深度評測：四款品牌LED器件“免封裝”產(chǎn)品

　對整個(gè)LED照明產(chǎn)品的系統架構進(jìn)行簡(jiǎn)單化，是目前LED產(chǎn)業(yè)角力成本下降與性能提升的不二法則。自從2013年下半年，臺灣廠(chǎng)商臺積電高調推出“免封裝”LED器件后，“免封裝”技術(shù)在業(yè)內引起了一陣又一陣的騷動(dòng)。據稱(chēng)至少可為燈具客戶(hù)省下15%的封裝成本，并且具有集中性好，可信賴(lài)度高，光學(xué)控制靈活等優(yōu)勢，“免封裝”一時(shí)被戴上神秘的光環(huán)，也被業(yè)內無(wú)數人“瞻仰”。

　　中國照明學(xué)會(huì )半導體照明技術(shù)與應用專(zhuān)業(yè)委員會(huì )秘書(shū)長(cháng)唐國慶先生則曾指出，“免封裝器件“從叫法上有點(diǎn)聳人聽(tīng)聞。所謂的“免封裝”，其實(shí)只是封裝形式發(fā)生改變，并非徹底的無(wú)封裝。相對于傳統支架結構的產(chǎn)品，其最大的特點(diǎn)為芯片采用倒裝結構，且芯片直接共晶焊接到封裝底部焊盤(pán)上，省略掉了傳統封裝結構的支架固晶、打線(xiàn)bonding等步驟，但它仍然是封裝形式的一種。準確的講，應叫做“帶封裝器件”，也可以稱(chēng)為“芯片級封裝”。

　　而代理臺積電LED器件產(chǎn)品的深圳市寶聯(lián)供應鏈服務(wù)有限公司技術(shù)總監李修連也談到：“倒裝是將芯片直接焊裝在支架上，封裝完成后在把支架焊裝到電路板上，不需要打金線(xiàn)，但還需要支架和膠水;而臺積電的PoD已經(jīng)沒(méi)有支架，也沒(méi)有保護芯片用的膠水，就只是在芯片上做熒光粉鍍膜。也有人認為，芯片+熒光粉，還是一個(gè)封裝過(guò)程，但常規封裝，需要固晶、焊線(xiàn)、點(diǎn)粉、封膠、烘烤、分光等過(guò)程。

　　由此可知，倒裝芯片=傳統封裝-打金線(xiàn);帶封裝器件=傳統封裝-打金線(xiàn)-支架-膠水。那么省去了這些環(huán)節后，倒裝芯片器件及帶封裝器件最終性能如何?是否能真正滿(mǎn)足下游廠(chǎng)商對LED燈具的成本和性能要求?

　　本文選取業(yè)內代表性廠(chǎng)商：晶元光電股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“晶元光電”)、臺積固態(tài)照明公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“臺積電”)的“免封裝”LED器件，以及深圳市天電光電科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“天電光電”)和飛利浦Lumileds(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“Lumileds”)的倒裝芯片器件來(lái)作測試。其中，天電光電的LED器件采用的是三安光電的倒裝芯片。

　　此次評測由權威的第三方檢測機構中國賽西(廣州)實(shí)驗室對四款LED器件直接進(jìn)行光電參數檢測。數據如下（附件為清晰版）：

　　另外，此次還特別邀請了佛山市香港科技大學(xué)LED-FPD工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心對四款產(chǎn)品的整燈應用效果進(jìn)行深入專(zhuān)業(yè)的分析。以期對“免封裝”器件和倒裝芯片器件的實(shí)際應用效果進(jìn)行客觀(guān)呈現。

　　由于此次評測的樣品規格不一致，可比性不強，但目前“免封裝”與倒裝芯片的技術(shù)水平如何?可以給業(yè)界一個(gè)參考。此次評測中：

　　1、 因所采用的封裝大小不同，造成測試數據的差異性較大：Luxeon Q是3535、天電光電T1901PL 是3535;臺積電TR5A是2020的封裝，晶電本次評測的ELC則是1616;

　　2、 晶電ELC1616內使用的是一般中功率(2630)芯片，因封裝體的特殊設計，配合封裝材料的高耐溫性以及良好的導熱設計，可承受1W的操作。

此次四款樣品在整燈應用效果的評測分析由佛山香港科大研發(fā)中心資深工程師馮子成、石金玉、金曙光完成。以下為完整的檢測分析報告：

　　一、 測試設備

　　1. 使用MicRed T3Ster? 系統進(jìn)行熱阻和結溫的測量

　　2. 使用Instrument System CAS-140CT光電檢測系統進(jìn)行常溫光電參數的測量

　　3. 使用光源近場(chǎng)測角光度儀(SIG-400)進(jìn)行近場(chǎng)分布測量(發(fā)光角度及配光曲線(xiàn))

　　二、 樣品說(shuō)明

　　測評的樣品均使用相同的燈座，四個(gè)廠(chǎng)家的燈珠如右下圖所示。其中：

　　1.臺積電提供了2個(gè)樣品，均為3顆44x44mil芯片“免封裝”的2020串聯(lián)燈珠;

　　2.晶元光電提供了3個(gè)樣品，均為26x30mil芯片“免封裝”的1616燈珠;

　　3.Lumileds提供了2個(gè)樣品，均為采用倒裝40x40mil芯片的3535燈珠;

