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LED封装材料的应用现状和发展趋势(下)

导读: 材料厂商不断通过分子设计、增粘剂设计、环氧有机硅复合等技术改善有机硅封装树脂的粘结力和降低透氧率。

2.5 细分市场五:高端照明五面出光CSP

中大功率LED通常采用有机硅橡胶及树脂做封装材料,有机硅材料的Si-O键能比环氧树脂骨架的C-C键能高,能够保证材料抵抗蓝光衰减。按折射率划分,有机硅材料分为1.41折射率的硅橡胶材料、1.46折射率的中折橡胶树脂复合材料、1.52折射率(及以上)的硅树脂材料。折射率的提高与有机硅分子骨架侧链的苯基含量有关,苯基含量越高则折射率越高,高折射率封装材料有利于LED的出光。

有机硅材料对比环氧树脂材料的劣势是其粘结力和“透氧率”。有机硅树脂分子链缺乏极性分子基团,无法达到环氧树脂的粘结强度;同时,有机硅材料分子链密度比环氧树脂疏松,氧气可以透过封装层进入芯片表层和金线焊点。

材料厂商不断通过分子设计、增粘剂设计、环氧有机硅复合等技术改善有机硅封装树脂的粘结力和降低透氧率,道康宁(现DOW化学)、信越化学、康美特、德邦先进硅、慧谷等厂家的技术能力及产品市场占有率居领先地位。随着倒装芯片的兴起,基于倒装芯片的CSP封装方式由于散热结构好、出光效率高、色温一致性强等优点,在电视背光、车灯、闪光灯、智能及健康照明领域得到大量开创性应用。CSP的概念是封装后LED灯珠的尺寸不超过裸芯片尺寸的1.14倍,因此,CSP封装工艺和封装材料与普通中大功率LED采用A、B双组份硅胶混合荧光粉灌封或点胶的方式有所不同。已经量产的CSP封装多采用刷涂、喷粉、荧光胶膜贴合的封装方式。特别值得一提的是荧光胶膜贴合封装,预混并分散了荧光粉的荧光胶膜是基于有机硅树脂的半固化可相变性质,也称B-Stage。B-Stage的荧光胶膜在室温下是固态胶膜,当封装温度达到相变临界点时(通常是80-120°c),胶膜由固态转为“粘流”状态,在此状态下进行封装贴合,最后,经高温后固化完成封装过程。荧光胶膜的材料优势具有很多优点,例如:

(1)、荧光粉在胶膜中分散均一,室温呈固态的胶膜可以保证荧光粉不沉降,实现封装LED的光色均一性优良;

(2)、厚膜荧光胶膜(300-450um厚度)采用真空压合工艺,借助压合治具的精度,整版压合厚度偏差可以控制在5um,对应色温的偏差在±300K之内;薄膜荧光膜的加工厚度可实现±2um,对应CSP色温偏差可控制在±200K;

(3)、薄膜荧光胶膜可以对裸芯片实施保型贴合,即紧贴芯片形成50-70um厚的涂层。这种结构使CSP的出光各个方向更加均匀,并能消除传统五面出光CSP结构的边角黄晕。

LED封装材料的应用现状和发展趋势(下)

图10荧光胶膜的材料及其CSP封装LED芯片

当前,高端照明有两个市场热点,一是欧美市场兴起的色温可调智能照明;二是发起自韩国的太阳光谱健康照明。色温可调概念是灯具可以在控制系统调控下发出暖色模式2700K-3000K、冷色模式5700K-6000K和中间模式4500K-5000K色温的光线。普通吸顶灯可以在灯条上间隔SMT不同色温2835灯珠实现双色温照明,而灯泡、射灯、筒灯、商照等灯具必须在有限空间下集成更多数量灯珠, 因此,尺寸更小的CSP是灯具设计的必选封装方式。应用CSP的双色温封装解决方案比较成熟的有以下三种:

(1)2835双色温模块;

(2)暖色CSP+蓝光裸芯片点荧光胶水的COB点阵模块;

(3)暖色CSP+冷色CSP点透明胶的点阵COB模块。

2835双色温模块采用焊盘改装的2835支架,在一粒灯珠中贴装两颗CSP1007,其中一颗是冷色、另一颗是暖色,然后用透明有机硅胶水灌封保护。单颗CSP1007有0.5W和1W两种功率选择,为适应功率不同的散热需求,2835支架反射杯材料可选用PPA材料对应0.5W功率,而使用PCT材料对应1W功率。2835双色温模块的优势是不改变灯具行业最熟悉的灯珠外形尺寸,下游厂商容易接受CSP及双色温新技术的渗透。另外,仅贴装两颗CSP形成一个双色温模块,对于CSP的SMT贴装过程是相对容易控制的,良品率也较高。但是,2835双色温模块的不足之处是,对于高密度光源产品(如高端商照、舞台灯等)因模块尺寸稍大,无法充分满足设计要求。其他双色温模式都是COB光源与CSP的结合产物。暖色CSP+蓝光裸芯片方式,可以基本不改变传统倒装COB的基板设计,节省成本。但COB点荧光胶水需要较高的工程能力,才能保证色温的一致性。暖色CSP+冷色CSP方式,因相邻的CSP混光设计,需要对COB基板的焊盘重新布局,初期的设计摸索和基板开版投入较大。虽然两颗CSP的成本比裸芯片方式要高一些,但贴装过程及后面的灌封透明胶水过程更易提升良品率。

今年,韩国首尔半导体在法兰克福照明展发布了SUNLIKE太阳光谱CSP系列。该技术采用UV芯片激发R、G、B三种荧光粉获得近似太阳光谱的封装形式,同时,使不健康的蓝光的比例进一步减少。国内厂商开发的全光谱健康照明,基本采用蓝光芯片激发R、G、Y荧光粉方式,虽然蓝光与绿光光谱之间仍有不连续的“洼地”,但相较传统白光LED已改善明显。还有一些厂商开发全光谱芯片与红外芯片结合的模块,使 LED冷光源有了自然光的温暖感觉。无论SUNLIKE还是全光谱芯片,因为荧光粉配比高,且小粒径红粉大量应用,传统点胶封装LED方式几乎无法满足这种封装要求。荧光胶膜法制备CSP,可以针对高荧光粉比例配方,确保其良好分散及避免沉降,所以,当前健康照明的封装开发都集中在CSP方式。

LED封装材料的应用现状和发展趋势(下)

2.6 细分市场六:EMC支架材料

EMC支架是中功率LED器件的能力放大器,对比传统热塑性塑料PPA和PCT的支架,EMC支架由耐高温环氧树脂添加反射填料及白色填料的组成。热固性环氧树脂复合物的高温尺寸稳定性比热塑性塑料强,且树脂耐黄变能力更为突出。特别是环氧树脂界面的极性基团丰富,便于和有机硅材料形成强有力的粘合界面而确保回流焊不分层。因此,1W以上的LED封装倾向使用EMC支架。日本日立化成、日东电工、松下电工是白色EMC支架材料的垄断厂商。国内厂商虽然也不断立项攻关,但在树脂高温黄变、反射效果、点胶后爬胶等细节上尚待完善。

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