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中国LED封装行业发展现状与趋势分析

新材料在线 2018-12-15 13:37:17


半导体照明产业被认为是转变经济发展方式、调整产业结构、带动相关产业发展、实现可持续发展的重要手段,也是21世纪最具发展潜力的战略性新兴产业之一。随着技术进步与市场应用的迅速增长,半导体照明产业发展前景极为广阔。首先,作为半导体照明目前最大的发展推动源,液晶(LCD)背光、照明等领域的应用进展非常迅速且空间巨大。同时,LED创新应用的开发进展迅速,随着在农业、医疗、信息智能网络、航空航天等领域应用的形成,LED将成为具有万亿元规模的支柱性产业。


作为LED产业链的中游环节,LED器件的封装在LED产业的发展中起着承上启下的作用,也是中国在全球半导体照明产业链分工中具有规模优势和成本优势的产业环节之一。随着背光和照明等应用的不断推广,市场对LED的需求也在不断发生变化。预计中国LED封装在未来几年还将保持较高的增长速度,2015年中国LED封装产值将达到700亿元,而整个封装量复合增长率将在40%左右。


一、LED封装概述


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。


就LED器件的封装结构来看,当前主要的封装形式包括直插式封装(LampLED)、表面贴装封装(SMDLED)、功率型封装(HighPowerLED),板上芯片封装(cob)等类型。就目前和未来的市场需求来看,背光和照明将成为最为主要应用,对LED器件的需求将以SMDLED、HighPowerLED和COB为主。就LED器件的品质来看,对LED可靠性、光效、寿命等的要求越来越高,小规模、低水平的封装企业已经不能满足应用领域对LED的品质需求,大陆的LED封装产能呈现出集中的趋势,大陆封装领域的领先企业产能和自动化水平也在快速提升。


封装是白光LED制备的关键环节:半导体材料的发光机理决定了单一的led芯片无法发出连续光谱的白光,因此工艺上必须混合两种以上互补色的光而形成白光,目前实现白光LED的方法主要有三种:蓝光LED+YAG黄色荧光粉,RGB三色LED,紫外LED+多色荧光粉,而白光LED的实现都是在封装环节。良好的工艺精度控制以及好的材料、设备是白光LED器件一致性的保证。


国内LED封装行业当前发展已较为成熟,形成了完整的LED封装产业链。在区域分布上,珠三角地区是中国大陆LED封装企业最集中,封装产业规模最大的地区,企业数量超过了全国的2/3,占全国企业总量的68%,除上游LED外延芯片领域稍微欠缺外,汇聚了众多的封装物料与封装设备生产商与代理商,配套最为完善。其次是长三角地区,企业数量占全国的17%左右,其他区域共占15%的比例。


二、国内LED封装行业现状


1、行业产值


就全球的LED封装行业格局来看,中国已经是全球封装产业最为集中的区域,也是全球LED封装产业转移的主要承接地,中国台湾以及美国、韩国、欧洲、日本等主要led企业的封装能力很大一部分都在中国大陆实现。目前,中国封装企业主要以集中于中低端市场的小规模企业为主,真正具有规模效应和国际竞争力的企业还不多。


然而,经过多年的发展,中国LED封装产业已趋于成熟。近几年LED封装企业积极通过上市,在资本市场及下游应用产业持续增长的需求助力下,企业规模扩张速度加快,产能高速增长,国内LED封装产业规模不断扩大,2012年国内LED封装总产值达到438亿元,与2011年相比增长53.68%,其中广东省产值达到323亿元,增长57.56%,占国内LED封装总产值的73.74%。


国内LED封装产业产值高速增长主要是因为多数国际LED封装厂家因看好中国国内应用市场,纷纷在国内设立生产基地,加大国内产业销售力度,以及国内公司扩大产能规模,投资的产能得到释放所致。


