本文是第六期阿拉丁微課圖文實錄，想重溫課程的童鞋請收藏此文。

　　主題目錄　　

　　Part 1

　　LED器件的種類及進(jìn)化史

　　按照LED器件具體的應(yīng)用場合進(jìn)行區(qū)分，可分為4大類：背光、顯示、照明、裝飾。

　　有哪些LED的器件可以用在背光的場合?

　　我們比較熟悉的，最開始是在手機(jī)背光下所使用的Display LED，包含我們現(xiàn)在目前主要使用的SMD類的LED器件是用在電視背光上，或者在一些其他的背光場合利用。還有一個目前火熱的解決方案，CSP在背光領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了廣泛認(rèn)可。

　　在顯示類的產(chǎn)品應(yīng)用上主要是SMD類的RGB產(chǎn)品，還有一些直插的Display直插產(chǎn)品。這類應(yīng)用主要關(guān)注的是在顏色的集中性和多彩顏色的使用。

　　照明類產(chǎn)品主要是一些功率型器件，功率器件里面有High power類，還有SMD類的一些中功率和大功率的產(chǎn)品。這類器件目前主要在照明產(chǎn)品使用較多。隨著照明產(chǎn)品的模組化，可能有更多的模組化的產(chǎn)品逐漸推廣。

　　裝飾類應(yīng)用主要也是一些區(qū)分顏色的，主要是單色的。有Display，還有SMD類，同時還包含一些柔性的小型模組。　　

　　以下這長圖展示的是LED不同時期所具有代表性的一些器件。

　　1962年以來首個紅光LED投入市場，這標(biāo)志LED產(chǎn)業(yè)工業(yè)化的開始。

　　1971年隨著新的半導(dǎo)體材料的發(fā)展，LED有了更新的顏色，如綠色、橙色和黃色，LED的各類性能都在不斷地得到改善。

　　1993年，日本的科學(xué)家中村修二首先發(fā)明了第一個高亮的藍(lán)色LED，它具有非常有效率的一個藍(lán)色的出光效率，并且在綠色光譜范圍內(nèi)淡化加音的LED也開始出現(xiàn)。隨后通過熒光粉的一些改善和搭配，他設(shè)計了第一顆白色的LED。我們的LED從此開始進(jìn)入到白光時代，正式白光的LED是在1997年左右產(chǎn)生。

　　2007年，大功率的LED開始出現(xiàn)，最開始是由飛利浦公司開發(fā)大功率的第一顆K2產(chǎn)品。

　　在2008年—2009年左右，一些新型的LED封裝出現(xiàn)，比如COB，圖中所展示的這顆COB是夏普公司在2007年就已經(jīng)開始研發(fā)，2008年、2009年開始正式推入市場的一顆非常具有代表性的LED。

　　在2010年的時候白光的出光效率可以達(dá)到100流明每瓦，到2013年各類器件的發(fā)展種類就特別多，其中具有代表性的就是超大功率的LED。它不僅在功率上有所提升，在出光效率上的提升也非常明顯。

　　在2013年的時候CREE公司所生產(chǎn)的一些LED，當(dāng)時就已經(jīng)具有150流明每瓦的出光效率。

　　2014、2015年，LED光源在不斷的提升效率，我們今年可以看得到各大廠家爭相報道的第一件事就是光效的提高。目前各大產(chǎn)生均報道200lm/W的產(chǎn)品開始量產(chǎn)。

　　直插式LED的發(fā)展過程　　

　　最開始直插式的LED主要使用在電子產(chǎn)品的指示上面有一些8字節(jié)的LED產(chǎn)品。

　　隨著顯示屏的發(fā)展，一些點陣類產(chǎn)品就開始出現(xiàn)。最開始出現(xiàn)的是單色的點陣，然后就帶動了多彩的點陣，最終還有一些RGB的點陣的產(chǎn)生。

