微結構封裝技術發展與應用

刊登日期:2015/5/5
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系統級高壓LED光引擎
國際固態照明技術最新發展重點之一為 LED 光引擎( Light Engine ),根據國際照明產業聯盟 Zhaga 制定的規範,光引擎定義為包含 LED 封裝元件或 LED 模組(LED晶片及一次光學封裝)及其他相關熱、機械、電子驅動與控制裝置所組成的一個集成組件,光引擎具備標準化、可兼容性、應用彈性及智慧化等優點,可規範不同製造商具有可換性的商品,包括針對 LED 照明燈具的機構介面(外型尺寸及燈座)、熱介面、電控介面以及光學界面,已儼然成為未來照明市場普及的關鍵。

微結構技術應用於 LED 之上下游產業鏈
微結構概念已廣泛使用在 LED 上下游製程中,主要的概念為當光線打到微結構時,會因微結構的形狀破壞光的全反射性而產生漫射或反射。在上游晶粒製程中,微結構圖案化藍寶石基板可增加光取出效率及降低磊晶缺陷,如圖一所示;在下游封裝製程中,為配合 LED 燈具達到蝠翼型或聚光型光源應用,目前國際大廠多採用二次光學之微結構擴散膜片或微結構透鏡,微結構光學薄膜加工型式一般常用在光學級的壓克力板( PMMA )上製作V溝切削( Vcut ),藉由改變 V-cut 角度、尺寸及排列方式,來調整控制光輸出方向及均勻性,根據應用不同達到平行光、聚光或發散光的效果,如圖二所示。


圖一、平面藍寶石基板與圖案化藍寶石基板光取出及磊晶缺陷比較

微結構封裝射出製程技術
本研究中所使用的射出機台為全電式微量射出機,如圖三所示,包括高精密鎖模單元、射出單元、驅動及CCD檢測等,內部之鎖模裝置空間大,可容納相當複雜的模具,並搭配第二側膜,可顯著縮短循環時間,內含五點式機絞裝置,可確保均勻的力傳遞;射出單元提供特有的微型注塑系統,可大大縮短熔體射出的流道行程,並使得產品微型化,利用高動力活塞式射出,能保證進入型腔的最高射出壓力和高重複精確性,此射出單元最小射出量可達0.1克,能夠快速生產出與眾不同之獨特性高質量微米及奈米級結構封裝體。本射出機另一個重要的優勢在於其成本效益,由於循環時間短且材料和能量消耗量小,與市面上標準射出機台相比可節省約30%至50%的成本。

聚光型微結構光引擎封裝
本研究設計三款微結構透鏡,為考慮晶片高度及脫膜順利,在固定脫膜角下改變兩種不同透鏡墊高高度,藉由改變微結構週期數量及區間大小改變光型。第一種微結構透鏡墊高高度為0.5 mm,共有N個週期為100微米的微結構;第二種微結構透鏡墊高高度為0.15 mm,共有N個週期為100微米的微結構;第三種微結構透鏡墊高高度為0.15 mm,共有約2N個週期為100微米的微結構。微結構一次光學透鏡射出實體圖如圖六(a) ……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖六、微結構一次光學透鏡

作者:王玫丹、黃忠民 / 工研院綠能所
★本文節錄自「工業材料雜誌」341期,更多資料請見下方附檔。


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