中大(dà)功率LED通常采用有機(jī)矽橡膠及樹(shù)脂做封裝材料，有機(jī)矽材料的Si-O鍵能比環氧樹(shù)脂骨架的C-C鍵能高，能夠保證材料抵抗藍光(guāng)衰減。按折射率劃分(fēn)，有機(jī)矽材料分(fēn)爲1.41折射率的矽橡膠材料、1.46折射率的中折橡膠樹(shù)脂複合材料、1.52折射率(及以上)的矽樹(shù)脂材料。折射率的提高與有機(jī)矽分(fēn)子骨架側鏈的苯基含量有關，苯基含量越高則折射率越高，高折射率封裝材料有利于LED的出光(guāng)。 

 

有機(jī)矽材料對比環氧樹(shù)脂材料的劣勢是其粘結力和“透氧率”。有機(jī)矽樹(shù)脂分(fēn)子鏈缺乏極性分(fēn)子基團，無法達到環氧樹(shù)脂的粘結強度；同時，有機(jī)矽材料分(fēn)子鏈密度比環氧樹(shù)脂疏松，氧氣可(kě)以透過封裝層進入芯片表層和金線焊點。 

 

材料廠(chǎng)商不斷通過分(fēn)子設計(jì)、增粘劑設計(jì)、環氧有機(jī)矽複合等技術(shù)改善有機(jī)矽封裝樹(shù)脂的粘結力和降低透氧率，道康甯(現DOW化學)、信越化學、康美特、德邦先進矽、慧谷等廠(chǎng)家的技術(shù)能力及産品市場占有率居領先地位。随着倒裝芯片的興起，基于倒裝芯片的CSP封裝方式由于散熱(rè)結構好、出光(guāng)效率高、色溫一緻性強等優點，在電視背光(guāng)、車燈、閃光(guāng)燈、智能及健康照(zhào)明領域得(de)到大(dà)量開創性應用。CSP的概念是封裝後LED燈珠的尺寸不超過裸芯片尺寸的1.14倍，因此，CSP封裝工(gōng)藝和封裝材料與普通中大(dà)功率LED采用A、B雙組份矽膠混合熒光(guāng)粉灌封或點膠的方式有所不同。已經量産的CSP封裝多采用刷塗、噴粉、熒光(guāng)膠膜貼合的封裝方式。特别值得(de)一提的是熒光(guāng)膠膜貼合封裝，預混并分(fēn)散了熒光(guāng)粉的熒光(guāng)膠膜是基于有機(jī)矽樹(shù)脂的半固化可(kě)相(xiàng)變性質，也稱B-Stage。B-Stage的熒光(guāng)膠膜在室溫下是固态膠膜，當封裝溫度達到相(xiàng)變臨界點時(通常是80-120°c)，膠膜由固态轉爲“粘流”狀态，在此狀态下進行封裝貼合，最後，經高溫後固化完成封裝過程。熒光(guāng)膠膜的材料優勢具有很多優點，例如(rú):

 

(1)、熒光(guāng)粉在膠膜中分(fēn)散均一，室溫呈固态的膠膜可(kě)以保證熒光(guāng)粉不沉降，實現封裝LED的光(guāng)色均一性優良；

 

(2)、厚膜熒光(guāng)膠膜(300-450um厚度)采用真空壓合工(gōng)藝，借助壓合治具的精度，整版壓合厚度偏差可(kě)以控制在5um，對應色溫的偏差在±300K之内;薄膜熒光(guāng)膜的加工(gōng)厚度可(kě)實現±2um，對應CSP色溫偏差可(kě)控制在±200K;

 

(3)、薄膜熒光(guāng)膠膜可(kě)以對裸芯片實施保型貼合，即緊貼芯片形成50-70um厚的塗層。這種結構使CSP的出光(guāng)各個方向更加均勻，并能消除傳統五面出光(guāng)CSP結構的邊角黃(huáng)暈。 

 

 

圖10熒光(guāng)膠膜的材料及其CSP封裝LED芯片圖 

 

