面向照明用光源的LED封裝技術探討

照明就是為人類用眼睛感知世界和辨識物體提供光線。太陽是天然廉價的最佳照明光源，在太陽光照射不到的地方，人類需要借助人工光源進行照明。人類對照明光源的使用，經歷了從蠟燭、油燈、煤氣燈等簡單光源，到愛迪生發明的白熾燈，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，在給世界帶來了越來越多光明的同時，也帶來了越來越多的節能環保方面的問題。20世紀90年代后期，白光LED的出現，使節能環保的固態照明成為可能。

LED具有高效節能、綠色環保、使用壽命長、響應速度快、安全可靠和使用靈活等顯著特點，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問世至今的四十多年的時間里，LED的封裝形態發生了多次的演變。從60年代的玻殼封裝，到70年代的環氧樹脂封裝，到90年代中后期的四腳食人魚封裝、貼片式SMD封裝、大功率封裝、芯片集成式COB封裝等。隨著大功率LED在半導體照明應用的不斷深入，其封裝形態在短短的幾年里已發生了多次的變化。

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封裝形態的每一次變化，都是因其應用領域需求的不同而做出的。走向未來照明的LED光源將會是什么樣子的？現有的LED封裝能否走向照明？要回答這個問題，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看，LED已經初步具備了進入照明領域的能力。盡管目前的性能優勢并不明顯，但隨著外延、芯片技術的快速突破和封裝技術的不斷進步，LED作為照明光源的性能將遠優于傳統光源的性能，這一前景是可以期待的。

LED光源要進入照明領域，性能的優劣只是前提，成本的高低才是真正的決定因素。在半導體照明發展的初期，著力于追求性能是必須的；在半導體照明發展到一定階段，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品，而是普通大眾都能接受的大宗商品。成品的高低決定著LED作為光源對照明領域滲透率的高低。

商品成本的降低，一般有以下途徑：

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

技術降成本--采用新的技術路線，改變原有產品方案，減少用料和制造環節，幅度客觀；

效率降成本--有賴于技術、設備和管理的進步。

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，打破傳統封裝觀念的約束，以新的技術方案來降低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、發強光和易于控制等的特點，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電路、熱量管理、光學設計和結構設計等要求而做出，目的就是發展新型的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光源模塊個性化封裝可能成為半導體照明未來主流封裝形式

LED有分立和集成兩種封裝形式。LED分立器件屬于傳統封裝，廣泛應用于各個相關的領域，經過四十多年的發展，已形成了一系列的主流產品形式。芯片集成COB模塊目前屬于個性化封裝，主要為一些個案性的應用產品而設計和生產，尚未形成主流產品形式。

傳統的LED燈具做法是：LED分源分立器件→MCPCB光源模組→LED燈具，主要是由于沒有現成合適的核心光源組件而采取的做法，不但耗工費時，而且成本較高。實際上，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，不但省工省時，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十分重大的意義。在性能上，通過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光、眩光等弊端；還可以通過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（目前已經可以做到90以上）。在應用上，COB光源模塊可以使照明燈具廠的安裝生產更簡單和方便，有效地降低了應用成本。在生產上，現有的工藝技術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LED照明市場的拓展，燈具需求量在快速增長，我們完全可以根據不同燈具應用的需求，逐步形成系列COB光源模塊主流產品，以便大規模生產。

三、小型化貼片式LED也將是LED光源的另外一大主流產品

除了芯片集成的COB光源模塊有可能成為未來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品。個人認為，未來半導體照明的主要表現形式為：

平面照明--辦公場所或背光照明；

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；在帶狀照明產品中，貼片式LED將獨領風騷；在燈具照明產品中，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--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。誰能率先打破傳統封裝的約束，開發出符合半導體照明需求的LED光源，誰就能占得產品的先機；誰能夠在保證性能的前提下將成本做到極致，誰就能把握未來LED光源的市場。