LED模組化封裝成LED產業(yè)新趨勢

相比于傳統(tǒng)光源（比如熒光燈和白熾燈），LED在接近于理論轉換效率時，要比傳統(tǒng)光源的光效高出5-20倍。即使是現階段的量產光效，其水平也在2-15倍之間，同時結合到其指向性的優(yōu)點，此差距將會更大。由于發(fā)光原理的改變，其壽命也會比傳統(tǒng)光源高出很多。此外，由于LED還具備對健康和環(huán)境無危害等一系列的優(yōu)點，其在現階段已被公認為是下一代最為合適的光源。

為什么需要LED模組化封裝？

LED在現階段被用作照明產品，最直接和最簡單的應用莫過于用于替代（包含球泡燈與日光燈管的替代）。這相對來說也更容易被接受。除了節(jié)能以外，產品的外觀和效果都沒有明顯的改變。當然，在照明產品越來越個性化的今天，燈及燈具本身已經逐漸演變成為了光的質量指標。不過，在LED擁有諸多優(yōu)勢的時候，其也會存在一些不易被人們廣泛接受的因素，比如眩光與成本。對于大家更為習慣的燈具結構，由于LED在本質上存在著與傳統(tǒng)光源的區(qū)別（比如指向性），所以如今再用傳統(tǒng)燈具結構與之進行配合，其自身的特點將會被淹沒在對現有燈具的簡單取代之中。

舉一個簡單的例子：目前，市場上存在LED筒燈和LED球泡燈。在筒燈內需要放置光源，而對于傳統(tǒng)的照明而言，球泡燈就已經屬于一個光源。如果對應于當今的LED，球泡燈就已經屬于一個燈具結構。我們需要思考的問題是：當一個LED球泡燈安裝于傳統(tǒng)燈筒內時，安裝于LED球泡燈當中的光源能否直接被安裝于筒燈結構之中？答案是肯定的。而且，其成本效應也會較LED球泡燈直接安裝方式更優(yōu)。但此類應用的問題在于，當一個非標的光源結構出現在消費者面前時，消費者可能無法進行簡單的更換等。鑒于此種狀況，目前擺在光源制造企業(yè)面前的一個問題是：什么是一個標準的光源結構？

我們對此問題給出的答案是：由封裝的企業(yè)對光源進行模組化和標準化。只有將LED光源進行模組化和標準化，并且這一工作由目前的封裝企業(yè)來完成，在整個取代過程當中，成本才會被最優(yōu)化。以下將從幾點方面來簡單地描述模組LED在光源取代過程中的突出優(yōu)勢。

光源在可靠性方面的優(yōu)勢

作為LED封裝影響可靠性的前三大影響（熱影響、靜電影響、濕氣影響）之一的熱影響，是造成LED衰減的一個重要原因。以LED芯片適用的Arrhenius模型來看，LED的節(jié)溫每增加10℃，LED自身的壽命將隨之減少1半。

LED模組化封裝成LED產業(yè)新趨勢

當然，對于LED封裝來說，與壽命相關的因素還包括材料的特性。比如封裝膠材的透光率的下降，各光學材料的反射率降低等等，都會造成整體器件的光衰減。而這里影響最大的還是熱影響。

結合于LED封裝，溫升的重要解決方式是，降低各材料之間的熱阻和界面的熱阻。模塊化的封裝形式在結構上可以起到減少結合層和降低整體熱阻的效果。其結構如圖1所示。將圖1（a）和圖1（b）進行對比可以看出，當采用LED模組光源來組裝日光燈管時，熱阻僅由三個部分組成：芯片自身的熱阻、固晶材料的熱阻和燈管散熱系統(tǒng)的熱阻；而采用貼片類產品來組裝燈管時，熱阻則增加至六個部分：芯片自身的熱阻、固晶材料的熱阻、導線框架的熱阻、焊接材料的熱阻、導熱基板的熱阻和燈管散熱系統(tǒng)的熱阻。由此可見，采用LED模組光源可以在很大的程度上降低系列的整體熱阻。

光燈管的熱阻構成對比

對于濕氣影響而言，LED模組結構的設計變化引起裝配工藝隨之發(fā)生改變，這樣，將不再需要采用回流焊高溫制程，從而可減少回流焊過程中的高溫對封裝材質的潛在破壞。與此同時，所使用的材質種類也將變少，這樣可減少不同材質介面之間的水汽滲透，從而可減少其潛在的失效比率。因此，LED模組光源可使整個系統(tǒng)的壽命更加長久。

模組產品也可以通過整體線路上的防靜電設計來降低其在靜電方面的隱患。

光電參數方面的優(yōu)勢

一般的元器件光源產品大都會采用LED藍光芯片去激發(fā)不同的熒光粉，以得到較為飽和的光譜，從而提高光源的演色指數。但在目前階段，由于普通紅粉對于藍光的激發(fā)效率很低，而且熒光體之間存在著相互吸收，所以在提升演色指數同時，光源的光效將會降到很低。而對于模組光源而言，在模組中植入色光芯片（比如紅光、綠光等）可使整個光源的光譜變得飽和，從而實現較高的演色指數；另一方面，通過配合使用芯片與熒光粉，使芯片與熒光粉之間達到最佳的激發(fā)效率，可使光源的光效達到最大值（圖2）。再利用模組光源當中的其他芯片，與最佳激發(fā)效率的白光混光，將得到在黑體線之上的純正光色。因為色光芯片自身的光效要遠高于熒光體受激發(fā)時的光效，所以，在消除熒光粉互相吸收的同時，可提高光源的演色性。從而，可使光源的光效與演色性同時得到提升。

模組光源光譜構成分析

成本方面的優(yōu)勢

目前，整個LED行業(yè)都在為降低成本而持續(xù)努力。目前大部分的應用廠商都采用貼片LED來組裝各種燈具結構。正如前文所述，貼片LED相比于模組光源將采用更多的材質與制程，這些都是成本考慮的重要因素。在模組光源中，由于減少了很多貼片LED的材質（如鋁基板、焊接材料），以及制程當中的費用，從而可以大幅降低LED的應用成本。

模組光源根據標準的燈具產品進行設計，以及生產標準的模組光源，能夠極大地方便后端的應用廠商。由于模組光源已經具備了光學所需的陣列結構和電路的排布，所以其在后端能直接為終端照明廠商省去某些關鍵的材料及設備，比如PCB、鋁基板和貼片用焊接材料（如焊錫膏）等。由于光源的模組化，貼片設備也將在將來的LED照明時代變成非主流的生產設備（圖3）。

LED生產方式構成對比

再者，模組光源整體系統(tǒng)的低熱阻將給芯片的大電流操作提供基本的結構保證。在貼片類燈具的組裝過程中，整體熱阻將比模組類產品整體熱阻高出數十攝氏度不等，這樣能將提供給模組光源的操作電流提高20%甚至30%，這也是成本下降的最關鍵的因素之一（圖4）。