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盘点LED行业热点技术

来源:本站 发布时间:2017-08-31 浏览量:

不知不觉,又到一年终结时,回首2013年,LED市场逐渐回暖,行业快速发展,不断创新。整个市场不断推陈出新,频现新技术新热点关键词。EMC,覆晶、倒装、免封装等掀起技术市场高潮。在这除旧迎新之际,LEDinside与您一起盘点那些值得被历史记忆的新技术。


EMC封装

EMC中文名为环氧塑封料,又称环氧模塑料、是IC(Integrated Circuit)封装制造中的主要原材料之一。伴随着IC封装技术的发展,EMC作为主要的电子封装材料也得到了快速的发展。EMC以其高可靠性、低成本、生产工艺简单、适合大规模生产等特点,占据了整个微电子封装材料97%以上的市场。现在,EMC更是将触角伸至半导体器件、集成电路、消费电子、汽车、军事、航空等各个封装领域。EMC因其卓越的耐热性及适合大规模现代化生产,为其在LED封装应用领域提供极佳解决方案。

EMC是采用改性Epoxy材料和蚀刻技术在Molding设备封装下的一种高度集成化的框架形式,蚀刻铜基板使得Epoxy与铜基板支架有更大的接触面积,且相对于PPA等热塑性塑胶EMC本身粘接力较强,使得EMC产品在防潮气及红墨水渗透方面优势得天独厚,该封装形式源于IC封装,却又有别于IC封装。由于材料和结构的变化,使得EMC产品具有高耐热性、抗UV、高度集成,承受大电流,体积小等显著特色。尤其是抗UV性能的大幅提升,使得EMC产品应用领域大幅扩展,可以应对室外照明及汽车照明等潮湿恶劣环境中,将对业已成熟的高端陶瓷封装产品形成有利冲击。

EMC因其高耐热性而备受瞩目,为追求高性价比,在LED业界超电流使用已成共识,然则超电流使用也是风险与机遇并存,其中最大风险莫过于热量的处理。目前业界EMC通用封装工艺为:采用正装/垂直结构中、小功率芯片,低导热的绝缘胶作为芯片粘接胶,然后焊线、点粉、切割从而实现成品制作。

EMC(Epoxy Molding Compound,热固性环氧树脂)不但带动具备供应力的台湾LED厂晶电、亿光、隆达、东贝、新世纪今年第3季迎旺季之外,也让台厂在大陆照明市场可与美国一较高下。
大陆照明厂寻找替代材料时,EMC作为封装支架的概念技术成了高性价比的绝佳选择,随着台湾LED相关供应链厂快速推出相关导线架、芯片、封装产品,且成功出货,并可有效降低单一照明成品的成本达2~5成,也带动这波EMC在下半年可望一跃成为大陆照明厂的主流技术。
 

倒装技术

倒装晶片之所以被称为“倒装”是相对于传统的金属线键合连接方式(WireBonding)与植球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接的晶片电气面朝上,而倒装晶片的电气面朝下,相当于将前者翻转过来,故称其为“倒装晶片”。
倒装芯片的实质是在传统工艺的基础上,将芯片的发光区与电极区不设计在同一个平面这时则由电极区面朝向灯杯底部进行贴装,可以省掉焊线这一工序,但是对固晶这段工艺的精度要求较高,一般很难达到较高的良率。
优势:通过MOCVD技术在兰宝石衬底上生长GaN基LED结构层,由P/N结髮光区发出的光透过上面的P型区射出。由于P型GaN传导性能不佳,为获得良好的电流扩展,需要通过蒸镀技术在P区表面形成一层Ni-Au组成的金属电极层。P区引线通过该层金属薄膜引出。为获得好的电流扩展,Ni-Au金属电极层就不能太薄。为此,器件的发光效率就会受到很大影响,通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素。但无论在什麼情况下,金属薄膜的存在,总会使透光性能变差。此外,引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响。采用GaNLED倒装芯片的结构可以从根本上消除上面的问题。
由于大功率商业照明逐渐向大电流、高亮度、多集成方向发展的需要,带金线的正装芯片、垂直芯片封装技术存在着一些不可避免的劣势,如金线虚焊、浪涌冲击、耐大流能力不足、封装硅胶热胀冷缩造成金线断裂、制程中金线影响良率等问题。
 

免封装技术

新世纪研发中心的陈正言博士表示,免封装技术只是技术的整合,而不是让封装消失,基本上还是封装。就他个人而言,只要是蓝光+荧光粉实现白光的过程就是封装。至于为什么市场上的免封装技术炒热的原因,陈博士表示因为免封装省去了一些环节,是可以让成本做到成品最低的技术。

