李漫鐵:中國企業(yè)LED封裝技術(shù)與國外的差異

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(yīng)用。作為LED產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下的LED封裝，在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中起著無可比擬的重要作用?；贚ED器件的各類應(yīng)用產(chǎn)品大量使用LED器件，如大型LED顯示屏、液晶顯示器的LED背光源、LED照明燈具、LED交通燈和汽車燈等，LED器件在應(yīng)用產(chǎn)品總成本上占了40%至70%，且LED應(yīng)用產(chǎn)品的各項(xiàng)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(jì)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(tái)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(shù)不斷成熟和創(chuàng)新。在中低端LED器件封裝領(lǐng)域，中國LED封裝企業(yè)的市場(chǎng)占有率較高，在高端LED器件封裝領(lǐng)域，部分中國企業(yè)有較大突破。隨著工藝技術(shù)的不斷成熟和品牌信譽(yù)的積累，中國LED封裝企業(yè)必將在中國這個(gè)LED應(yīng)用大國里扮演重要和主導(dǎo)的角色。

下面從LED封裝產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)來闡述這些差異。

二、封裝生產(chǎn)及測(cè)試設(shè)備差異

LED主要封裝生產(chǎn)設(shè)備包括固晶機(jī)、焊線機(jī)、封膠機(jī)、分光分色機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、智能烤箱等。五年前，LED自動(dòng)封裝設(shè)備基本是國外品牌的天下，主要來自歐洲和臺(tái)灣，中國只有少量半自動(dòng)固晶、焊線設(shè)備的供應(yīng)。在過去的五年里，中國的LED生產(chǎn)設(shè)備制造業(yè)有了長足的發(fā)展，如今自動(dòng)固晶機(jī)、自動(dòng)封膠機(jī)、分光分色機(jī)、自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)、智能烤箱等均有廠家供應(yīng)，具有不錯(cuò)的性價(jià)比。

LED主要測(cè)試設(shè)備包括IS標(biāo)準(zhǔn)儀、光電綜合測(cè)試儀、TG點(diǎn)測(cè)試儀、積分球流明測(cè)試儀、熒光粉測(cè)試儀等及冷熱沖擊、高溫高濕等可靠性試驗(yàn)設(shè)備。除標(biāo)準(zhǔn)儀主要來自德國和美國外，其它設(shè)備目前均有國產(chǎn)廠家生產(chǎn)供應(yīng)。

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(jìn)的封裝設(shè)備，這是后發(fā)優(yōu)勢(shì)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(jìn)的。當(dāng)然，一些更高層次的測(cè)試分析設(shè)備還有待進(jìn)一步配備。

因此，中國在封裝設(shè)備硬件上已具備世界領(lǐng)先水平，具備先進(jìn)封裝技術(shù)和工藝發(fā)展的基礎(chǔ)。

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(gè)億人民幣，每家平均年產(chǎn)值在1至2個(gè)億。

這兩年中國大陸的LED芯片企業(yè)發(fā)展速度較快，技術(shù)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(jí)芯片）還需進(jìn)口，主要來自美國和臺(tái)灣企業(yè)，不過大尺寸芯片只有在LED進(jìn)入通用照明后才能大批量應(yīng)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(biāo)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(jià)比，亦能滿足絕大部分LED應(yīng)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(dāng)，通過封裝工藝技術(shù)的配合，已能滿足很多高端應(yīng)用領(lǐng)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(gè)重要基礎(chǔ)，輔助材料的好壞可以決定LED器件的失效率、衰減率、光學(xué)性能、能耗等。

目前中國大陸的封裝輔助材料供應(yīng)鏈已較完善，大部分材料已能在大陸生產(chǎn)供應(yīng)。但高性能的環(huán)氧樹脂和硅膠以進(jìn)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(jìn)程，中國LED封裝企業(yè)已能應(yīng)用到世界上最新和最好的封裝輔助材料。

五、封裝設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)包括外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)、材料匹配設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)等。

