新崛起的封裝光源--EMC技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)況及前景
EMC支架是指采用改性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引線(xiàn)框架。因其采用EMC作為支架反射腔及塑膠絕緣塊，使得支架具有高耐熱性、抗UV、抗黃化、氣密性佳等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到LED封裝廠(chǎng)家的追捧。2013年EMC LED光源已經(jīng)成功切入直下式背光源及通用照明市場(chǎng)，形成左攻PPA右擊陶瓷的可喜局面，各大LED封裝公司積極布局，2014年EMC LED光源市場(chǎng)應(yīng)用前景可期。
一、EMC興起的技術(shù)背景
在全世界照明企業(yè)共同努力下，LED技術(shù)發(fā)展日新月異，2013年 LCD顯示領(lǐng)域LED背光源的滲透率已經(jīng)達(dá)到90%以上。LED室內(nèi)照明 滲透率也大幅提升，應(yīng)用涵蓋公共照明、商用照明、辦公照明以至家裝。
從LED發(fā)展初期的單純追求技術(shù)指標(biāo)lm/W，到中期的產(chǎn)業(yè)化，再到如今的追求性?xún)r(jià)比lm/$，LED領(lǐng)域也經(jīng)歷了非理性投資到目前理性發(fā)展的階段。
提升lm/$最終表現(xiàn)在兩點(diǎn)，第一是提升LED芯片能夠承受的電流密度，提升單顆封裝體的光通量并解決芯片在大電流使用下效率下降的問(wèn)題;第二是縮小封裝體積，降低封裝的物料成本及制造成本。表貼式(SMD)的封裝結(jié)構(gòu)因其體積小，適合大批量生產(chǎn)，性?xún)r(jià)比高，并兼容成熟的表面貼裝工藝(SMT)而契合了追求高lm/$的發(fā)展趨勢(shì)，受到了客戶(hù)廣泛使用。
但為了滿(mǎn)足日趨提升的lm/$技術(shù)指標(biāo)，主要攻關(guān)方向就落在芯片的大電流驅(qū)動(dòng)上，依托超電流驅(qū)動(dòng)提升亮度，以降低單位封裝產(chǎn)品成本。然而，單顆封裝器件的輸入功率和發(fā)光強(qiáng)度在不斷提升的同時(shí)，對(duì)材料的耐熱性能要求也越來(lái)越高。
早期的PA6T、PA9T及PCT等支架塑膠材質(zhì)已不能滿(mǎn)足SMD LED產(chǎn)品高品質(zhì)需求，因而SMD封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品支架材料必須進(jìn)行革新。在這種大的前提和背景下，EMC(環(huán)氧塑封料，Epoxy Molding Compound)作為L(zhǎng)ED支架塑封料順理成章登入高效LED應(yīng)用的歷史舞臺(tái)。
EMC是IC后封裝工序三大主材料(引線(xiàn)框架、金線(xiàn)及塑封料)之一，因其具有高可靠性、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)份額。
半導(dǎo)體照明工業(yè)作為微電子領(lǐng)域的分支，自然會(huì)分享IC封裝技術(shù)盛筵，EMC作為半導(dǎo)體照明塑封料首先引起了世界著名LED公司日亞(Nichia)的關(guān)注，Nichia憑借其強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力及技術(shù)前瞻性早在2007年就提出EMC應(yīng)用于LED的可能性及可行性。
最早的關(guān)于EMC LED專(zhuān)利見(jiàn)諸于日本專(zhuān)利局，該專(zhuān)利公開(kāi)于2007年2月6日，專(zhuān)利權(quán)人Nichia，專(zhuān)利號(hào)為NO.2007-026693。此后，Nichia展開(kāi)全球范圍專(zhuān)利布局，如美國(guó)專(zhuān)利US2008/0187762 A1、US20110291154 A1、US20130249127 A1、USD698323等，這些專(zhuān)利涉及EMC材料組分、成型方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面，形成了密如蛛網(wǎng)的IP專(zhuān)利鏈，牢牢掌握了EMC LED產(chǎn)業(yè)鏈話(huà)語(yǔ)權(quán)與控制權(quán)。近年來(lái)，Nichia在專(zhuān)利布局的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了EMC LED產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化，并形成了大規(guī)模銷(xiāo)售，目前Nichia EMC相關(guān)產(chǎn)品系列有157、757及557等。
二、EMC的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.EMC塑膠料簡(jiǎn)介
EMC應(yīng)用于IC封裝領(lǐng)域由來(lái)已久，但I(xiàn)C領(lǐng)域的封裝不需要考慮出光，其以機(jī)械保護(hù)和氣密性為目標(biāo)，因而多以黑色EMC塑膠為主。應(yīng)用于IC封裝領(lǐng)域的EMC為熱固性塑膠，以環(huán)氧樹(shù)脂為基體樹(shù)脂，以酚醛樹(shù)脂為固化劑，加上填料、促進(jìn)劑、阻燃劑、著色劑、偶聯(lián)劑及其它微量組份，按一定的比例經(jīng)過(guò)前混、擠出、粉碎、磁選、后混合、預(yù)成型(打餅)等工藝制成[1]。環(huán)氧塑封料的主要成分見(jiàn)表1。
表1 IC封裝用黑色EMC主要成分表
IC封裝領(lǐng)域的EMC塑封料要作為L(zhǎng)ED塑封料，必須進(jìn)行改性，因?yàn)槌龉饴适荓ED最重要的參數(shù)之一，外觀必須由黑色更改為白色，盡可能提高光反射率，降低對(duì)光的吸收，同時(shí)還要保證產(chǎn)品的高可靠性，因而相對(duì)應(yīng)組份必須發(fā)生改變。LED用EMC塑封料主要成分見(jiàn)表2[2]。
