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LED封装质料的使用近况和生长趋向(下)

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2018-10-09 作者: 冯亚凯 谭雨涵 泉源:龙虎和照明网 欣赏量: 网友批评: 0
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择要: 国产封装质料比年的生长曾经获得不俗的结果,相较10年前市场主流入口质料代价,固态环氧树脂已降落约50%、无机硅胶水代价降落得更多。国产质料曾经基本满意通用器件的封装要求。信赖随着国度半导体及光电财产的复兴,封装质料奇迹会迎来更新更快的生长。

  冯亚凯 天津大学化工学院传授

  《2018龙虎和照明财产照明确皮书》要害质料 照料

  谭雨涵 北京十三中学

  2.5 细分市场五:高端照明五面出光CSP

  中大功率LED通常接纳无机硅橡胶及树脂做封装质料,无机硅质料的Si-O键能比环氧树脂骨架的C-C键能高,可以或许包管质料抵挡蓝光衰减。按折射率分别,无机硅质料分为1.41折射率的硅橡胶质料、1.46折射率的中折橡胶树脂复合质料、1.52折射率(及以上)的硅树脂质料。折射率的进步与无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,高折射率封装质料有利于LED的出光。

  无机硅质料比拟环氧树脂质料的优势是其粘结力和“透氧率”。无机硅树脂分子链缺乏极性分子基团,无法到达环氧树脂的粘结强度;同时,无机硅质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。

  质料厂商不停经过分子设计、增粘剂设计、环氧无机硅复合等技能改进无机硅封装树脂的粘结力和低落透氧率,道康宁(现DOW化学)、信越化学、康美特、德邦先辈硅、慧谷等厂家的技能本领及产物市场占据率居抢先职位地方。随着倒装芯片的鼓起,基于倒装芯片的CSP封装方法由于散热布局好、出光服从高、色温同等性强等长处,在电视背光、车灯、闪光灯、智能及康健照明范畴失掉少量创始性使用。CSP的观点是封装后LED灯珠的尺寸不凌驾裸芯片尺寸的1.14倍,因而,CSP封装工艺和封装质料与平凡中大功率LED接纳A、B双组份硅胶混淆荧光粉灌封或点胶的方法有所差别。曾经量产的CSP封装多接纳刷涂、喷粉、荧光胶膜贴合的封装方法。特殊值得一提的是荧光胶膜贴合封装,预混并疏散了荧光粉的荧光胶膜是基于无机硅树脂的半固化可相变性子,也称B-Stage。B-Stage的荧光胶膜在室温下是固态胶膜,当封装温度到达相变临界点时(通常是80-120°c),胶膜由固态转为“粘流”形态,在此形态下举行封装贴合,末了,经低温后固化完成封装历程。荧光胶膜的质料上风具有许多长处,比方:

  (1)、荧光粉在胶膜中疏散均一,室温呈固态的胶膜可以包管荧光粉不沉降,完成封装LED的光色均一性精良;

  (2)、厚膜荧光胶膜(300-450um厚度)接纳真空压合工艺,借助压合治具的精度,整版压合厚度毛病可以控制在5um,对应色温的毛病在±300K之内;薄膜荧光膜的加工厚度可完成±2um,对应CSP色温毛病可控制在±200K;

  (3)、薄膜荧光胶膜可以对裸芯片实行保型贴合,即紧贴芯片构成50-70um厚的涂层。这种布局使CSP的出光各个偏向越发匀称,并能消弭传统五面出光CSP布局的边角黄晕。

  图10荧光胶膜的质料及其CSP封装LED芯片图

  以后,高端照明有两个市场热门,一是泰西市场鼓起的色温可调智能照明;二是提倡自韩国的太阳光谱康健照明。色温可调观点是灯具可以在控制体系调控下收回暖色形式2700K-3000K、冷色形式5700K-6000K和中心形式4500K-5000K色温的光芒。平凡吸顶灯可以在灯条上隔断SMT差别色温2835灯珠完成双色温照明,而灯胆、射灯、筒灯、商照等灯具必需在无限空间下集成更少数量灯珠, 因而,尺寸更小的CSP是灯具设计的必选封装方法。使用CSP的双色温封装办理方案比力成熟的有以下三种:

