提高成本效益 崭新中高功率LED封装势起
固态照明的制造厂商都在探索封装的基板、类型与成分，以在价格/效能上达到完美平衡。若要求一般大众画一张发光二极体（led）图，看到的很可能依旧是有两支脚，用来做仪器显示的led。但照亮小型显示器与电脑的led，其封装技术已大幅演进，与过去的始祖排在一起，民众恐怕都认不出来。今日，led面临第三波成长周期，其获益的增加将仰赖通用照明需求，因此封装技术需要更高的成本效益。在已封装led的总成本中，光是封装步骤就占45% （图1），此步骤成为业者的焦点也就不让人意外。
yole developpement认为，业界欲进一步提升每单位成本的照度，要达到这点有两种做法--增加每个封装产品的效能，以在系统层级减少产品数目，或是降低每单位成本。yole指出，led制造商从未如此努力压低成本，因提升每单位成本照度的需求已改变高功率产品的设计哲学。直到去年为止，yole观察到在大多数情况下，led制造商努力增加产品效能及产品复杂度，但现在，部分厂商在封装产品时专注于降低成本的设计方法。
关于这种转变，其中一个值得注意的例子就是总部位于北卡罗莱纳（north carolina）州durham市的cree，其将led晶片放入封装中。过去许多高功率led厂商的设计趋势是使用垂直式led，其中的磊晶或碳化硅 （sic）基板已被去除，而led结构已接在另个载体晶圆上，而一两年前大多数cree的高功率led都採用此设计结构。
cree最新的xlamp高亮度led的xb-d产品线在2012年1月推出，重新回归先前产品的简单方法--覆晶（flip-chip）封装。该产品只用了可以保持原先基板的覆晶技术，cree将sic外延基板打薄后，对其背面进行表面处理（texturing），以增加取光效率。对基板进行表面处理并非新技术，许多业者都使用图案化蓝宝石基板（pss），但cree用更简单、便宜的设计。该公司在基板上使用类似机械锯齿的工具建立沟槽，这些沟槽的角度可最大化取光效率。而这个做法不但便宜，在产生与发射光源上似乎也极有效率，这在提升每单位成本的照度上是个聪明的设计。
除cree外，其余厂商如欧司朗（osram）与飞利浦（philips），都想要增进成本效益，但其方法各有不同。欧司朗仍使用垂直led架构、飞利浦依旧偏爱薄膜覆晶，然而他们也去除了蓝宝石晶体、cree使用不同的覆晶接线技术。虽然飞利浦使用晶球凸点技术，cree则使用低温溶晶，进一步降低成本，并更能增进接触热阻。至今，yole依旧未观察到标準化的制造方式。
图1 led照明成本分析
电视led产能释放 中功率led成本下降
在一般照明之前，液晶电视背光照明曾是推动led销售的主要驱动力，无奈市场拓展状况不如预期，造成电视背板中功率led供过于求，且一般照明成本大幅增加。中功率led採用极简塑胶无引线晶片载体（plcc）封装，除替换固有、须更分散多角度多光源的日光灯管外，yole认为，这些中功率led已逐渐打入仅使用高功率led的市场中，如灯泡或投射灯。
无心插柳造成的好处，显示厂商将特定类型的元件做成不同相关产品的策略，对其十分有益。首先在led电视领域，套装产品的规格已标準化，这在led业界十分少见，此举可让经济规模更大。因液晶电视市场不如预期强劲，已有大量的产能投入供过于求的中功率led，让成本更进一步下降，对一些应用来说，每照度的价格便变得十分吸引人。
成本效益的考量同时也影响led厂商满足使用者不同光色需求的方法。偏暖光的需求让业者寻找业界广泛使用的钇铝石榴石（yttrium aluminium garnet， yag）外的技术。厂商尝试将一些由氮化镓（gan）发射器产生冷白光转黄，以取代yag（图2）。yole认为，yag及其硅基板仍是首要的封装形式，然而，随着业者的服务多元，调整各种不同色光的高度需求已经出现。
图2 萤光粉发展时间表
为达到此一目标，厂商们已在光色中用两种方式加入红色元素。第一，在系统层级，制造商可在标準蓝色晶片中加入含yag萤光粉的红色led晶片。cree使用此种方式，把该做法叫「真白」（truewhite）技术，欧司朗也是用此一做法。另一种做法可以加入发红光，多半是含氮化物的萤光粉。这种做法可视应用调整，但对高亮度led来说，若要发出红光，这种萤光粉的生产就十分重要。问题在于氮化物萤光粉仍极昂贵且难以制造，氮化物萤光粉在某些情况下，比 yag萤光粉还贵上十到二十倍。若使用者有日亚化工（nichia）的授权，即可以使用yag产生黄色萤光粉。若无，则可以使用硅化合物的萤光物。但以红光来说，市场只由叁菱化工与其氮化物萤光粉来主导。
cob封装提高成本效益
晶片直接封装（chip-on-board， cob）阵列是另一种led厂商用来提高成本效益的方法。cob制程的做法是把led用裸晶的方式加上连接器，直接放到多半是fr4、陶瓷或金属的印刷电路板（pcb）上，此举可从供应链的裸晶层级进入模组层级，跳过封装led阶段。接下来的封装组合等步骤，如加上镜片、萤光粉或esd防护，都在pcb层级进行。