　　直插類比較有代表性的產(chǎn)品第一個就是草帽型的LED，它在指示上面使用的比較廣泛;第二就是功率更大一些的食人魚的LED，我相信大家都特別熟悉這一類的產(chǎn)品。

　　這一類的產(chǎn)品主要用在電腦鍵盤指示燈上面的一些紅、黃、綠色。在食人魚產(chǎn)品開發(fā)的過程當(dāng)中，用在汽車的高位剎車燈上面。

　　SMD類產(chǎn)品的發(fā)展

　　大家可能對SMD類LED特別熟悉，主要第一個就是LED3528產(chǎn)品，這是幾乎所有的封裝廠都做過的一種產(chǎn)品。

　　隨著照明和電視背光的產(chǎn)品這種應(yīng)用場合的出現(xiàn)，有5630的出現(xiàn);為了提升產(chǎn)品的散熱又有SMD3014。SMD3014產(chǎn)品主要是在底部的支架有更好的散熱特性。

　　在2012年左右，3528產(chǎn)品通過支架的改良，形成了SMD的2835器件。目前由于材料特性的耐溫越來越高，并且LED芯片技術(shù)的提升越來越高，單顆器件的功率和光效都有大幅提升。

　　5050產(chǎn)品，包含7070產(chǎn)品會有一個更大功率的提升。同時ORASM S5產(chǎn)品可以做到5瓦—8瓦，CREE 7070最高可以做到15瓦。

　　通過這些的產(chǎn)品的演變我們可以看得出來，在SMD類的產(chǎn)品上面功率會越來越大，并且其他輔助材料的技術(shù)開發(fā)會越來越強(qiáng)。隨著輔助材料的技術(shù)在提升，LED器件的整體性能也在提升。

　　大功率產(chǎn)品的發(fā)展　　

　　圖中列出了幾款比較具有代表性意義的產(chǎn)品，第一款是由飛利浦開發(fā)的K2，然后飛利浦的Rebel ES，包含它現(xiàn)在的LUXEON系列，底下是科銳公司有典型代替性的產(chǎn)品。

　　我們來看一下飛利浦公司兩款產(chǎn)品的對比，在前后飛利浦公司到底有一個什么樣的技術(shù)變化。　　

　　在K2產(chǎn)品上面我們可以看得到，在LED解剖圖上有銅柱，這是嵌入式的支架結(jié)構(gòu)。我們在底下這張圖上可以看出，LED采用的是植金球倒裝焊接。同時是采用了金線的鏈接方式，實現(xiàn)了電性導(dǎo)通。并且在倒裝芯片下面是有一個黑色的，我們在圖中看是黑色的，這是一個硅系的基底。

　　在Rebel ES這個系列上面我們可以非常清楚的看到，第一個明顯的特征是沒有了金線;第二個是沒有了底下的這個灰色的硅襯底。

　　再來看一下科銳公司前后非常具有代表性的兩款產(chǎn)品。　　

　　第一個是XRE系列的，我們在XRE系列同樣和飛利浦一樣使用打金線的方式實現(xiàn)了鏈接。同時也是有一款硅的襯底來連接LED。在圖中可以看出，在其他的區(qū)域之內(nèi)，都有LED熒光粉的分布。

　　再看一下XML這款產(chǎn)品，熒光粉涂附特別均勻，只是在LED芯片的正上方。通過XML這款產(chǎn)品的切面圖我們可以看出芯片的底也是沒有硅襯底。器件實現(xiàn)了更低熱阻和更輕薄化。

　　來看一下C0B產(chǎn)品的發(fā)展歷程　　

　　C0B產(chǎn)品如果按照分類來說，主要是以基板的材質(zhì)分類比較多。

　　我們在圖中可以看出4大類的產(chǎn)品，第一類是陶瓷基板，陶瓷基板主要是直接在陶瓷基板上面形成線路，采用正裝或者倒裝芯片進(jìn)行封裝。

　　第二類是壓合鏡面鋁基板，采用鏡面鋁基板和上面的FR4或者BT板進(jìn)行壓合在鏡面鋁上面進(jìn)行芯片的固定，采用芯片到芯片之間的焊接方式。首尾兩端焊接在上層PCB板上，最終實現(xiàn)電路的導(dǎo)通。

