新興LED封裝成焦點(diǎn)
摘要： LED目前已邁入第三波成長(zhǎng)周期，大舉進(jìn)攻通用照明市場(chǎng)，然而LED封裝成本高昂，因此成為Cree、飛利浦、歐司朗等LED廠商戮力降低成本的標(biāo)靶，促使各LED封裝廠紛紛利用覆晶、COB等新興封裝設(shè)計(jì)提高成本效益，以增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
關(guān)鍵字： 發(fā)光二極體，封裝，液晶電視
降低成本突破口：新興LED封裝成焦點(diǎn)
固態(tài)照明的制造廠商都在探索封裝的基板、類型與成分，以在價(jià)格/效能上達(dá)到完美平衡。若要求一般大眾畫(huà)一張發(fā)光二極體(LED)圖，看到的很可能依舊是有兩支腳，用來(lái)做儀器顯示的LED。但照亮小型顯示器與電腦的LED，其封裝技術(shù)已大幅演進(jìn)，與過(guò)去的始祖排在一起，民眾恐怕都認(rèn)不出來(lái)。今日，LED面臨 第三波成長(zhǎng)周期，其獲益的增加將仰賴通用照明需求，因此封裝技術(shù)需要更高的成本效益。在已封裝LED的總成本中，光是封裝步驟就占45%，此步驟成為業(yè)者的焦點(diǎn)也就不讓人意外。
Yole Developpement認(rèn)為，業(yè)界欲進(jìn)一步提升每單位成本的照度，要達(dá)到這點(diǎn)有兩種做法--增加每個(gè)封裝產(chǎn)品的效能，以在系統(tǒng)層級(jí)減少產(chǎn)品數(shù)目，或是降低每單位成本。Yole指出，LED制造商從未如此努力壓低成本，因提升每單位成本照度的需求已改變高功率產(chǎn)品的設(shè)計(jì)哲學(xué)。直到去年為止，Yole觀察到在大多數(shù)情況下，LED制造商努力增加產(chǎn)品效能及產(chǎn)品復(fù)雜度，但現(xiàn)在，部分廠商在封裝產(chǎn)品時(shí)專注于降低成本的設(shè)計(jì)方法。
增進(jìn)成本效益，眾廠商各有法寶
關(guān)于這種轉(zhuǎn)變，其中一個(gè)值得注意的例子就是總部位于北卡羅萊納(North Carolina)州Durham市的Cree，其將LED晶片放入封裝中。過(guò)去許多高功率LED廠商的設(shè)計(jì)趨勢(shì)是使用垂直式LED，其中的磊晶或碳化硅 (SiC)基板已被去除，而LED結(jié)構(gòu)已接在另個(gè)載體晶圓上，而一兩年前大多數(shù)Cree的高功率LED都采用此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
Cree最新的XLamp高亮度LED的XB-D產(chǎn)品線在2012年1月推出，重新回歸先前產(chǎn)品的簡(jiǎn)單方法--覆晶(Flip-chip)封裝。該產(chǎn)品只用了可以保持原先基板的覆晶技術(shù)，Cree將SiC外延基板打薄后，對(duì)其背面進(jìn)行表面處理(Texturing)，以增加取光效率。對(duì)基板進(jìn)行表面處理并非新技術(shù)，許多業(yè)者都使用圖案化藍(lán)寶石基板(PSS)，但Cree用更簡(jiǎn)單、便宜的設(shè)計(jì)。該公司在基板上使用類似機(jī)械鋸齒的工具建立溝槽，這些溝槽的角度可最大化取光效率。而這個(gè)做法不但便宜，在產(chǎn)生與發(fā)射光源上似乎也極有效率，這在提升每單位成本的照度上是個(gè)聰明的設(shè)計(jì)。
除Cree外，其余廠商如歐司朗(Osram)與飛利浦(Philips)，都想要增進(jìn)成本效益，但其方法各有不同。歐司朗仍使用垂直LED架構(gòu)、飛利浦依舊偏愛(ài)薄膜覆晶，然而他們也去除了藍(lán)寶石晶體、Cree使用不同的覆晶接線技術(shù)。雖然飛利浦使用晶球凸點(diǎn)技術(shù)，Cree則使用低溫溶晶，進(jìn)一步降低成本，并更能增進(jìn)接觸熱阻。至今，Yole依舊未觀察到標(biāo)準(zhǔn)化的制造方式。
電視LED產(chǎn)能釋放，中功率LED成本下降
在一般照明之前，液晶電視背光照明曾是推動(dòng)LED銷售的主要驅(qū)動(dòng)力，無(wú)奈市場(chǎng)拓展?fàn)顩r不如預(yù)期，造成電視背板中功率LED供過(guò)于求，且一般照明成本大幅增加。中功率LED采用極簡(jiǎn)塑膠無(wú)引線晶片載體(PLCC)封裝，除替換固有、須更分散多角度多光源的日光燈管外，Yole認(rèn)為，這些中 功率LED已逐漸打入僅使用高功率LED的市場(chǎng)中，如燈泡或投射燈。
無(wú)心插柳造成的好處，顯示廠商將特定類型的元件做成不同相關(guān)產(chǎn)品的策略，對(duì)其十分有益。首先在LED電視領(lǐng)域，套裝產(chǎn)品的規(guī)格已標(biāo)準(zhǔn)化，這在LED業(yè)界十分少見(jiàn)，此舉可讓經(jīng)濟(jì)規(guī)模更大。因液晶電視市場(chǎng)不如預(yù)期強(qiáng)勁，已有大量的產(chǎn)能投入供過(guò)于求的中 功率LED，讓成本更進(jìn)一步下降，對(duì)一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，每照度的價(jià)格便變得十分吸引人。
成本效益的考量同時(shí)也影響LED廠商滿足使用者不同光色需求的方法。偏暖光的需求讓業(yè)者尋找業(yè)界廣泛使用的釔鋁石榴石(Yttrium Aluminium Garnet， YAG)外的技術(shù)。廠商嘗試將一些由氮化鎵(GaN)發(fā)射器產(chǎn)生冷白光轉(zhuǎn)黃，以取代YAG(圖2)。Yole認(rèn)為，YAG及其硅基板仍是首要的封裝形式， 然而，隨著業(yè)者的服務(wù)多元，調(diào)整各種不同色光的高度需求已經(jīng)出現(xiàn)。
為達(dá)到此一目標(biāo)，廠商們已在光色中用兩種方式加入紅色元素。第一，在系統(tǒng)層級(jí)，制造商可在標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)色晶片中加入含YAG螢光粉的紅色LED晶片。Cree使用此種方式，把該做法叫「真白」(TrueWhite)技術(shù)，歐司朗也是用此一做法。另一種做法可以加入發(fā)紅光，多半是含氮化物的螢光粉。這種做法可視應(yīng)用調(diào)整，但對(duì)高亮度LED來(lái)說(shuō)，若要發(fā)出紅光，這種螢光粉的生產(chǎn)就十分重要。問(wèn)題在于氮化物螢光粉仍極昂貴且難以制造，氮化物螢光粉在某些情況下，比 YAG螢光粉還貴上十到二十倍。若使用者有日亞化工(Nichia)的授權(quán)，即可以使用YAG產(chǎn)生黃色螢光粉。若無(wú)，則可以使用硅化合物的螢光物。但以紅光來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)只由三菱化工與其氮化物螢光粉來(lái)主導(dǎo)。
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