當前，高端照(zhào)明有兩個市場熱(rè)點，一是歐美市場興起的色溫可(kě)調智能照(zhào)明；二是發起自(zì)韓國(guó)的太陽光(guāng)譜健康照(zhào)明。色溫可(kě)調概念是燈具可(kě)以在控制系統調控下發出暖色模式2700K-3000K、冷(lěng)色模式5700K-6000K和中間模式4500K-5000K色溫的光(guāng)線。普通吸頂燈可(kě)以在燈條上間隔SMT不同色溫2835燈珠實現雙色溫照(zhào)明，而燈泡、射燈、筒燈、商照(zhào)等燈具必須在有限空間下集成更多數量燈珠， 因此，尺寸更小的CSP是燈具設計(jì)的必選封裝方式。應用CSP的雙色溫封裝解決方案比較成熟的有以下三種：

 

(1)2835雙色溫模塊；

(2)暖色CSP+藍光(guāng)裸芯片點熒光(guāng)膠水的COB點陣模塊；

(3)暖色CSP+冷(lěng)色CSP點透明膠的點陣COB模塊。 

 

2835雙色溫模塊采用焊盤改裝的2835支架，在一粒燈珠中貼裝兩顆CSP1007，其中一顆是冷(lěng)色、另一顆是暖色，然後用透明有機(jī)矽膠水灌封保護。單顆CSP1007有0.5W和1W兩種功率選擇，爲适應功率不同的散熱(rè)需求，2835支架反射杯材料可(kě)選用PPA材料對應0.5W功率，而使用PCT材料對應1W功率。2835雙色溫模塊的優勢是不改變燈具行業最熟悉的燈珠外形尺寸，下遊廠(chǎng)商容易接受CSP及雙色溫新技術(shù)的滲透。另外，僅貼裝兩顆CSP形成一個雙色溫模塊，對于CSP的SMT貼裝過程是相(xiàng)對容易控制的，良品率也較高。但(dàn)是，2835雙色溫模塊的不足之處是，對于高密度光(guāng)源産品(如(rú)高端商照(zhào)、舞台燈等)因模塊尺寸稍大(dà)，無法充分(fēn)滿足設計(jì)要求。其他(tā)雙色溫模式都(dōu)是COB光(guāng)源與CSP的結合産物。暖色CSP+藍光(guāng)裸芯片方式，可(kě)以基本不改變傳統倒裝COB的基闆設計(jì)，節省成本。但(dàn)COB點熒光(guāng)膠水需要較高的工(gōng)程能力，才能保證色溫的一緻性。暖色CSP+冷(lěng)色CSP方式，因相(xiàng)鄰的CSP混光(guāng)設計(jì)，需要對COB基闆的焊盤重新布局，初期的設計(jì)摸索和基闆開版投入較大(dà)。雖然兩顆CSP的成本比裸芯片方式要高一些，但(dàn)貼裝過程及後面的灌封透明膠水過程更易提升良品率。 

 

今年(nián)，韓國(guó)首爾半導體(tǐ)在法蘭克福照(zhào)明展發布了SUNLIKE太陽光(guāng)譜CSP系列。該技術(shù)采用UV芯片激發R、G、B三種熒光(guāng)粉獲得(de)近似太陽光(guāng)譜的封裝形式，同時，使不健康的藍光(guāng)的比例進一步減少。國(guó)内廠(chǎng)商開發的全光(guāng)譜健康照(zhào)明，基本采用藍光(guāng)芯片激發R、G、Y熒光(guāng)粉方式，雖然藍光(guāng)與綠光(guāng)光(guāng)譜之間仍有不連續的“窪地”，但(dàn)相(xiàng)較傳統白(bái)光(guāng)LED已改善明顯。還(hái)有一些廠(chǎng)商開發全光(guāng)譜芯片與紅(hóng)外芯片結合的模塊，使 LED冷(lěng)光(guāng)源有了自(zì)然光(guāng)的溫暖感覺。無論SUNLIKE還(hái)是全光(guāng)譜芯片，因爲熒光(guāng)粉配比高，且小粒徑紅(hóng)粉大(dà)量應用，傳統點膠封裝LED方式幾乎無法滿足這種封裝要求。熒光(guāng)膠膜法制備CSP，可(kě)以針對高熒光(guāng)粉比例配方，确保其良好分(fēn)散及避免沉降，所以，當前健康照(zhào)明的封裝開發都(dōu)集中在CSP方式。 