表2 LED用白色EMC主要成分表
目前，應(yīng)用于LED封裝領(lǐng)域的白色EMC已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的是日立化工，客戶(hù)批量使用的產(chǎn)品型號(hào)為CEL-W-7005系列，其最新產(chǎn)品為CEL-W-8000系列，后者在材料初始反射率，耐高溫及耐老化性能方面有明顯提升。CEL-W-7005系列和CEL-W-8000系列EMC材料性能對(duì)比如表3所示。
表3 CEL-W-7005/8000系列EMC性能對(duì)比
在巨大的市場(chǎng)應(yīng)用前景及高額利潤(rùn)驅(qū)使下，其它傳統(tǒng)EMC塑膠廠(chǎng)摩拳擦掌、躍躍欲試希望打破日立一統(tǒng)天下的局面，各廠(chǎng)家依托其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，奮起直追，取得了可喜進(jìn)展，目前日本的日東電工、積水化學(xué)等公司生產(chǎn)的EMC塑膠料已經(jīng)送樣客戶(hù)測(cè)試，反饋良好，大有后來(lái)者居上之勢(shì)。競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的加入，使得EMC塑膠產(chǎn)品性能提升、產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，同時(shí)帶動(dòng)價(jià)格的下降，客戶(hù)接受度不斷提升，形成良性循環(huán)。
2.EMC LED支架的類(lèi)型及優(yōu)勢(shì)
(1)EMC LED支架定義
EMC支架是指采用改性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引線(xiàn)框架。相比之下，目前批量使用的PPA塑封料存在如下諸多不足：
一是由于PPA塑膠本身粘接力弱，使得PPA塑膠與支架銅片之間的結(jié)合力較差，材料先天的缺陷很難通過(guò)注塑時(shí)注塑壓力和注塑時(shí)間等后天因素彌補(bǔ)，因而該類(lèi)支架氣密性欠佳，水汽易從塑膠與銅片結(jié)合界面滲入，產(chǎn)品可靠性無(wú)法保障。
二是PPA塑膠為熱塑性塑膠，產(chǎn)品耐熱性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大功率驅(qū)動(dòng)，不能滿(mǎn)足日益提升lm/$的LED發(fā)展趨勢(shì)。
三是PPA塑膠抗UV性能差，因而應(yīng)用范圍窄，對(duì)汽車(chē)照明、LED路燈等室外潮氣較重、UV光較強(qiáng)等惡劣環(huán)境競(jìng)爭(zhēng)乏力。
四是PPA為熱塑性塑膠，廢料可以反復(fù)回收利用，部分廠(chǎng)商利用PPA水口料以次充好，加入LED行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，大打價(jià)格戰(zhàn)，謀取利潤(rùn)，全然不顧產(chǎn)品品質(zhì)。
EMC LED支架可以較好的解決傳統(tǒng)PPA LED支架的不足，該支架具有塑膠與支架銅片結(jié)合力強(qiáng)、高耐熱性、抗UV、抗黃化等諸多性能優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)寬了LED應(yīng)用領(lǐng)域，并攜其價(jià)格優(yōu)勢(shì)，很短時(shí)間便對(duì)高端陶瓷封裝LED光源形成沖擊。
(2) EMC支架類(lèi)型
EMC引線(xiàn)框架源于IC封裝支架，傳統(tǒng)IC支架公司攜設(shè)備、工藝及資金積累優(yōu)勢(shì)，迅速圈地，以先發(fā)之勢(shì)定義EMC LED支架，主要企業(yè)有ASM公司、臺(tái)灣長(zhǎng)華公司及大陸康強(qiáng)電子等。上述公司制作的EMC支架由IC支架演變而來(lái)，因而支架以陣列(MAP)方式排布，單位面積支架密度大，EMC塑膠利用率高，支架單位成本優(yōu)勢(shì)明顯，且更適合小尺寸支架制作，如EMC 3014/2016等。當(dāng)然，PPA塑膠LED支架公司不會(huì)輕易束手就擒，他們利用MAP方式EMC支架在封裝應(yīng)用端需更改較多封裝工藝，需要引入昂貴的切割機(jī)、底探測(cè)試機(jī)等劣勢(shì)及時(shí)推出落料式EMC支架(Discrete，又叫分離式支架)，一經(jīng)推出頗受市場(chǎng)歡迎，預(yù)計(jì)不久的將來(lái)會(huì)形成MAP方式和Discrete方式共分天下的局面，打破目前MAP方式一家獨(dú)大的局面。
圖1 MAP方式EMC支架（左）Discrete方式EMC支架（右）
但是，不論是MAP方式還是Discrete方式的EMC LED支架，都需要采用Molding方式成型EMC反射腔，兩者工藝又有差異，主要表現(xiàn)如下：
圖2 MAP方式EMC支架加工方式 （左）及 Discrete方式EMC支架加工方式（右）
MAP方式和Discrete方式EMC支架優(yōu)劣勢(shì)的對(duì)比如表4所示：
表4 MAP方式和Discrete方式EMC支架優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比
(3)EMC支架與PPA支架對(duì)比......
(4)EMC支架封裝光源可靠性......
三、應(yīng)用現(xiàn)狀
1.LED背光源
2.LED照明
四、發(fā)展趨勢(shì).......————本文節(jié)選自第9期《半導(dǎo)體照明》雜志)
詳情查閱：2014年第9期(總第55期)
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