面向照明用光源的LED封裝技術(shù)探討

照明就是為人類(lèi)用眼睛感知世界和辨識物體提供光線(xiàn)。太陽(yáng)是天然廉價(jià)的最佳照明光源，在太陽(yáng)光照射不到的地方，人類(lèi)需要借助人工光源進(jìn)行照明。人類(lèi)對照明光源的使用，經(jīng)歷了從蠟燭、油燈、煤氣燈等簡(jiǎn)單光源，到愛(ài)迪生發(fā)明的白熾燈，再到熒光燈、鹵素燈、高壓鈉燈、金屬鹵素化燈、三基色熒光燈等電光源。各種電光源的出現，在給世界帶來(lái)了越來(lái)越多光明的同時(shí)，也帶來(lái)了越來(lái)越多的節能環(huán)保方面的問(wèn)題。20世紀90年代后期，白光LED的出現，使節能環(huán)保的固態(tài)照明成為可能。

LED具有高效節能、綠色環(huán)保、使用壽命長(cháng)、響應速度快、安全可靠和使用靈活等顯著(zhù)特點(diǎn)，已被公眾廣泛認可為繼煤油燈、白熾燈、氣體放電燈之后的第四代革命性照明光源。

從1962年第一只LED問(wèn)世至今的四十多年的時(shí)間里，LED的封裝形態(tài)發(fā)生了多次的演變。從60年代的玻殼封裝，到70年代的環(huán)氧樹(shù)脂封裝，到90年代中后期的四腳食人魚(yú)封裝、貼片式SMD封裝、大功率封裝、芯片集成式COB封裝等。隨著(zhù)大功率LED在半導體照明應用的不斷深入，其封裝形態(tài)在短短的幾年里已發(fā)生了多次的變化。

表1、各種照明光源的主要性能指標的比較

一、發(fā)展新型LED光源封裝形式，保證性能的前提下降低封裝、應用成本

LED封裝形態(tài)的每一次變化，都是因其應用領(lǐng)域需求的不同而做出的。走向未來(lái)照明的LED光源將會(huì )是什么樣子的？現有的LED封裝能否走向照明？要回答這個(gè)問(wèn)題，得弄清楚半導體照明對LED光源的需求。

從現階段的性能指標來(lái)看，LED已經(jīng)初步具備了進(jìn)入照明領(lǐng)域的能力。盡管目前的性能優(yōu)勢并不明顯，但隨著(zhù)外延、芯片技術(shù)的快速突破和封裝技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED作為照明光源的性能將遠優(yōu)于傳統光源的性能，這一前景是可以期待的。

LED光源要進(jìn)入照明領(lǐng)域，性能的優(yōu)劣只是前提，成本的高低才是真正的決定因素。在半導體照明發(fā)展的初期，著(zhù)力于追求性能是必須的；在半導體照明發(fā)展到一定階段，我們應將注意力轉移到如何在保證性能的前提下大幅度降低成本。因為我們要做的不只是小資們欣賞的藝術(shù)品，而是普通大眾都能接受的大宗商品。成品的高低決定著(zhù)LED作為光源對照明領(lǐng)域滲透率的高低。

商品成本的降低，一般有以下途徑：

材料降成本--在原有產(chǎn)品方案上壓供應商的材料價(jià)、降低材料等級或選用替代材料，最直接有效，但幅度有限，且存在一定的品質(zhì)風(fēng)險；

技術(shù)降成本--采用新的技術(shù)路線(xiàn)，改變原有產(chǎn)品方案，減少用料和制造環(huán)節，幅度客觀(guān)；

效率降成本--有賴(lài)于技術(shù)、設備和管理的進(jìn)步。

要降低LED光源的成本，以上途徑都要考慮，但首要考慮的是如何因應半導體照明的特點(diǎn)，打破傳統封裝觀(guān)念的約束，以新的技術(shù)方案來(lái)降低LED的封裝成本。