2.6 細分(fēn)市場六：EMC支架材料

EMC支架是中功率LED器件(jiàn)的能力放(fàng)大(dà)器，對比傳統熱(rè)塑性塑料PPA和PCT的支架，EMC支架由耐高溫環氧樹(shù)脂添加反射填料及白(bái)色填料的組成。熱(rè)固性環氧樹(shù)脂複合物的高溫尺寸穩定性比熱(rè)塑性塑料強，且樹(shù)脂耐黃(huáng)變能力更爲突出。特别是環氧樹(shù)脂界面的極性基團豐富，便于和有機(jī)矽材料形成強有力的粘合界面而确保回流焊不分(fēn)層。因此，1W以上的LED封裝傾向使用EMC支架。日(rì)本日(rì)立化成、日(rì)東電工(gōng)、松下電工(gōng)是白(bái)色EMC支架材料的壟斷廠(chǎng)商。國(guó)内廠(chǎng)商雖然也不斷立項攻關，但(dàn)在樹(shù)脂高溫黃(huáng)變、反射效果、點膠後爬膠等細節上尚待完善。 

2.7 細分(fēn)市場七：無機(jī)封裝材料

無機(jī)材料一方面是應用于耐受UV、激光(guāng)LED的封裝需求，另一方面是與熒光(guāng)粉共燒制成熒光(guāng)無機(jī)材料。混合熒光(guāng)粉共燒制的陶瓷或玻璃熒光(guāng)片的制造成本仍高居不下，且調色制樣的工(gōng)程周期較長，産品更适合标準化的LED色溫應用。 

 

 

 

 

三、LED 封裝材料技術(shù)發展趨勢

 

随着LED在照(zhào)明、信号、傳感器、通訊領域的應用發展，LED的封裝技術(shù)方向出現“集成化”趨勢：

 

(1)由單顆獨立封裝結構向集成封裝結構轉變。近幾年(nián)成熟的COB封裝方式就(jiù)是代表産品。“積少成多”的大(dà)面積面陣光(guāng)源使用數量巨大(dà)的小功率芯片，通過陣列方式獲得(de)大(dà)功率成品。陶瓷基闆或鋁基闆協助芯片陣列散熱(rè)，減少了對傳統複雜鑄鋁翅片散熱(rè)結構的依賴，燈具可(kě)以做得(de)更薄。最近興起的“Mini”之風(fēng)，實際上是集成封裝的同義詞。Mini-LED的出現使LCD屏與OELD在中小尺寸的競争出現變數。Mini-RGB将加速LED屏向家庭TV的滲透。

 

(2)封裝工(gōng)藝向集成化轉軌。傳統的封裝工(gōng)藝以單顆燈珠形态爲特征，從(cóng)開始的固晶打線，到灌封，整個過程都(dōu)可(kě)以看(kàn)到獨立的單顆燈珠。以CSP引導的白(bái)光(guāng)芯片革命，不隻是最終LED封裝産品的形态變化，其封裝過程更是以集成陣列芯片、統一封裝、最後切割成單顆産品爲特征的。這一技術(shù)正向晶圓制造的産業鏈上方滲透，垂直芯片wafer Level制程的白(bái)光(guāng)芯片已經在三安光(guāng)電量産。倒裝芯片CSP工(gōng)藝的的陣列置晶過程如(rú)果與晶圓廠(chǎng)龐大(dà)的分(fēn)光(guāng)置晶産能結合，将是LED整個産業鏈的分(fēn)工(gōng)革命。

 

(3)照(zhào)明、傳感、通訊、控制的功能集成化發展。Lifi技術(shù)、DOB技術(shù)、Mini-RGB技術(shù)等催動在基闆上(包括基闆背面)完成不僅包括照(zhào)明的其他(tā)複合功能與控制功能。系統集成廠(chǎng)商的産業鏈定位同時向傳統的燈珠封裝及終端應用延伸。

 

封裝材料伴随封裝“集成化”技術(shù)的驅動，也不斷湧現新的材料更新路(lù)線圖，代表性的方向有以下幾點。

 

(1)爲提高LED封裝材料的綜合性能，通過引入無機(jī)納米材料或者透明材料等制備有機(jī)/無機(jī)複合材料，例如(rú)通過特殊工(gōng)藝制備出含有熒光(guāng)粉的有機(jī)矽熒光(guāng)材料，含有與封裝材料相(xiàng)同折射率、不影(yǐng)響透明透光(guāng)的無機(jī)物填充的有機(jī)矽或環氧複合材料。這些複合材料不僅能有效地提高封裝材料的光(guāng)學性能，還(hái)能一定程度上增強材料的力學和熱(rè)性能、提高LED發光(guāng)性能。

 

