CSP照明之路——一个大写的尴尬

如森破兄言，CSP乃是"Chip Scale Package"，中文译名芯片级别封装，大意就是芯片用这种技术封装后变成集成块的尺寸和芯片原本的尺寸差不多。具体到LED灯珠上就是整个灯珠的尺寸和LED芯片差不多。

一般用于LED灯珠的封装材料就是你经常可以看到灯珠外面黄黄白白的东西(图 1)。联想到煎蛋的吃瓜群众，赶紧去吃饭，你是饿了……这种技术最早提出于上个世纪90年代，商业化于2000年，原本就不是什么新鲜的封装形式。

我就不明白，怎么咱们行业这么喜欢爆炒别人的冷饭，这既显得咱们没见过世面，又因为吃别人嚼剩下的而卖不出高价。

那为啥集成电路封装(IC Packaging)行业要大力发展CSP呢？以下少数派就带大家简单回顾一下，顺带着看看"人家"的工业研究和"自家"的究竟有啥不同。 

 图 1 LED灯珠的封装材料

由于移动电子设备的小型化趋势(比如你现在看本文用的手机)，使得人们对芯片体积小型化的要求不断提升，乃至台式机和手机的CPU都不通用。我从网上下载了一个Intel第6代台式机CPU的规格书，上面说明此CPU的尺寸是37.5mm × 37.5mm。我好奇查了查我的华为P9 plus，尺寸是152.3mm × 75.3mm。然后做了个对比图(图 2)，你会发现，要是P9 plus用了这个CPU，就再也装不下什么了。

图 2 华为P9 plus和Intel i6 CPU真实尺寸对比。

这就是集成块小型化的原驱动力。

那么究竟应该改哪些部分呢？让我们看看所谓"正装"的集成块内部结构(图 3)。先看图 3(a)，在集成块中，芯片本体(粉色区域)所占比例大概只有10%，那剩下的区域干啥用了，是为了让集成块看起来大一点，像某些照明企业非要把灯弄大一些和重一些，好多卖些钱？并不是，剩下的区域都用来布线啦(见图 3(b)的布线区)。所以一个"正装"集成块内部90%的区域都用来布线了。显然，减小芯片本身的尺寸既不容易又没有显著效果，而减少布线区的面积就非常诱人了。

图 3 集成电路内部结构。图(a)表示实际集成块内部的结构，粉色框表示芯片本体所在区域。图(b)是集成块的垂直截面示意图，从布线的角度来讲，大致可以分为布线和芯片本体两个区域。芯片本体上面的蓝色代表有电器功能的区域，下面棕色的部分代表衬底。黄线表示芯片连接外部引脚的金线；灰色代表外部引脚和放置芯片的模(专业名词叫"die")。黑色代表集成块的灌封胶。为了表示清楚本图忽略了一些封装细节。

既然"正装"芯片为了把金线(图 3(b)中黄色的线)引出来浪费了很多空间，那直接把出线区和焊点连接起来不就可以了吗？于是自然就想到了把芯片倒过来装。图 4表示了倒装芯片发展的逻辑过程，首先把芯片倒置以减少出线区和金线焊点之间的距离；其次进一步减少二者之间的距离，把金线变成焊球；而后再把芯片和底座焊在一起，最后从下面直接把线引出来。

图 4表示倒装芯片发展的逻辑过程。 

如此这般之后，原本占90%的布线区就直接降到了小于20%！大大减少了芯片体积。同时为了进一步降低线路板的面积，还会把几个相关的芯片封装在一起，有些超极本就使用了这个技术。

看了倒装芯片的发展回顾，你注意到什么了吗？那就是——除了减小尺寸还是减小尺寸，也就是在有限的空间内尽可能地多塞些东西(行话叫"提高集成度")就是这个工业研究的唯一目的。

可是用在照明上那就……以下是少数派的秀智商时刻 

我们先找一款大功率小尺寸、用"正装芯片"做的COB。图 5中的COB光源来自于西铁城（英文名儿叫CITIZEN，也卖手表。据说他家能在一定面积内做出世界上最大的发光功率 ²。

图 5 西铁城256W COB光源的机械尺寸。图中尺寸单位均为mm。

我们再找一款普瑞的倒装芯片(型号BXDB4040)，面积是40mil × 40mil，相当于1.03mm²，功率是2.38W。我们假设这个灯珠封装面积用于芯片之间互相连接的布线区占60%的面积，所以芯片所占的面积是845mm²×(1-60%)=338mm²，这就能放下338mm²÷1.03mm²≈328颗芯片(由于LED芯片的结构相对简单，所以这里忽略从芯片变成灯珠时封装材料所占的面积)，总功率是……328×2.38W=780.64W？！

780W的光源 

现在各位吃瓜群众茶盘上的烧水壶也不过就1000W吧。要是按发光芯片输入功率的70%都变成热量消耗来算的话， 2片这么小的玩意儿就能烧水泡茶啦

就这种光源，你要敢对上一眼绝对就成了少数派之前推送的《蓝光》一文里的那只被闪瞎眼的汪星人o(╯□╰)o。顺便做个硬广(少数派：男人就得硬

再翻翻西铁城这款用"正装芯片"做成的COB的规格书，功率是256W，比我们自己DIY的少了一半还多。少数派真是内牛满面啊，突然觉得西铁城还是蛮良心的。少数派在这儿郑重对西铁城的各位攻城狮们说一句："

可就算是256W，你敢对着看？千万别试……从安全的角度来讲，光源的发光强度是不可能无限制提升的。如果你非要做个亮瞎狗眼的激光光源，当我没说。辣么问题来了，CSP技术所追求的"搞基程度"(高集成度)究竟有啥用？

