随着LED市场和技术的发展,从2010年起各种不同封装形式的成本都在急剧下降,就能效而言,提升了近40%。由于LED材料成本下降空间已经接近极限,所以未来就需要在封装方式的创新以及新材料新技术的推动上下功夫。而中游封装则是降低成本最具可能性的环节。
一、芯片级封装技术的市场价值及应用前景
芯片级封装在LED行业中也被叫做无封装芯片,从表面来看芯片级封装是不需要封装的芯片,事实上却只是芯片厂干了封装厂的活儿。实现了封装面积接近芯片面积的程度,因此又被称为芯片尺寸封装(CSP),CSP是一种新型的先进封装形势,近年来得到了大量的发展。无封装芯片与其说是一项新技术,倒不如说它是一项大工程,它的改变并不仅仅从封装开始,而是从芯片后段制程开始。一旦普及开来目前封装厂大部分设备都不能使用,同时购置新的设备价格非常高,而封装厂的工艺磨合也是个问题,对于刚开始做的企业来说合格率很难达到预期。
芯片级封装,其封装尺寸不超过芯片尺寸的1.2倍。可以免金线,免支架,结构紧凑并且能够降低成本。芯片级封装产品的改进、发光特性和更灵活的设计弹性为LED的应用和各种设计带来更多可能性,对于LED企业而言,不断推出新技术与新产品也成为力抗价格战的另一个新方向。但是,虽然芯片级封装产品在2013年在市场已经很火热,但是相当一部分芯片级封装产品仍停留在研发室中,能否早日进入量产阶段,仍是许多厂商目前正积极克服的难关。随着投入芯片级封装产品市场的竞争者越来越多,成功地在2013年掀起热潮的芯片级封装产品,并持续到2014年。
总之,无封装芯片目前没有很大的成本优势,市场份额可以说为零。但反过来说如果没有很大市场,自然也没有规模效应所带来的成本降低。我们不可否认,它是下一步封装的技术趋势所在,无封装芯片如果大面积推广将使得封装厂和芯片厂的界限不那么清晰。
二、LED产业链中游封装的发展趋势与挑战
四月份,在LED新技术高峰论坛上,业内普遍将产业创新的方向指向芯片级封装,其中,易美芯光科技有限公司副总裁刘国旭表示,新技术变革最大的环节应该是封装。随着芯片级封装技术的兴起,芯片厂商将来可能跳过封装厂商,向下游应用供应标准件。同时他也讲解了一些关于LED封装方面的相关技术
1、倒装芯片焊接
目前,LED封装用芯片80%是水平结构,10%是垂直结构,另外还有10%是倒装芯片(蓝宝石)。倒装芯片具有诸多优点,例如免金线、高可靠性、减少光吸收、无表明电极挡光、低热阻等。
2、集成封装光引擎技术
结构简单,直接交流电源驱动,无需交流直流转换和电解质电容,可靠性好,免去或减少外部PCB结构,更节省空间;低驱动电流和更好地热学性能;利用HV-LED:6V、9V、21V--驱动设计更加灵活;可调光;线性驱动,具有良好的功率因素和低总谐波失真;相对于开关模式的设计,具有更低的电磁干扰。目前调光至10%左右的频需要闪解决。晶台光电总经理龚文也非常认同集成的概念,“COB 我们下一步的研发方向是将电源、控制系统用芯片级的方式集成进去,接电就可以使用,这种方式将更好地节省成本,比如IC 的制造成本。同时这种方式也更方便,可靠性更高。”
3、缩小暖白和冷白之间的光效差
冷白:CCT=4700-7000K,CRI=70-80,暖白:CCT=2500-3700K,CRI=80-90,对于暖白,市场占有率超过60%,暖白比冷白LED光效(lm/w)低25%左右。如何将暖白与冷白之间的差距缩小至10%左右;如何使用高光效红光LED或者新型银光粉材料技术,改变芯片表面对蓝光及红绿光的吸收反射性是目前发展挑战。
冷白:CCT=4700-7000K,CRI=70-80,暖白:CCT=2500-3700K,CRI=80-90,对于暖白,市场占有率超过60%,暖白比冷白LED光效(lm/w)低25%左右。如何将暖白与冷白之间的差距缩小至10%左右;如何使用高光效红光LED或者新型银光粉材料技术,改变芯片表面对蓝光及红绿光的吸收反射性是目前发展挑战。