2、国内LED封装企业现状


当前国内共有规模以上LED封装企业2000余家,其中2/3分布在珠三角地区。以主营业务计算共有上市企业8家,包含长方半导体、雷曼光电、瑞丰光电、聚飞光电、万润科技、鸿利光电、国星光电、歌尔声学,其中除歌尔声学外,其他7家上市企业都在广东省内,深圳区域占据5家,佛山和广州各1家。同时,一些大型的下游应用企业设立有自己的封装产线,如真明丽集团、德豪润达、勤上光电等等。此外,国外及中国台湾多数封装企业都在国内设立有生产基地,中国大陆地区已经成为全球最大的LED封装生产基地。


经过多年的激烈竞争,国内LED封装市场已经成熟。国内一批封装龙头企业竞争实力不断增强,规模不断扩大,在国内市场竞争力和自主知识产权方面并不弱于国外及台湾地区的LED封装企业。单纯就封装环节而言,国内企业已经具有与国际led企业不相上下的实力。


就当前成熟的封装产业而言,国内各个LED封装企业在技术方面已经没有多少差别,所不同的只是企业的产能规模,产品批次之间的一致性以及产品可靠性方面的差异。随着拥有资金实力、技术实力的厂商不断扩展规模,增加研发投入,国内LED封装企业之间梯次将逐步成型,小型封装企业的生存空间受到一定的压缩。


3、LED封装照明企业分析


GSCresearch通过对国内主要的LED封装上市企业营收分析可以看出,除了鸿利和国星两家外,其余5家上市企业营业收入都有不同程度的增长,增长最快的是瑞丰光电,达到71.63%,主要是由于下半年LED液晶电视市场渗透率大幅提高,康佳、长虹等电视厂商的订单增长所致。而在毛利率方面,除国星光电有微弱增长外,其他几家上市公司均有不同程度的下降,呈现出收入增长毛利率下降的趋势。主要是受国际国内宏观环境变化导致LED封装行业竞争激烈,价格下降幅度过快影响。


此外,从各企业分产品占比来看,在公司营收中贴片式LED及LED通用照明都占据主要部分,说明国内LED封装企业在贴片式LED和下游照明应用方面比较看重,部分企业进入下游应用,LED产业格局重新调整。


三、封装行业发展趋势及特点


2012年国内LED封装行业基本延续了2010年下半年以来的价格下跌,毛利率下滑的态势,白光照明LED价格每季度跌幅超过10%。2013年国内LED器件价格将继续延续价格下降的趋势,但由于中大尺寸背光源以及照明产品的渗透率提升,产品价格下降幅度将收窄,毛利率逐步企稳。


激烈的竞争以及下游照明行业的巨大市场潜力使得多数中游企业进入下游应用,根据统计90%以上的封装企业已经进入下游应用领域,并且应用的产值比例正不断上升;部分LED封装企业选择合资合作等方式进入LED下游,为其产品提供下游出海口,在下游应用构建led照明渠道,分享LED照明应用市场蛋糕。


然而,现有的封装技术和工艺已不足以支持成本的继续下降,需要革命性的技术突破。而国内LED封装企业由于规模较小,资金不足以及缺乏上游的技术支撑,当前在新技术的研发趋于保守,普遍处于观望期。短期内LED封装产品价格下降将趋于缓和,拥有规模效应以及稳健的上游芯片供应链的企业将在竞争中具有一定的比较优势。未来LED封装发展将呈现以下特点:


1、中功率成为主流封装方式。目前市场上的产品多为大功率LED产品或是小功率LED产品,它们虽各有优点,但也有着无法克服的缺陷。而结合两者优点的中功率LED产品应运而生,成为主流封装方式。


2、新材料在封装中的应用。由于耐高温、抗紫外以及低吸水率等更高更好的环境耐受性,热固型材料EMC、热塑性PCT、改性PPA以及类陶瓷塑料等材料将会被广泛应用。


3、芯片超电流密度应用。今后芯片超电流密度,将由350MA/mm2发展为700MA/mm2,甚至更高。而芯片需求电压将会更低,更平滑的VI曲线(发热量低),以及ESD与VF兼顾。