　　第三類是傳統(tǒng)的鋁基板上直接進(jìn)行封裝，這類封裝可能在目前中山一帶比較廣泛的盛行。目前也有看到采用倒裝芯片進(jìn)行直接在鋁基板上封裝的COB。

　　第四類算是集成類，有支架型的大功率COB集成封裝。采用銅和工程塑料形成支架，對不同的大功率芯片進(jìn)行集成封裝，形成單科50瓦，或者100瓦的器件。

　　Part 2

　　LED器件的評估方法

　　有很多器件廠商說，我們都通過了LM-80的測試報告，那是不是LM-80的測試報告就代表不需要再進(jìn)行評估?

　　個人覺得LM-80報告有3個不足之處：

　　1、未檢測器件的芯片尺寸。

　　2、未報備所用原料的批次號。

　　3、測試周期長和技術(shù)更新快的矛盾。　　

　　如果只是看LM-80的報告，個人覺得只能是一個壽命的測試，并不代表這個器件就是最適合我們所使用的。

　　作為使用者該如何評估?

　　LED器件我們最開始測試可能就能看得到這樣一張圖片，它包含了光圖、色差、以及其他參數(shù)。　　

　　在這些參數(shù)當(dāng)中我們需要關(guān)注的是：首先是光;其次是電;再其次是色。

　　當(dāng)然對于普通的運用這個關(guān)注的順序有可能不同。那我們這張圖可能在行業(yè)內(nèi)流傳的比較多，大家看這個報告看的也比較多，就不再一一解釋。

　　有條件的公司建議同時在測這個LED光譜測試報告時，測不同的溫度情況下的光譜，這樣可以看到LED在不同溫度情況下，它所表現(xiàn)出來的特性有哪些差異。我們可以通過這種穩(wěn)定性、或者熱態(tài)的測試來評估LED的熱穩(wěn)定特性。　　

　　評估LED的一些基礎(chǔ)的方法，或者說常規(guī)的方法有以上幾種。

　　高溫的工作壽命測試和高溫高濕的工作壽命測試，其次還有一個耐熱測試和冷熱沖擊，有條件的公司建議在這4類測試上面要著重加強(qiáng)。

　　高溫工作壽命測試主要是想模擬LED器件在整燈的環(huán)境上面所表現(xiàn)出來的個性參數(shù)，高溫高濕是有一些特殊場合應(yīng)用。比如說在一些有水汽的場合，我們可以看一下器件它對濕度的耐濕性。因為濕度對封裝的性能主要表現(xiàn)，可能是說在材料的吸水性和熒光粉的特性可以表現(xiàn)的比較多。

　　耐熱測試主要采用回流焊的方法，一般回流焊三次我們看它的功能區(qū)是否有黑化，或者說有環(huán)變。再看材料，支架之材料有沒有一些環(huán)變，有沒有一些剝離。同時可建議該器件的可使用性和可維修性。

　　所有的封裝廠可能最不愿意看到的就是發(fā)黑，發(fā)黑主要分為幾大類，第一類就像圖中所展示的，支架底部全面發(fā)黑;另外一類只有芯片一小部分發(fā)黑，其他地方并沒有發(fā)黑。這兩種發(fā)黑在我的工作經(jīng)驗當(dāng)中都有曾遇到，產(chǎn)生的方式是不一樣的。

　　我們可以看得到發(fā)黑的最根本的原因有兩種，第一個就是說LED的支架底部是含銀的。同時輔料中可能會有一些易揮發(fā)性的有機(jī)物，易揮發(fā)性的有機(jī)物有一個特性，可能是說它在LED芯片上面散發(fā)或者周圍產(chǎn)生的聚集特性比較多。

　　所以在封裝廠我們?nèi)绻幚磉@一類的事件時，首先要看整燈企業(yè)是否在輔料中有一些可揮發(fā)性的物質(zhì)，主要檢測粘接劑，也就是膠水類的產(chǎn)品;第二在電源的一些元器件深入也一要著重檢驗，看主要是否有硫。

　　為了避免事后再來檢驗，建議最開始對LED器件進(jìn)行一個拆解。那如何拆解才是比較好的，或者說拆解能看得到哪些東西?

