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面向照明用光源的LED封装技术探讨

发布时间:2020-07-21 17:18:51 阅读: 来源:堆高车厂家

照明就是为人类用眼睛感知世界和辨识物体提供光线。太阳是天然廉价的最佳照明光源,在太阳光照射不到的地方,人类需要借助人工光源进行照明。人类对照明光源的使用,经历了从蜡烛、油灯、煤气灯等简单光源,到爱迪生发明的白炽灯,再到荧光灯、卤素灯、高压钠灯、金属卤素化灯、三基色荧光灯等电光源。各种电光源的出现,在给世界带来了越来越多光明的同时,也带来了越来越多的节能环保方面的问题。20世纪90年代后期,白光LED的出现,使节能环保的固态照明成为可能。

本文引用地址:具有高效节能、绿色环保、使用寿命长、响应速度快、安全可靠和使用灵活等显着特点,已被公众广泛认可为继煤油灯、白炽灯、气体放电灯之后的第四代革命性照明光源。

从1962年第一只LED问世至今的四十多年的时间里,LED的封装形态发生了多次的演变。从60年代的玻壳封装,到70年代的环氧树脂封装,到90年代中后期的四脚食人鱼封装、贴片式SMD封装、大功率封装、芯片集成式COB封装等。随着大功率LED在半导体照明应用的不断深入,其封装形态在短短的几年里已发生了多次的变化。

表1、各种照明光源的主要性能指标的比较

一、发展新型LED光源封装形式,保证性能的前提下降低封装、应用成本

LED封装形态的每一次变化,都是因其应用领域需求的不同而做出的。走向未来照明的LED光源将会是什么样子的?现有的LED封装能否走向照明?要回答这个问题,得弄清楚半导体照明对LED光源的需求。

从现阶段的性能指标来看,LED已经初步具备了进入照明领域的能力。尽管目前的性能优势并不明显,但随着外延、芯片技术的快速突破和封装技术的不断进步,LED作为照明光源的性能将远优于传统光源的性能,这一前景是可以期待的。

LED光源要进入照明领域,性能的优劣只是前提,成本的高低才是真正的决定因素。在半导体照明发展的初期,着力于追求性能是必须的;在半导体照明发展到一定阶段,我们应将注意力转移到如何在保证性能的前提下大幅度降低成本。因为我们要做的不只是小资们欣赏的艺术品,而是普通大众都能接受的大宗商品。成品的高低决定着LED作为光源对照明领域渗透率的高低。

商品成本的降低,一般有以下途径:

材料降成本--在原有产品方案上压供应商的材料价、降低材料等级或选用替代材料,最直接有效,但幅度有限,且存在一定的品质风险;

技术降成本--采用新的技术路线,改变原有产品方案,减少用料和制造环节,幅度客观;

效率降成本--有赖于技术、设备和管理的进步。

要降低LED光源的成本,以上途径都要考虑,但首要考虑的是如何因应半导体照明的特点,打破传统封装观念的约束,以新的技术方案来降低LED的封装成本。

对传统照明而言,一般都是采用“光源+灯具”的模式,光源的制造相对独立于灯具。由于LED光源具有体积小、发强光和易于控制等的特点,故在应用中一般可根据照明效果的要求做出灵活的变化和选择。对于半导体照明而言,LED光源与灯具的制造没有明显的界限,LED光源成本的降低应与照明系统的要求整体考虑。因此,LED光源的封装方案应根据照明系统的驱动电路、热量管理、光学设计和结构设计等要求而做出,目的就是发展新型的LED光源封装形式,在保证整体性能的前提下大幅度降低封装和应用成本。

二、芯片集成COB光源模块个性化封装可能成为半导体照明未来主流封装形式

LED有分立和集成两种封装形式。LED分立器件属于传统封装,广泛应用于各个相关的领域,经过四十多年的发展,已形成了一系列的主流产品形式。芯片集成COB模块目前属于个性化封装,主要为一些个案性的应用产品而设计和生产,尚未形成主流产品形式。

传统的LED灯具做法是:LED分源分立器件→MCPCB光源模组→LED灯具,主要是由于没有现成合适的核心光源组件而采取的做法,不但耗工费时,而且成本较高。实际上,我们可以将“LED光源分立器件→MCPCB光源模组”合二为一,直接将LED芯片集成在MCPCB(或其它基板)上做成COB光源模块,走“COB光源模块→LED灯具”的路线,不但省工省时,而且可以节省器件封装的成本。

与分立LED器件相比,COB光源模块在照明应用中可以节省LED的一次封装成本、光引擎模组制作成本和二次配光成本。在相同功能的照明灯具系统中,实际测算可以降低30%左右的光源成本,这对于半导体照明的应用推广有着十分重大的意义。在性能上,通过合理的设计和微透镜模造,COB光源模块可以有效地避免分立光源器件组合存在的点光、眩光等弊端;还可以通过加入适当的红色芯片组合,在不明显降低光源效率和寿命的前提下,有效地提高光源的显色性(目前已经可以做到90以上)。在应用上,COB光源模块可以使照明灯具厂的安装生产更简单和方便,有效地降低了应用成本。在生产上,现有的工艺技术和设备完全可以支持高良品率的

OB光源模块的大规模制造。随着LED照明市场的拓展,灯具需求量在快速增长,我们完全可以根据不同灯具应用的需求,逐步形成系列COB光源模块主流产品,以便大规模生产。

三、小型化贴片式LED也将是LED光源的另外一大主流产品

除了芯片集成的COB光源模块有可能成为未来的半导体照明的主流封装形式外,高性能、低成本、方便于大规模生产制造和安装应用的小型化贴片式LED也将是LED光源的另外一大主流产品。个人认为,未来半导体照明的主要表现形式为:

平面照明--办公场所或背光照明;

带状照明--装饰照明;

灯具照明--替代传统照明。

在平面照明产品中,芯片集成的COB光源模块和贴片式LED的应用将并存;在带状照明产品中,贴片式LED将独领风骚;在灯具照明产品中,芯片集成的COB光源模块的应用将成为主流。

总之,走向照明的LED光源将形成两大主流形态--功能化的芯片集成COB光源模块额小型化LED器件,低成本将是永恒的主题。谁能率先打破传统封装的约束,开发出符合半导体照明需求的LED光源,谁就能占得产品的先机;谁能够在保证性能的前提下将成本做到极致,谁就能把握未来LED光源的市场。

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