LED封装结构的未来发展趋势 - 全文

　　摘要：1998年前，LED封装结构比较单一，主要以小功率LAMP系列为主。而2000年以来，随着SMD系列产品的诞生，不断有新的LED封装结构出现。与此同时，LED封装结构主要根据应用产品的需求而改变。

　　19世纪初第一个具有实际意义的LED被发明出来，但因其亮度无法达到商业化应用要求，没有被广泛使用。直到19世纪70年代末红绿光LED出现，特别是80年代橙光、黄光等相继诞生后，LED才逐渐得到广泛的使用。

　　1998年前，LED封装结构比较单一，主要以小功率LAMP系列为主。2000年以来，随着SMD系列产品的诞生，不断有新的LED封装结构出现。同时，LED封装结构主要根据应用产品的需求而改变。

　　商业化LAMP系列产品始于1976年，盛行于1995年。随着LAMP系列白光、显示屏系列LAMP光源被批量生产后，LAMP系列使用达到了顶峰。LAMP系列代表性产品有：￠10、￠8、￠5、￠3、546椭圆形、346椭圆形、￠4.8钢盔形、￠4.8草帽、￠2 奶嘴形、￠1.8小蝴蝶形、方形无帽沿、墓碑形。根据LAMP系列产品结构、发光角度、亮度、发光颜色等不同，早期LAMP系列主要应用于指示灯、圣诞灯，后来随着技术的提升，LAMP系列产品逐渐被广泛应用于背光、景观亮化、道路交通指示、室内照明和户外显示屏。

　　2004年以前，SMD产品以chip系列为主，其主要代表产品为0805、0603、1206、0605、0604、1210、0402 等，产品主要应用于背光、手机按键、指示、户内早期显示屏。2004年后，SMD系列产品中TOP系列产品逐渐占主导地位，部分应用领域均被TOP系列替代（2009年后室内显示屏光源0805系列已经被3528取代），早期具有代表性的是3528、5050，后续发展到3020、3014、020、010、5630、5730等，产品主要应用于灯饰/灯带、户内显示屏、室内照明等。

　　

　　图1 LED发展进程变化图

　　2003年，大功率封装在中国部分企业就已经开始研发，但直到2005年才陆续出现商业化生产，2007年后，大功率封装被广泛推广，大部分LED封装企业逐渐引进生产设备。2010年中国LED封装产业引来投资热潮的同时，大功率封装投资也进入顶峰时期。截至2011年年底，中国LED封装企业基本上能生产大功率封装产品。

　　大功率发展早期以1W为主，后来逐渐发展为3W、2W、5W、7W，从无透镜到有透镜，从无基板到有基板，大功率封装结构发生质的变化。具有代表性的产品规格有：1W无铝基板/1W加铝基板/3W无铝基板/3W加铝基板/3W条形大功率/3W模组大功率/3W 7090大功率/3W四脚大功率/3W四脚大功率/3W六脚大功率/3W六脚大功率/5W系列/7W系列。

　　大功率产品自发展以来主要以照明为主，截至2012年5月大功率产品应用领域有：户外功能性照明、景观照明/亮化、植物照明、建筑照明等需求高功率的场所。

　　因市场对灯珠亮度的需求不断提高，单颗大功率灯珠已经无法满足要求。为满足市场需求，应用厂商采用多颗1W灯珠提高亮度的方案，但此方案会造成成本过高、面积增大，不利于生产，因此另一种能提高亮度的封装形式--集成/COB封装便应运而生，且逐渐被市场认可。

　　最初的商业化集成封装在2007被应用于建筑照明，但由于其散热技术较难突破，2007～2009年期间集成封装整体发展较慢，2010年后，由于在散热方面得到了妥善的解决，集成封装才逐渐正式被大众接受；COB封装在2008年就开始生产，但直到2009年底，COB封装的产品仍然无法达到相应的效果，且散热问题依旧无法解决，很多企业减缓研发和生产。2010年下半年开始，COB封装散热问题也得到了妥善的解决，高功率照明、球泡灯对COB需求逐渐升温，且随着封装工艺技术的不断提升，COB封装成本低、光效高的优势逐渐显现，目前COB封装已被各大封装企业认可。

　　无论是集成封装还是COB封装，其应用领域基本类似，主要应用于高功率照明，如户外照明、建筑照明、景观亮化等。但COB封装因其特有的封装方式和散热模式，应用领域相对广泛，目前也有部分室内照明产品采用COB封装产品。

　　经过40多年的发展，中国LAMP引脚式LED光源（φ3mm、φ5mm）和贴片式SMD光源已成为一种标准产品，随着芯片技术的提升和应用市场的需要，为了利用自动化组装技术并降低制造成本，大功率光源、集成/COB光源亦应运而生。在市场需求的刺激下，大功率LED封装体积也越来越小、越来越薄，以提供更广阔的应用产品设计空间。

　　SMD系列数量占比快速提升

　　从2005年以来，中国市场上常见的LED封装结构超过了100多种。其中LAMP系列产品有多达40多种结构，SMD系列达到30多种结构，功率型封装、集成封装、COB集成封装系列约30多种结构。同时，各类结构产品数量占比每年均有所变化。

　　

　　图2 2005年5月份以来中国LED封装各产品数量占比情况

　　

　　图3 2011年5月中国LED封装各类产品数量占比情况

　　