(2)适應集成封裝工(gōng)藝的固态薄膜封裝材料。例如(rú)制造白(bái)光(guāng)芯片CSP的B-Stage熒光(guāng)膠膜，利用其室溫爲固态膠膜的特性，保證熒光(guāng)粉在膠膜中分(fēn)散均一，長期儲存也不會發生(shēng)熒光(guāng)粉沉降的問(wèn)題，實現封裝LED光(guāng)色均一的目的。特别是，這種熒光(guāng)膠膜通過封裝工(gōng)藝能夠精确控制封裝層厚度，從(cóng)而将CSP色溫偏差控制在非常窄的範圍，在芯片的五個出光(guāng)面實現保型貼合封裝，從(cóng)而爲CSP封裝技術(shù)發展提供了有力支撐。另外膠膜材料已經在Mini-LED、Mini-RGB等領域顯示出可(kě)靠并且簡單的封裝可(kě)行性。

 

(3)封裝材料的功能極緻化。封裝材料，無論是有機(jī)矽、環氧樹(shù)脂以及其二者結合的Hybrid材料，仍然在追求折射率提高、緻密分(fēn)子結構抵抗“硫化”、耐高溫高電流條件(jiàn)的老化、耐藍光(guāng)衰減、提升爲不同封裝界面的粘結力等技術(shù)制高點上做不斷升級，随着基礎材料和複合材料科(kē)學領域的探索研究和創新發展，廣大(dà)廠(chǎng)商必将爲LED封裝提供性能更加優越的封裝材料。 

 

 

四、LED 封裝材料市場現狀及未來(lái)

 

中國(guó)大(dà)陸LED燈珠封裝樹(shù)脂市場需求大(dà)緻爲液态環氧材料100ton/月、固态EMC樹(shù)脂50ton/月、有機(jī)矽樹(shù)脂500ton/月。低端液态環氧樹(shù)脂市場價格約 RMB20-50/Kg、中端環氧樹(shù)脂EMC價格爲RMB200-400/Kg，高可(kě)靠性環氧樹(shù)脂EMC價格爲RMB500-1000/Kg；中低端液态有機(jī)矽樹(shù)脂市場價格約爲RMB100-500/Kg、高端有機(jī)矽材料根據性能不同而價格在RMB500-2000/Kg。LED封裝材料仍然呈國(guó)外品牌占據價值鏈高端、甚至長期細分(fēn)領先的局面。随着國(guó)内廠(chǎng)商不斷研發積累，國(guó)産替代及細分(fēn)領先的材料近年(nián)不斷出現，價格及技術(shù)競争日(rì)趨白(bái)熱(rè)化。各市場細分(fēn)的主要供應商見(jiàn)表5。

  

封裝材料的國(guó)産化一直是廣大(dà)國(guó)内民(mín)族品牌廠(chǎng)商的追求目标，也是國(guó)家02專項及大(dà)基金引導紅(hóng)色半導體(tǐ)産業鏈的重要支撐點。然而半導體(tǐ)及LED封裝材料的特點決定了它的基礎研發時間長、應用開發投資大(dà)、替代競争風(fēng)險高、改朝換代更依賴新技術(shù)推動的一個高技術(shù)、高風(fēng)險、高競争的産業形态。封裝材料在封裝後器件(jiàn)的總體(tǐ)成本上一般比例不超過10%，但(dàn)器件(jiàn)可(kě)靠性卻和封裝材料緊密相(xiàng)關。進口替代雖事(shì)關中國(guó)半導體(tǐ)産業鏈的自(zì)主與發展，但(dàn)在具體(tǐ)商業層面，往往封裝用戶缺乏動力。新技術(shù)是新材料應用的助推器，但(dàn)新技術(shù)被市場認可(kě)需要相(xiàng)當長期的培育和試錯，對材料企業的研發投入甚至經營安全提出了巨大(dà)挑戰。 

 

國(guó)産封裝材料近年(nián)的發展已經取得(de)不俗的成績，相(xiàng)較10年(nián)前市場主流進口材料價格，固态環氧樹(shù)脂已下降約50%、有機(jī)矽膠水價格下降得(de)更多。國(guó)産材料已經基本滿足通用器件(jiàn)的封裝要求。相(xiàng)信随着國(guó)家半導體(tǐ)及光(guāng)電産業的振興，封裝材料事(shì)業會迎來(lái)更新更快(kuài)的發展。