2016年我国LED封装产业情况及趋势分析

icon 2016-08-03 09:57:16
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摘要:LED封装行业定义如何?LED(发光二极管)封装是指发光芯片的封装,相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯,而且还要能够透光。所以LED的封装对封装材料有特殊的要求。LED封装行业定义及分类介绍如下。

       LED封装行业定义如何?LED(发光二极管)封装是指发光芯片的封装,相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯,而且还要能够透光。所以LED的封装对封装材料有特殊的要求。LED封装行业定义及分类介绍如下。

  LED封装行业定义

  2016-2021年中国LED封装材料扩建产业市场运行暨产业发展趋势研究报告显示,一般来说,封装的功能在于提供芯片足够的保护,防止芯片在空气中 长期暴露或机械损伤而失效,以提高芯片的稳定性;对于LED封装,还需要具有良好光取出效率和良好的散热性,好的封装可以让LED具备更好的发光效率和散 热环境,进而提升LED的寿命。

  LED封装行业分类

  根据发光颜色、芯片材料、发光亮度、尺寸大小等情况特征来分类的。单个管芯一般构成点光源,多个管芯组装一般可构成面光源和线光源,作信息、状态指示及 显示用,发光显示器也是用多个管芯,通过管芯的适当连接(包括串联和并联)与合适的光学结构组合而成的,构成发光显示器的发光段和发光点。表面贴装LED 可逐渐替代引脚式LED,应用设计更灵活,已在LED显示市场中占有一定的份额,有加速发展趋势。固体照明光源有部分产品上市,成为今后LED的中、长期 发展方向。

  据我国LED封装行业技术分析,目前,全球LED产业均采用荧光胶作为主要封装材料,但相关专利均为日亚化学 等国外企业所有,国内LED产业想要发展壮大,很难突破专利壁垒。现对2016年我国LED封装行业技术特点分析。鉴于此,中科院福建物构所以陶瓷作为材 料,开发出了YAG透明荧光陶瓷白光大功率LED封装技术,并突破了1000WCOB光源封装技术(K-COB)大关,通过福建中科芯源光电科技有限公司 (以下简称中科芯源)成功实现产业化。7月14日,中照网记者在K-COB技术媒体交流会上走进福建中科芯源对这一技术进行了深入了解。

  福建中科芯源是由中科院海西研究院(中科院物质结构所)及福建省企业与企业家联合会牵线搭桥成立,作为中科院海西研究院(中科院物质结构研究所)唯一的 LED技术转移基地和产业化平台,其拥有LED陶瓷封装核心技术,使我国LED企业具备了与欧司朗、飞利浦等国际知名企业竞争的技术优势,是LED产业革 命性的技术突破。

  透明荧光陶瓷替代荧光胶

  中科院物 构所合作发展处张云峰处长告诉记者,早在2003年,LED产业刚刚起步之时,中科院物构所就意识到LED是照明产业发展方向,开始布局突破专利壁垒,提 高LED光源功率的项目。因受到激光的启发,中科院物构所研究团队决定使用陶瓷作为材料,绕开荧光粉,从产品的最源头开始探究。

  “第一块陶瓷片是在2009年烧结完成,很快便实现了全球最高光效261lm/w,在此基础上,为了将技术产业化,2013年中科院物构所与民营资本结合成立了中科芯源,专门进行荧光陶瓷的产业化研究。”张云峰介绍。

  LED封装行业市场调查分析报告显示,陶瓷和荧光材料进行对比,陶瓷是有机材料,具有导热率高、耐高温、耐腐蚀、抗热冲击性好等特点;传统的荧光胶则导 热性差,易老化,导致LED灯出现光衰,甚至是死灯。因此,陶瓷材料取代传统荧光胶,作为LED封装材料,在同等条件下,可使LED产品具有高稳定性和高 可靠性。

  而且,中科院物构所自主研发的透明荧光陶瓷,从陶瓷材料烧结设备、高度保密的配方、独特封装工艺技术,拥有从装 备、配方到封装工艺的全链条技术的完全的自主知识产权,并相应进行全球专利布局实现专利保护,让中国LED产业突破国外专利的封锁,大幅降低LED生产成 本,提高国际竞争力。

  LED大功率时代来临

  透明荧 光陶瓷材料最显著的特点就是可实现大功率密度封装,“由于传统荧光胶材料的瓶颈,LED大功率照明普遍存在热管理难及封装材料失效难题,目前市场上稳定可 靠使用LED点光源的最高功率只能做到200w。因此,LED近几年虽大规模进入了家用照明领域,但无法替代广场照明、工业照明等传统大功率市场,中科芯 源则通过透明荧光陶瓷材料突破COB光源大功率应用瓶颈,颠覆千瓦级COB技术极限。”中科芯源常务副总兼技术总监叶尚辉向记者介绍。

