LED COB（Chip On Board）封裝是指將LED芯片直接固定在印刷線路板（PCB）上，芯片與線路板間通過引線鍵合進(jìn)行電氣連接的LED封裝技術(shù)。其可以在一個(gè)很小的區(qū)域 內(nèi)封裝幾十甚至上百個(gè)芯片，最后形成面光源。與點(diǎn)光源封裝相比，COB面光源封裝技術(shù)具有價(jià)格低廉（僅為同芯片的1/3左右）、節(jié)約空間、散熱容易、發(fā)光 效率提高、封裝工藝技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。

    由于散熱性能優(yōu)越及制造成本低廉，COB封裝LED光源受到很多封裝企業(yè)的熱捧。對(duì)于大功率COB封裝，散熱是影響其長期可靠性的至關(guān)重要的因素。COB封裝產(chǎn)品結(jié)點(diǎn)溫度升高會(huì)降低LED的整體效率，降低正向電壓，導(dǎo)致發(fā)射光紅移，降低使用壽命及可靠性。

    LED的散熱研究主要包括3個(gè)層次： 封裝、基板和整體層次。在解決大功率COB封裝的散熱問題時(shí)，大多數(shù)研究者是先提出結(jié)構(gòu)模型，并通過軟件（有限元分析軟件ANSYS、計(jì)算流體力學(xué)軟件 CFD等）模擬一定條件下整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的散熱過程及各部位的溫度，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬結(jié)果。此外，影響大功率COB封裝性能的一個(gè)重要因素是封裝膠的性能。

    1、大功率LED COB封裝用硅膠性能

    目前市場上可用于大功率LED COB封裝的硅膠種類繁多，其中數(shù)量較多的是國產(chǎn)硅膠，其主要優(yōu)勢是價(jià)格低廉。下表1對(duì)比了目前市場上部分硅膠的性質(zhì)。

    從上表1中可以看出，硅膠的折射率可分為兩個(gè)主要檔次：低折射率（1.42）和高折射率（1.54）。在封裝過程中使用高折射率的硅膠可以有效減少光子在界面的損失，從而提高光源的光通量。

    另外一個(gè)影響硅膠性能的重要參數(shù)是透光率。從表中看出，大部分封裝硅膠的透光率都能達(dá)到98%以上，其中道康寧公司的OE-6550硅膠的透光率達(dá)到100%，且折射率達(dá)到1.543，固化條件簡單，只需在150℃固化1h即可，耐溫范圍寬（-60~200℃），性能上具有很大優(yōu)勢，但缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴（售價(jià)5 700~6 800元/kg）。

    對(duì)比性能還可以看出，很多國產(chǎn)硅膠的性能已經(jīng)接近于道康寧的這款產(chǎn)品。也有一些商家稱其硅膠完全可以取代OE-6550硅膠用于LED的封裝。

    2、大功率LED COB封裝的研究進(jìn)展

    COB集成式封裝相對(duì)于單顆分立式封裝具有更好的散熱性能，主要是由于COB封裝是芯片直接將熱量傳導(dǎo)到基板上再通過基板傳導(dǎo)到外殼。而大功率COB封裝中，多個(gè)大功率芯片近距離地集成在一起，散熱問題還是要首先解決的問題。針對(duì)這點(diǎn)，國內(nèi)外眾多研究者在軟件模擬的基礎(chǔ)上對(duì)COB封裝散熱進(jìn)行了研究。

    （1）蘭海等利用有限元熱仿真模擬的方法對(duì)COB封裝過程中常用的金屬基板和陶瓷基板進(jìn)行分析，得到的結(jié)論是，利用陶瓷基板作為封裝材料的熱阻是金屬基板熱阻的1/2，并且陶瓷基板還具有更大的熱管理優(yōu)化空間。

    （2）馬建設(shè)等利用TracePro軟件仿真和實(shí)驗(yàn)在同時(shí)考慮熒光粉涂覆方式和反光杯結(jié)構(gòu)的條件下分析了影響COB封裝LED發(fā)光性能的主要因素，研究結(jié)果表明， 利用角度為30°、杯深略大的圓錐形反光杯進(jìn)行封裝，產(chǎn)品發(fā)光性能較好，采用熒光粉遠(yuǎn)離芯片的方式涂覆熒光粉可使其發(fā)光效率提高5%左右。

    （3）李偉平等提出一種新型COB自由曲面透鏡封裝結(jié)構(gòu)（如下圖1），采用TracePro對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，結(jié)果表明，器件可實(shí)現(xiàn)特定的光學(xué)分布，并且出光效率高于90%。

