HB-LED封裝：后段設(shè)備材料供應(yīng)商的巨大商機

什麼樣的新興市場會在2010年帶給后段設(shè)備材料供應(yīng)商高達(dá)數(shù)十億美元的商機?根據(jù)法國市調(diào)公司Yole Développement研究，高亮度(HB) LED的封裝將是未來年成長率上看25%的大商機;并且，HB-LED封裝市場將在2015年突破三十億美元。

耐高熱而且容許強光輸出的特殊封裝材料將是主要商機所在。2009年的HB-LED產(chǎn)業(yè)整體營收約十四億美元，其中封裝市場即貢獻(xiàn)八億五千萬美元，也就是說有60%落入了相關(guān)供應(yīng)商的口袋。從產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段的需求來看，后段切割、連接導(dǎo)線、雷射剝離等設(shè)備的需求仍然平緩，不過預(yù)期至2015年，市場平均年成長率將有34%，如下圖所示。

資料來源：Yole Développement公司2009年HB LED 封裝報告

Yole公司對于HB LED的定義較其他市場研究機構(gòu)為窄，僅限于每瓦功率能夠輸出30 流明以上，如應(yīng)用在汽車和電視背光的元件，但是大部分的LCD背光應(yīng)用都在這個分類以外。每一封裝單位能輸出100流明以上的超高亮度LED，包括汽車大燈和一般照明使用，目前擁有兩億八千萬美元的利基市場;隨著成本逐漸改善，成長力道可以預(yù)期。

封裝基板的熱管理為關(guān)鍵所在

目前所謂的高亮度LED，其典型的光能轉(zhuǎn)換效率也還不到25%，輸入功率的大部分都轉(zhuǎn)變成無用的熱能，因此封裝的熱管理技術(shù)擁有最大的改善空間，也是各家公司競爭勝出之所在。而且，這個領(lǐng)域也是最能夠降低成本的地方。Yole Développement分析師Philippe Roussel解釋說，經(jīng)由逆向還原工程研究業(yè)界知名產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)各家的晶片技術(shù)都採用相同的智財(IP)，然而在封裝上面卻完全不同。分析顯示這完全是基于成本結(jié)構(gòu)的考慮，據(jù)其推測，封裝部分占總成本比率可能超過70%。最近以來，不少公司推出每瓦輸出達(dá)150流明以上的晶片，主要也是由于在封裝技術(shù)上有所進(jìn)展。

改善熱管理有一個關(guān)鍵，也就是占封裝總成本一半的封裝基板。模造樹脂基板(Molded resin substrates)搭配熱插槽設(shè)計和金屬芯的印刷電路板，都是廣為採用的解決方桉;不過對更高功率的元件，供應(yīng)商紛紛將注意力轉(zhuǎn)向鋁或AlN的陶瓷基板，以及晶片與封裝基板間陶瓷或硅材質(zhì)承載版的技術(shù)。。

采鈺使用硅基板改善熱阻抗

但是最吸引人的潛力還是在新的替代材料。臺積電的關(guān)係企業(yè)采鈺科技利用八吋晶圓級封裝製程，已經(jīng)開始商業(yè)量產(chǎn)以硅封裝基板的高功率(350mA)LED。事業(yè)發(fā)展組織副總?cè)职刂彝嘎?，新基板的熱阻抗不超過3°/W，產(chǎn)品效能會是使用陶瓷技術(shù)的二到三倍，輸出流明數(shù)可以增加10-15%。

采鈺從LED製造商取得切割好的晶粒，使用晶圓級封裝製程以簡化晶粒處理;但并非指元件晶圓的封裝。製程首先做好晶圓上的硅穿孔，然后是金屬化和介電質(zhì)保護(hù)層，接著就可以置入LED晶粒，再製做接腳。晶片上面以黃光剝離(mask and lift-off)技術(shù)均勻覆蓋磷介電層，然后透鏡成形于晶圓上，最后切割晶圓。製程技術(shù)的關(guān)鍵就在控制的導(dǎo)線架矩陣的平整度，另外也必須自行開發(fā)透鏡成形技術(shù)。晶圓級製程將有助于降低量產(chǎn)時的組裝成本，只是現(xiàn)階段的采鈺不作成本領(lǐng)導(dǎo)，卻要更專注于要求熱效能與可靠性的應(yīng)用領(lǐng)域。

采鈺將晶圓代工的模式引進(jìn)高度客製化的LED封裝產(chǎn)業(yè);相對的，晶圓代工的製程也作了若干的調(diào)整，以容許LED晶粒排列、電路佈局以及透鏡加工上的各種設(shè)計。戎副總表示，公司技術(shù)能夠製做上下與側(cè)向元件，應(yīng)用范圍含蓋一般照明、背光源以及各式各樣的用途。采鈺的訂單從八月份開始，已經(jīng)接到2010年底;客戶包括外包封裝的LED製造商，以及下游的light engine和照明設(shè)備製造商。

同欣以鍍銅陶瓷降低成本

相形之下，同欣電子也研究出鍍銅陶瓷作為基板材料，認(rèn)為能夠大幅降低高效LED封裝的成本。行銷技術(shù)資深副總呂紹萍說，以1瓦及100流明的高功率白色冷光LED晶片0.6美元的總成本來估計，臺灣的公司使用鍍銅陶瓷LED基板可以降低成本5-10%。這項技術(shù)開發(fā)出一種特別的強力黏著層，因此能夠在表面電鍍的同時進(jìn)行基板穿孔，節(jié)省了一道製程，也降低了成本。而且，銅的高熱傳導(dǎo)係數(shù)為390 W/mK (AlN為170W/mK，硅為150W/mK，Al2O3只有30W/mK)也改善了封裝散熱效能。

其他潛在商機

LED封裝產(chǎn)業(yè)樂觀期待其他新材料的研發(fā)。高反射係數(shù)(逼近藍(lán)寶石的1.77)的封裝和覆膜材料開發(fā)已露出曙光。而從使用者需求的觀點來看，確定一個標(biāo)準(zhǔn)的封裝尺寸將有助于使用HB LED的系統(tǒng)業(yè)者加速整合與降低成本。

在設(shè)備方面，傳統(tǒng)的金屬連線製程仍然是LED后段設(shè)備最大的市場?；诜庋b側(cè)壁平整性要求和防止基板脆裂，雷射切割和雷射剝離設(shè)備的需求也正在升溫之中;不過這塊小市場目前已經(jīng)進(jìn)來了七家業(yè)者。

LED封裝業(yè)者受到的成本壓力日漸升高。根據(jù)《日經(jīng)微器件》(Nikkei Microdevices)研究萌發(fā)中的消費性顯示產(chǎn)品市場，未來的HB LED產(chǎn)業(yè)可能必須面對周期性供需不平衡的消費性循環(huán)，產(chǎn)業(yè)生態(tài)因此改變。LCD的世界大廠如三星、LG、友達(dá)等陸續(xù)投入LED產(chǎn)業(yè)，電視和顯示器也紛紛自行開發(fā)LED背光模組，未來的價格戰(zhàn)已是大勢所趨;但是，如果電視和個人電腦的需求不見起色，生產(chǎn)過剩的HB LED也會瘋狂殺進(jìn)其他應(yīng)用領(lǐng)域。