破繭成蝶：看LED技術(shù)的“求新突變”

每一個(gè)行業(yè)的發(fā)展都要經(jīng)歷起步，發(fā)展，成熟，衰退的過(guò)程，當(dāng)然LED行業(yè)也不例外，正處于行業(yè)發(fā)展期，必然是劣質(zhì)與優(yōu)良同在，精華與糟粕共存，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化。LED企業(yè)要想“破繭成蝶”就必須去蕪存真，不斷革新核心技術(shù);缺乏核心技術(shù)創(chuàng)新的LED企業(yè)，日子越來(lái)越不好過(guò)，掌握前沿技術(shù)有利于企業(yè)立于不敗之地?；厥?013年，整個(gè)LED技術(shù)市場(chǎng)不斷推陳出新，頻現(xiàn)新技術(shù)新熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。EMC，覆晶、倒裝、免封裝等掀起技術(shù)市場(chǎng)高潮。

EMC封裝

EMC中文名為環(huán)氧塑封料，又稱環(huán)氧模塑料、是IC(Integrated Circuit)封裝制造中的主要原材料之一。伴隨著IC封裝技術(shù)的發(fā)展，EMC作為主要的電子封裝材料也得到了快速的發(fā)展。EMC以其高可靠性、低成本、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)，占據(jù)了整個(gè)微電子封裝材料97%以上的市場(chǎng)?，F(xiàn)在，EMC更是將觸角伸至半導(dǎo)體器件、集成電路、消費(fèi)電子、汽車、軍事、航空等各個(gè)封裝領(lǐng)域。EMC因其卓越的耐熱性及適合大規(guī)?，F(xiàn)代化生產(chǎn)，為其在LED封裝應(yīng)用領(lǐng)域提供極佳解決方案。

EMC是采用改性Epoxy材料和蝕刻技術(shù)在Molding設(shè)備封裝下的一種高度集成化的框架形式，蝕刻銅基板使得Epoxy與銅基板支架有更大的接觸面積，且相對(duì)于PPA等熱塑性塑膠EMC本身粘接力較強(qiáng)，使得EMC產(chǎn)品在防潮氣及紅墨水滲透方面優(yōu)勢(shì)得天獨(dú)厚，該封裝形式源于IC封裝，卻又有別于IC封裝。由于材料和結(jié)構(gòu)的變化，使得EMC產(chǎn)品具有高耐熱性、抗UV、高度集成，承受大電流，體積小等顯著特色。尤其是抗UV性能的大幅提升，使得EMC產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域大幅擴(kuò)展，可以應(yīng)對(duì)室外照明及汽車照明等潮濕惡劣環(huán)境中，將對(duì)業(yè)已成熟的高端陶瓷封裝產(chǎn)品形成有利沖擊。

EMC因其高耐熱性而備受矚目，為追求高性價(jià)比，在LED業(yè)界超電流使用已成共識(shí)，然則超電流使用也是風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇并存，其中最大風(fēng)險(xiǎn)莫過(guò)于熱量的處理。目前業(yè)界EMC通用封裝工藝為：采用正裝/垂直結(jié)構(gòu)中、小功率芯片，低導(dǎo)熱的絕緣膠作為芯片粘接膠，然后焊線、點(diǎn)粉、切割從而實(shí)現(xiàn)成品制作。

EMC(Epoxy Molding Compound,熱固性環(huán)氧樹(shù)脂)不但帶動(dòng)具備供應(yīng)力的臺(tái)灣LED廠晶電、億光、隆達(dá)、東貝、新世紀(jì)今年第3季迎旺季之外，也讓臺(tái)廠在大陸照明市場(chǎng)可與美國(guó)科銳一較高下。

大陸照明廠尋找替代材料時(shí)，EMC作為封裝支架的概念技術(shù)成了高性價(jià)比的絕佳選擇，隨著臺(tái)灣LED相關(guān)供應(yīng)鏈廠快速推出相關(guān)導(dǎo)線架、芯片、封裝產(chǎn)品，且成功出貨，并可有效降低單一照明成品的成本達(dá)2～5成，也帶動(dòng)這波EMC在下半年可望一躍成為大陸照明廠的主流技術(shù)。

倒裝技術(shù)

倒裝晶片之所以被稱為“倒裝”是相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬線鍵合連接方式(WireBonding)與植球后的工藝而言的。傳統(tǒng)的通過(guò)金屬線鍵合與基板連接的晶片電氣面朝上，而倒裝晶片的電氣面朝下，相當(dāng)于將前者翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，故稱其為“倒裝晶片”。

倒裝芯片的實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上，將芯片的發(fā)光區(qū)與電極區(qū)不設(shè)計(jì)在同一個(gè)平面這時(shí)則由電極區(qū)面朝向燈杯底部進(jìn)行貼裝，可以省掉焊線這一工序，但是對(duì)固晶這段工藝的精度要求較高，一般很難達(dá)到較高的良率。