　　通過切片實驗或者說暴力的拆解，直接把膠水剝開?？梢郧宄吹絃ED芯片的情況，LED支架的材質(zhì)。LED支架的金屬材質(zhì)，它是鐵支架還是銅支架，一看便知。

　　另外就是LED金線或者連接線的尺寸，如果有高倍的顯微鏡我們還可以看得到LED熒光粉的顆粒到底有多大。

　　這些報備起來才能我們保證根據(jù)使用的一個正確途徑。

　　Part 3

　　如何正確使用LED器件

　　一道多解題

　　怎么樣去解這道題?或者說我們來看一看大家在各個不同時間段采用了何種技術(shù)方法來實現(xiàn)。　　

　　這一顆燈泡是李嘉誠所投資的，采用的器件出乎我們所有人的預(yù)料，全部采用1瓦的大功率產(chǎn)品，實現(xiàn)了全周光，這顆光效也是被業(yè)界稱為最高光效的燈泡。

　　松下公司的實現(xiàn)方案是采用了一顆特殊的C0B?？其J公司也是用了它自己特有的大功率器件。飛利浦采用的是遠(yuǎn)程熒光粉激發(fā)，并且在加藍(lán)色的LED器件來實現(xiàn)這顆全周光的燈泡。

　　另外一個可能是我們最常見的在中山或深圳一帶，最常見的LED燈泡。

　　采用的一些SMD的器件。同時我們目前還有更大的方案，在燈絲上面，采用LED燈絲實現(xiàn)的全周光燈泡是目前比較火熱的一個燈泡。

　　一顆燈泡都有如此的解法，那對應(yīng)具體的燈具，我們到底該如何選器件，這個問題又?jǐn)[在了我們的頭上。對于線性燈具，或者面出光的燈具。

　　燈具的類型有一些明顯的特點，它的出光面積比較廣，采用一些透光罩。這些透光罩由于要對光進(jìn)行一些打散的作用，同時會產(chǎn)生一些色散。

　　那我們對器件的要求有哪些?我們這些器件要求色度集中度特別高，光譜一致性也比較高，不能出現(xiàn)有偏色和同色異譜的情況。

　　電壓的差異要小，因為我們尤其在面板燈上面，我們可能采用的是多并的方案，如果電壓差異比較大，不同的并會有一些不同的電流大小，這樣會明暗不均，單顆亮度會有一些偏低。這類燈具建議使用SMD類的低功率產(chǎn)品，采用多顆的布局可以實現(xiàn)。

　　對于筒燈、天花燈、或者吸頂燈這些泛光類的照明燈具。我們又該如何來挑選合適的器件?　　

　　線性燈具和面出光燈具：出光面廣、透光罩(面板)易產(chǎn)生色散。

　　器件要求：色溫集中度高，光譜一致性高、電壓差異小、單顆亮度低。

　　適用器件：SMD類低功率器件

　　Part 4

　　LED器件將有怎樣的“勢”

　　SMD類的逆勢上揚(集成化、材料提升)

