自從上個月收到LED行業好友的贈書《創新者的窘境》以來,一直在考慮一個問題:我們所處在的LED行業有沒有發生破壞性技術,或者正在發生的技術變革有哪些可能是破壞性技術?
破壞性技術的定義:
1、更簡單、更便宜,而且性能更低。(尤其是它第一次面世時,并持續一段時間)
2、利潤率通常更低,也不會實現更高的利潤。
3、領先企業中能帶來最大利潤的客戶通常不會使用,也不接受。
4、首先在新興市場上,或是不重要的市場上,投入商業化運作。
LED行業所發生的可能是破壞性技術的有:
芯片:倒裝芯片、高壓芯片
封裝支架:EMC
封裝形式:COB、CSP
電源:線性恒流IC
散熱器:塑包鋁外殼
跨界:光引擎
一、高壓芯片
LED本身就是一種破壞性技術,經歷了幾十年的研發終于能走到主流的照明市場上,大放異彩。LED的全產業鏈中的各個環節都在不斷地進行著技術革新,芯片產品革新有很多種,在各類技術中高壓芯片可能會是破壞性技術。原本每顆芯片只有一個PN結區,高壓芯片將多個PN結集成在同一個芯片上,以串聯的方式進行集成。故單顆芯片可以有不同于常規的電壓,根據集成的PN結區的數量而得到更高電壓。高壓芯片的使用可減少封裝工廠的作業時間,原先需要固定多顆芯片,現在只需要一顆高壓芯片即可。在高壓芯片初入市場時,金屬橋連區域易產生擊穿,光效偏低等現象都符合破壞性技術的典型特征:性能比原先更差,不容易在主要的市場推廣。初入市場只能在球泡燈等要求LED數量少,電壓高的場合。隨著高壓芯片的進步,目前已推廣到商業照明領域的筒燈、吸頂燈等利潤更高的市場。
倒裝芯片在LED行業出現的時間不長,就其技術特點而言并不屬于破壞性技術。倒裝芯片在傳統半導體行業出現的時間更長,倒裝芯片的可靠性更強,耐熱性能更強。目前在LED行業中由于結構特點光效指標偏低。未來當LED光效的水平趨向于極限時,使用者會從性能偏好轉向可靠性偏好時,就是倒裝芯片大放光彩的時候。雖然倒裝芯片不屬于破壞性技術,但倒裝芯片搭配其他技術可形成破壞性技術。
二、EMC支架材料
LED封裝支架也經歷了各類技術變革,從PPA到PCT再到EMC支架材料的過渡一方面是由于LED使用環境溫度越來越高對支架材料的耐溫性要求越來越高。但,從另一個角度思考,EMC材料的出現難道是為改變PPA和PCT的嗎?EMC支架的出現相對于PPA和PCT而言是性能的進步,但是對于陶瓷支架而言就是破壞性技術,雖然在剛出現時會有易碎等缺點。目前以EMC支架的散熱能力而言,在單顆功率1~5W完全可以替代陶瓷支架(以3535基板尺寸為例),EMC材料在照明行業使用是為了能進入更高階的特殊市場(目前主要使用陶瓷基板的市場)。隨著EMC支架光源器件尺寸的擴大,在1~15W光源類燈具中可直接使用一顆EMC支架的光源器件完成整燈設計,為燈具設計提供了便利。EMC單顆光源器件加上鋁基板,可完全替代1~15W的COB產品。當EMC器件經過照明市場的驗證后,會進入目前在普遍使用陶瓷基板的器件市場,例如汽車電子和醫療電子等利潤更高的市場。
三、COB和CSP封裝形式
從封裝形式上來看,分立器件和集成器件總是并行出現相互取代,可以說各有所長,在二者的交叉市場上COB產品的出現也是一次破壞性技術革新。COB產品出現時單顆LED器件功率較低,若想做高功率產品需貼裝多顆LED。并且在光輸出密度過高的應用場合,由于單顆器件的支架面積和貼片間距增加了整體面積,導致光通密度低。COB可很容易的形成更高光通輸出的特點。于是COB產品在射燈領域完美取代了單顆器件。COB產品在市場推廣階段也是經過了在低利潤空間的球泡燈,再到筒燈、射燈發展,目前已成為商業照明燈具的主流光源。
CSP封裝形式,CSP在LED行業一出現就被冠以破壞性技術,無金線、無基板、“無封裝”的封裝體。這種破壞性帶來的革新對整個封裝行業來說都是破壞性的。但是,CSP并非是LED行業的特有產物。CSP產品原本出現在傳統的半導體封裝器件上(傳統半導體向小型化發展的趨勢,發展到一定程度封裝器件的尺寸是芯片尺寸的1.2倍時被定義為CSP)。CSP產品進入LED行業時因為搭配倒裝芯片,無需再使用封裝器件的支架,這才出現了無基板這一特征,引起了業界的關注。CSP產品具備了所有破壞性技術的特點,光效性能差、光斑顏色不均勻、貼片難度高等,這些技術問題隨著更多的企業研發突破,都會被克服。只是現在依然再找屬于自己的一個特定的小眾市場。
四、線性恒流IC
電源行業:線性恒流IC。傳統的驅動電源需要有眾多的IC保護的外圍元件組成。線性恒流IC將各類保護元件集成在一起形成單顆集成IC。每顆IC即可對整個燈具的LED進行驅動。雖然在推出市場時間遇到了諸如:輸入電壓范圍(確保恒流)正負10%,超出范圍會出現亮度(電流)調整;增加電容可祛除頻閃,但功率因數值會降低;熱量相對集中,整體對整燈的散熱能力要求有所提高;無法兼顧效率和功率因數指標,只能二選一。調光性能是分段調光,不能是整體調節電流等缺點,但經過各家IC從業者的艱苦研發,經過在低功率市場的磨練,線性IC即將進入主流市場。
五、塑包鋁外殼
燈具:塑包鋁散熱器。塑包鋁殼體套件的出現首先是由于LED的光效越來越高,耐溫性越來越好,對散熱要求不是那么嚴苛;其次是由于塑膠材料本身的發展,塑膠和空氣的熱量交換越來越快。再次注塑工藝的改進可很好的將鋁材和塑膠材料很好的結合在一起。對燈具而已塑包鋁材料更輕便和耐壓特性更好。開始出現時再球泡燈領域,目前已經步入筒燈等商業照明領域。
六、光引擎
跨界:光引擎。光源模塊組件產品、IC集成產品的大力推廣,證明系統集成、模組化、模塊化成為封裝領域的其中一個發展方向。LED封裝企業主推燈珠加電源集成形成光電引擎,直接安裝在燈具上即可使用,使用更加便利快捷。燈具企業無需再匹配燈珠和電源已經設計各類認證所需要的爬電距離和安規要求,采用特點的光引擎可以滿足認證需求。
LED在日新月異地發展,在這個過程中將會不斷出現技術發展的S形曲線。各類技術的交替更換每時每刻都在發生,只有研究破壞性技術的發展動態,方能基業常青。技術的發展始終遵循性能、可靠性和便利性的方向發展,認清發展趨勢可更好的理解技術的變革。