優(yōu)勢(shì)：通過(guò)MOCVD技術(shù)在蘭寶石襯底上生長(zhǎng)GaN基LED結(jié)構(gòu)層，由P/N結(jié)髮光區(qū)發(fā)出的光透過(guò)上面的P型區(qū)射出。由于P型GaN傳導(dǎo)性能不佳，為獲得良好的電流擴(kuò)展，需要通過(guò)蒸鍍技術(shù)在P區(qū)表面形成一層Ni-Au組成的金屬電極層。P區(qū)引線通過(guò)該層金屬薄膜引出。為獲得好的電流擴(kuò)展，Ni-Au金屬電極層就不能太薄。為此，器件的發(fā)光效率就會(huì)受到很大影響，通常要同時(shí)兼顧電流擴(kuò)展與出光效率二個(gè)因素。但無(wú)論在什麼情況下，金屬薄膜的存在，總會(huì)使透光性能變差。此外，引線焊點(diǎn)的存在也使器件的出光效率受到影響。采用GaNLED倒裝芯片的結(jié)構(gòu)可以從根本上消除上面的問(wèn)題。

由于大功率商業(yè)照明逐漸向大電流、高亮度、多集成方向發(fā)展的需要，帶金線的正裝芯片、垂直芯片封裝技術(shù)存在著一些不可避免的劣勢(shì)，如金線虛焊、浪涌沖擊、耐大流能力不足、封裝硅膠熱脹冷縮造成金線斷裂、制程中金線影響良率等問(wèn)題。

免封裝技術(shù)

新世紀(jì)研發(fā)中心的陳正言博士表示，免封裝技術(shù)只是技術(shù)的整合，而不是讓封裝消失，基本上還是封裝。就他個(gè)人而言，只要是藍(lán)光+熒光粉實(shí)現(xiàn)白光的過(guò)程就是封裝。至于為什么市場(chǎng)上的免封裝技術(shù)炒熱的原因，陳博士表示因?yàn)槊夥庋b省去了一些環(huán)節(jié)，是可以讓成本做到成品最低的技術(shù)。

PFC免封裝產(chǎn)品中，運(yùn)用flipchip基礎(chǔ)的晶片設(shè)計(jì)不需要打線，PFC免封裝晶片產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)在于光效提升至200lm/W，發(fā)光角度大于300度的超廣角全周光設(shè)計(jì)，加上可以不用使用二次光學(xué)透鏡，將減少光效的耗損與成本。

PFC新產(chǎn)品將主打LED照明市場(chǎng)。特別是應(yīng)用在蠟燭燈上，不僅可以模擬鎢絲燈的造型，同時(shí)可以突破散熱體積的限制，并且取代傳統(tǒng)40W鎢絲蠟燭燈，達(dá)到3.5W有350lm輸出的光效。

覆晶技術(shù)

覆晶技術(shù)指的是由晶片、襯底、凸塊形成了一個(gè)空間，而電路結(jié)構(gòu)封裝在這個(gè)空間里面。這樣封裝出來(lái)的芯片具有體積小、性能高、連線短等優(yōu)點(diǎn)。

盡管覆晶技術(shù)具備高達(dá)19%的年復(fù)合成長(zhǎng)率，但并非新技術(shù)，早在三十年前就由IBM首次引進(jìn)市場(chǎng);也因?yàn)槿绱?，覆晶封裝很容易被視為是一種舊的、較不吸引人的成熟技術(shù)。

事實(shí)上，無(wú)論使用哪種封裝技術(shù)，最終都還是需要凸塊(bumping)這個(gè)制程階段。2012年，凸塊技術(shù)在中段制程領(lǐng)域占據(jù)81%的安裝產(chǎn)能，約當(dāng)1，400萬(wàn)片12寸晶圓;晶圓廠裝載率同樣為高水準(zhǔn)，特別是銅柱凸塊平臺(tái)(Cupillarplatform，88%)。

共晶技術(shù)

共晶是指在相對(duì)較低的溫度下共晶焊料發(fā)生共晶物熔合的現(xiàn)象，共晶合金直接從固態(tài)變到液態(tài)，而不經(jīng)過(guò)塑性階段，是一個(gè)液態(tài)同時(shí)生成兩個(gè)固態(tài)的平衡反應(yīng)。其熔化溫度稱共晶溫度。

