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1、高功率LED芯片之技术发展.txtcopy（复制）别人的个性签名，不叫抄袭，不叫没主见，只不过是感觉对了。遇到过的事一样罢了。 本文由阿拉丁神灯abc贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 目 璺、型堕塑堕！苎 高功率芯片之技术发展 谢明勋 晶元光电股份有限公司 的应用展望 效率的及暖白光的 根据美国能源部对于未来发展的效能来 看，在年时，实验宣的数据将逃到每瓦流 第一次十八世纪末的机械革命，第二次十九世纪末 的电力革命，第三次二十世纪中的数字化革命及第 网次二十世纪末的信息革命。尤其近二十年来，人 类的进步越来越快科技的驱势也偏向轻、薄、小
2、 及节能环保的驱势来发展。小而节能的晶体管取代 了又大又热又耗能的真空管、轻薄的平面显示器取 代了笨重的、容量大且保存时间长的记忆卡取 代了不易储存的胶卷而轻薄短小且节能的固态照 明也正在慢慢取代传统的耗能白炽灯及不环保的 荧光灯管。 在这十年间，的应用渐渐地从低阶应用的 明，而在一且色温在叽的商品化 冷白光源约为流明左右至于刚大于 及色温的暖白光源每瓦流明左 右，到了年时，实验章的数据将可以达到每瓦 流明，而冷由光约在 ，暖白 光则在 ，。一般而言为了提高吸降低 色温，所常见的方法不外乎采用半高宽较大的黄色 荧光粉或是直接混台红黄荧光粉，但由目前红色 荧光粉的效率，相对于常见的黄色荧光粉而言
3、较低 因此从图中，美国能源部对所设定的目标， 可以发现由于人眼视效函数及述荧光粉效率的 关系，暖白光的效率一直较冷白光约少了 ：晶元光电本身具有生产高亮度红光 的优势，所咀我们也尝试在白光的应用上加 高亮度红光，如此将能够同时增加暖白光的效 率也能达到提高的目标。 指示灯跨入到高阶应用的手机及笔记型计算机的 背光源，甚至于大尺寸的电视也逐步地以 的方案来取代传统的。市场的需求及科技的 进步将使得触及各个领域图），所有现行的光 源都是未来的市场，当中最大的当属于通用照 明的应用。目前成认为，随着的效率增加及成 本降，市场将在五到十年间到成为通用照明 市场的主流。通用照明市场的应用及要求和目 前主
4、流的应用有许多的不同，如，电源为而非 、功率的需求较人、光型均匀度等等，因此， 一个完整解决方案的固态照明必须要能同时考虑 光、热及电的特性。 目“ 目 圈 ?一 一一 ?“ 自【一 一“ 高功率印芯片之技术回顾 如同前面所言，最近几年由于技术的进步 使得其应用越来越广，市场对于高工率的需求 ”卅碣婚“甙 从传统照明到固态照明 在人类的历史上，总共经历了四次的科技革命。 “ 也越来越多。高功率和传统小尺寸的设计 有许多相似处，例如何均匀地扩散电流、如 何进一步提高光萃取效率，但其最大的不同点在于 热的问题，为了使能在丈功率操作下依旧保有 高的可靠度如何解决散热是一项最重要的课题 三晶元光电的高
5、功率晶粒 晶元光电蓝光高功率晶粒分别有（陶以蓝宝 石为基板的系列、水平结构加高散热绝缘基 板的系列，以及垂直结构加高散热导电基板的 系列。而为了满足客户及市场需求的不同，功率 从 到不等（图）。 模块的热阻 前的效率大约在?左右，所浪费 掉的能源一般是以热的方式呈现冈此在现行的 模块中为了耐度，散热是必须要考虑的一 纠、。如图所示所发出多余的热将从晶粒一 层一层到封装体选出。在同样的材料下，热传导和 一 ！螬女 恻 面积为证向关系，由丁晶粒车身材料及尺寸的关 系，因此，一般而言，在晶粒端的热阻是最大的； 换句话说整个散热的瓶颈往往是在晶粒本身 。 二 茹。囊紧 ？ ： ： ； ： 晶粒热阻的改
