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中國企業(yè)與國外LED封裝技術的差異
2015-07-01 00:01
一、概述LED產(chǎn)業(yè)鏈總體分為上、中、下游，分別是LED外延芯片、LED封裝及LED應用。作為LED產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下的LED封裝，在整個產(chǎn)業(yè)鏈中起著無可比擬的重要作用。基于LED器件的各類應用產(chǎn)品大量使用LED器件，如大型LED顯示屏、液晶顯示器LED背光源、LED照明燈具、LED交通燈和汽車燈等，LED器件在應用產(chǎn)品總成本上占了40%至70%，且LED應用產(chǎn)品的各項性能往往70%以上由LED器件的性能決定。
中國是LED封裝大國，據(jù)估計全世界80%數(shù)量的LED器件封裝集中在中國，分布在各類美資、臺資、港資、內(nèi)資封裝企業(yè)。
在過去的五年里，外資LED封裝企業(yè)不斷內(nèi)遷大陸，內(nèi)資封裝企業(yè)不斷成長發(fā)展，技術不斷成熟和創(chuàng)新。在中低端LED器件封裝領域，中國LED封裝企業(yè)的市場占有率較高，在高端LED器件封裝領域，部分中國企業(yè)有較大突破。隨著工藝技術的不斷成熟和品牌信譽的積累，中國LED封裝企業(yè)必將在中國這個LED 應用大國里扮演重要和主導的角色。
下面從LED封裝產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)來闡述這些差異。
二、封裝生產(chǎn)及測試設備差異
LED主要封裝生產(chǎn)設備包括固晶機、焊線機、封膠機、分光分色機、點膠機、智能烤箱等。五年前，LED自動封裝設備基本是國外品牌的天下，主要來自歐洲和臺灣，中國只有少量半自動固晶、焊線設備的供應。在過去的五年里，中國的LED生產(chǎn)設備制造業(yè)有了長足的發(fā)展，如今自動固晶機、自動封膠機、分光分色機、自動點膠機、智能烤箱等均有廠家供應，具有不錯的性價比。
LED主要測試設備包括IS標準儀、光電綜合測試儀、TG點測試儀、積分球流明測試儀、熒光粉測試儀等及冷熱沖擊、高溫高濕等可靠性試驗設備。除標準儀主要來自德國和美國外，其它設備目前均有國產(chǎn)廠家生產(chǎn)供應。
目前中國LED封裝企業(yè)中，處于規(guī)模前列的LED封裝企業(yè)均擁有世界最先進的封裝設備，這是后發(fā)優(yōu)勢所決定的。就硬件水平來說，中國規(guī)模以上的LED封裝企業(yè)是世界上最先進的。當然，一些更高層次的測試分析設備還有待進一步配備。
因此，中國在封裝設備硬件上已具備世界領先水平，具備先進封裝技術和工藝發(fā)展的基礎。
三、LED芯片差異
目前中國大陸的LED芯片企業(yè)約有十家左右，起步較晚，規(guī)模不夠大，最大的LED芯片企業(yè)年產(chǎn)值約3個億人民幣，每家平均年產(chǎn)值在1至2個億。
這兩年中國大陸的LED芯片企業(yè)發(fā)展速度較快，技術水平提升也很快，中小尺寸芯片（指15mil以下）已能基本滿足國內(nèi)封裝企業(yè)的需求，大尺寸芯片（指功率型W級芯片）還需進口，主要來自美國和臺灣企業(yè)，不過大尺寸芯片只有在LED進入通用照明后才能大批量應用。
LED封裝器件的性能在50%程度上取決于LED芯片，LED芯片的核心指標包括亮度、波長、失效率、抗靜電能力、衰減等。目前國內(nèi)LED封裝企業(yè)的中小尺寸芯片多數(shù)選用國產(chǎn)品牌，這些國產(chǎn)品牌的芯片性能與國外品牌差距較小，具有良好的性價比，亦能滿足絕大部分LED應用企業(yè)的需求。尤其是部分芯片品牌的性能已與國外品牌相當，通過封裝工藝技術的配合，已能滿足很多高端應用領域的需求。
四、封裝輔助材料差異
封裝輔助材料包括支架、金線、環(huán)氧樹脂、硅膠、模條等。輔助材料是LED器件綜合性能表現(xiàn)的一個重要基礎，輔助材料的好壞可以決定LED器件的失效率、衰減率、光學性能、能耗等。
目前中國大陸的封裝輔助材料供應鏈已較完善，大部分材料已能在大陸生產(chǎn)供應。但高性能的環(huán)氧樹脂和硅膠以進口居多，這兩類材料主要要求耐高溫、耐UV、優(yōu)異折射率及良好膨脹系數(shù)等。
隨著全球一體化的進程，中國LED封裝企業(yè)已能應用到世界上最新和最好的封裝輔助材料。
五、封裝設計差異
LED的封裝形式主要有支架式LED、表貼式LED及功率型LED三大主類。
LED的封裝設計包括外形結(jié)構(gòu)設計、散熱設計、光學設計、材料匹配設計、參數(shù)設計等。
支架式LED的設計已相對成熟，目前主要在衰減壽命、光學匹配、失效率等方面可進一步上臺階。
貼片式LED的設計尤其是頂部發(fā)光TOP型SMD處在不斷發(fā)展之中，封裝支架尺寸、封裝結(jié)構(gòu)設計、材料選擇、光學設計、散熱設計等不斷創(chuàng)新，具有廣闊的技術潛力。
