因(yin)額(e)外(wai)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)製(zhi)程(cheng)而(er)縮(suo)小(xiao)了(le)兩(liang)種(zhong)方(fang)案(an)的(de)成(cheng)本(ben)差(cha)距(ju)。

應用芯片表麵製程改善 也可強化LED光輸出量

除了增加芯片麵積或數量是最直接的方法外，也有另一種針對芯片本身材料特性的發光效能改善。例如，可在LED藍寶石基板上製作不平坦的表麵結構，利用此一凹凸不規則之設計表麵強化LED光輸出量，即為在芯片表麵建立Texture表麵結晶架構。

OSRAM即有利用此方案開發Thin GaN高亮度產品，於InGaN層先行形成金屬膜材質、再進行剝離製程
，使剝離後的表麵可間接獲得更高的光輸出量！OSRAM號稱此技術可以讓相同的芯片獲得75%光取出效率。

另一方麵
，日本OMRON的開發思維就相當不同，一樣是致力榨出芯片的光取出效率，OMRON即嚐試利用平麵光源技術，搭配LENS光學係統為芯片光源進行反射、引導與控製，針對傳統砲彈型封裝結構的LED產品常見的光損失問題
，進一步改善其設計結構
，利用雙層反射效果進而控製與強化LED的光取出量
，但這種封裝技術相對更為複雜、成本高
，因此大多僅用於LCD TV背光模組設計。

LED照明應用仍須改善元件光衰與壽命問題

如果期待LED光源導入日常照明應用，其應用需克服的問題就會更多！因為日常照明光源會有長時間使用之情境，往往一開啟就連續用上數個小時、甚至數十小時，那長時間開啟的LED將會因為元件的高熱造成芯片的發光衰減、壽命降低現象，元件必須針對熱處理提出更好的方案，以便於減緩光衰問題過早發生，影響產品使用體驗。

LED光源導入日常應用的另一大問題是，如傳統使用的螢光燈具
，使用超過數十小時均可維持相同的發光效率，但LED就不同了。因為LED發光芯片會因為元件高熱而導致其發光效率遞減
，且此一問題不管在高功率或低功率LED皆然
，隻是低功率LED多僅用於指示性用途
，對使用者來說影響相當小
；但若LED作(zuo)為(wei)光(guang)源(yuan)使(shi)用(yong)，其(qi)光(guang)輸(shu)出(chu)遞(di)減(jian)問(wen)題(ti)會(hui)在(zai)為(wei)提(ti)高(gao)亮(liang)度(du)而(er)加(jia)強(qiang)單(dan)顆(ke)元(yuan)件(jian)的(de)驅(qu)動(dong)功(gong)率(lv)下(xia)越(yue)形(xing)加(jia)劇(ju)
，一(yi)般(ban)會(hui)在(zai)使(shi)用(yong)過(guo)幾(ji)小(xiao)時(shi)後(hou)出(chu)現(xian)亮(liang)度(du)下(xia)滑(hua)，必(bi)須(xu)進(jin)行(xing)散(san)熱(re)設(she)計(ji)改(gai)善(shan)才(cai)能(neng)達(da)到(dao)光(guang)源(yuan)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)。

[member] [page]LED封裝材料需因應高溫、短波長光線進行改善

在光源設計方案中，往往會利用增加驅動電流來換取LED芯xin片pian更geng高gao的de光guang輸shu出chu量liang
，但dan這zhe會hui讓rang芯xin片pian表biao麵mian在zai發fa光guang過guo程cheng產chan生sheng的de熱re度du持chi續xu增zeng高gao，而er芯xin片pian的de高gao溫wen考kao驗yan封feng裝zhuang材cai料liao的de耐nai用yong度du，連lian續xu運yun行xing高gao溫wen的de狀zhuang態tai下xia會hui致zhi使shi原yuan具ju備bei高gao熱re耐nai用yong度du的de封feng裝zhuang材cai料liao出chu現xian劣lie化hua


，且qie材cai料liao劣lie化hua或huo質zhi變bian也ye會hui進jin一yi步bu造zao成cheng透tou光guang度du下xia滑hua
，因yin此ci在zai開kai發faLED光源模組時，亦必須針對封裝材料考量改用高抗熱材質。

增加LED光源模組元件散熱方法相當多
，可以從芯片
、封裝材料、模組之導熱結構、PCB載(zai)板(ban)設(she)計(ji)等(deng)進(jin)行(xing)重(zhong)點(dian)改(gai)善(shan)。例(li)如(ru)，芯(xin)片(pian)到(dao)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)之(zhi)間(jian)
，若(ruo)能(neng)強(qiang)化(hua)散(san)熱(re)傳(chuan)導(dao)速(su)度(du)，快(kuai)速(su)將(jiang)核(he)心(xin)熱(re)源(yuan)透(tou)過(guo)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)表(biao)麵(mian)逸(yi)散(san)也(ye)是(shi)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)。或(huo)是(shi)由(you)芯(xin)片(pian)與(yu)載(zai)板(ban)間(jian)的(de)接(jie)觸(chu)
，直(zhi)接(jie)將(jiang)芯(xin)片(pian)核(he)心(xin)高(gao)熱(re)透(tou)過(guo)材(cai)料(liao)的(de)直(zhi)接(jie)傳(chuan)導(dao)熱(re)源(yuan)至(zhi)載(zai)板(ban)逸(yi)散(san)，進(jin)行(xing)LED芯片高熱的重點改善。此外，PCB采行金屬材料搭配與LED芯片緊貼組裝設計，也可因為減少熱傳導的熱阻，達到快速散逸發光元件核心高熱的設計目標。

另在封裝材料方麵，以往LED元件多數采環氧樹脂進行封裝，其實環氧樹脂本身的耐熱性並不高
，往往LED芯片還在使用壽命未結束前，環氧樹脂就已經因為長時間高熱運行而出現劣化
、變質的變色現象，這種狀況在照明應用的LED模組設計中

，會因為芯片高功率驅動而使封裝材料劣化的速度加快，甚至影響元件的安全性。

不隻是高熱問題，環氧樹脂這類塑料材質，對於光的敏感度較高，尤其是短波長的光會讓環氧樹脂材料出現破壞現象，而高功率的LED光源模組，其短波長光線會更多，對材料惡化速度也會有加劇現象。

針對LED光源應用設計方案

，多數業者大多傾向放棄環氧樹脂封裝材料，改用更耐高溫
、抗短波長光線的封裝材料
，例如矽樹脂即具備較環氧樹脂更高的抗熱性，且在材料特性方麵
，矽樹脂可達到處於150~180°C環境下仍不會變色的材料優勢。

此(ci)外(wai)
，矽(xi)樹(shu)脂(zhi)亦(yi)可(ke)分(fen)散(san)藍(lan)色(se)光(guang)與(yu)紫(zi)外(wai)線(xian)
，矽(xi)樹(shu)脂(zhi)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)因(yin)高(gao)熱(re)或(huo)短(duan)波(bo)長(chang)光(guang)線(xian)的(de)材(cai)料(liao)劣(lie)化(hua)問(wen)題(ti)，減(jian)緩(huan)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)因(yin)為(wei)變(bian)質(zhi)而(er)導(dao)致(zhi)透(tou)光(guang)率(lv)下(xia)滑(hua)問(wen)題(ti)。而(er)就(jiu)LED光源模組來說，矽樹脂也有延長LED元件使用壽命優點
，因為矽樹脂本身抗高熱與抗短波長光線優點，在封裝材料可抵禦LED長時間使用產生的持續高熱與光線照射，材料的壽命相對長許多，也可讓LED元件有超過4萬小時的使用壽命。