CSP/氮化铝基板加快LED照明普及

晶粒尺寸封装(CSP)与氮化铝基板将快速在高功率LED市场崭露锋芒。CSP与氮化铝基板分别可节省封装和导线架的费用，以及提高散热效益，因而成为缩减高功率LED生产成本及延长使用寿命的两项重要技术，已受到市场高度关注。
晶粒级封装(CSP)和氮化铝(Aluminium Nitride, AlN)基板势力抬头。随着发光二极体(LED)照明市场渗透率急速攀升，高功率LED的需求亦跟着水涨船高。LED晶粒和陶瓷基板供应商为加快LED照明市场普及，正分别加紧投入CSP及氮化铝基板布局，以降低高功率LED单价和延长寿命。
超越CSP效能　隆达无封装LED登场
事实上，CSP系属于无封装LED架构的一种;目前，三星(Samsung)、科锐(Cree)、日亚化学(Nichia)、东芝(Toshiba)、晶元光电等LED晶粒大厂，正力促CSP技术加速商用，使得该技术声势扶摇直上。
不同于上述公司的做法，隆达电子则积极于市场推广由该公司自行开发且同属于无封装LED架构之无封装白光发光二极体(White LED Chip)(图1)，并标榜效能较CSP更胜一筹，准备大举抢市。
隆达电子照明成品事业处处长黄道恒表示，CSP通常系采用氧化铝或氮化铝、金属基印刷电路板(MCPCB)、合金支架(Alloy Leadframe)等基板制造，如此一来，封装后将增加基板产生的热阻，恐提高散热的困难度。相较之下，该公司无封装白光LED仅有晶粒本身，无添加基板，因而可降低热阻，且亦不会因基板造成光漏(Optical Loss)，又可支援回流焊(Reflow Soldering Able)制程，显见性能胜于CSP。
根据隆达电子实际测试，以1313无封装白光LED与3030传统热固性(EMC)高封装热阻比较，前者的热阻低于1℃/W，而后者则有20℃/W。
黄道恒指出，低热阻LED封装在灯泡市场可以带来成本优势，以该公司10瓦、800流明输出的LED灯泡为例，比较使用3030的EMC封装和1313无封装白光LED，其中无封装LED可省却后段封装及导线架费用，故在LED模组和机械方面，总计可节省约9%的成本。
此外，由于无封装白光LED使用无基板萤光贴片的工法，可直接以现有表面黏着技术(SMT)设备进行打件，以简化制造流程、降低热阻。不仅如此，无封装白光LED尺寸极小，遂可将灯板面积缩小67%，增加灯具设计的弹性。隆达预计于今年第三季正式导入量产。
黄道恒认为，现今LED照明的两大课题，一为提升光品质，另一则是价格下降，以刺激市场需求。也因此，无封装白光LED可望发挥光型、演色性及光控制优势，以及透过新设计架构降低成本，迅速在市场上崭露头角。
『@B』强攻LED室内照明　光宝CSP封装方案上阵『@C』 强攻LED室内照明　光宝CSP封装方案上阵
看好CSP技术的发展潜力，国内封装厂光宝亦已于台北国际光电展展出首款CSP方案(图2)，正式宣布加入市场战局，准备抢食MR16、GU 10投射灯等室内照明应用市场大饼。

光宝表示，该公司因应市场需求，已采用覆晶(Flip Chip)技术与金属共晶制程，开发出CSP产品，能在高驱动电流使用下，保有高发光效率和热稳定性;同时能将封装尺寸大幅缩小，仅达16毫米×16毫米，突破以往尺寸限制，提供使用者更高的灯具开发弹性，并有助于开拓新兴应用领域，如内视镜等。
此外，光宝发布的CSP已达到冷白2瓦、发光效率达110lm/W、演色性指数(CRI)达80及性价比达3,000lm/美元，将助力客户在照明设计成本更具竞争力。
另外，光宝强调，CSP体积小，因此能提供二次光学设计更高的灵活性，且能在极小的空间发出高强度的光源，将加速LED照明进入点光源技术世代。
目前光宝已将CSP的样品送交至早期客户群进行产品验证和测试，预计最快将于2014年底前导入量产。
据了解，由于CSP无需导线架与打线的步骤，即可直接导入照明系统，因此光宝主要的目标客户除LED照明灯具厂之外，可协助灯具业者加快产品上市时程的照明模组厂，亦为拓展重点。
除CSP之外，光宝亦推出COB(Chip on Board)覆晶无导线多晶阵列封装产品，其同样省却打线步骤，相较于传统的COB制程，不仅可降低断线风险，亦可藉此降低制造成本。
光宝指出，该公司COB覆晶无导线多晶阵列封装产品与CSP同样采用金属共晶制程，因而可在小面积提供大于15,000流明的光通量，相比之下，能较传统COB提高近一倍的光输出，故能完全取代陶瓷金属卤化物(CMH)光源。
针对客户群如何挑选CSP和COB覆晶无导线多晶阵列封装方案，光宝认为，由于个别灯具厂商的产品策略与采购考量不尽相同，再加上CSP和COB覆晶无导线多晶阵列封装方案，在不同照明系统设计需求下所占整体成本的比重难以细估，也因此，该公司将视不同客户的要求，提供所需的产品。
另一方面，由于氮化铝基板较传统氧化铝具备更高散热效能，但基板及其粉体的绝大多数市占，皆掌握在京瓷(Kyocera)、德山(Tokuyama)、东洋(Toyo Aluminium K.K., Toyal)等日系大厂手中，因此，国家中山科学研究院(以下简称中科院)日前已正式宣布成功开发出氮化铝基板技术，期扭转市场态势。
扭转日商独大局面　中科院氮化铝基板亮相
中科院化学研究所特化工程组助理研究员阮建龙表示，天井灯、路灯、车头灯等户外及汽车照明采用的高功率LED，在发光时容易产生大量的热，若无有效的散热设计，将严重影响LED照明的发光效率和寿命。
相较于目前LED使用的氧化铝散热基板，氮化铝的散热效益是其七倍之多，进而可大幅避免高功率和高亮度LED受热而减少寿命和稳定度，接掌下世代LED主流散热基板的呼声高涨。
也因此，中科院于台北国际光电周中展出最新的氮化铝基板成果，其效能关键指标的导热系数已达170?180W/mK，足可媲美日系大厂的入门级产品。阮建龙指出，根据测试得知，高功率和高亮度LED导入氮化铝散热基本后，寿命约可延长6,000?7,000小时。
目前中科院的氮化铝样品已送交给国内陶瓷基板制造商进行验证，预计经过半年测试后，最快将可于2015年正式技转并协助其投产，尔后将可开始供货给国内LED封装厂;同时，亦让陶瓷基板供应商有机会跨足氮化铝领域，藉此扩大营收。 除氮化铝散热基板外，中科院化学研究所亦将同步展开氮化铝粉体研发，以加速国内氮化铝供应链成形。阮建龙谈到，现阶段国内已有不少厂商拥有量产氮化铝粉体的技术，如竹路、全鑫、台盐等，不过性能仍不及日系大厂，因此中科院已加紧投入相关技术布局。[!--empirenews.page--]
阮建龙认为，现阶段氮化铝散热基板主要应用于户外高功率LED照明，主因系其与传统的氧化铝仍存在两倍的价差，预计日后单价与氧化铝相当后，将有望加速渗透室内照明市场。
可以预期的是，一旦CSP和氮化铝基板大量商用化，未来高功率LED的价格与可靠度将较传统光源更具竞争力，可望急遽扩张在照明市场的势力版图，加快LED照明普及时代来临。