  目前,中科芯源目前已成为全球首个生产1000W光源模组的企业,使LED正式跨入大功率照明时代,技术上实现LED对传统照明的全替代成为可能。而 且,这一技术已经得到国家工程项目的青睐,中科芯源生产的600W光源模组已应用于北京2018年北京冬奥会训练场馆照明,替代 2000W金卤灯。

  相关数据显示,2015年LED在工业照明市场的渗透率为16.2%,远低于其他照明市场,而 300w以上的大功率LED照明替换1000w以上传统灯具市场广泛,如果用大功率LED照明产品替代传统照明市场,用电量和碳排放量会明显减少,平均节 电率在70%左右,灯具日常维护保养费也会降低,将会带来巨大的经济效益和社会效益。

  国家一级照明设计师江海阳在交流会上也表示,户外照明灯具的未来趋势一定是小体积、大功率,彻底地走上灯具和建筑一体化的道路。虽然,国内外均处在探索阶段,中科芯源也是国内第一家实现千万级COB技术封装的企业,但LED大功率照明市场前景非常广阔。

  对于中科芯源未来的发展,叶尚辉表示,中科芯源将通过加强与传统灯具厂商、LED下游灯具厂商的合作,改造传统灯具生产线,实现LED对传统大功率灯具 的替。,同时,为LED企业输出技术和科技服务,推动LED大功率光源封装技术的发展;贯通产业链上下游,用新技术改造提升企业,做大做强我国LED产 业;通过广泛的合作和技术扩散颠覆现有照明产业格局,推动LED照明进入一系列全新的领域。

  LED封装原理

  LED封装主要是提供LED芯片一个平台,让LED芯片有更好的光、电、热的表现,好的封装可让LED有更好的发光效率与好的散热环境,好的散热环境进 而提升LED的使用寿命。LED封装技术主要建构在五个主要考虑因素上,分别为光学取出效率、热阻、功率耗散、可靠性及性价比(Lm/$)。

  以上每一个因素在封装中都是相当重要的环节,举例来说,光取出效率关系到性价比;热阻关系到可靠性及产品寿命;功率耗散关系到客户应用。整体而言,较佳的封装技术就是必须要兼顾每一点,但最重要的是要站在客户立场思考,能满足并超出客户需求,就是好的封装。

  针对LED的封装材料组成,林治民详细解说道,LED封装主要是由基板、芯片、固晶胶、荧光粉、封装胶等组成,我们先将芯片利用固晶胶黏贴于基板上,使 用金线将芯片与基板作电性连接,然后将荧光粉与封装胶混合,搭配不同荧光粉比例,以及适当的芯片波长可得到不同的颜色,最后将荧光粉与封装胶的混合体灌入 基板中,加热烘烤使胶材固化后,即完成最基本的LED封装。

  他并指出,LED封装技术主要是往高发光效率、高可靠性、高 散热能力与薄型化发展。从芯片来看,目前最普遍的是水平式芯片, 比较高端的厂商则研发垂直式芯片与覆晶型芯片,原先水平式LED使用蓝宝石基板,散热能力较差,且在高电流驱动下,光取出效率下降幅度也较大。因此,为了 降低LED成本,高电流密度的芯片设计便以获取更多的光输出为主要研究方向,在这样的考虑下,使用垂直式封装的芯片便成为下一课题,此类芯片使用硅等高散 热基板,在高电流操作下有更好的散热效率,所以也有更高的光输出,但由于制作流程复杂,工艺良率过低,以致于无法达到理想的高性价比,由此可知,在高瓦数 封装上,工艺良率所导致的价格因素也是一大考虑。

  台积电子公司采钰科技便是专攻晶圆级高功率LED硅基封装技术的业者。 该公司在2010年已打入中国路灯市场,2011年更将重心放在室内照明球泡灯产品上。采钰科技LED技术研发处长李豫华表示,以8吋磊晶计算,目前采钰 封装产能为单月2千片、相当于400万颗,去年产品成功打入中国路灯产品,量大的时候甚至单月出货量高达70-80万颗。

  与一般台湾LED封装厂商采用的氧化铝(蓝宝石)基板技术不同,采钰采用的是晶圆级LED硅基封装技术,采钰李豫华表示,硅基封装LED在散热方面优于 蓝宝石基板,但目前售价也高于蓝宝石基板的产品,不过,李豫华认为在今年内,采钰硅基封装与蓝宝石基板产品的价格将趋于一致,采钰更订下目标,希望每年成 本下降幅度可达到30%。

  硅基板的良率尚低

  LED 封装行业市场调查分析报告显示,硅基板的最大诉求为导热更佳,李豫华进一步指出,次世代照明的LED封装需求最重要的就是散热问题,估计热的问题5年内难 解,其次则是需要强而有力的结构体和稳定可靠的材料。另外光的表现也很重要,像均匀性、光源强度、出光效率是否更优异以及光的型式表现,最后就是量产和成 本方面的管理。

