標題:
系統級封裝技術助LED光芒四射
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作者:
咖啡愛奶茶
時間:
2010-8-22 11:40 PM
標題:
系統級封裝技術助LED光芒四射
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圖：表一：各類型LED封裝技術比較
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近年來，發光二極體（LED）在基礎理論及應用技術上顯著進步，因而提升了光效，也大幅降低了製造成本。自此，LED走出了交通燈、指示燈等應用領域，跨進顯示器背光、行動電子及一般照明等更廣闊的天地，也為這些產業帶來新衝擊。
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在LED逐漸為大眾認識的同時，香港應用科技研究院已著手研究進一步發揮LED節能及多樣性設計的特色，應用在手持電子產品，例如微型投影機、手機相機閃光燈及醫療用內視鏡光源系統等特殊照明範疇中。
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這些特殊照明的應用朝向多功能整合、小型化及低功耗等方向發展，微型化、系統模塊化和低成本的LED封裝器件便成為了開展相關應用的關鍵，因此，電子封裝技術如：晶圓級封裝（wafer-level package, WL package）技術、埋入式元／器件（embedded device/component）技術、多晶片模塊（multi-chip module, MCM）技術乃至系統級封裝（System in Package, SiP）技術等，逐漸受到LED產業的重視，勢將取代現行的分散式器件設計，成為開發新產品應用的利器。
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LED封裝技術四大類
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電子封裝技術發展至今，根據不同的應用場合、外形尺寸、散熱方案和發光效果，衍伸出各式各樣的LED封裝形式，按LED與基板的內連結（interconnection）方式和次連接基板（sub-mount substrate）的不同，大概分為穿孔型（或稱砲彈型）、表面接著型與芯片上板型三種；為因應更輕、薄、短、小的LED產品需求，應科院又提出了LED系統級封裝（LED-SiP）平台技術構想和方案，獨樹一幟。表一把四種技術作出比較。
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系統級封裝技術是在多晶片模塊（Multi-Chip Module, MCM）技術的基礎上逐漸發展而成，當中引入了埋入式主／被動元件技術，在有限的基板空間內進行三維化封裝，達至微型化的整合。根據電子封裝產業的經驗，採用系統級封裝技術可以滿足多功能性、小型化市場產品的需求，且具有成本競爭的優勢。
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開發手機相機閃光燈
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另一方面，要達到高密度的封裝整合，密度較高的線路設計極為重要，有見及此，應科院引入硅基基板（silicon wafer）作為LED元件的次連結基板（sub-mount substrate），進行線路製作。硅基基板可提供穩定而高密度的線路製作，散熱較陶瓷基板更佳，並具有極佳的熱／機械穩定特性，因此能提供更穩定的載體基板（carrier substrate）。
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此外，硅基基板的平整度（flatness）高，可減少大面積LED固晶時所產生的空孔氣泡（void）；由於所有的製程都在晶圓層級（wafer-level）完成，不需進行一對一的封裝製程，因而降低了整體製造成本。
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對微型化多晶片的封裝技術而言，要完成穩定度高的小尺寸光引擎模塊，線路設計及製程必須夠平整而且精度高，採用硅基基板最為合適。
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因此，應科院採用硅基基板作為LED的次連結基板，進行高密度LED固晶封裝，逐步建立LED-SiP技術平台及因應方案。同時，應科院以中高階手機相機（5百萬至8百萬像素）的閃光燈作為第一個開發產品。此一薄型閃光燈（圖）結合了閃光燈控制系統、MEMS反射鏡及薄型化二次光學設計系統，厚度可縮小至5毫米以下，對手機系統整合商而言，更具有整合彈性和穩定性。目前最火紅的蘋果iPhone 4.0手機，便把LED閃光燈列為標準規格。
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度LED已成為開發新光源系統的重點，各種顏色的高亮度LED更朝向超高亮度的方向積極地發展，得此躍進，相關的熱、電、光封裝設計扮演著極為關鍵的角色。研發人員不僅得讓LED獲至最大取光率和最高光通量，並須設法使光損降至最低，同時還要注重光的發散角度、光均勻性、與導光機構的搭配性等，可謂挑戰重重。肯定的是，電子封裝相關的技術發展成果與經驗，在不久的將來會被用在LED產品上，而這也是目前應科院致力發展的課題之一。
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（香港應用科技研究院供稿）
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