虽然跳过一些步骤可以降低成本，但也有一些代价。厂商虽有较低的材料成本与较高的封装密度，但现今cob制造规模仍不够大，是故组装成本较高。然而，cob同时也提供可以转变成财务利益的技术优势，这类封装技术的优势主要在于热能处理。厂商在封装层上有较少的材质介面，在晶片与散热片之类的隔离也较薄。cob另一个间接的优势是它使用较小的晶颗粒，亦带来会有两个优点。首先，制造良率会提升。紧接着，因产品由许多小颗粒构成，厂商可使用多种产品，减少混色需求造成的困扰，因此，若能适当设计封装方式，就可间接降低前段制造成本。
许多厂商也正在开发高功率led封装，使用技术优势降低成本。传统高亮度led，典型的单一颗粒1瓦（w）～3瓦封装，渐渐从叁氧化二铝（ai2o3）变为氮化铝（ain）的基板，但该封装还未完整系统化，因为在成本与效能间须有所妥协。在产品的材料成本上，氮化铝产品比叁氧化二铝贵上七到十倍。但因其会带来较高的热效率，基板可以小得多，所以若其每单位成本高四倍，整体的材料成本可能只会高两倍。
氮化铝的使用选择是厂商在成本与效能之间权衡的另一例证。高亮度产品中的主要厂商，如飞利浦、cree与欧司朗都已在高功率led上使用许多氮化铝，以中国大陆公司来说，就算是高亮度领域，大多数仍使用叁氧化二铝而非氮化铝。yole表示，对中国大陆的led公司来说，会如此考量成本与效能的平衡，主要是因为他们主要聚焦于国内市场。在晶片结构上的智财权是这些公司的挑战，他们可能使用覆晶或垂直led技术来制造高效能的装置，但目前为止要从中国大陆出口这些装置可能会是问题，因为他们没有智财权。
总而言之，就算每照度的成本成为led业界的主要考量，厂商处理的方法也有所不同。除led封装的做法不同外，也可以在系统设计观察到厂商相异之处。以替换灯泡的led商品为例，从中功率led到高功率led，皆使用不同的封装形式。
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关于这种转变，其中一个值得注意的例子就是总部位于北卡罗莱纳（north carolina）州durham市的cree，其将led晶片放入封装中。过去许多高功率led厂商的设计趋势是使用垂直式led，其中的磊晶或碳化硅 （sic）基板已被去除，而led结构已接在另个载体晶圆上，而一两年前大多数cree的高功率led都採用此设计结构。
cree最新的xlamp高亮度led的xb-d产品线在2012年1月推出，重新回归先前产品的简单方法--覆晶（flip-chip）封装。该产品只用了可以保持原先基板的覆晶技术，cree将sic外延基板打薄后，对其背面进行表面处理（texturing），以增加取光效率。对基板进行表面处理并非新技术，许多业者都使用图案化蓝宝石基板（pss），但cree用更简单、便宜的设计。该公司在基板上使用类似机械锯齿的工具建立沟槽，这些沟槽的角度可最大化取光效率。而这个做法不但便宜，在产生与发射光源上似乎也极有效率，这在提升每单位成本的照度上是个聪明的设计。
除cree外，其余厂商如欧司朗（osram）与飞利浦（philips），都想要增进成本效益，但其方法各有不同。欧司朗仍使用垂直led架构、飞利浦依旧偏爱薄膜覆晶，然而他们也去除了蓝宝石晶体、cree使用不同的覆晶接线技术。虽然飞利浦使用晶球凸点技术，cree则使用低温溶晶，进一步降低成本，并更能增进接触热阻。至今，yole依旧未观察到标準化的制造方式。
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在一般照明之前，液晶电视背光照明曾是推动led销售的主要驱动力，无奈市场拓展状况不如预期，造成电视背板中功率led供过于求，且一般照明成本大幅增加。中功率led採用极简塑胶无引线晶片载体（plcc）封装，除替换固有、须更分散多角度多光源的日光灯管外，yole认为，这些中功率led已逐渐打入仅使用高功率led的市场中，如灯泡或投射灯。
无心插柳造成的好处，显示厂商将特定类型的元件做成不同相关产品的策略，对其十分有益。首先在led电视领域，套装产品的规格已标準化，这在led业界十分少见，此举可让经济规模更大。因液晶电视市场不如预期强劲，已有大量的产能投入供过于求的中功率led，让成本更进一步下降，对一些应用来说，每照度的价格便变得十分吸引人。
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总而言之，就算每照度的成本成为led业界的主要考量，厂商处理的方法也有所不同。除led封装的做法不同外，也可以在系统设计观察到厂商相异之处。以替换灯泡的led商品为例，从中功率led到高功率led，皆使用不同的封装形式。
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