    （4）姜斌等提出了3種LED COB封裝方法，封裝結(jié)構(gòu)分別為COB-Ⅰ、COB-Ⅱ和COB-Ⅲ，示意圖如下圖2。有限元模擬和實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果表明，COB-Ⅲ的芯片結(jié)溫比COB- Ⅱ、COB-Ⅰ分別低21.5℃和42.7℃，熱阻分別低25.7K/W和58.8K/W，而且COB-Ⅲ光衰也更小。

    （5）Hsueh-Han Wu等提出了5種不同芯片間距的大功率COB封裝形式，其中最大芯片間距為2.5mm，CFD軟件模擬和實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果表明，芯片間距越大，結(jié)溫越低、光通量和發(fā)光效率越高，并且結(jié)溫最大值與最小值之間相差3.12℃。

    （6）Jae-Kwan Sim等提出采用低溫共融陶瓷進(jìn)行LED COB封裝（LTC-CCOB）（封裝結(jié)構(gòu)模型示意圖如下圖3(a)）以提高其熱性能，在LED芯片與金屬基板之間沒有絕緣層，實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了它與 SMD-COB封裝形式（如下圖3(b)）的性能參數(shù)，結(jié)果表明：LTCC-COB封裝的電致發(fā)光峰值強(qiáng)度是SMD-COB封裝的1.75倍；LTCC- COB封裝及SMD-COB封裝的封裝表面與空氣之間的熱阻分別為7.3K/W和7.9K/W。

    （7）2013 年Chang Keun Lee等也研究了LTCC-COB封裝的散熱性能，其LED封裝結(jié)構(gòu)是將低溫共融陶瓷直接安裝在金屬基印刷線路板（MCPCB）上，采用有限體積數(shù)值模擬 法（主要采用嵌入商業(yè)軟件Fluent V.6.3）研究了LED模組的熱性能，軟件模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，結(jié)果表明：整個(gè)基板的熱阻有49%~58%來自于MCPCB的熱阻；實(shí)驗(yàn)建立的模 型克服了傳統(tǒng)LTCC大功率LED模組熱阻大的缺陷。

    （8）Yu Hui等研究了一種新型的LED晶圓級(jí)COB封裝形式，該封裝形式使用微玻璃泡帽和硅基片作為封裝材料。系統(tǒng)地研究COB的封裝過程，包含以下步驟：①準(zhǔn) 備好帶有引線的硅基片；②利用焊線設(shè)備將LED固定在硅基片上；③熒光粉均勻地涂覆在玻璃泡帽的內(nèi)球面；④在球形玻璃泡帽內(nèi)填滿硅膠；⑤將固定在硅基片上 的LED封入球形玻璃泡帽內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該形式的COB封裝實(shí)施成功并且封裝的芯片具有良好的熱性能和發(fā)光性能。

    （9）Feng Weifeng等開發(fā)了一種能直接利用100 V交流電的大功率陶瓷COBLED模組（如下圖4），該模組中有40顆LED芯片使其可直接在110 V交流電下工作。

    （10）Ming-Te Lina等提出一種可用于大功率光電半導(dǎo)體封裝的W5II型LED垂直封裝結(jié)構(gòu)（如下圖5），對(duì)其熱模擬結(jié)構(gòu)、制造工藝和熱性能進(jìn)行了計(jì)算，用熱阻的測量 值表征W5II的散熱性能，同時(shí)還測定了其光電特性，結(jié)果表明：W5II優(yōu)良的散熱性能可以用來提高大功率LED封裝的可靠性和耐熱疲勞性。

    （11）Ray-Hua Horng等設(shè)計(jì)了一種雙層散熱LED封裝結(jié)構(gòu)（如下圖6），第1層是利用杯狀薄銅片散熱，通過銅片和藍(lán)寶石直接接觸以增強(qiáng)芯片散熱，第2層是采用 AgSnCu合金焊料和高熱導(dǎo)率的MCPCB，再用一層薄的金剛石層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣層，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：添加的復(fù)合焊料對(duì)降低LED熱阻具有很好的效果，同 時(shí)避免了熱量集聚的現(xiàn)象。

    （12）Wang C.等介紹了一種LED模組封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，該封裝方法是將反射層和電極互相連接的硅基封裝模式（如下圖7），該反射層由在SU-8 2075和4620上鍍Ni/Au/Ag組成陰極和通過鍍Cu/Au并連接電極于一體組成，LED芯片產(chǎn)生的熱量通過金屬電鍍層直接散發(fā)到硅襯底上。

    （13）Yin Luqiao等設(shè)計(jì)、制造并研究了以氮化鋁（AlN）、鋁（Al）和氧化鋁（Al2O3）為基板材料的多芯片LED模組，采用有限元法（FEM）和電試驗(yàn) 法評(píng)價(jià)了該LED模組的熱學(xué)性能，軟件模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明：以AlN為基板的LED模組熱學(xué)性能優(yōu)于其他兩種基板材料，并且發(fā)光性能*好。