4、COB应用的普及。凭借低热阻、光型好、免焊接以及成本低廉等优势,COM应用在今后将会得到广泛普及。


5、更高光品质的需求。主要是针对室内照明,将会以LED室内照明产品RA达到80为标准,以RA达到90为目标,尽量使照明产品的光色接近普兰克曲线,这样的光才能够均匀、无眩光。


6、国际国内标准进一步完善。相信随着LED封装技术的不断精进,国内国际上对于LED产品的质量标准也会不断完善。


7集成封装式光引擎成为封装价值观。集成封装式光引擎将会成为下一季研发重点。


8、去电源方案(高压LED)。今后室内照明将更关注品质,而在成本因素驱动下,去电源方案逐步会成为可接受的产品,而高压LED充分迎合了去电源方案,但其需要解决的是芯片可靠性需要加强。


9、适用于情景照明的多色LED光源。情景照明将是LED照明的核心竞争力,而未来LED照明的第二次起飞则需要依靠情景照明来实现。


10、光效需求相对降低,性价比成为封装厂制胜法宝。今后室内照明不会太关注光效,而会更注重光的品质。而随着封装技术提高,LED灯具成本降低成为替代传统照明源的动力,在进入家庭照明的过程中,性价比将会越来越被客户所看重。


四、集成电路封装行业发展壁垒分析


1、技术水平要求高,需要持续的生产实践积累


集成电路封装行业属于技术密集型的行业,技术水平要求较高,进入该行业需要丰富的生产加工经验的积累。集成电路封装行业的创新主要体现在两个方面:一方面,封装技术的提升。集成电路产业具有技术开发、更新换代快的特点,全球半导体封装的主流技术已经经历了三个阶段,目前正处于第三阶段的成熟期,以CSP 和BGA 等主要封装技术为主,企业需不断研究开发并储备新技术以备封装技术的更新换代;另一方面,制程工艺水平的提高。


集成电路生产工艺复杂,精度高,需要在生产过程中不断改善制程工艺。技术水平和制程工艺的创新主要来源于企业长时间、大规模的生产实践和研究开发,需要持续的生产经验的积累。晶圆级芯片尺寸封装是集成电路封装测试行业的全新的领域,它集合了IC设计公司、晶圆厂、封装测试厂、PCB 基板厂的各种技术,其技术壁垒更高,即使是已经从事集成电路封装测试的大型企业想涉足这一领域,同样也要面临较高的技术壁垒。


2、资本需求大


集成电路封装行业属于资本密集型行业,生产所需的机器设备投入规模较大,且大部分要从国外进口,资金需求量较大。同时集成电路产业具有技术开发、更新换代快的特点,摩尔定律即是最典型的例子,这就要求集成电路封装企业紧随产业链上下游的技术步伐,投入大量资金用于开发先进的封装技术。


3、人才要求高


集成电路行业属于高科技行业,专业技术归根结底都掌握在人才的手中,企业的人才供应主要为内部培养和外部引进。目前行业内掌握专业技术的人才供给有限,不能满足行业发展的需求。因此,对新进入的企业而言,如何解决人才供应是比较棘手的问题,尤其是晶圆级芯片尺寸封装细分行业,需要的是集IC 设计、晶圆制造、封装测试、PCB 基板等技术的混合型高端人才,目前行业非常稀缺,主要靠公司内部培养,从外部引进的难度很大。


五、未来LED封装十大技术趋势


1、选用大面积芯片封装


用1x1 mm2的大尺度芯片替代现有的0.3x0.3 mm2的小芯片封装,在芯片注入电流密度不能大幅度进步的情况下,是一种首要的技术发展趋势。


2、芯片倒装技术


处理电极挡光和蓝宝石不良散热问题,从蓝宝石衬底面出光。在p电极上做上厚层的银反射器,然后颠末电极凸点与基座上的凸点键合。基座用散热杰出的Si材料制得,并在上面做好防静电电路。依据美国Lumileds公司的成果,芯片倒装约增加出光功率1.6倍,芯片散热才能也得到大幅改善,选用倒装技术后的大功率发光二极管的热阻可低到12~15℃/W。