6、善 改善晶粒热阻的方法有：减少晶粒的厚度、置 换高散热基板或是改采覆晶式晶粒。其中以置换高 散热基扳或是改采覆晶式晶粒的改善效果较为显 著，如图四所示以蓝光为例当我们将背面 原本的蓝宝石基板置换成硅基板或是铜基板时热 阻将大幅从每瓦 降至每瓦 。当改用覆 晶式晶粒时，热阻更能够进一步降至每瓦 。 心 一 ： 在我们内部的实验中，验证了降低熟阻所具有 的优势。以和（）相比为例（图），驱动电 流州到时， 较 的光 功率高了约当更进一步到， 更高了。 紫兰 ：嚣一：筘嚣?。喜毫莓。 图 呲 材料器件与装备技术篇 单晶粒 目前的传统照明设备的基础结构乃是以为 主（图，但一般而言，是以直流电源来驱动的
7、组件，为了要在环境下使用，加 的电源转换器是必要的。但事实，加入电 源转换嚣不但导致成本增加，如果使用便宜 的电源转换器甚至会大幅减低效率及产品 的可靠度。那我们是否能有其它的选择呢？是的 那就是，一种直接以基础供电系统所驱动 的发光二极管，不再需要经过的转换。也因 为不须使用转换器，故可减少电力的损失， 此外还可以提高照明器具的空间利用效率、降低附 除此之外以町靠性测试来看，不论是在光衰， 电压变动量甚至是逆向电流上（图），均较型 式为佳，直接验证了改善晶粒的热阻对于整体表现 的确是具有定的提升。 加电路的零件费用，也避免组件本身还未故障 但其余电子组件却先失效的情况发生。 主要有两种，第一
8、种是以封装的型式， 将各个独立完整的依照需求，串并联复数 颗而成。此种的体积大、成本高、且伴随大 量的固晶打线制程因此工艺较繁杂，良率较低。 第二种是咀单晶粒的型式，依照电路设计的方案 除了散热佳之外，它同时也具有其它的优势 如发光角小及热电分离等等。至于的产品目前正 在研发当中，其特性和产品相去不远，差异仅在 （）利用半导体的工艺方法将单元晶胞 （）集成于单一晶粒，其良率高，体积小，成本 较第一种方式低廉，台湾的晶元光电） 与工研院（）所共同开发的乃是采用单 晶粒的方式，内部微晶粒的连接方式为效率较佳的 桥式整流方式（圈）该晶粒经过简单的封装后即 可直接负载于交流电源上。晶元光电所制造之 晶
9、粒，已可在市电腔输入下，可达 到抽之效率。 其为垂直结构不需要悖，因此同样的晶 粒尺下，所损失的发光面积较为小。 高功率芯片整合新方案 由于的市场将朝着更的功率及更高的 效率方向走，目前的技术将不敷需求，因此根据不 同的市场应用我们提出了三种新的方案来解决未 来高功率所会面临的问题 删 口 图 单晶粒 事实上单晶粒的和的工艺几乎 完全一样，差别仅在电路设计的方案（）的不同 而己。将高压型的加上外部整流电路即和 系统级晶粒制程 检视时下的，小尺寸的晶粒效率高但是光 功率小大尺寸的晶粒光功率高但是效率较低；日 亚化最近采用了多颗小功率晶粒整合为一封装体 的方式实现了同时高教率及高功率的目标。在晶
10、元光电内，我们更进一步藉用硅半导体产业的构想 改采系统级晶粒制程（： ）的方 式，省去了固晶打线，直接将利用晶粒制程来 将多颗小尺寸整合成一颗完整的大功率芯 的功能相同（图），且此外部整流电路不仅 具有稳流功能，更可防止逆向偏压过大时对晶粒所 造成之影响。但是单晶粒的能够应用的市 场更广，如电源驱动的高功率市场。 片。阍 就同尺寸的高功率相比较，在同样的功 率输入下，的发光效率多了近圉， 而且在州删的情形下，的光功率仍旧 较同尺寸高（图），换句话说，在高功率操 作的环境卜，较现行高功率更具有 优势。 型恻 蠢蠢蠢 蠢蠢一翼罱： 我们甚至可以在多颗晶粒内，连结不同波长的 晶粒，或是加荧光粉来达到
11、各种不同的照明需求。 例如背光板中所需的 光源或是立章 开头所提厦使用红光来获得高剐的暖白光 ，都可以透过此技术运用于此。晶元光电利用红 蓝不同波长之晶粒搭配上适当的黄、绿色荧光粉（图 ，已成功制造出当色温时，兑为 发光效率之暖白光源（图）。此结果已几乎 达到年之要求。藉由此技术，客户将太大 地简化现行后段封装的制程，进而提升制程良率 降低成本。未来我们更希望整合各式功能的组件 “舶 真正达到系统级晶粒制程（：咖 的概念， ） 霹 圈 结语 本身仍存在者一些问题尚待解袂，包括成 本、发光效率及散热问题等。在这些问题一一被排 除的同时晶元光电亦致力于开发的整合方案 让未来的使用更简单、更人性化。 眦 武 高功率LED芯片之技术发展 作者： 作者单位： 谢明勋 晶
