高亮度LED雖然具備了更省電,、使用壽命更長(zhǎng)及反應(yīng)時(shí)間更快等優(yōu)點(diǎn),，但仍得面對(duì)靜電釋放（ESD）損害和熱膨脹系數(shù)（TCE）等效能瓶頸；本文將提出一套采次黏著基臺(tái)（Submount）的進(jìn)階封裝方式,，以有效發(fā)揮LED的照明效益,。

高亮度LED（High-brightness Light Emitting Diodes；HB LED）的出現(xiàn),，在照明產(chǎn)業(yè)中掀起了一股狂潮,。相較于傳統(tǒng)的白熱燈泡，HB LED因具備了更省電,、使用壽命更長(zhǎng)及反應(yīng)時(shí)間更快等主要優(yōu)點(diǎn),，因此很快的搶占了LCD背光板、交通號(hào)志,、汽車(chē)照明和招牌等多個(gè)市場(chǎng),。

HB LED的主導(dǎo)性生產(chǎn)技術(shù)是InGaN，但此技術(shù)仍有一些瓶頸需要克服，目前掌握前瞻技術(shù)的業(yè)者紛紛針對(duì)這些瓶頸提出新的解決方案,，希望能進(jìn)一步拓展HB LED的市場(chǎng),。這些瓶頸中以靜電釋放（electrostatic discharge；ESD）敏感性和熱膨脹系數(shù)（thermal coefficient of expansion ,；TCE）為兩大議題,，其困難如下所述：

熱處理（Thermal Management）

相較于LED 晶粒（die）的高效能特性，目前多數(shù)的封裝方式很明顯地?zé)o法滿(mǎn)足今時(shí)與未來(lái)的應(yīng)用需求,。對(duì)于HB LED的封裝廠(chǎng)商來(lái)說(shuō),，一個(gè)主要的挑戰(zhàn)來(lái)自于熱處理議題。這是因?yàn)樵诟邿嵯�,，晶格�?huì)產(chǎn)生振動(dòng),，進(jìn)而造成結(jié)構(gòu)上的改變（如回饋回路變成正向的），這將降低發(fā) 光度,，甚至令LED無(wú)法使用,，也會(huì)對(duì)交錯(cuò)連結(jié)的封入聚合體（encapsulating polymers）造成影響。

僅管一些測(cè)試顯示,，在晶粒（die）的型式下,， 即使電流高到130mA仍能正常工作；但采用一般的封裝后,，LED只能在20mA的條件下發(fā)光,。這是因?yàn)楫?dāng)芯片是以高電流來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的高熱會(huì)造成銅 導(dǎo)線(xiàn)框（lead-frame）從原先封裝好的位置遷移,。因此在芯片與導(dǎo)線(xiàn)框間存在著TCE的不協(xié)調(diào)性,，這種不協(xié)調(diào)性是對(duì)LED可靠性的一大威脅。

靜電釋放（ESD）

對(duì)電子設(shè)備的靜電損害 （Electrostatic damage,；ESD）可能發(fā)生在從制造到使用過(guò)程中的任何時(shí)候。如果不能妥善地控制處理ESD的問(wèn)題,，很可能會(huì)造成系統(tǒng)環(huán)境的失控,，進(jìn)而對(duì)電子設(shè)備造成 損害。InGaN 晶粒一般被視為是"Class 1"的設(shè)備,，達(dá)到30kV的靜電干擾電荷其實(shí)很容易發(fā)生,。在對(duì)照試驗(yàn)中，10V的放電就能破壞Class 1 對(duì)ESD極敏感的設(shè)備,。研究顯示ESD對(duì)電子產(chǎn)品及相關(guān)設(shè)備的損害每年估計(jì)高達(dá)50億美元,，至于因ESD受損的LED則可能有變暗、報(bào)銷(xiāo),、短路,，及低Vf （forward voltage）或 Vr（reverse voltage）等現(xiàn)象。

以Submount技術(shù)突破瓶頸

為了突破這些InGaN LED瓶頸，CAMD公司提出一項(xiàng)特殊的解決方式,。采用與醫(yī)學(xué)用生命支持設(shè)備相同的技術(shù),，CAMD發(fā)展出一種硅載體（Silicon Carrier）或次黏著基臺(tái)（Submount），以做為InGaN芯片與導(dǎo)線(xiàn)框之間的內(nèi)部固著介質(zhì),；當(dāng)透過(guò)齊納二極管（Zener Diodes）來(lái)提供ESD保護(hù)的同時(shí),，這種Submount設(shè)計(jì)也能降低TCE不協(xié)調(diào)性的沖擊。

一個(gè)基本硅材質(zhì)Submount如 何將兩個(gè)焊球與覆晶LED接合在一起的情況,，在球體區(qū)域所見(jiàn)到的不同顏色圓圈是用來(lái)保護(hù)LED免受ESD損害的二極管架構(gòu),。此架構(gòu)除了能安全的抵銷(xiāo)高達(dá) 30kV的接觸放電，更超過(guò)IEC61000-4-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Z大值的要求,。硅材質(zhì)與焊球扮演著振動(dòng)吸收器,，以疏緩熱膨脹效應(yīng)。

這樣做還有一些明顯的好處：以Submount粘著焊球,，可以使LED晶粒緊密地與Submount接合在一起,，再經(jīng)由打線(xiàn)連接到導(dǎo)線(xiàn)框。這種方式能降低因直接打線(xiàn)到LED晶粒所產(chǎn)生的遮光影響,。

Submount兩邊都有綠色的矩 形區(qū)域,，這是打線(xiàn)的區(qū)域。此外,，因?yàn)镾ubmount是一個(gè)光滑的硅表面,，其上是鋁金屬層，因此能將一般損失掉的光度有效的反射出去,。圖一中的覆蓋了大部 分Submount的藍(lán)色區(qū)域,，即是高反射性的鋁金屬層，它的作用猶如LED的一面反射鏡,。

在LED的背面一般以金覆蓋,，以提供Z佳化的熱傳導(dǎo)，以及芯片與導(dǎo)線(xiàn)框,、銅散熱器的高度接合度,。

此一解決方案的完整封裝結(jié)構(gòu)，其中 LED晶粒與Submount上頭的焊球接合,，此一次組合被鑲嵌在整個(gè)LED 封裝中,；Submount再打線(xiàn)到導(dǎo)線(xiàn)框，以供電給LED,。這個(gè)硅Submount只有10-mils的厚度,，這樣才能發(fā)揮Z大的熱傳導(dǎo)效能，讓LED的 高熱很快地經(jīng)由此封裝設(shè)計(jì)傳到散熱器上頭,。

結(jié)論

HB LED已開(kāi)始取代消費(fèi)性及工業(yè)應(yīng)用的傳統(tǒng)照明解決方案,，但要讓LED發(fā)揮Z大照度,，仍得克服一些瓶頸，例如在高熱下,，封裝晶格會(huì)振動(dòng)甚至遷移,，以及因 ESD的損害而讓LED有變暗、報(bào)銷(xiāo)及短路等現(xiàn)象,。本文所提到的Submount封裝技術(shù),，可以有效的解決LED發(fā)光、散熱及導(dǎo)電等問(wèn)題,，并能提供ESD 保護(hù),，是一個(gè)值得推廣的解決方案。

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