照明工業有一些明顯的局限性。一致的看法是,照明工業的發展方向是高亮度LED(HB-LED)。HB-LED的主要強項在于：具有高能效/低電耗;工作時間非常長(達100000小時);可以改變發光方向,提高系統效率;穩固、抗振動,冷型光源,觸摸安全;所發的光顏色飽和、鮮艷;操作時,即開即亮。

白熾燈泡效率很低,燈泡將多達90%能量轉變為熱能,從燈絲上散發出來。雖然節能燈(又稱“緊湊型熒光燈”)的銷路似乎更好(因為燈管的壽命更久,也更有效率),但是它并不是長久之計,因為它含有汞,所以會給清理和銷毀帶來一定的問題。

　　根據市場調查公司Strategies Unlimited所作的分析,從1995年至今, HB-LED的整體市場已經增長了50%;而對于HB-LED在照明方面的應用,在過去的三年中該市場已經成長了60%。預計僅2008年就會有12%的增長率,到2012年,封裝的HB-LED市場有望達到114億。照明技術工業在這一領域呈現了快速發展,其潛在應用是非常廣泛的,遠遠超過了傳統的家用和工業應用,進入了醫療儀器、汽車和建筑業的照明,顯示器的背光照明和許多其它的消費品中。

　　由于其廣泛的應用,HB-LED給制造工業帶來了諸多挑戰。它們的制造是通過復雜的晶體外延生長的方式得到的,比如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術,該加工技術非常復雜,它有賴于化學反應來實現晶體生長,而不是物理沉積。因為通過二極管的粉末含量很高,HB-LED要求有一個散熱片,散熱片能夠使設備的溫度降下來,進行有效的散熱,從而優化設備的性能。有效的進行散熱非常重要,它保證LED在長時間內能正常的工作。散熱片是由導熱性很高的銅、鉬,或者它們的合金(如銅鎢合金)制成的,以維持設備的使用壽命,并且保證發光度具有更高的輸出。

　　不過,如何降低這些金屬的切割成本成為亟待解決的問題,因為傳統的切割技術可能帶來損壞或者污染,它們不僅會妨礙加工的過程,也影響LED的性能和效率。

　　切割方法

　　當采用機械切割(鋸條)時,用作散熱片的金屬對金剛石鋸條上鋸齒產生磨損比傳統的晶片包裝更為嚴重,因為金剛石微粒上有樹脂,樹脂會吸引軟金屬上的小顆粒,這些小顆粒跑到鋸條上的縫隙中,就使得鋸條變鈍。這樣,鋸條就必須進行頻繁的更換,成本相當昂貴。而且,金剛石鋸條帶來了嚴重的污染,因為那些小顆粒如果沒有附著在鋸條上,就會返回材料表面。這將顯著降低發光度,從而也降低了HB-LED的效率。雖然鋸條可以進行很快的加工,但是所存在的這些問題使得鋸條可能很快斷裂。如果對它們進行優化以便提高切割質量的話,那么加工速度就非常慢,不能滿足生產需要。對整個生產過程的影響使得金剛石鋸條在這項應用中的成本太高。

　　紅外(IR)或者綠色“干型”激光器產生許多的熱能,相應的也給用于HB-LED散熱片的軟金屬帶來熱破壞。這些金屬變為等離子體狀態后很難輕易散開,它們殘留在切口,形成毛刺或者重鑄層,妨礙了模具的分離。提高射流強度并不能夠提高等離子體的去除效率,相反的,它使得重鑄層從切口上轉移到HB-LED陣列的有效區域,降低了輸出。這就損壞了設備的功能和效率,也使得設備制造商采用激光技術時的運營成本增加。
與紅外和綠光激光器相比,紫外(UV)激光器運作的效率更高,因為在操作時,它們產生的熱能更小。然而,對于所要加工的材料厚度(100-500 m)來說,它們的加工速度實在太慢。甚至當功率較小的時候,它們仍然產生一些熱損壞和污染。總而言之,由于熱影響區域(HAZ)的尺寸較大(長達60 m),使用傳統激光來切割HB-LED金屬時所得到的邊緣質量已經無法滿足市場需求。