  (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点通明胶的点阵COB模块。

  2835双色温模块接纳焊盘改装的2835支架,在一粒灯珠中贴装两颗CSP1007,此中一颗是冷色、另一颗是暖色,然后用通明无机硅胶水灌封掩护。单颗CSP1007有0.5W和1W两种功率挑选,为顺应功率差别的散热需求,2835支架反射杯质料可选用PPA质料对应0.5W功率,而利用PCT质料对应1W功率。2835双色温模块的上风是不转变灯具行业最认识的灯珠形状尺寸,卑鄙厂商容易担当CSP及双色温新技能的渗入渗出。别的,仅贴装两颗CSP构成一个双色温模块,对付CSP的SMT贴装历程是绝对容易控制的,良品率也较高。但是,2835双色温模块的不敷之处是,对付高密度光源产物(如高端商照、舞台灯等)因模块尺寸稍大,无法充实满意设计要求。其他双色温形式都是COB光源与CSP的联合产品。暖色CSP+蓝光裸芯片方法,可以基本不转变传统倒装COB的基板设计,节流本钱。但COB点荧光胶水必要较高的工程本领,才气包管色温的同等性。暖色CSP+冷色CSP方法,因相邻的CSP混光设计,必要对COB基板的焊盘重新结构,初期的设计探索和基板开版投入较大。固然两颗CSP的本钱比裸芯片方法要高一些,但贴装历程及背面的灌封通明胶水历程更易提拔良品率。

  本年,韩国首尔半导体在法兰克福照明展公布了SUNLIKE太阳光谱CSP系列。该技能接纳UV芯片引发R、G、B三种荧光粉得到类似太阳光谱的封装情势,同时,使不康健的蓝光的比例进一步淘汰。海内厂商开辟的全光谱康健照明,基本接纳蓝光芯片引发R、G、Y荧光粉方法,固然蓝光与绿光光谱之间仍有不一连的“高地”,但相较传统白光LED已改进显着。另有一些厂商开辟全光谱芯片与红外芯片联合的模块,使 LED寒光源有了天然光的暖和觉得。无论SUNLIKE照旧全光谱芯片,由于荧光粉配比高,且小粒径红粉少量使用,传统点胶封装LED方法险些无法满意这种封装要求。荧光胶膜法制备CSP,可以针对高荧光粉比例配方,确保其精良疏散及制止沉降,以是,以后康健照明的封装开辟都会合在CSP方法。

  2.6 细分市场六:EMC支架质料

  EMC支架是中功率LED器件的本领缩小器,比拟传统热塑性塑料PPA和PCT的支架,EMC支架由耐低温环氧树脂添加反射填料及白色填料的构成。热固性环氧树脂复合物的低温尺寸稳固性比热塑性塑料强,且树脂耐黄变本领更为突出。特殊是环氧树脂界面的极性基团富厚,便于和无机硅质料构成强无力的粘合界面而确保回流焊不分层。因而,1W以上的LED封装偏向利用EMC支架。日即日立化成、日东电工、松下电工是白色EMC支架质料的把持厂商。海内厂商固然也不停立项攻关,但在树脂低温黄变、反射结果、点胶后爬胶等细节上尚待美满。

  2.7 细分市场七:无机封装质料

  无机质料一方面是使用于耐受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质料。混淆荧光粉共烧制的陶瓷或玻璃荧光片的制形成本仍高居不下,且调色制样的工程周期较长,产物更得当尺度化的LED色温使用。

  三、LED 封装质料技能生长趋向

  随着LED在照明、信号、传感器、通讯范畴的使用生长,LED的封装技能偏向呈现“集成化”趋向:

  (1)由单颗独立封装布局向集成封装布局变化。近几年景熟的COB封装方法便是代表产物。“集腋成裘”的大面积面阵光源利用数目宏大的小功率芯片,经过阵列方法得到大功率制品。陶瓷基板或铝基板帮忙芯片阵列散热,淘汰了对传统庞大铸铝翅片散热布局的依赖,灯具可以做得更薄。近来鼓起的“Mini”之风,现实上是集成封装的同义词。Mini-LED的呈现使LCD屏与OELD在中小尺寸的竞争呈现变数。Mini-RGB将加快LED屏向家庭TV的渗入渗出。

