LED下游市场急速扩张 优化封装制造工艺迫在眉睫

时间:2013-09-04
来源:国际电子商情
分类:热点
受益于下游应用市场的急速扩张,LED产业从今年第二季度开始逐渐回暖,来自于照明应用,以及手机、平板电脑、大尺寸电视等背光市场的强劲需求,推动了LED封装行业在生产规模和制造工艺上的新一轮创新。

    受益于下游应用市场的急速扩张,LED产业从今年第二季度开始逐渐回暖,来自于照明应用,以及手机、平板电脑、大尺寸电视等背光市场的强劲需求,推动了LED封装行业在生产规模和制造工艺上的新一轮创新。LEDinside的调查报告显示,2012年全球LED封装产值约为102.8亿美元,预计到2013年,该数值将增至112.7亿美元,年增长率为9.6%,其中,LED封装应用于照明领域的比重将进一步提升到26.4%,达到29.8亿美元左右。

    从市场应用来看,目前用量较大的LED封装产品还是以SMD贴片型为主,由于性价比因素的影响,中小功率产品的使用量也更多,封装种类没有太大的变化,但规格型号在慢慢收缩,并往标准品的轨道上发展。尤其是针对当前较为热门的照明应用开发,江苏稳润光电有限公司执行副总经理周峰指出,LED光源成本约占整个灯具的30-40%,市场对价格因素较为敏感,在市场竞争和成本考量的作用下,LED封装正由原来的小功率逐渐往中高功率拓展,原来普遍使用的0.06W开始向0.2W或0.5W甚至更高转变,单颗光源光通量由原来的8流明提高到现在的23流明、55流明甚至更高。

    在产品供应上,有厂商表示,LED封装价格在经历了最近两年的迅速下调之后,除照明市场的降价较快以外,今后一段时期内封装产品的降价幅度将有所放缓,市场基本保持稳定。摆在所有封装企业面前的一道课题是,如何才能满足高效、高性价比的需求?它要求LED封装体积缩小、光质量更佳、有利于散热,且单颗LED必须能操作较高瓦数。在这一趋势下,优化封装技术和制造流程,提高发光效率,并降低LED封装的生产成本,无疑成为了时下行业开发的主要方向。

COB封装正式进入实用阶段

    针对背光、照明这两大LED市场推动引擎,在对LED封装的需求上既存在着共同点——光效的不断提升,以及最佳的产品性价比;同时也有各自不同的要求。晶科电子(广州)有限公司应用开发总监陈海英分析道,背光市场对LED封装的需求,还表现在对单颗器件发光强度的要求越来越高,这导致单个封装器件的输入功率越来越大,发出的光通量也越来越大,这是背光从整机方案上面降成本的需求。为此,LED器件需要提升材料的耐热性,满足高功率输入下的可靠性保证,并且提升芯片耐大电流冲击的能力,满足单体高光通输出表现下的价格条件。

    “而LED照明除了每美元流明(lm/$)的光效要求之外,在光质量上的要求日益提高。光质量表现为两个方面,一是光的颜色,色彩还原性,跟日光光谱的相似程度等;另外则是灯具二次配光的需求,满足灯具对眩光、光斑、照度、均匀性等要求。光谱质量的需求推动了封装材料以及封装工艺在光的颜色质量上的进步,而配光需求更多地推动了COB这种产品形态在照明里面的渗透,特别是COB封装进一步压缩了芯片到光引擎之间的制造流程,因而也提高了产品的性价比。”陈海英表示。

    与此同时,LED照明终端产品对高瓦数的需求也是目前较为明显的一个趋势。亿光电子工业股份有限公司产品研发管理事业处处长金海涛指出,由于市场对高瓦数与光质量的要求越来越高,使得COB封装型式目前在整个照明市场的应用上逐渐占据主流位置。特别是在天花灯、筒灯与射灯部分,COB对于指向性光源产品来说具有单一光源的优点,且可以实现高瓦数或高电压,因此更能符合高能效、单一光源的设计需求,且在效果上也更能突显出与传统光源的类似性。

    在产品的实际开发中,现阶段亿光电子在照明封装上已由一般的中低功率组件逐渐转为COB形式,现有的3~25W COB系列不但可以直接锁在散热模块上,进而省下SMT步骤,还通过大发光面积、低电阻及低电流密度等特性提供更多的散热空间,更便于组装在灯具上,创造出更低的成本结构。据介绍,亿光电子的COB系列均已通过LM80测试,以展现其耐用性和高效率的性能表现,未来在产品规划上,亿光电子将进一步着眼于强调高能效、高压、高演色性与高性价比等方向。

    晶科电子则以基于倒装技术的无金线技术平台为核心研发方向,今年该公司重拳推出了“芯片级LED照明整体解决方案”,即在LED芯片制成工艺中,通过新型芯片级工艺,完成一部分传统封装工艺或者节省传统封装工艺环节,使LED最终的封装体积缩小,性能更加稳定。其“易系列”和倒装陶瓷基COB产品(FCOB)采用APT倒装焊接专利技术,实现了单芯片及多芯片模组的无金线、无固晶胶封装,具有高亮度、高光效、高可靠性、低热阻、颜色一致性好等特性。目前,晶科电子在大功率和中 功率上投入的产能较多,大功率产能约为10KK/月;中 功率产能约为80KK/月,年底目标是扩充到100KK/月,主要供应大尺寸电视机背光及LED照明市场。