4、 高显指,广色域
对于商照,高显指使色彩看起来充满活力,红色更加生动逼真。CRI=95和R9=95(饱和红色)可通过U或NUV+RGB Phosphor实现提高显色指数的其他方案:B+RG Phosphor,BR chip+G Phosphor对于TV和Monitor,广色域提供了丰富的色彩体验量子点可以实现NTSC105%和99%的高色域。提高广色域的其他方案:B+RG Phosphor,BR chip+G Phosphor。
5、 量子点波长转换器
Quantum Dots特性
半导体材料制成的纳米晶体可界定各个尺寸电子-空穴对,实现不同波长(与荧光粉类似)量子点直径3-7nm。可实现全光谱的所有颜色,通过调整晶体微粒大小,峰值发射波长可调整到+/-1nm。半峰宽窄度小于30nm.(荧光粉的半峰为60-80nm)。可减少光散射,高量子效率在90%以上。
2、技术应用前景
“谈到新技术,变革最大的环节应该是封装。” 易美芯光刘国旭说。将SSL推入主流,面临的挑战不仅仅是lm/w。更是lm/$。LED封装企业应该把握节约成本和技术革新的机会,LED封装类型和封装材料,决定了是否能够使用更高的电流密度,和承受更高的环境温度。基于倒状芯片的CSP技术,有可能成为降低成本,改善性能的未来技术发展方向。在对LED中游的封装技术发展趋势进行了全面的分析之后,他强调,LED封装作为LED产业的中游领域,永远不会消失,在未来的发展中需要通过技术的革新去满足市场的需求。
三、EMC技术和360度发光COB ——高性价比 低成本
随后,深圳斯迈得项目总监张路华介绍了EMC技术和360度发光COB。
1、EMC技术
EMC框架具有耐高温、抗黄化能力,抗UV能力,以及高作业效率等特性,它的这些特性为追求低成本的LED封厂带来了新的选择。解决了传统材料封装存在的耐热性差,达不到灯具散热要求等缺陷导致的高成本问题。
在应用中,贴片式封装便于大批量使用,可以有效地提高生产效率。而且EMC耐高温性能决定了对灯具的散热要求不是很苛刻,在一定程度上可以降低散热器的成本,最终带来灯具的高性价比。在产品应用中EMS技术应用非常广泛,在LED照明、背光等方面都可以得到很好的应用。
2、360度发光COB
360°发光COB是一种外形与怀旧“白炽灯”相似的LED灯丝,这种LED灯丝在结构上具有垂直散热、热量传递速度快的优势,而且组装简单,体积小,可以有效地减少炫光及重影。目前众多的厂家都在尝试推注这种封装模式。但是目前以4W为主,如果要做到更高瓦数,温度及可靠性都要进行相应改变。·深圳斯迈得项目总监张路华表示,对于白炽灯厂家来说,白炽灯生产厂原有的设备在转向生产LED灯丝灯后可以沿用。唯一需要改变的是利用白炽灯原有的支架设计LED灯丝柱的连接,后端的生产工序也是利用白炽灯透光效率高的特种玻璃和自动吹玻璃球泡生产技术。这也就意味着,对于白炽灯生产厂家来说,LED灯丝灯的出现无疑是一个很好的契机,原有的生产设备可以充分利用,转型LED照明也不至于再“大换血”,可以为企业节省一笔不小的开支。
在整个LED产业中,LED封装处于中间环节,即LED封装厂把购入的各种类型的LED芯片按照下游客户的不同需求封装成各种器件在进行销售。随着芯片级封装技术的发展这一传统模式可能会被打破。
2013年是LED行业芯片级封装元年,而2014年的芯片级封装技术,再次让相关企业迎来新机遇,芯片级封装等新技术的发展也可能会推进行业内产业链整合的速度。随着LED产业的快速发展,新技术、新应用、新模式正在推动整个产业发生变革。