  (2)封装工艺向集成化转轨。传统的封装工艺以单颗灯珠形状为特性,从开端的固晶打线,到灌封,整个历程都可以看到独立的单颗灯珠。以CSP引导的白光芯片反动,不但是终极LED封装产物的形状变革,其封装历程更因此集成阵列芯片、同一封装、末了切割成单颗产物为特性的。这一技能正向晶圆制造的财产链上方渗入渗出,垂直芯片wafer Level制程的白光芯片曾经在三安光电量产。倒装芯片CSP工艺的的阵列置晶历程要是与晶圆厂巨大的分光置晶产能联合,将是LED整个财产链的分工反动。

  (3)照明、传感、通讯、控制的功效集成化生长。Lifi技能、DOB技能、Mini-RGB技能等催动在基板上(包罗基板反面)完成不但包罗照明的其他复合功效与控制功效。体系集成厂商的财产链定位同时向传统的灯珠封装及终端使用延伸。

  封装质料陪同封装“集成化”技能的驱动,也不停涌现新的质料更新门路图,代表性的偏向有以下几点。

  (1)为进步LED封装质料的综合功能,经过引入无机纳米质料大概通明质料等制备无机/无机复合质料,比方经过特别工艺制备出含有荧光粉的无机硅荧光质料,含有与封装质料雷同折射率、不影响通明透光的无机物添补的无机硅或环氧复合质料。这些复合质料不但能有用地进步封装质料的光学功能,还能肯定水平上加强质料的力学和热功能、进步LED发光功能。

  (2)顺应集成封装工艺的固态薄膜封装质料。比方制造白光芯片CSP的B-Stage荧光胶膜,使用其室温为固态胶膜的特性,包管荧光粉在胶膜中疏散均一,恒久贮存也不会产生荧光粉沉降的题目,完成封装LED光色均一的目标。特殊是,这种荧光胶膜经过封装工艺可以或许准确控制封装层厚度,从而将CSP色温毛病控制在十分窄的范畴,在芯片的五个出光面完成保型贴合封装,从而为CSP封装技能生长提供了无力支持。别的胶膜质料曾经在Mini-LED、Mini-RGB等范畴表现出牢靠而且简朴的封装可行性。

  (3)封装质料的功效极致化。封装质料,无论是无机硅、环氧树脂以及其二者联合的Hybrid质料,仍旧在寻求折射率进步、致密分子布局抵挡“硫化”、耐低温高电流条件的老化、耐蓝光衰减、提拔为差别封装界面的粘结力等技能制高点上做不停晋级,随着底子质料和复合质料迷信范畴的探究研讨和创新生长,宽大厂商必将为LED封装提供功能越发良好的封装质料。

  四、LED 封装质料市场近况及将来

  中国大陆LED灯珠封装树脂市场需求大抵为液态环氧质料100ton/月、固态EMC树脂50ton/月、无机硅树脂500ton/月。低端液态环氧树脂市场代价约 RMB20-50/Kg、中端环氧树脂EMC代价为RMB200-400/Kg,高牢靠性环氧树脂EMC代价为RMB500-1000/Kg;中低端液态无机硅树脂市场代价约为RMB100-500/Kg、高端无机硅质料凭据功能差别而代价在RMB500-2000/Kg。LED封装质料仍旧呈外洋品牌占据代价链高端、乃至恒久细分抢先的场合排场。随着海内厂商不停研发积聚,国产替换及细分抢先的质料比年不停呈现,代价及技能竞争日趋白热化。各市场细分的重要提供商见表5。

  封装质料的国产化不停是宽大海内民族品牌厂商的寻求目的,也是国度02专项及大基金引导赤色半导体财产链的紧张支持点。但是半导体及LED封装质料的特点决议了它的底子研发工夫长、使用开辟投资大、替换竞争危害高、改朝换代更依赖新技能推进的一个高技能、高危害、高竞争的财产形状。封装质料在封装后器件的总体本钱上一样平常比例不凌驾10%,但器件牢靠性却和封装质料精密相干。入口替换虽事关中国半导体财产链的自主与生长,但在详细贸易层面,每每封装用户缺乏动力。新技能是新质料使用的助推器,但新技能被市场承认必要相称恒久的培养和试错,对质料企业的研发投入乃至谋划宁静提出了宏大挑衅。

  国产封装质料比年的生长曾经获得不俗的结果,相较10年前市场主流入口质料代价,固态环氧树脂已降落约50%、无机硅胶水代价降落得更多。国产质料曾经基本满意通用器件的封装要求。信赖随着国度半导体及光电财产的复兴,封装质料奇迹会迎来更新更快的生长。


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