3、金属键合技术


这是一种平价而有用的制造功率LED的方法。首要是选用金属与金属或金属与硅片的键合技术,选用导热杰出的硅片替代原有的GaAs或蓝宝石衬底,金属键合型LED具有较强的热耗散才能。


4、开发大功率紫外光LED


UV LED配上三色荧光粉供给了另一个方向,白光色温稳定性较好,使其在许多高品质需求的运用场合(如节能台灯)中得到运用。这样的技术虽然有种种的长处,但仍有相当的技术难度,这些难度包括合作荧光粉紫外光波长的挑选、UV LED制造的难度及抗UVLED封装材料的开发等等。


5、开发新的荧光粉和涂敷工艺


荧光粉质量和涂敷工艺是保证白光LED质量的要素。荧光粉的技术发展趋势是开发纳米晶体荧光粉、外表包覆荧光粉技术,在涂布工艺方面发展荧光粉均匀的荧光板技术,将荧光粉与封装材料混合技术。


6、开发新的LED封装材料


开发新的安装在LED芯片的底板上的高导热率的材料,然后使LED芯片的任务电流密度约进步5~10倍。就当前的趋势看来,金属基座材料的挑选首要是以高热传导系数的材料为组成,如铝、铜乃至陶瓷材料等,但这些材料与芯片间的热膨胀系数差异甚大,若将其直接触摸很可能由于在温度升高时材料间发生的应力而形成可靠性的问题,所以通常都会在材料间加上兼具传导系数及膨胀系数的中心材料作为距离。


本来的LED有许多光线因折射而无法从LED芯片中照耀到外部,而新开发的LED在芯片外表涂了一层折射率处于空气和LED芯片之间的硅类通明树脂,并且颠末使通明树脂外表带有必定的视点,然后使得光线可以高效照耀出来,此举可将发光功率大约进步到了原产物的2倍。


当前关于传统的环氧树脂其热阻高,抗紫外老化功能差,研制高透过率,耐热,高热导率,耐UV和日光辐射及抗潮的封装树脂也是一个趋势。


在焊料方面,要习惯环保恳求,开发无铅低熔点焊料,并且进一步开发有更高导热系数和对LED芯片应力小的焊料是另一个重要的课题。


7、多芯片型RGB LED


将红、蓝、绿三种色彩的芯片,直接封装在一起配成白光的方法,可制成白光发光二极管。其长处是不需颠末荧光粉的变换,藉由三色晶粒直接配成白光,除了可防止由于荧光粉变换的丢失而得到较佳的发光功率外,更可以藉由分隔操控三色发光二极管的光强度,达到全彩的变色作用(可变色温),并可藉由芯片波长及强度的挑选得到较佳的演色性。运用多芯片RGBLED封装式的发光二极管,很有可能成为替代当前运用CCFL的LCD背光模块中背光源的首要光源之一。


8、多芯片集成封装


当前大尺度芯片封装还存在发光的均匀和散热等问题亟待处理。选用惯例芯片进行高密度组合封装的功率型LED可以取得较高发光通量,是一种切实可行很有推行远景的功率型LED固体光源。小芯片工艺相对老练,各种高热导绝缘夹层的铝基板便于芯片集成和散热。


9、平面模块化封装


平面模块化封装是另一个发展方向,这种LED封装的长处是由模块组成光源,其形状,巨细具有很大的灵活性,十分适合于室内光源描绘,芯片之间的级联和通断维护是一个难点。大尺度芯片集成是取得更大功率LED的可行方法,倒装芯片布局的集成,长处或许更多一些。


六、结语


进入21世纪后,LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新,红、橙LED光效已达到100Im/W,绿LED为501m/W,单只LED的光通量也达到数十Im。LED芯片和封装不再沿袭传统的设计理念与制造生产模式,在增加芯片的光输出方面,研发不仅仅限于改变材料内杂质数量,晶格缺陷和位错来提高内部效率,同时,如何改善管芯及封装内部结构,增强LED内部产生光子出射的几率,提高光效,解决散热,取光和热沉优化设计,改进光学性能,加速表面贴装化SMD进程更是产业界研发的主流方向。


来源:中华LED在线



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