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LED封装材料的应用现状和发展趋势(下)

2.7 细分市场七:无机封装材料

无机材料一方面是应用于耐受UV、激光LED的封装需求,另一方面是与荧光粉共烧制成荧光无机材料。混合荧光粉共烧制的陶瓷或玻璃荧光片的制造成本仍高居不下,且调色制样的工程周期较长,产品更适合标准化的LED色温应用。

三、LED 封装材料技术发展趋势

随着LED在照明、信号、传感器、通讯领域的应用发展,LED的封装技术方向出现“集成化”趋势:

(1)由单颗独立封装结构向集成封装结构转变。近几年成熟的COB封装方式就是代表产品。“积少成多”的大面积面阵光源使用数量巨大的小功率芯片,通过阵列方式获得大功率成品。陶瓷基板或铝基板协助芯片阵列散热,减少了对传统复杂铸铝翅片散热结构的依赖,灯具可以做得更薄。最近兴起的“Mini”之风,实际上是集成封装的同义词。Mini-LED的出现使LCD屏与OELD在中小尺寸的竞争出现变数。Mini-RGB将加速LED屏向家庭TV的渗透。

(2)封装工艺向集成化转轨。传统的封装工艺以单颗灯珠形态为特征,从开始的固晶打线,到灌封,整个过程都可以看到独立的单颗灯珠。以CSP引导的白光芯片革命,不只是最终LED封装产品的形态变化,其封装过程更是以集成阵列芯片、统一封装、最后切割成单颗产品为特征的。这一技术正向晶圆制造的产业链上方渗透,垂直芯片wafer Level制程的白光芯片已经在三安光电量产。倒装芯片CSP工艺的的阵列置晶过程如果与晶圆厂庞大的分光置晶产能结合,将是LED整个产业链的分工革命。

(3)照明、传感、通讯、控制的功能集成化发展。Lifi技术、DOB技术、Mini-RGB技术等催动在基板上(包括基板背面)完成不仅包括照明的其他复合功能与控制功能。系统集成厂商的产业链定位同时向传统的灯珠封装及终端应用延伸。

封装材料伴随封装“集成化”技术的驱动,也不断涌现新的材料更新路线图,代表性的方向有以下几点。

(1)为提高LED封装材料的综合性能,通过引入无机纳米材料或者透明材料等制备有机/无机复合材料,例如通过特殊工艺制备出含有荧光粉的有机硅荧光材料,含有与封装材料相同折射率、不影响透明透光的无机物填充的有机硅或环氧复合材料。这些复合材料不仅能有效地提高封装材料的光学性能,还能一定程度上增强材料的力学和热性能、提高LED发光性能。

(2)适应集成封装工艺的固态薄膜封装材料。例如制造白光芯片CSP的B-Stage荧光胶膜,利用其室温为固态胶膜的特性,保证荧光粉在胶膜中分散均一,长期储存也不会发生荧光粉沉降的问题,实现封装LED光色均一的目的。特别是,这种荧光胶膜通过封装工艺能够精确控制封装层厚度,从而将CSP色温偏差控制在非常窄的范围,在芯片的五个出光面实现保型贴合封装,从而为CSP封装技术发展提供了有力支撑。另外胶膜材料已经在Mini-LED、Mini-RGB等领域显示出可靠并且简单的封装可行性。

(3)封装材料的功能极致化。封装材料,无论是有机硅、环氧树脂以及其二者结合的Hybrid材料,仍然在追求折射率提高、致密分子结构抵抗“硫化”、耐高温高电流条件的老化、耐蓝光衰减、提升为不同封装界面的粘结力等技术制高点上做不断升级,随着基础材料和复合材料科学领域的探索研究和创新发展,广大厂商必将为LED封装提供性能更加优越的封装材料。

四、LED 封装材料市场现状及未来

中国大陆LED灯珠封装树脂市场需求大致为液态环氧材料100ton/月、固态EMC树脂50ton/月、有机硅树脂500ton/月。低端液态环氧树脂市场价格约 RMB20-50/Kg、中端环氧树脂EMC价格为RMB200-400/Kg,高可靠性环氧树脂EMC价格为RMB500-1000/Kg;中低端液态有机硅树脂市场价格约为RMB100-500/Kg、高端有机硅材料根据性能不同而价格在RMB500-2000/Kg。LED封装材料仍然呈国外品牌占据价值链高端、甚至长期细分领先的局面。随着国内厂商不断研发积累,国产替代及细分领先的材料近年不断出现,价格及技术竞争日趋白热化。各市场细分的主要供应商见表5。

LED封装材料的应用现状和发展趋势(下)

封装材料的国产化一直是广大国内民族品牌厂商的追求目标,也是国家02专项及大基金引导红色半导体产业链的重要支撑点。然而半导体及LED封装材料的特点决定了它的基础研发时间长、应用开发投资大、替代竞争风险高、改朝换代更依赖新技术推动的一个高技术、高风险、高竞争的产业形态。封装材料在封装后器件的总体成本上一般比例不超过10%,但器件可靠性却和封装材料紧密相关。进口替代虽事关中国半导体产业链的自主与发展,但在具体商业层面,往往封装用户缺乏动力。新技术是新材料应用的助推器,但新技术被市场认可需要相当长期的培育和试错,对材料企业的研发投入甚至经营安全提出了巨大挑战。

国产封装材料近年的发展已经取得不俗的成绩,相较10年前市场主流进口材料价格,固态环氧树脂已下降约50%、有机硅胶水价格下降得更多。国产材料已经基本满足通用器件的封装要求。相信随着国家半导体及光电产业的振兴,封装材料事业会迎来更新更快的发展。

(作者:冯亚凯 谭雨涵)

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