支架式LED的設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟，目前主要在衰減壽命、光學(xué)匹配、失效率等方面可進(jìn)一步上臺(tái)階。

貼片式LED的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、材料選擇、光學(xué)設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)等不斷創(chuàng)新，具有廣闊的技術(shù)潛力。

功率型LED的設(shè)計(jì)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(xué)、材料、參數(shù)設(shè)計(jì)也處于發(fā)展之中，不斷有新型的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。

中國的LED封裝設(shè)計(jì)是建立在國外及臺(tái)灣已有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的改進(jìn)和創(chuàng)新。設(shè)計(jì)需依賴良好的電腦設(shè)計(jì)工具、良好的測(cè)試設(shè)備及良好的可靠性試驗(yàn)設(shè)備，更需依據(jù)先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路和產(chǎn)品領(lǐng)悟力。目前中國的LED封裝設(shè)計(jì)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(guān)，缺乏有組織、有計(jì)劃的規(guī)模性的研發(fā)設(shè)計(jì)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(jī)的膠量控制，焊線機(jī)的焊線溫度和壓力，烤箱的溫度、時(shí)間及溫度曲線，封膠機(jī)的氣泡和卡位管控等等，均是重點(diǎn)工藝控制點(diǎn)。即使是芯片質(zhì)量好、輔材匹配好、設(shè)計(jì)優(yōu)異、設(shè)備精度高，如果是工藝不正確或管控不嚴(yán)，就會(huì)最終影響LED的可靠性、衰減、光學(xué)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(gè)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(jìn)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(biāo)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(xué)分布特性

2、光衰

一般研究認(rèn)為，光衰與芯片關(guān)聯(lián)度不大，與封裝材料與工藝關(guān)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(shí)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(chǔ)，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(shè)計(jì)水平和管理水平相關(guān)。

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(shí)）；照明用途LED為500PPM（3000小時(shí)）；彩色顯示屏用途LED為50PPM（3000小時(shí)）。

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(dá)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(duì)封裝環(huán)節(jié)的光效提高技術(shù)也有大量研究。

如果中國在大尺寸瓦級(jí)芯片的研發(fā)生產(chǎn)上取得突破及量產(chǎn)，將會(huì)極大促進(jìn)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(xiàng)一致性是可以通過投料工藝控制和分光分色機(jī)篩選達(dá)到的。前三項(xiàng)水平來說，中國LED封裝技術(shù)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(shè)計(jì)、物料機(jī)械精度控制、生產(chǎn)制程嚴(yán)格控制來達(dá)到。例如，LED全彩顯示屏用途的紅、綠、藍(lán)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(xiàng)高端技術(shù)。

衰減一致性也與物料控制和工藝控制有關(guān)，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(shù)的一個(gè)重要課題。

中國部分LED封裝企業(yè)在LED一致性方面的技術(shù)已與國際接軌。

6、光學(xué)分布特性

LED是一個(gè)發(fā)光器件。對(duì)于很多LED應(yīng)用用途來說，LED的光形分布是一個(gè)重要指標(biāo)，決定了應(yīng)用產(chǎn)品二次光學(xué)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，也直接影響了LED應(yīng)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(shè)計(jì)能夠使顯示屏在角度變化時(shí)亮度變化平穩(wěn)并有較大視角，符合人的視覺習(xí)慣。又如，LED路燈的光學(xué)要求，使得LED的一次光學(xué)設(shè)計(jì)和路燈的二次光學(xué)設(shè)計(jì)必須匹配，達(dá)到最佳路面光斑和最佳發(fā)光效率。

通過計(jì)算機(jī)光學(xué)模擬軟件來進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shù)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(shù)在快速發(fā)展和進(jìn)步，與世界頂尖封裝技術(shù)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(shù)研究領(lǐng)域方面的研發(fā)投入，企業(yè)和政府均應(yīng)引起重視。其實(shí)我們中國LED封裝技術(shù)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(huì)成為LED封裝強(qiáng)國。