對傳統照明而言，一般都是采用“光源+燈具”的模式，光源的制造相對獨立于燈具。由于LED光源具有體積小、發(fā)強光和易于控制等的特點(diǎn)，故在應用中一般可根據照明效果的要求做出靈活的變化和選擇。對于半導體照明而言，LED光源與燈具的制造沒(méi)有明顯的界限，LED光源成本的降低應與照明系統的要求整體考慮。因此，LED光源的封裝方案應根據照明系統的驅動(dòng)電路、熱量管理、光學(xué)設計和結構設計等要求而做出，目的就是發(fā)展新型的LED光源封裝形式，在保證整體性能的前提下大幅度降低封裝和應用成本。

二、芯片集成COB光源模塊個(gè)性化封裝可能成為半導體照明未來(lái)主流封裝形式

LED有分立和集成兩種封裝形式。LED分立器件屬于傳統封裝，廣泛應用于各個(gè)相關(guān)的領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展，已形成了一系列的主流產(chǎn)品形式。芯片集成COB模塊目前屬于個(gè)性化封裝，主要為一些個(gè)案性的應用產(chǎn)品而設計和生產(chǎn)，尚未形成主流產(chǎn)品形式。

傳統的LED燈具做法是：LED分源分立器件→MCPCB光源模組→LED燈具，主要是由于沒(méi)有現成合適的核心光源組件而采取的做法，不但耗工費時(shí)，而且成本較高。實(shí)際上，我們可以將“LED光源分立器件→MCPCB光源模組”合二為一，直接將LED芯片集成在MCPCB（或其它基板）上做成COB光源模塊，走“COB光源模塊→LED燈具”的路線(xiàn)，不但省工省時(shí)，而且可以節省器件封裝的成本。

與分立LED器件相比，COB光源模塊在照明應用中可以節省LED的一次封裝成本、光引擎模組制作成本和二次配光成本。在相同功能的照明燈具系統中，實(shí)際測算可以降低30%左右的光源成本，這對于半導體照明的應用推廣有著(zhù)十分重大的意義。在性能上，通過(guò)合理的設計和微透鏡模造，COB光源模塊可以有效地避免分立光源器件組合存在的點(diǎn)光、眩光等弊端；還可以通過(guò)加入適當的紅色芯片組合，在不明顯降低光源效率和壽命的前提下，有效地提高光源的顯色性（目前已經(jīng)可以做到90以上）。在應用上，COB光源模塊可以使照明燈具廠(chǎng)的安裝生產(chǎn)更簡(jiǎn)單和方便，有效地降低了應用成本。在生產(chǎn)上，現有的工藝技術(shù)和設備完全可以支持高良品率的

OB光源模塊的大規模制造。隨著(zhù)LED照明市場(chǎng)的拓展，燈具需求量在快速增長(cháng)，我們完全可以根據不同燈具應用的需求，逐步形成系列COB光源模塊主流產(chǎn)品，以便大規模生產(chǎn)。

三、小型化貼片式LED也將是LED光源的另外一大主流產(chǎn)品

除了芯片集成的COB光源模塊有可能成為未來(lái)的半導體照明的主流封裝形式外，高性能、低成本、方便于大規模生產(chǎn)制造和安裝應用的小型化貼片式LED也將是LED光源的另外一大主流產(chǎn)品。個(gè)人認為，未來(lái)半導體照明的主要表現形式為：

平面照明--辦公場(chǎng)所或背光照明；

帶狀照明--裝飾照明；

燈具照明--替代傳統照明。

在平面照明產(chǎn)品中，芯片集成的COB光源模塊和貼片式LED的應用將并存；在帶狀照明產(chǎn)品中，貼片式LED將獨領(lǐng)風(fēng)騷；在燈具照明產(chǎn)品中，芯片集成的COB光源模塊的應用將成為主流。

總之，走向照明的LED光源將形成兩大主流形態(tài)--功能化的芯片集成COB光源模塊額小型化LED器件，低成本將是永恒的主題。誰(shuí)能率先打破傳統封裝的約束，開(kāi)發(fā)出符合半導體照明需求的LED光源，誰(shuí)就能占得產(chǎn)品的先機；誰(shuí)能夠在保證性能的前提下將成本做到極致，誰(shuí)就能把握未來(lái)LED光源的市場(chǎng)。