　　图4 2012年5月中国LED封装各类产品数量占比情况

　　数据说明：

　　·大功率、集成封装、COB封装均换算成1W单颗灯珠计算；SMD系列、LAMP系列数量按单颗计算。

　　·所统计的数据主要以中国LED封装企业生产的数量为主。

　　2012年5月中国LED封装各类产品数量占比与2011年同期相比变化较明显，其中SMD、大功率封装、集成封装、COB集成封装将是未来市场需求的重点，特别是大功率封装、集成封装、COB集成封装产品。图3、图4分别是2011年5月和2012年5月中国各类LED封装产品数量占比情况。（说明：以上数据仅指中国本土企业，不包含外资企业。）

　　2011年中国LED封装各类结构产品占比变动较为明显，其中，SMD及大功率、集成封装和COB封装数量占比显现递增，LAMP系列显现递减现象。各系列LED封装产品数量占比变化较明显的主要原因为：

　　·LAMP系列相对SMD系列、大功率封装、集成封装、COB封装系列产品毛利率更低，大部分企业转行生产SMD等系列产品。高工LED产业研究所（GLII）调查发现，2012年5月份LAMP系列平均毛利率只有21%，SMD系列毛利率为25%以上，大功率封装毛利率24%，而集成封装、COB封装系列毛利率均高于35%。

　　·LAMP系列不但毛利率低，而且生产工艺较为复杂，生产成本相对较高。在白光系列中，SMD系列生产工艺比LAMP系列更为简单，SMD系列在应用领域中自动化生产更为便利，使用更广泛。

　　·SMD与LAMP系列在封装工艺中LAMP系列较为复杂，这主要体现在中端生产（中端生产主要指点胶/灌胶到分光分选之前的工序）。SMD系列中端工序主要有点胶、烘烤、切脚三个生产工序，简单而生产效率高；而LAMP系列中端工序主要有荧光粉点胶、烘烤、灌胶、烘烤、一切、排测、二切七个生产工序，复杂而效率低。工序复杂，生产效率低导致生产成本高而不下，企业选择简单而效率高的SMD产品是增加毛利率的最佳选择之一。

　　·新增企业中以生产SMD系列、单芯大功率、集成封装、COB封装产品为主。

　　2009-2011年期间新增加的中国LED封装企业有400多家，仅有不足5%的企业涉及生产LAMP系列产品，95%以上企业以生产SMD系列、集成封装、COB封装产品为主。

　　·LAMP系列整体散热、发光效率不如SMD系列，某些应用领域逐渐被SMD取代。

　　2009年以前，LED照明灯具使用的光源主要以LAMP系列为主，但因客户需求，SMD系列逐渐取代LAMP系列成为LED照明灯具的主要光源。

　　从高工LED产业研究所（GLII）对中国LED室内照明、LED户外照明、其他LED应用产品中调查发现，目前室内照明和户外照明已基本没有LAMP系列光源，而其他应用产品中如景观类、户外显示屏产品使用LAMP系列产品占比仍较大。不过，景观类和户外显示屏最近几年使用SMD 系列产品的比例也在逐渐上升。

　　● LAMP系列和SMD系列均为中小功率，高功率应用场合无法使用。大功率封装、集成封装、COB封装成为目前高功率光源的唯一选择。特别是随着户外功能性照明、景观照明、建筑照明的广泛使用，高功率光源需求将持续提升。大功率封装、集成封装、COB封装数量占比将逐渐增加，特别是产值规模占比提升将更为明显。

　　综合以上因素，中国LED封装系列产品中，LAMP系列在今后几年数量占比将持续下降，集成封装、COB封装、大功率封装、SMD封装数量占比持续增加，特别是SMD系列数量占比提升将较为明显。

　　未来LAMP系列产品不会消亡

　　LAMP系列数量占比虽持续下降，但不会被全部取代，这主要和LAMP系列产品自身的特有结构和某些特殊的应用领域有直接关系。

　　LAMP系列产品的应用领域包括：圣诞灯饰、景观灯饰、指示、特殊小角度应用领域等，这些应用领域均不适合SMD系列、大功率等产品。

　　SMD系列、大功率封装、集成封装、COB封装的产品发光角度都比较大，且角度较单一。封装胶水大部分为硅胶，软而易于吸附灰尘，影响光强度的同时，因胶体较软更易受外力挤压而导致LED失效。同时，支架本身由于是TOP系列，防水防潮较差，更适合于室内或者环境湿度不高的环境。

　　而LAMP系列产品的发光角度范围较广，从15°、25°、45°、90°、120°等等。且LAMP系列封装胶水使用环氧树脂，抗摔强度高同时防水防潮能力强，更适合户外或者环境湿度要求较高的环境，且产品不易受外部挤压。因此，在一些特殊应用场合一般使用LAMP系列产品，如冰箱内、厨房内、沐浴室、户外显示屏等。

　　SMD系列、大功率封装、集成封装、COB封装用胶水有透明和荧光胶两种，所达到的发光效率仍然有限，因此某些应用领域仍无法选择上述类型产品系列。而LMAP系列的胶体可做成有色透明、无色透明、有色散射、无色散射等各种透镜，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸。例如，圆形按直径分为Φ3mm、Φ5mm、Φ8mm等等，同时，环氧树脂色素的不同配比可产生不同的发光效果。

　　LAMP系列数量占的百分比下降至30%后，降幅将逐步减小，主要原因是在某些特殊应用领域，LAMP系列产品还是难以被其他产品所替代的。