　　4.天電光電提供2個(gè)樣品，均為采用三安光電倒裝45x45mil芯片的3535燈珠。

　　5.以下樣品及測試數據均針對燈珠或燈珠模組而言。

　燈座外觀(guān)

　　三、 常溫下光特性表現對比

表1：常溫下光特性測量結果

　　由表1可知，除晶元的1616外，其余3款樣品的光通量、Ra都比較相近，其中臺積電的2020X3光效最高。

　　表2：四款樣品的光通量和光效對比

　　由表2可知，光通量最高的是天電光電的3535，為101.0lm，光通量最低的是晶元的3535，為94.4lm;光效最高的是臺積電的2020X3，為104.3lm/W;晶元的光效也是最低，為83.1lm/W。

　　表3：四款樣品的相關(guān)色溫和色品容差對比

　　相關(guān)色溫最高的是天電的3535，為3125K，同時(shí)它的色品容差也是最大，為5.9;相關(guān)色溫最低的是晶元的1616，為2756K;色品容差最低的是Lumileds的3535，為1.2。

　　表4：四款樣品的Ra和R9對比

　　由表4可知，Ra最高的是臺積電的2020X3，為82.6，最低的是晶元的1616，為80.3，同時(shí)它的R9最低，為-3;R9最高的是Lumileds的3535，為14。

　　四、 常溫下熱特性對比

　　表5：四款樣品熱特性測量結果

　?。ㄗⅲ哼@套設備的結溫是直接測量得出的量（溫差+環(huán)境溫度），整個(gè)系統的熱阻也是直接測量得出的，但燈珠熱阻只能通過(guò)結構函數的劃分而得到的。）

　　由表格可以看出，臺積電樣品的結溫和熱阻比其他廠(chǎng)家的樣品更低，晶元的樣品熱阻比其他廠(chǎng)家的高出3倍以上。

　　不同溫度下的電光轉換效率

　　表6：電光轉換效率隨環(huán)境溫度變化曲線(xiàn)WPE[%]

　　臺積電樣品的WPE值較高，且受溫度影響不大;緊隨其后的是Lumileds的樣品，其他廠(chǎng)家樣品隨著(zhù)溫度變化，其WPE值變化均超過(guò)2%。

　　六、 綜合評價(jià)

　　最后，負責此次檢查的資深工程師馮子成表示：四款廠(chǎng)家LED模組樣品性能均滿(mǎn)足室內照明對色品性能的要求，即要求顯色指數在80以上，色品容差小于7SDCM。實(shí)測四款廠(chǎng)家樣品的相關(guān)色溫主要集中在2750K至3100K，顯色指數均大于80，色品容差都控制在6SDCM內，最小色品容差是Lumileds的2SDCM內。另外，雖然晶元的LED模組樣品顯色指數達到80.3, 但R9<0, 為-3，影響了該樣品的顯色表現。

　　四款廠(chǎng)家LED模組樣品的光效平均為94.5lm/W, 光效最高的為臺積電的2020X3，達到104.3lm/W，表明這四款廠(chǎng)家樣品沒(méi)有達到目前大功率LED模組在光效方面的主流先進(jìn)水平(130lm/W)。

　　所有樣品隨著(zhù)工作環(huán)境溫度的增加(25℃à85℃)，光通量、電光轉換效率、光效均呈現下降趨勢，其中晶元和天電樣品下降較多;所有樣品隨著(zhù)工作環(huán)境溫度的增加(25℃à85℃) ，色溫呈現上升趨勢，其中晶元樣品色溫上升較大，但在50K以?xún)?臺積電的樣品在以上多項熱相關(guān)的測試中，熱特性方面表現較為突出，熱阻小、結溫低，不同溫度下的WPE維持率和光效維持率都比其他廠(chǎng)家的樣品優(yōu)秀。

　　臺積電的樣品發(fā)光角度明顯大過(guò)其他樣品，更適合泛光照明等應用場(chǎng)合，其他三款樣品發(fā)光角度相接近。臺積電為免封裝的樣品，各方面表現比較好，但價(jià)格和成本都比較高，批發(fā)價(jià)達到1.6~1.8美元/個(gè)樣品（即批發(fā)價(jià)每個(gè)樣品9.91元~11.2元）;而晶元免封裝樣品沒(méi)有達到預期的性能，所以目前免封裝樣品還存在性?xún)r(jià)比的問(wèn)題，離實(shí)際應用還有一段距離。

　　Lumileds和天電光電為倒裝芯片的3535燈珠樣品，從測試結果來(lái)看，綜合性能比較穩定，尤其是Lumileds的樣品，據富昌透露，價(jià)格為6美分/顆（即371.9元/K）。由此可見(jiàn)，倒裝芯片在大功率LED燈珠中應用具備比較好的性?xún)r(jià)比。

　　雪萊特LED項目總監張心雄先生和技術(shù)部經(jīng)理湯勇軍先生在本次評測中，對新世紀LED評測室提供了大力協(xié)助。湯勇軍表示：“目前“免封裝”的樣品光效還是偏低，目前普通的SMD可以做到至少110~120LM/W, 而此次“免封裝”樣品測得的光效僅為70lm/w~80lm/w, 遠遠不能滿(mǎn)足燈具的光效要求。其中兩款倒裝芯片在光效和散熱方面都表現不錯，但倒裝芯片最終只會(huì )是一個(gè)過(guò)渡，如果能夠解決光效的瓶頸，無(wú)封裝將是未來(lái)封裝的發(fā)展方向?！?/p>