中国企业LED封装技术与国外的差异

中国企业LED封装技术与国外的差异

一、概述LED产业链总体分为上、中、下游,分别是LED外延芯片、LED封装及LED 应用。作为LED产业链中承上启下的LED封装,在整个产业链中起着无可比拟的重要作用。基于LED器件的各类应用产品大量使用LED器件,如大型LED显示屏、液晶显示器的LED背光源、LED照明灯具、LED交通灯和汽车灯等,LED器件在应用产品总成本上占了40%至70%,且LED应用产品的各项性能往往70%以上由LED器件的性能决定。

中国是LED封装大国,据估计全世界80%数量的LED器件封装集中在中国,分布在各类美资、台资、港资、内资封装企业。在过去的五年里,外资LED封装企业不断内迁大陆,内资封装企业不断成长发展,技术不断成熟和创新。在中低端LED器件封装领域,中国LED 封装企业的市场占有率较高,在高端LED器件封装领域,部分中国企业有较大突破。随着工艺技术的不断成熟和品牌信誉的积累,中国LED封装企业必将在中国这个LED应用大国里扮演重要和主导的角色。

下面从LED封装产业链的各个环节来阐述这些差异。

二、封装生产及测试设备差异

LED主要封装生产设备包括固晶机、焊线机、封胶机、分光分色机、点胶机、智能烤箱等。五年前,LED自动封装设备基本是国外品牌的天下,主要来自欧洲和台湾,中国只有少量半自动固晶、焊线设备的供应。在过去的五年里,中国的LED生产设备制造业有了长足的发展,如今自动固晶机、自动封胶机、分光分色机、自动点胶机、智能烤箱等均有厂家供应,具有不错的性价比。

LED主要测试设备包括IS标准仪、光电综合测试仪、TG点测试仪、积分球流明测试仪、荧光粉测试仪等及冷热冲击、高温高湿等可靠性试验设备。除标准仪主要来自德国和美国外,其它设备目前均有国产厂家生产供应。

目前中国LED封装企业中,处于规模前列的LED封装企业均拥有世界最先进的封装设备,这是后发优势所决定的。就硬件水平来说,中国规模以上的LED封装企业是世界上最先进的。当然,一些更高层次的测试分析设备还有待进一步配备。

因此,中国在封装设备硬件上已具备世界领先水平,具备先进封装技术和工艺发展的基础。

三、LED芯片差异

目前中国大陆的LED芯片企业约有十家左右,起步较晚,规模不够大,最大的LED芯片企业年产值约3个亿人民币,每家平均年产值在1至2个亿。

这两年中国大陆的LED芯片企业发展速度较快,技术水平提升也很快,中小尺寸芯片(指15mil以下)已能基本满足国内封装企业的需求,大尺寸芯片(指功率型W级芯片)还需进口,主要来自美国和台湾企业,不过大尺寸芯片只有在LED进入通用照明后才能大批量应用。

LED封装器件的性能在50%程度上取决于LED芯片,LED芯片的核心指标包括亮度、波长、失效率、抗静电能力、衰减等。目前国内LED封装企业的中小尺寸芯片多数选用国产品牌,这些国产品牌的芯片性能与国外品牌差距较小,具有良好的性价比,亦能满足绝大部分LED应用企业的需求。尤其是部分芯片品牌的性能已与国外品牌相当,通过封装工艺技术的配合,已能满足很多高端应用领域的需求。

四、封装辅助材料差异

封装辅助材料包括支架、金线、环氧树脂、硅胶、模条等。辅助材料是LED器件综合性能表现的一个重要基础,辅助材料的好坏可以决定LED器件的失效率、衰减率、光学性能、能耗等。

目前中国大陆的封装辅助材料供应链已较完善,大部分材料已能在大陆生产供应。但高性能的环氧树脂和硅胶以进口居多,这两类材料主要要求耐高温、耐UV、优异折射率及良好膨胀系数等。

随着全球一体化的进程,中国LED封装企业已能应用到世界上最新和最好的封装辅助材料。

五、封装设计差异

LED的主要封装形式有支架式LED、表贴式LED及功率型LED三大主类。 LED的封装设计包括外形结构设计、散热设计、光学设计、材料匹配设计、参数设计等。

支架式LED的设计已相对成熟,目前主要在衰减寿命、光学匹配、失效率等方面可进一步上台阶。

贴片式LED的设计尤其是顶部发光TOP型SMD处在不断发展之中,封装支架尺寸、封装结构设计、材料选择、光学设计、散热设计等不断创新,具有广阔的技术潜力。

功率型LED的设计则是一片新天地。由于功率型大尺寸芯片制造还处于发展之中,使得功率型LED的结构、光学、材料、参数设计也处于发展之中,不断有新型的设计出现。

中国的LED封装设计是建立在国外及台湾已有设计基础上的改进和创新。设计需依赖良好的电脑设计工具、良好的测试设备及良好的可靠性试验设备,更需依据先进的设计思

路和产品领悟力。目前中国的LED封装设计水平还与国外行业巨头有一定差距,这也与中国LED行业缺乏规模龙头企业有关,缺乏有组织、有计划的规模性的研发设计投入。

六、封装工艺差异

LED封装工艺同样是非常重要的环节。例如固晶机的胶量控制,焊线机的焊线温度和压力,烤箱的温度、时间及温度曲线,封胶机的气泡和卡位管控等等,均是重点工艺控制点。即使是芯片质量好、辅材匹配好、设计优异、设备精度高,如果是工艺不正确或管控不严,就会最终影响LED的可靠性、衰减、光学特性等。

随着中国LED封装企业这几年的快速发展,LED封装工艺已经上升到一个较好的水平,尤其是一些高端需求如大型LED显示屏、广色域液晶背光源等,中国的LED优秀封装企业已能满足其需求,先进封装工艺生产出来的LED已接近国际同类产品水平。

七、LED器件性能差异

LED器件的性能指标主要表现在如下六方面：

①亮度或流明值；②光衰；③失效率；④光效；⑤一致性；⑥光学分布特性

2、光衰

一般研究认为,光衰与芯片关联度不大,与封装材料与工艺关联度最大。影响光衰的封装材料主要有固晶底胶、荧光胶、外封胶等,影响光衰的封装工艺主要有各工序的烘烤温度和时间及材料匹配等。

目前,中国LED封装工艺经过多年的发展和积累,已有较好的基础,在光衰的控制上已与国外一些产品匹敌。

3、失效率

失效率与芯片质量、封装辅助材料、生产工艺、设计水平和管理水平相关。LED失效主要表现为死灯、光衰过大、波长或色温漂移过大等。根据LED器件的不同用途要求,其失效率也有不同的要求。例如指示灯用途LED可以为1000PPM(3000小时)；照明用途LED为500PPM(3000小时)；彩色显示屏用途LED为50PPM(3000小时)。

中国封装企业的LED失效率整体水平有待提高。可喜的是,少量中国优秀封装企业的失效率已达到世界水平。

4、光效

LED光效90%取决于芯片的发光效率。中国LED封装企业对封装环节的光效提高技术也有大量研究。如果中国在大尺寸瓦级芯片的研发生产上取得突破及量产,将会极大促进功率型封装器件光效的提高。