LED封装在这30年的演进,最大的特色就是尺寸愈来愈小,因此热效应问题在输入驱动电流较高时便凸显出来。也就是说,现在高功率LED需求愈来愈 大,当放进小颗LED并将电源灌入后,热量便会产生,为了要降低热,光的亮度就会减小,这时为了要增加亮度,又得导入更高的电流,高电流又会产生更多的 热,如此成为一个循环,热量就不断增加。接合温度过高,结果便是每升高20℃,LED效能就要降低5%(或每增加1℃,效能降0.25%)。

  LED产生的90%热量都是向下走,因此封装技术中,散热十分重要。整体而言,可供选择的高功率LED次安装基台(sub-mount)材料有陶瓷(氧化铝、氮化铝)和硅。其中,铝基板有翘曲问题,且以导热系数和热扩散来看,硅是最佳选择。

  硅基LED封装工艺流程为:绝缘及金属层、芯片/金属线键结及荧光材料涂布、透镜组装,再进行切割与测试。使用硅晶圆方法可以藉以控制穿孔型式(单一或 多重),因而增加光萃取率,这是陶瓷基板所做不到的。李豫华并特别指出采钰独家的IC制造兼容晶圆级荧光粉涂布技术,可以在LED芯片最上层造就薄而高效 能的荧光粉出光层,可改善黄晕现象,且此技术可控制色温的一致性。

  另外,半球形镜头为以光学设计方式增加出光率的方法之 一,也是采钰独家设计的晶圆级产品,镜头设计符合各种出光形式的需求。此外,利用不同材料的折射率不同,由内而外愈来愈小,亦可控制出光路径使其出光率增 加,此结构模式可改善出光率逾7%。再者,藉由荧光粉补偿过程可以达到紧密的色温控制,因而良率可获得提升,使原本低于70%的良率,经由补偿可以提升超 过95%。目前采钰的LED硅基封装成品已经在多处导入,包括大陆秦皇岛、大陆京沈高速公路匝道的LED路灯及新竹清华大学校园等。

  不过,LED硅基封装仍有许多技术上面临的挑战需要克服,例如材料方面,硅材有容易碎裂的缺点,且机构强度也是问题所在。荧光粉则需考虑其电子亮度和热及湿阻抗。另外,镜头的折射率及热稳定度、粘着性等都是考虑点。结构方面,绝缘层、金属层都有其挑战。

  采钰专攻LED照明,目前并没有跨入LED大尺寸背光源的计划。在2012年台湾、日本、美国、加拿大将开始禁用白炽灯泡的政策下,采钰认为,2011年第3季LED暖白色球泡灯销售量将爆发性成长,公司也将球泡灯产品列入今年的发展重点。

  据我国LED封装行业现状分析,LED封装是指发光芯片的封装,是与市场联系最为紧密的环节。由于封装的技术含量与投资门槛相对较低,因此它是LED产业链中投资规模最大且发展最快的领域。现对2015-2016年我国LED封装行业概况及现状分析。

  近年来,传统半导体封装企业开始试水LED封装,半导体封装设备厂商逐步加大LED设备的研发和市场推广,封装企业更多向下游应用领域延伸,且不乏有部分实力企业向上游扩张。

  LED封装行业市场调查分析报告显示,我国LED封装产品经过十多年的发展,已形成门类齐全的各类封装型号,与国外的封装产品型号基本同步。中国已逐渐 成为世界LED封装器件的制造中心,内地LED封装企业的封装产能扩充较快。国内LED封装企业主要分布在珠三角地区,其次是长三角地区。随着更多资本进 入大陆封装产业,我国LED封装产能将会进一步扩张。

  2015年全球LED行业总规模同比增长12.4%,其中LED封 装增长了9.1%。中国的LED行业总规模为3967亿元,封装行业产值规模为642亿元,同比增长了13%。从数据上看,中国封装行业产值规模增长速度 超过了全球封装规模增长速度,中国正成为全球LED封装基地。

  据我国LED封装行业政策分析,国家半导体照明工程研发及产业联盟产业研究院发布《2016年LED行业季度分析报告》,该报告从政策、技术、产业、市场四大方面全面分析2016年LED行业第一季度发展情况。现对2016年我国LED封装行业政策及环境分析。

  对于,LED行业中游企业发展情况,数据显示,经过连续两年(2013、2014)30%以上的超高速增长后,中游增速回落,企业效益降低。2015 年,全国发光二极管(LED)继续保持高速增长,完成累计产量3918.2亿只,同比增长24.3%,增速比2015年同期降低了10.2个百分点。