还有就是LED光源的集成度强烈地受制于

——散！热！

LED是冷光源，不幸的是，LED还是"冷"光源。

这儿的"冷"表示LED对工作环境温度的要求比传统光源要高，一般来说不能超过65°C。到了7、80°C寿命会显著减少。而高集成度LED光源本身的发热就是个大问题。那些简单替代传统车大灯的LED光源普遍寿命都不会很长，就是因为机舱里躺着个发热大户——引擎，加之自身发光集中的特点使得本身的工作温度就很高。为什么有些LED车大灯光源会配风扇，就是为了"cool"啊，但实际仅起到"酷"的作用。

顺便和大家澄清一个我们在《COB到底骗了谁》

一文中没有明确提到的概念——

光源小型化≠灯具小型化！

决定灯具体积的除了光源，还有与之匹配的散热套件，除非你做的灯就打算让人用一个月……那好吧╮(╯_╰)╭ ！

(图 6)非常好的说明了这个问题。灯具当中那一小块黄的就是COB光源，而围绕着光源的一大坨，除了前面的一个灯杯外其余的都用来做散热，甚至那个大灯杯也起了一部分导热作用。

巴特，即便如此这个投光灯工作时的温度也不会低。到现在你要还认为用了小尺寸光源就等于减小了灯具体积……好吧，我再举个男性秒懂的例子，假如你的丁丁忽然间缩小了，你穿的内裤尺寸肯定还和原来的一样，因为决定尺寸的是你的腰围和屁股。而采用了COB光源的灯具由于散热问题突出，往往要比同功率贴片光源的灯具体积大。(日常黑COB(1/1)完成

图 6 COB光源类型的投光灯

就少数派的观点来讲，光源小型化唯一的好处就是——这种情况下的LED光源使用起来更接近传统的点光源，因此可以直接用传统的配光部件而不用再费脑子重新设计新的配光系统。

可是，传统反射型灯杯的全光谱反射效率低下如何破解？传统灯具的体积难以缩小呢？发热问题呢？以及因为灯具发热易损坏带来的安装位置限制呢？还有一个最大的问题，如果LED和传统灯具产品形态差不多，而仅仅是省了些电，那么是否能抵消更换灯具的成本呢？比如，为了更换LED光管而剪掉日光灯的电子镇流器你以为不需要成本吗？

正因为和移动设备如手机相比，(吃瓜群众：又来？还有没有点儿别的 

LED灯珠最重要的指标是什么？散热？能耗？都不是，发光二极管嘛(LED的英文直译……╮(╯_╰)╭ )，当然是发光特性了。所以我们就发光性能对正装和倒装芯片做个对比。

从图 7上看好像倒装芯片(b)比正装芯片(a)的发光面积还要大。可！是！如果你观察仔细的话就会发现正装芯片直射光路径所经过不同的结构要少于倒装芯片。这就意味着比起正装芯片，倒装芯片的直射光要受更多外界的影响。

所以，倒装芯片在发光品质（比如发光波长的控制）和后期处理（比如荧光粉的调配）上的要求要高于正装芯片。而这些问题的解决，尤其是能应用于大规模生产的解决方案，不出意外的话肯定会对出光效率有影响。简单罗列一下各自的优缺点(表1)，现在说哪个技术方案能稳稳胜出为时尚早，更不用说还没有考虑替代的成本问题。

图 7 LED正装芯片(a)和倒装芯片(b)的结构示意图。其中蓝色箭头代表在发光层表面发出的蓝光，图中颜色比较淡的蓝色箭头表示经过反射以后衰减了的光。

表 1 正装和倒装LED技术方案各自的技术特点，√代表优点；×代表缺点。

总结一下CSP技术在LED芯片封装里的优缺点，造成CSP技术在LED光源上发展的尴尬原因主要有两条：

相对来说，CSP的优势在于散热能力强，可是目前在光源的应用方面这个特点仅限于在一定的面积上实现更高的发光功率，这个优势对于LED灯具来说缺乏驱动力。而利用"把大功率芯片当小功率用"以获得高发光效率这种手段能否保证发光性能的高品质和一致性还是一个疑问(有懂行的吗？欢迎来少数派科普  )。

比起这些具体的原因，少数派认为更不靠谱的是，我们行业似乎极少从产品形态出发讨论技术研究的路径。看看人家的"CSP工业研究"，从底层的电子设备小型化需求着手，到考虑芯片和线路板的小型化，再到考虑小型化的主要技术研究方向，研究的逻辑非常清晰，成功自然也就不足为奇。

再看我们行业所谓的工业研究(如果还有的话o(╯□╰)o)，反正少数派没看到有谁从产品形态的角度来回答一个关键的问题——光源的小型化究竟对灯具有什么意义？这个问题不能清晰明了的解决，那么CSP技术的照明之路就是一个大写的"尴！尬！"。

而导致CSP尴尬的锅不应该由CSP技术来背，这是由照明行业的各位(包括我)"辣鸡"表现决定的o(╯□╰)o。 

PS. 本文第一稿写完之时忽闻某知名国际企业已经用CSP做出了210lm/W的灯珠，这脸打得啪啪 358lm÷(2.80V×700mA)≈182.65lm/W……这尼玛。看了看规格书，里面也木有。有哪位吃瓜群众知道的，欢迎上门打脸……╮(╯_╰)╭。另外，看着这182lm/W的光效率不少了，可你先等等捧CSP，别急着打我的脸。因为规格书里写的是最高功率可以到6.5W，而这里只用了2.8V×700mA=1.96W。

嗯，我想到了我国劳动人民长期以来在实践中总结出来的宝贵经验——把0.2W的灯珠当0.05W用，从而让光效达到170的神奇方法。

怎么样？是不是很像？