封装材料强调加工性能及高透光性 

    总体而言,围绕LED封装技术的最新发展,对于封装材料大致上提出了以下三个方面的需求:良好的加工性能,保证更高的生产效率;协助LED产品提高光效;必须十分稳定可靠。以传统的LED封装用塑料支架材料为例,帝斯曼(DSM)工程塑料业务部照明行业亚太区应用开发及技术支持经理武锐介绍道,越来越多的客户在材料的起始反射率和保持性能上提出了日益严格的要求,而在提高这些性能的同时,还必须降低成本。“对于注塑产品的成本来说,除了材料本身之外,生产成本也很重要,随着超多模腔注塑逐渐成为当前加工厂的主流选择之一,这也对加工性能材料的流动性能和易加工性能提出了更高的要求。” 

    针对这一应用,帝斯曼长期以来致力于开发高导热聚合物应用于散热器及LED灯泡外壳、高反射耐黄变材料应用于光学部件,以及耐SMT高温且耐黄变材料应用于LED模组连接器等方面。例如该公司开发的基于最新PA4T基材、具有耐高温(满足SMT工艺)、高反射、高机械强度的工程塑料(Stanyl For Tii LX),与其他类型材料相比,其具有高初始反射率,且经过回流焊之后的反射率保持性能更佳,有助于提高LED光源的发光效率;具备更好的注塑加工性能,可满足更高的生产效率和更小的产品设计需求;有良好的抗UV能力;吸水少,与硅酮或环氧树脂密封剂具有优异的粘附力,可保证LED芯片的长寿命等。 

    据介绍,目前帝斯曼在江苏江阴设有本地化的生产工厂,为了增强在亚洲本土的研发实力,公司还于2011年在上海成立了科技中心,专门为中国客户提供本土化的创新及量身订制的技术应用方案。此外,通过帝斯曼亚太区的CAE(电脑辅助工程)团队,可以为LED厂商提供包括前期机械/热应力/产品流动等CAE分析、中期产品光学/机械/回流焊测试,以及后期产品潜在失效分析等全面的技术服务项目。 

    另一方面,在对LED封装的重要辅料——有机硅的开发上,随着业界对LED亮度的更高追求,更大拆射率的有机硅材料也是目前厂商们的首选。与甲 基有机硅相比(折射率为1.41),苯基有机硅具有相对较高的折射率(可达1.54),因而日渐受到市场的关注。 

    “虽然两者折射率仅相差0.12,但这小小的差异对LED的光输出率却具有重大的影响,”道康宁(DOW CORNING)照明解决方案全球工业总监丸山和则指出,“即便采用完全相同的芯片、灯箱和输入功率,采用苯基有机硅制造的LED灌封材料光输出率还是比甲 基有机硅灌封材料高出7%。在这之前,要明显改善LED芯片性能需要耗费巨大的投资;因此,苯基有机硅灌封材料提供了极具成本竞争力的简易替代方案,可以明显改善LED的光输出率、发光效率和价值。” 

    苯基有机硅封装材料的优点还在于具有较好的热稳定性,使其可以广泛应用于5~50W的LED板上芯片封装结构的许多高功率通用照明产品。与甲 基技术相比,苯基有机硅封装材料通常具有更强的气体阻隔性能,可防止银电极因受潮、受腐蚀而变黑。由于这些电极还具有作为LED反光元素的双重作用,因此改善气体阻隔性能可以更好地维持LED的光输出性能和可靠性。

新制造工艺促进产业垂直整合

    作为产业链的中游环节,LED封装正处于技术更新的关键时期,从技术角度讲,如果继续沿用传统结构/工艺的话,则会对所选用材料的性价比要求更高,因而可以预见的是,包括材料、制造工艺或是两者兼具的新型封装技术将会陆续出现在市场上。例如,最近有台湾厂商推出的无封装LED产品,据了解,就是将芯片工艺、封装环节,与光引擎的制造相结合所开发出来的新技术,除了具有一般倒装芯片散热性较好的特点外,更具备低成本的优势。但也有厂商表示,目前该技术还处于评估阶段,主要困难在于荧光材料的涂布仍无法有效控制,因此光效与光质量难以确保稳定性,距离大量生产与使用尚需一段时间。

    “LED封装将朝着高发光效率、高可靠性、高散热能力与薄型化方向发展,”周峰表示,“芯片技术的不断发展,使得封装产品的发光效率越来越高,新的封装技术、封装工艺将得到广泛应用,如共晶技术、倒装工艺、新的荧光粉涂覆工艺等在提高产品工艺高可靠性、高散热性同时,也将进一步提高产品发光效率;耐高温、抗紫外线以及低吸水率等环境耐受性、热固型更好的材料EMC、热塑性PCT、改良性PPA以及类陶瓷塑料等材料也将会被大量使用;市场将更关注封装产品的光品质和低成本,并且LED产品的质量标准也会不断地被完善和统一。” 

    更重要的是,伴随着LED封装技术和制造工艺的推陈出新,将促进封装环节在整个产业链中的位置向垂直方向衍变。对此,陈海英表示,所有技术进步最终还是要满足市场的实际应用需求,在市场对每美元流明(lm/$)光效不断提升的压力下,要求单立器件的封装体变小,以达到在最小的成本下能够有最高的光通量输出。这需要LED封装技术可以更多地借鉴IC封装的成熟经验,如EMC、SMC材料等,在这一过程中,行业分工将因为技术进步而不断调整,单纯的封装在行业里内会越来越难以作为独立的产业环节而存在,新的技术发展将推动产业在纵向上实现整合。 

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