PFC免封装产品中,运用flipchip基础的晶片设计不需要打线,PFC免封装晶片产品的优势在于光效提升至200lm/W,发光角度大于300度的超广角全周光设计,加上可以不用使用二次光学透镜,将减少光效的耗损与成本。

PFC新产品将主打市场。特别是应用在蜡烛灯上,不仅可以模拟钨丝灯的造型,同时可以突破散热体积的限制,并且取代传统40W钨丝蜡烛灯,达到3.5W有350lm输出的光效。
 

覆晶技术

覆晶技术指的是由晶片、衬底、凸块形成了一个空间,而电路结构封装在这个空间里面。这样封装出来的芯片具有体积小、性能高、连线短等。
尽管覆晶技术具备高达19%的年复合成长率,但并非新技术,早在三十年前就由IBM首次引进市场;也因为如此,覆晶封装很容易被视为是一种旧的、较不吸引人的成熟技术。
事实上,无论使用哪种封装技术,最终都还是需要凸块(bumping)这个制程阶段。2012年,凸块技术在中段制程领域占据81%的安装产能,约当1,400万片12寸晶圆;晶圆厂装载率同样为高水准,特别是铜柱凸块平台(Cupillarplatform,88%)。
 

共晶技术

共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象,共晶合金直接从固态变到液态,而不经过塑性阶段,是一个液态同时生成两个固态的平衡反应。其熔化温度称共晶温度。
共晶焊接技术最关键是共晶材料的选择及焊接温度的控制。如采用共晶焊接,晶粒底部可以采用纯锡(Sn)或金锡(Au-Sn)等合金作接触面镀层,晶粒可焊接于镀有金或银的基板上。当基板被加热至适合的共晶温度时,金或银元素渗透到金锡合金层,合金层成份的改变提高溶点,令共晶层固化并将LED紧固的焊于热沉或基板上。共晶层和热沉或基板完全的键合为一体,打破从芯片到基板的散热系统中的热瓶颈,提升LED寿命。
虽然此前这项技术就被大厂所采用,不过通常的芯片结构因为是蓝宝石衬底而不能适用共晶技术。但是到2013年伴随非蓝宝石衬底的芯片方案增多,另外加上采用蓝宝石衬底的大功率芯片厂商推出了更多倒装结构的芯片,使得共晶技术成为中国封装厂商提升技术竞争力的选项。因而瑞丰,天电等不少厂商不惜重金购置昂贵的共晶固晶设备。
 

模组化

曾经火爆一时的山寨机背后有一个强大的推手就是MTK公司推出的集成化模组,虽然这次逆袭最终以智慧机的滥觞而收官。不过这种商业模式上精髓仍有颇多值得借鉴的内容。因为模组化的整合,让产品设计和制造再次分工出来,产业链再次拉长,制造商不用承担设计失败的成本和风险,优秀的产品设计业者也不用承担终端产品商业化成败的风险。从而众多竞争也合作的小公司也拥有与系统化整合的大公司抗衡的力量。
一款LED照明灯具,从设计,选料,测试,认证到最后投放市场,耗费大,周期长。往往到一个专案走完流程市场上已经有更有竞争力的产品出现,很多代价不菲的新产品新设计还没有来得及收回成本就要退市了。在目前竞争更加激烈,生存更艰难的状况下,小型企业在面对竞争对手的新产品的时候往往有心无力再去追赶,只能选择固守旧产品或者抄袭。
而有远见的业者就想到了LED模组化,这其中最有影响力的应属于Zhaga联盟。该联盟是目前最受国际瞩目的LED光引擎互换性(Interchanability)接口标准,目的在推动全球LED照明灯具系统接口的标准化,进而实现不同制造商产品间的相容与互换性,以保障消费者的选购利益。实际上,Zhaga虽然是由九大的领导厂家发起,但现在全球已经拥有190家会员,其所受业界欢迎程度可见一斑。
而对照明业者来说,对于灯具的设计变得简单。照明厂商只需要关注在最后的整灯或者灯具的制造上,只要让灯具与Zhaga的接口相容,灯具的设计就从一个复杂的光机热电的系统工程压缩到一个简单的组装流程。厂商可以花更多的精力和资源在生产管理和市场推广上。这样至少在核心组件的设计上,小型厂商有机会和大厂站在相同的平台上。

2013年,我们看到的就是GE,艾迪生,齐瀚光电,Bridgelux众多大小厂商纷纷投靠zhaga阵营,模组化,模组标准化的趋势已经不可逆转。
总结:
随着LED照明市场起飞,加上背光用LED规格的改变,中功率市场一跃而成2013年LED产业主流规格,产值首度超越高功率市场,EMC和Flip-Chip产品随着中功率市场兴起而成为2013年的闪亮之星。新技术的引进无疑加快了LED行业发展的脚步,推动了LED的普及。


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