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行電氣連接的LED封裝技術。其可以在一個很小的區(qū)域內(nèi)封裝幾十甚至上百個芯片，最后形成面光源。與點光源封裝相比，COB面光源封裝技術具有價格低廉(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、封裝工藝技術成熟等優(yōu)點。
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。對于大功率COB封裝，散熱是影響其長期可靠性的至關重要的因素。COB封裝產(chǎn)品結點溫度升高會降低LED的整體效率，降低正向電壓，導致發(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，大多數(shù)研究者是先提出結構模型，并通過軟件(有限元分析軟件ANSYS、計算流體力學軟件CFD等)模擬一定條件下整個封裝結構的散熱過程及各部位的溫度，再進行實驗驗證模擬結果。此外，影響大功率COB封裝性能的一個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)勢是價格低廉。下表1對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到98%以上，其中道康寧公司的OE-6550硅膠的透光率達到100%，且折射率達到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，但缺點是價格昂貴(售價5700~6800元/kg)。
對比性能還可以看出，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封裝的研究進展
COB集成式封裝相對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到基板上再通過基板傳導到外殼。而大功率COB封裝中，多個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。針對這點，國內(nèi)外眾多研究者在軟件模擬的基礎上對COB封裝散熱進行了研究。
(1)蘭海等利用有限元熱仿真模擬的方法對COB封裝過程中常用的金屬基板和陶瓷基板進行分析，得到的結論是，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)馬建設等利用TracePro軟件仿真和實驗在同時考慮熒光粉涂覆方式和反光杯結構的條件下分析了影響COB封裝LED發(fā)光性能的主要因素，研究結果表明，利用角度為30°、杯深略大的圓錐形反光杯進行封裝，產(chǎn)品發(fā)光性能較好，采用熒光粉遠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構(如下圖1)，采用TracePro對該結構進行模擬，結果表明，器件可實現(xiàn)特定的光學分布，并且出光效率高于90%。
(4)姜斌等提出了3種LED COB封裝方法，封裝結構分別為COB-Ⅰ、COB-Ⅱ和COB-Ⅲ，示意圖如下圖2。有限元模擬和實驗測量結果表明，COB-Ⅲ的芯片結溫比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-HanWu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軟件模擬和實驗測定結果表明，芯片間距越大，結溫越低、光通量和發(fā)光效率越高，并且結溫最大值與最小值之間相差3.12℃。
6)Jae-KwanSim等提出采用低溫共融陶瓷進行LED COB封裝(LTC-CCOB)(封裝結構模型示意圖如下圖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，實驗對比分析了它與SMD-COB封裝形式(如下圖3(b))的性能參數(shù)，結果表明：LTCC-COB封裝的電致發(fā)光峰值強度是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ChangKeunLee等也研究了LTCC-COB封裝的散熱性能，其LED封裝結構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FluentV.6.3)研究了LED模組的熱性能，軟件模擬的結果與實驗結果一致，結果表明：整個基板的熱阻有49%~58%來自于MCPCB的熱阻;實驗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)YuHui等研究了一種新型的LED晶圓級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準備好帶有引線的硅基片;②利用焊線設備將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)。實驗結果表明：該形式的COB封裝實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)FengWeifeng等開發(fā)了一種能直接利用100V交流電的大功率陶瓷COB LED模組(如下圖4)，該模組中有40顆LED芯片使其可直接在110V交流電下工作。
(10)Ming-TeLina等提出一種可用于大功率光電半導體封裝的W5II型LED垂直封裝結構(如下圖5)，對其熱模擬結構、制造工藝和熱性能進行了計算，用熱阻的測量值表征W5II的散熱性能，同時還測定了其光電特性，結果表明：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-HuaHorng等設計了一種雙層散熱LED封裝結構(如下圖6)，第1層是利用杯狀薄銅片散熱，通過銅片和藍寶石直接接觸以增強芯片散熱，第2層是采用AgSnCu合金焊料和高熱導率的MCPCB，再用一層薄的金剛石層代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絕緣層，實驗結果顯示：添加的復合焊料對降低LED熱阻具有很好的效果，同時避免了熱量集聚的現(xiàn)象。
(12)WangC.等介紹了一種LED模組封裝結構的制造方法，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-82075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)YinLuqiao等設計、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)和電試驗法評價了該LED模組的熱學性能，軟件模擬和實驗結果均表明：以AlN為基板的LED模組熱學性能優(yōu)于其他兩種基板材料，并且發(fā)光性能最好。
3、大功率COB封裝存在的問題
COB技術經(jīng)過一段時間的沉靜，現(xiàn)在又逐漸被很多廠家應用，但還存在一些亟待解決的問題。
(1)基板的選擇：基板的散熱性能對整個封裝體系的散熱起到關鍵作用。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)選擇這兩種基板時需要考慮的因素較多。
(2)封裝膠的選擇：封裝膠對于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)廠商會用到的環(huán)氧樹脂膠，尤其是大功率LED封裝，有機硅樹脂已經(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LED的光效有關，還與散熱有很大關系。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)整體散熱結構的設計和運用：從前文可知，可用于COB封裝的散熱結構很多，不過這些結構的設計都是根據(jù)最初所提出的散熱結構改進而來的。在實際生產(chǎn)中要運用這些散熱結構還有很多需解決的問題，比如該結構的散熱性能能否達到預期效果，散熱結構加工的工藝復雜程度，散熱結構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。最好的做法是根據(jù)芯片類型及發(fā)熱情況定制基板。從目前企業(yè)的應用情況及研究進展來看，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，要進行市場調(diào)研，充分掌握市場上封裝膠的性能和價格差異。再者，要對采購的封裝膠進行實驗，便于更好地了解膠的性質(zhì)，特別是對于一些價格相對較低的膠要進行實驗全面評估其性能。而且對不同批次的膠也要進行實驗，以確定最佳的使用條件。
(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上，對芯片性能進行全面評估。要對擬采用的芯片進行實驗，對比各類芯片在與熒光粉、封裝膠及基板的匹配上是否能達到所需要的光效及散熱性能。在綜合評估之后才能使最終使用的芯片達到最佳的效果。
(4)結構：如果企業(yè)具有水平較高的研究團隊，可以嘗試自己研究特殊的散熱結構并申請專利。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)的封裝結構，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)在實際生產(chǎn)中不斷改進產(chǎn)品性能，COB產(chǎn)品將會成為LED封裝產(chǎn)品的重要組成部分。
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