  LED封装行业市场调查分析报告显示,结合年报来看,中游的营业利润率从2014年的11.1%降至2015年7.8%,除长方集团、光莆电子外,其他中游企业营业利润率均不同程度下降。随着LED行业逐步从成长期步入成熟期,中游效益下滑,主要表现在几个方面:

  1)竞争加剧,器件产品价格下跌。据数据,近半年来(2015年9月至2016年3月),主流白光芯片价格下降超过20 %,而LED器件进出口价格也在过去一年下降了29%。

  2)产能结构性过剩,背光、照明需求增速均放缓。受此影响,日进集团、SKC lighting、三星、LG等企业均在近两年采取收缩LED业务的战略。根据Gartner数据,2015年全球智能手机市场增速预计仅为3.3%,平板电脑终端产品出货量增速为负,受此影响部分背光器件企业利润下滑明显。

  3)并购整合常态化,两极分化加剧,各路企业转型忙。长方照明、万润科技、国星光电等企业在大量并购企业后,报表业绩改善。同时,木林森、国星光电、长 方照明等也在加速纵向一体化,积极布局芯片、照明等。随着利润率下滑,不少企业转而寻求新的“高利”市场,国星推出紫外、红外、车用系列LED,万润、实 益达转型数字营销,聚飞开发光学膜材,木林森继续着眼于降低成本,提高产品的市场占有率。

  4)2015年下半年开始,OLED在电视手、机市场渗透速度明显加快,这将对不少企业推出的CSP形成冲击,前景不确定性增强。 AVC的数据显示,2015-2018年,全球OLED有机电视出货量将持续大幅攀升,仅在2016年就将从40万台猛增到130万台。中国市场的表现尤为突出,2016年和2017年都将连续保持400%的增长速度。

  据我国LED封装产业布局分析,白光LED封装龙头,营收保持高速增长:公司目前主营业务是白光LED器件(业务涵盖LED封装、LED通用照明、LED汽车照明、EMC改造、LED支架)。现对2016年我国LED封装产业布局趋势分析。

  公司以LED封装起家,按营收规模来算是国内第三大LED封装企业。近年来公司通过内生外延不断扩张公司主业,12-15年保持营收44%;净利43% 的复合增长率。公司近期公布的业绩快报显示,15年公司实现营收15.9亿,同比上升56%;实现净利1.5亿,同比上升65%。公司继续保持营收、净利 高增长。

  2016年我国LED封装产业布局趋势分析

  产能持续扩张,大功率封装+集成封装打造技术亮点:近年来受到产能过剩+芯片价格下降多因素影响,LED封装价格快速下降,市场整合趋势加速。公司作为 LED封装市场龙头企业,加速扩产进度,规模优势打造成本优势,抢占市场份额:2016年公司位于江西的生产基地将正式投产,贡献16,200kk/年 TOPLED及360kk/年功率型LED产能,2017年将完全达产,总产能提升近60%。技术层面,除了传统的smdLED封装和lampLED封 装,公司还拥有倒装、EMC支架封装等大功率封装技术。公司也是国内最大的COB集成封装厂商,并于国内率先推出倒装COB封装。目前大功率封装、集成封 装市场基本被Lumileds、Cree、三星、夏普等国际龙头企业占据,公司积极开展技术、产品线布局,有望率先完成大功率、集成化封装产品国产化替 代。

  LED封装行业市场调查分析报告显示,产业链纵向延伸,平台优势凸显:公司布局下游通用照明、汽车照明、EMC工程等多个应用领域,打造产品封装+照明应用+工程改造一体化平台,打通产品价值链。

  车联网业务全线推进,双主业雏形初现:公司选择车联网作为第二主业,先后参股迪那科技(投资4500万元人民币,占18%股权)和朱航校车(投资3000 万元人民币,占20%股权)等车联网标的,并与九派资本、天盛云鼎、东方云鼎共同成立车联网基金。多维度战略布局车联网,双主业雏形初现。

  据我国LED封装行业发展分析,LED封装技术目前主要往高发光效率、高可靠性、高散热能力与薄型化四个方向发展,目前主要的亮点有硅基LED和高压 LED,硅基LED之所以引起业界越来越多的关注,是因为它比传统的蓝宝石基底LED的散热能力更强,因此功率可做得更大,Cree就重点在发展硅基 LED,它目前存在的主要问题是良率还较低,导致成本还偏高。现对2016年我国LED封装行业发展趋势分析。

  高压LED是另一大亮点,它因可大幅缩小DC-DC降压电路的输入输出压差,而进一步提升LED驱动电源的效率,这可有效降低LED灯具对散热外壳的要求,从而降低LED灯具的总体成本。目前Cree、Osram和亿光都在发展高压LED工艺。

2016年我国LED封装产业情况及趋势分析

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