    3、大功率COB封裝存在的問題

    COB技術(shù)經(jīng)過一段時(shí)間的沉靜，現(xiàn)在又逐漸被很多廠家應(yīng)用，但還存在一些亟待解決的問題。

    （1）基板的選擇：基板的散熱性能對(duì)整個(gè)封裝體系的散熱起到關(guān)鍵作用。目前COB所用的基板主要有兩大類：鋁基板和陶瓷基板。鋁基板較便宜，散熱性能較差；陶瓷基板較貴，散熱性能較好。此外，這兩種基板還具有其他一些性能差異。封裝企業(yè)選擇這兩種基板時(shí)需要考慮的因素較多。

    （2）封裝膠的選擇： 封裝膠對(duì)于COB封裝及其他LED封裝形式都有很大的影響。目前性能較好的硅膠已經(jīng)逐步替代原來多數(shù)廠商會(huì)用到的環(huán)氧樹脂膠，尤其是大功率LED封裝，有 機(jī)硅樹脂已經(jīng)成為眾多封裝廠商的首選。但是市場上硅膠種類繁多，性能、價(jià)格也有很大差異，要選擇一款適合自己的封裝膠需要考慮的因素也很多。

    （3）芯片的選擇：芯片不僅與整個(gè)LED的光效有關(guān)，還與散熱有很大關(guān)系。在芯片選擇上，有很多企業(yè)甚至是研究人員并沒有充分考慮芯片與熒光粉、封裝膠的匹配、芯片與基板的匹配等問題。

    （4）整體散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)用： 從前文可知，可用于COB封裝的散熱結(jié)構(gòu)很多，不過這些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都是根據(jù)最初所提出的散熱結(jié)構(gòu)改進(jìn)而來的。在實(shí)際生產(chǎn)中要運(yùn)用這些散熱結(jié)構(gòu)還有很多需解 決的問題，比如該結(jié)構(gòu)的散熱性能能否達(dá)到預(yù)期效果，散熱結(jié)構(gòu)加工的工藝復(fù)雜程度，散熱結(jié)構(gòu)的制造成本與客戶的接受程度是否一致等等。

    4、建議和展望

    針對(duì)COB存在的問題，提出如下解決建議：

    （1）基板： 企業(yè)要根據(jù)選擇的封裝芯片和產(chǎn)品的定位來選擇生產(chǎn)中所用到的基板。不同的芯片需要與不同的基板匹配才能有較好的散熱效果。*好的做法是根據(jù)芯片類型及發(fā)熱 情況定制基板。從目前企業(yè)的應(yīng)用情況及研究進(jìn)展來看，陶瓷基板性能比鋁基板更好。如企業(yè)定位的是高端產(chǎn)品，可選擇陶瓷基板。此外，市場上也出現(xiàn)了一些新型 基板，如銅基板、鏡面鋁基板及鍍銀鋁基板等，也可以選擇使用。

    （2）封裝膠：首先，要進(jìn)行市場調(diào)研，充分掌握市場上封裝膠的性能和價(jià)格差異。再者，要對(duì)采購的封裝膠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，便于更好地了解膠的性質(zhì)，特別是對(duì)于一些價(jià)格相對(duì)較低的膠要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)全面評(píng)估其性能。而且對(duì)不同批次的膠也要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定*佳的使用條件。

    （3）芯片：研究人員需要在充分掌握芯片與熒光粉、封裝膠及基板的匹配性基礎(chǔ)上，對(duì)芯片性能進(jìn)行全面評(píng)估。要對(duì)擬采用的芯片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比各類芯片在與熒光粉、封裝膠及基板的匹配上是否能達(dá)到所需要的光效及散熱性能。在綜合評(píng)估之后才能使最終使用的芯片達(dá)到*佳的效果。

    （4）結(jié)構(gòu)：如果企業(yè)具有水平較高的研究團(tuán)隊(duì)，可以嘗試自己研究特殊的散熱結(jié)構(gòu)并申請(qǐng)專利。這樣不僅可以防止他人仿制，還能增加自身產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。如果想降低成本，可以考慮使用傳統(tǒng)的封裝結(jié)構(gòu)，選擇適合的材料，也能保證產(chǎn)品質(zhì)量。

    近年來，COB封裝特別是大功率COB封裝得到了長足的發(fā)展，產(chǎn)品在市場上占有了一定份額。只要企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中不斷改進(jìn)產(chǎn)品性能，COB產(chǎn)品將會(huì)成為LED封裝產(chǎn)品的重要組成部分。