功率型LED的設計則是一片新天地。由于功率型大尺寸芯片制造還處于發(fā)展之中，使得功率型LED的結(jié)構(gòu)、光學、材料、參數(shù)設計也處于發(fā)展之中，不斷有新型的設計出現(xiàn)。
中國的LED封裝設計是建立在國外及臺灣已有設計基礎上的改進和創(chuàng)新。設計需依賴良好的電腦設計工具、良好的測試設備及良好的可靠性試驗設備，更需依據(jù)先進的設計思路和產(chǎn)品領悟力。目前中國的LED封裝設計水平還與國外行業(yè)巨頭有一定差距，這也與中國 LED行業(yè)缺乏規(guī)模龍頭企業(yè)有關，缺乏有組織、有計劃的規(guī)模性的研發(fā)設計投入。
六、封裝工藝差異
LED封裝工藝同樣是非常重要的環(huán)節(jié)。例如固晶機的膠量控制，焊線機的焊線溫度和壓力，烤箱的溫度、時間及溫度曲線，封膠機的氣泡和卡位管控等等，均是重點工藝控制點。即使是芯片質(zhì)量好、輔材匹配好、設計優(yōu)異、設備精度高，如果是工藝不正確或管控不嚴，就會最終影響LED的可靠性、衰減、光學特性等。
隨著中國LED封裝企業(yè)這幾年的快速發(fā)展，LED封裝工藝已經(jīng)上升到一個較好的水平，尤其是一些高端需求如大型LED顯示屏、廣色域液晶背光源等，中國的LED優(yōu)秀封裝企業(yè)已能滿足其需求，先進封裝工藝生產(chǎn)出來的LED已接近國際同類產(chǎn)品水平。
七、LED器件性能差異
LED器件的性能指標主要表現(xiàn)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光學分布特性
2、光衰
一般研究認為，光衰與芯片關聯(lián)度不大，與封裝材料與工藝關聯(lián)度最大。影響光衰的封裝材料主要有固晶底膠、熒光膠、外封膠等，影響光衰的封裝工藝主要有各工序的烘烤溫度和時間及材料匹配等。
目前，中國LED封裝工藝經(jīng)過多年的發(fā)展和積累，已有較好的基礎，在光衰的控制上已與國外一些產(chǎn)品匹敵。
3、失效率
失效率與芯片質(zhì)量、封裝輔助材料、生產(chǎn)工藝、設計水平和管理水平相關。
LED失效主要表現(xiàn)為死燈、光衰過大、波長或色溫漂移過大等。根據(jù)LED器件的不同用途要求，其失效率也有不同的要求。例如指示燈用途LED可以為 1000PPM（3000小時）；照明用途LED為500PPM（3000小時）；彩色顯示屏用途LED為50PPM（3000小時）。
中國封裝企業(yè)的LED失效率整體水平有待提高?？上驳氖?，少量中國優(yōu)秀封裝企業(yè)的失效率已達到世界水平。
4、光效
LED光效90%取決于芯片的發(fā)光效率。中國LED封裝企業(yè)對封裝環(huán)節(jié)的光效提高技術也有大量研究。
如果中國在大尺寸瓦級芯片的研發(fā)生產(chǎn)上取得突破及量產(chǎn)，將會極大促進功率型封裝器件光效的提高。
5、一致性
LED的一致性包括波長一致性、亮度一致性、色溫一致性、衰減一致性等。
前三項一致性是可以通過投料工藝控制和分光分色機篩選達到的。前三項水平來說，中國LED封裝技術與國外一致。
角度一致性往往難以分選出來，需通過優(yōu)化設計、物料機械精度控制、生產(chǎn)制程嚴格控制來達到。例如，LED全彩顯示屏用途的紅、綠、藍三種橢圓形LED的角度一致性控制非常重要，決定性地影響LED全彩顯示屏的色彩品質(zhì)，成為LED器件的一項高端技術。
衰減一致性也與物料控制和工藝控制有關，包括不同顏色LED的衰減一致性和同一顏色LED的衰減一致性。
一致性的研究是LED封裝技術的一個重要課題。
中國部分LED封裝企業(yè)在LED一致性方面的技術已與國際接軌。
6、光學分布特性
LED是一個發(fā)光器件。對于很多LED應用用途來說，LED的光形分布是一個重要指標，決定了應用產(chǎn)品二次光學的設計基礎，也直接影響了LED應用產(chǎn)品的視覺效果。
例如，LED戶外顯示屏使用的LED橢圓形透鏡設計能夠使顯示屏在角度變化時亮度變化平穩(wěn)并有較大視角，符合人的視覺習慣。又如，LED路燈的光學要求，使得LED的一次光學設計和路燈的二次光學設計必須匹配，達到最佳路面光斑和最佳發(fā)光效率。
通過計算機光學模擬軟件來進行設計開發(fā)是常用的手段。中國LED封裝企業(yè)在積極迎頭趕上，與國外技術的差距在縮小。
八、結(jié)論
隨著中國成為全世界的LED封裝大國，中國的LED封裝技術在快速發(fā)展和進步，與世界頂尖封裝技術的差距在縮小，并且局部產(chǎn)品有超越。
我們需要加大在LED封裝技術研究領域方面的研發(fā)投入，企業(yè)和政府均應引起重視。其實我們中國LED封裝技術與國外的差距主要在研發(fā)投入的差距。隨著中國國力的增長，我們相信中國會成為LED封裝強國。
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