共晶焊接技術(shù)最關(guān)鍵是共晶材料的選擇及焊接溫度的控制。如采用共晶焊接，晶粒底部可以采用純錫(Sn)或金錫(Au-Sn)等合金作接觸面鍍層，晶?？珊附佑阱冇薪鸹蜚y的基板上。當(dāng)基板被加熱至適合的共晶溫度時(shí)，金或銀元素滲透到金錫合金層，合金層成份的改變提高溶點(diǎn)，令共晶層固化并將LED緊固的焊于熱沉或基板上。共晶層和熱沉或基板完全的鍵合為一體，打破從芯片到基板的散熱系統(tǒng)中的熱瓶頸，提升LED壽命。[!--empirenews.page--]

雖然此前這項(xiàng)技術(shù)就被大廠所采用，不過(guò)通常的芯片結(jié)構(gòu)因?yàn)槭撬{(lán)寶石襯底而不能適用共晶技術(shù)。但是到2013年伴隨非藍(lán)寶石襯底的芯片方案增多，另外加上采用藍(lán)寶石襯底的大功率芯片廠商推出了更多倒裝結(jié)構(gòu)的芯片，使得共晶技術(shù)成為中國(guó)封裝廠商提升技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的選項(xiàng)。因而瑞豐，天電等不少?gòu)S商不惜重金購(gòu)置昂貴的共晶固晶設(shè)備。

模組化

曾經(jīng)火爆一時(shí)的山寨機(jī)背后有一個(gè)強(qiáng)大的推手就是MTK公司推出的集成化模組，雖然這次逆襲最終以智慧機(jī)的濫觴而收官。不過(guò)這種商業(yè)模式上精髓仍有頗多值得借鑒的內(nèi)容。因?yàn)槟＝M化的整合，讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造再次分工出來(lái)，產(chǎn)業(yè)鏈再次拉長(zhǎng)，制造商不用承擔(dān)設(shè)計(jì)失敗的成本和風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)業(yè)者也不用承擔(dān)終端產(chǎn)品商業(yè)化成敗的風(fēng)險(xiǎn)。從而眾多競(jìng)爭(zhēng)也合作的小公司也擁有與系統(tǒng)化整合的大公司抗衡的力量。

一款LED照明燈具，從設(shè)計(jì)，選料，測(cè)試，認(rèn)證到最后投放市場(chǎng)，耗費(fèi)大，周期長(zhǎng)。往往到一個(gè)專案走完流程市場(chǎng)上已經(jīng)有更有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品出現(xiàn)，很多代價(jià)不菲的新產(chǎn)品新設(shè)計(jì)還沒(méi)有來(lái)得及收回成本就要退市了。在目前競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，生存更艱難的狀況下，小型企業(yè)在面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的新產(chǎn)品的時(shí)候往往有心無(wú)力再去追趕，只能選擇固守舊產(chǎn)品或者抄襲。

而有遠(yuǎn)見(jiàn)的業(yè)者就想到了LED模組化，這其中最有影響力的應(yīng)屬于Zhaga聯(lián)盟。該聯(lián)盟是目前最受國(guó)際矚目的LED光引擎互換性(Interchangeability)接口標(biāo)準(zhǔn)，目的在推動(dòng)全球LED照明燈具系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同制造商產(chǎn)品間的相容與互換性，以保障消費(fèi)者的選購(gòu)利益。實(shí)際上，Zhaga雖然是由九大的領(lǐng)導(dǎo)廠家發(fā)起，但現(xiàn)在全球已經(jīng)擁有190家會(huì)員，其所受業(yè)界歡迎程度可見(jiàn)一斑。

而對(duì)照明業(yè)者來(lái)說(shuō)，對(duì)于燈具的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。照明廠商只需要關(guān)注在最后的整燈或者燈具的制造上，只要讓燈具與Zhaga的接口相容，燈具的設(shè)計(jì)就從一個(gè)復(fù)雜的光機(jī)熱電的系統(tǒng)工程壓縮到一個(gè)簡(jiǎn)單的組裝流程。廠商可以花更多的精力和資源在生產(chǎn)管理和市場(chǎng)推廣上。這樣至少在核心組件的設(shè)計(jì)上，小型廠商有機(jī)會(huì)和大廠站在相同的平臺(tái)上。

2013年，我們看到的就是GE，艾迪生，齊瀚光電，Bridgelux眾多大小廠商紛紛投靠zhaga陣營(yíng)，模組化，模組標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。

總結(jié)：

隨著LED照明市場(chǎng)起飛，加上背光用LED規(guī)格的改變，中功率市場(chǎng)一躍而成2013年LED產(chǎn)業(yè)主流規(guī)格，產(chǎn)值首度超越高功率市場(chǎng)，EMC和Flip-Chip產(chǎn)品隨著中功率市場(chǎng)興起而成為2013年的閃亮之星。新技術(shù)的引進(jìn)無(wú)疑加快了LED行業(yè)發(fā)展的腳步，推動(dòng)了LED的普及。