　　第三種技術是采用微水刀激光器。這種激光器由Synova公司申請專利并投放市場,產品的英文名稱為Laser MicroJet,中文意即“激光微水刀”。一開始,該技術被用于醫療設備,目前它被用于半導體和電子器件的精密微加工。該技術采用了超細、低壓的水流將激光光束引導至材料表面。該加工技術的加工能力和性能與傳統的干式激光器大不相同。

　　首先,因為水流是柱狀的,而激光光束是平行的,所以切口的壁是平行的。工作距離取決于水流的穩定距離,可以有幾個厘米長,因此,無需對聚焦過程進行控制。激光在水流中保持聚焦。

　　其次,該技術不存在熱損壞的問題,因為水流對激光脈沖間的切口進行冷卻。切口邊緣的溫度降到水溫,任何因激光加工而帶來的熱能都不會傳導到材料內部。這就有效的避免了加熱所帶來的損壞,例如：微裂痕,氧化,結構改變,或者模具斷裂應力低等損壞。而且HAZ的面積降低了十倍。

　　第三,微水刀大大的減少了污染程度。水壓通常為50-500 巴,這使得微水刀能夠有足夠的能量將熔融的材料去除。與此同時,因為微水刀非常薄(直徑約為20-100 m),在晶片上的機械力可以忽略(小于0.1 N),所以整個加工過程沒有碎片或者微裂痕。

　　第四,微水刀具有很高的能量,它使得熔融金屬的切割過程更為容易及快速——厚達600 m的金屬可以在1-3秒內被切割好,而且切割邊緣光滑整齊,不僅加工結果一致,而且質量很高(見圖1)。微水刀可以將HB-LED切割成任意形狀：方形、圓形、六邊形等等形狀(見圖2)。這就使得材料的使用更有效率,減少浪費。根據不同的需要,人們需要使用不同形狀的LED。而微水刀非常適合該項應用。此外,由于微水刀能快速冷卻、洗凈殘余顆粒,這些顆粒就不再附著在晶片表面,所以污染的情況就幾乎沒有了。表1中給出了微水刀激光器對不同尺寸和厚度的銅基底HB-LED的切割與加工能力。

　　滿足最新要求

　　目前,有幾種不同的方式可以對HB-LED進行加工/包裝。第一種方式是在金屬晶片上安裝有效元件,然后將晶片切割成單個的小晶片。對這些材料進行有效切割是非常困難的,因為它們對紅外激光或者綠色激光器來說太重了。這兩類激光器都是使用氣流將熔融的材料吹走,但是氣流產生的能量不足以應付這項應用。而且,在切割過程中,激光器產生的高能量會燒壞材料的邊緣,造成不能修補的損壞。

　　另一種方法是在藍寶石或者碳化硅晶片上安裝LED元件,然后用鋸條切割LED。由于冷卻過程不夠迅速,所以制造商將HB- LED制造成陣列的形式,在它們上面蓋上銅,然后對材料進行拋光,從而得到一個純的銅晶片,晶片內裝有HB-LED,只有發光表面暴露在銅材料外面。微水刀激光器非常適合將這些裝好的晶片切割開來,因為它們具有獨特的包裝和大量的散熱片,如果使用其他方式加工,很容易就損壞了。

　　目前在許多國家中,人們正開展國家級的發展計劃,以期擴大LED作為照明手段的應用范圍。這些國家包括美國以及亞洲地區中一些具有很大的技術發展潛力的國家,如日本、***、韓國和中國。由于燈光照明占了總耗電量的20%,這些發展計劃旨在大規模節約能源,幫助消費者降低耗電成本,通過減少廢氣的排放降低溫室效應,來改善環境。然而,在HB-LED照明市場的最大推動力是它們能夠適應一些新的應用,在這些新應用中,有可能傳統照明設備具有明顯的劣勢,也可能 LED所具有的可靠性以及其他特殊的因素使得傳統設備無法與之抗衡。隨著HB-LED市場的迅速增長,微水刀激光器的市場也有望快速提高。