深度評測：四款品牌LED器件“免封裝”產(chǎn)品

　對整個LED照明產(chǎn)品的系統(tǒng)架構進行簡單化，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，臺灣廠商臺積電高調(diào)推出“免封裝”LED器件后，“免封裝”技術在業(yè)內(nèi)引起了一陣又一陣的騷動。據(jù)稱至少可為燈具客戶省下15%的封裝成本，并且具有集中性好，可信賴度高，光學控制靈活等優(yōu)勢，“免封裝”一時被戴上神秘的光環(huán)，也被業(yè)內(nèi)無數(shù)人“瞻仰”。

　　中國照明學會半導體照明技術與應用專業(yè)委員會秘書長唐國慶先生則曾指出，“免封裝器件“從叫法上有點聳人聽聞。所謂的“免封裝”，其實只是封裝形式發(fā)生改變，并非徹底的無封裝。相對于傳統(tǒng)支架結(jié)構的產(chǎn)品，其最大的特點為芯片采用倒裝結(jié)構，且芯片直接共晶焊接到封裝底部焊盤上，省略掉了傳統(tǒng)封裝結(jié)構的支架固晶、打線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)供應鏈服務有限公司技術總監(jiān)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，但還需要支架和膠水;而臺積電的PoD已經(jīng)沒有支架，也沒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，還是一個封裝過程，但常規(guī)封裝，需要固晶、焊線、點粉、封膠、烘烤、分光等過程。

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

　　本文選取業(yè)內(nèi)代表性廠商：晶元光電股份有限公司(以下簡稱“晶元光電”)、臺積固態(tài)照明公司(以下簡稱“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(以下簡稱“天電光電”)和飛利浦Lumileds(以下簡稱“Lumileds”)的倒裝芯片器件來作測試。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)實驗室對四款LED器件直接進行光電參數(shù)檢測。數(shù)據(jù)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LED-FPD工程技術研究開發(fā)中心對四款產(chǎn)品的整燈應用效果進行深入專業(yè)的分析。以期對“免封裝”器件和倒裝芯片器件的實際應用效果進行客觀呈現(xiàn)。

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

　　1、 因所采用的封裝大小不同，造成測試數(shù)據(jù)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(nèi)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(tǒng)進行熱阻和結(jié)溫的測量

　　2. 使用Instrument System CAS-140CT光電檢測系統(tǒng)進行常溫光電參數(shù)的測量

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

　　二、 樣品說明

　　測評的樣品均使用相同的燈座，四個廠家的燈珠如右下圖所示。其中：

　　1.臺積電提供了2個樣品，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個樣品，均為26x30mil芯片“免封裝”的1616燈珠;

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

　　4.天電光電提供2個樣品，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(shù)據(jù)均針對燈珠或燈珠模組而言。

　燈座外觀

　　三、 常溫下光特性表現(xiàn)對比

表1：常溫下光特性測量結(jié)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3：四款樣品的相關色溫和色品容差對比

　　相關色溫最高的是天電的3535，為3125K，同時它的色品容差也是最大，為5.9;相關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(jié)果

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

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

　　不同溫度下的電光轉(zhuǎn)換效率

　　表6：電光轉(zhuǎn)換效率隨環(huán)境溫度變化曲線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，其他廠家樣品隨著溫度變化，其WPE值變化均超過2%。

　　六、 綜合評價

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

　　四款廠家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，表明這四款廠家樣品沒有達到目前大功率LED模組在光效方面的主流先進水平(130lm/W)。

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

　　臺積電的樣品發(fā)光角度明顯大過其他樣品，更適合泛光照明等應用場合，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(xiàn)比較好，但價格和成本都比較高，批發(fā)價達到1.6~1.8美元/個樣品（即批發(fā)價每個樣品9.91元~11.2元）;而晶元免封裝樣品沒有達到預期的性能，所以目前免封裝樣品還存在性價比的問題，離實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(jié)果來看，綜合性能比較穩(wěn)定，尤其是Lumileds的樣品，據(jù)富昌透露，價格為6美分/顆（即371.9元/K）。由此可見，倒裝芯片在大功率LED燈珠中應用具備比較好的性價比。

　　雪萊特LED項目總監(jiān)張心雄先生和技術部經(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(xiàn)不錯，但倒裝芯片最終只會是一個過渡，如果能夠解決光效的瓶頸，無封裝將是未來封裝的發(fā)展方向?！?/p>