　　支架材料耐溫提升

　　芯片集成

　　個人覺得SMD類的產(chǎn)品，它是屬于逆勢上揚的一個趨勢。SMD類的最開始是一個支架里面放一顆芯片，然后目前一個支架里面可以放兩顆甚至更多。

　　歐司朗的S8、H10，現(xiàn)在單顆都可以到15瓦，可以直接組成一個燈，這樣的發(fā)展是突破了SMD類的原本的一些特征，所以我給它定義為逆勢上揚。

　　同時在SMD支架最開始是由PPA過渡到PCT，然后目前EMC支架使用比較廣泛，SMC產(chǎn)品會逐步得到更廣泛的使用。

　　這些材料的特性，耐溫性會越來越高，這也驅(qū)動了我們單顆SMD類可以使用更高功率。

　　COB類的造勢而動

　　高光通密度

　　高色品質(zhì)

　　COB可以省去回流焊接和不同顆器件的貼片工序，以及它可以省去一個PCB板的設(shè)計，單顆燈只采用一個光源，它的色差也非常好控制。

　　那COB運用到今天它會擁有一個什么樣的發(fā)展趨勢?

　　我們可以看一下科銳的產(chǎn)品，通過科銳的產(chǎn)品來看得出COB類主要的一個方向。

　　第一，發(fā)光面會越來越小，發(fā)光面小就如同我們上面所說，是為了匹配更好的光學(xué)設(shè)計，二次光學(xué)的透鏡，更省成本、更容易實現(xiàn)小角度。第二，功率可能會越來越高，單位面積可輸出的光通量也會越來越高。

　　另外由于COB類主要是用在商業(yè)用途，對于色品質(zhì)的要求會越來越高。目前有部分公司它實現(xiàn)了一些專業(yè)的細(xì)分。比如歐朗特有專門照紅木家具、專門照蔬菜的，并且在鮮肉類的照明燈具也會用的越來越多。

　　COB類產(chǎn)品目前還有一個潛在的競爭對手，就是我們剛剛所說的，像歐司朗和飛利浦推出的一些中高功率的器件，單顆的SMD。

　　未來的COB可能在小瓦數(shù)上沒有太大的優(yōu)勢。

　　CSP出現(xiàn)的順勢而為

　　有無基板

　　出光角度

　　單顆、集成

　　應(yīng)用場合

　　CSP產(chǎn)品如果按照分類來說，主要可以分為兩類，第一類是有基板的;第二類是沒有基板的。那同時CSP產(chǎn)品的出現(xiàn)，也得益于LED芯片的發(fā)展。

　　CSP產(chǎn)品首先要采用倒裝芯片，這樣更利于它的貼裝和使用。三星公司推出的CSP，目前已經(jīng)有單顆往集成化方向發(fā)展。

　　同時CSP產(chǎn)品根據(jù)不同的應(yīng)用場合會有廣角度的和窄角度的CSP不同，目前也有部分廠家將CSP貼合成類似于COB的產(chǎn)品在應(yīng)用。

　　個人覺得這類應(yīng)用可能是一個方向，但不一定都能成功。主要取決于CSP的制造成本和貼裝的工藝，同時我相信CSP它是一個符合光源發(fā)展趨勢的。因為CSP更小、更薄，這就如同我們?nèi)魏坞娮赢a(chǎn)品它都會越來越小、越來越薄、越來越輕。期待未來CSP產(chǎn)品會給照明業(yè)界帶來更多的驚喜。

　　燈絲類的借勢發(fā)力

　　倒裝芯片的想象空間

　　基材的選擇

　　倒裝芯片的發(fā)展會讓燈絲具有了更多的想象空間，同時燈絲的基材選擇有藍(lán)寶石、有白陶瓷、有玻璃，甚至有一些柔性的PCB板，這樣會給我們更多的一些創(chuàng)意。

　　LED發(fā)展向來不是一個孤立的，它不論是材料的更替，還有元器件尺寸的更替以及封裝工藝的發(fā)展都會影響LED的一些發(fā)展。

　　但隨著LED的發(fā)展我們可以看得到，之前是在藍(lán)寶石襯底上面，或者說硅襯底，還有一些是氮化硅襯底。在這些襯底上面，LED再氮化鎵基可能會產(chǎn)生量子缺陷。

　　現(xiàn)在有一些公司在做氮化鎵襯底上面生產(chǎn)氮化鎵，可能大家也都知道，中村修二他目前的公司就在做這件事。那做這件事的好處是什么?減少了缺陷，它就能在外延層可以驅(qū)動更大的功率。

　　隨著線型燈具，線型電源的發(fā)展對于LED器件，尤其是單顆器件要求電壓越來越高。

　　采取高壓芯片的方法是非常值得借鑒的。

　　那LED從外延芯片端的發(fā)展會帶動下游的器件發(fā)展，我們目前可以看得到市面上有很多18伏、甚至45伏的單顆器件就采用了一顆芯片實現(xiàn)。并且隨著外延層的缺陷會減少，外延產(chǎn)生的光效率會越來越高，未來LED的光效會越來越高，甚至是否有一天LED全部都在發(fā)光，不再發(fā)熱也未可知。

　　除了基礎(chǔ)材料，在封裝工藝上面的發(fā)展，也會讓LED產(chǎn)生許多不同。最開始就如同直插類的產(chǎn)品，還有一些采用的是鋁線的鍵合，鋁線的超聲波楔形鍵合，這種焊接方法容易導(dǎo)致LED漏電產(chǎn)生。　　

　　隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，產(chǎn)生了球形的金絲焊接。這種焊接方法避免了LED芯片的漏電產(chǎn)生概率，具有更高的焊接可靠性。

　　目前還有一些公司采用的是倒裝焊接，倒裝焊接也分為兩類。第一類是植金球的倒裝焊;第二就是直接的金錫倒裝焊;還有一些采用是錫膏倒裝焊。

　　這些焊接方法為LED器件帶來的選擇也會越來越多，所以LED的種類也會越來越多。

　　在白光器件上面熒光粉的涂覆對LED器件會有很大的影響，那熒光粉主要的涂附方法可分為三種。第一類是灌封;第二類是噴涂;第三類采用熒光膜的方法。

　　第一類灌封我們可以看得到，在芯片的正上方熒光粉分布的較多在側(cè)邊分布的就很少。這個時候就容易產(chǎn)生色彩，熒光粉噴涂工藝就克服了灌封這種側(cè)邊會比較少，正邊比較多這樣的特性。

　　噴涂可以實現(xiàn)熒光粉在芯片的側(cè)邊和正面同厚度的一個技術(shù)，當(dāng)然采用熒光膜的方法可能會對器件的色品質(zhì)、顏色一致性會更好。不同種的熒光粉涂附方法會對器件的顏色產(chǎn)生不一樣的效果。

　　那LED器件最終會有一個怎么樣發(fā)展，目前可能看得到有很多不同的關(guān)鍵詞來概括LED器件的發(fā)展，模組化或者說CSP是否能一統(tǒng)天下，以及倒裝的C0B，光引擎或者高壓器件，有不同的應(yīng)用場合就會有不同的LED器件。

　　隨著應(yīng)用場合的細(xì)分，LED器件可能會變得越來越多，但通用化的產(chǎn)品種類會越來越少。細(xì)分會決定我們器件的未來，在圖片上最后一張是我們之前看到的松下的那一顆燈泡所采用的LED光源，如果按照標(biāo)準(zhǔn)化來說它完全就不是任何一個標(biāo)準(zhǔn)化的東西，它是一個特別定制化的器件。

　　所以細(xì)分才是決定LED器件發(fā)展的未來，不同的技術(shù)，不同的應(yīng)用場合最終會決定我們LED的發(fā)展。　　

　　鄧玉倉

　　具有9年LED封裝器件研發(fā)經(jīng)驗，對LED封裝產(chǎn)品和照明應(yīng)用的結(jié)合具有豐富的經(jīng)驗。關(guān)注LED可靠性分析和失效分析。在大型上市公司歷任光源工程師、研發(fā)部經(jīng)理等職位。

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