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HB-LED封装:后段设备材料供应商三十亿美元的商机

什麽样的新兴市场会在2010年带给后段设备材料供应商高达数十亿美元的商机?根据法国市调公司Yole Développement研究,高亮度(HB) LED的封装将是未来年成长率上看25%%的大商机;并且,HB-LED封装市场将在2015年突破三十亿美元。


耐高热而且容许强光输出的特殊封装材料将是主要商机所在。2009年的HB-LED产业整体营收约十四亿美元,其中封装市场即贡献八亿五千万美元,也就是说有60%%落入了相关供应商的口袋。从产业现阶段的需求来看,后段切割、连接导线、雷射剥离等设备的需求仍然平缓,不过预期至2015年,市场平均年成长率将有34%%,如下图所示。




 


资料来源:Yole Développement公司2009年HB LED 封装报告


Yole公司对于HB LED的定义较其他市场研究机构为窄,仅限于每瓦功率能够输出30 流明以上,如应用在汽车和电视背光的元件,但是大部分的LCD背光应用都在这个分类以外。每一封装单位能输出100流明以上的超高亮度LED,包括汽车大灯和一般照明使用,目前拥有两亿八千万美元的利基市场;随着成本逐渐改善,成长力道可以预期。


封装基板的热管理为关键所在


目前所谓的高亮度LED,其典型的光能转换效率也还不到25%%,输入功率的大部分都转变成无用的热能,因此封装的热管理技术拥有最大的改善空间,也是各家公司竞争胜出之所在。而且,这个领域也是最能够降低成本的地方。Yole Développement分析师Philippe Roussel解释说,经由逆向还原工程研究业界知名产品,发现各家的晶片技术都採用相同的智财(IP),然而在封装上面却完全不同。分析显示这完全是基于成本结构的考虑,据其推测,封装部分占总成本比率可能超过70%%。最近以来,不少公司推出每瓦输出达150流明以上的晶片,主要也是由于在封装技术上有所进展。


改善热管理有一个关键,也就是占封装总成本一半的封装基板。模造树脂基板(Molded resin substrates)搭配热插槽设计和金属芯的印刷电路板,都是广为採用的解决方桉;不过对更高功率的元件,供应商纷纷将注意力转向铝或AlN的陶瓷基板,以及晶片与封装基板间陶瓷或硅材质承载版的技术。。


采钰使用硅基板改善热阻抗


但是最吸引人的潜力还是在新的替代材料。台积电的关係企业采钰科技利用八吋晶圆级封装製程,已经开始商业量产以硅封装基板的高功率(350mA)LED。事业发展组织副总戎柏忠透露,新基板的热阻抗不超过3°/W,产品效能会是使用陶瓷技术的二到三倍,输出流明数可以增加10-15%%。


采钰从LED製造商取得切割好的晶粒,使用晶圆级封装製程以简化晶粒处理;但并非指元件晶圆的封装。製程首先做好晶圆上的硅穿孔,然后是金属化和介电质保护层,接着就可以置入LED晶粒,再製做接脚。晶片上面以黄光剥离(mask and lift-off)技术均匀覆盖磷介电层,然后透镜成形于晶圆上,最后切割晶圆。製程技术的关键就在控制的导线架矩阵的平整度,另外也必须自行开发透镜成形技术。晶圆级製程将有助于降低量产时的组装成本,只是现阶段的采钰不作成本领导,却要更专注于要求热效能与可靠性的应用领域。


采钰将晶圆代工的模式引进高度客製化的LED封装产业;相对的,晶圆代工的製程也作了若干的调整,以容许LED晶粒排列、电路佈局以及透镜加工上的各种设计。戎副总表示,公司技术能够製做上下与侧向元件,应用范围含盖一般照明、背光源以及各式各样的用途。采钰的订单从八月份开始,已经接到2010年底;客户包括外包封装的LED製造商,以及下游的light engine和照明设备製造商。


同欣以镀铜陶瓷降低成本


相形之下,同欣电子也研究出镀铜陶瓷作为基板材料,认为能够大幅降低高效LED封装的成本。行销技术资深副总吕绍萍说,以1瓦及100流明的高功率白色冷光LED晶片0.6美元的总成本来估计,台湾的公司使用镀铜陶瓷LED基板可以降低成本5-10%%。这项技术开发出一种特别的强力黏着层,因此能够在表面电镀的同时进行基板穿孔,节省了一道製程,也降低了成本。而且,铜的高热传导係数为390 W/mK (AlN为170W/mK,硅为150W/mK,Al2O3只有30W/mK)也改善了封装散热效能。


其他潜在商机


LED封装产业乐观期待其他新材料的研发。高反射係数(逼近蓝宝石的1.77)的封装和覆膜材料开发已露出曙光。而从使用者需求的观点来看,确定一个标准的封装尺寸将有助于使用HB LED的系统业者加速整合与降低成本。


在设备方面,传统的金属连线製程仍然是LED后段设备最大的市场。基于封装侧壁平整性要求和防止基板脆裂,雷射切割和雷射剥离设备的需求也正在升温之中;不过这块小市场目前已经进来了七家业者。


LED封装业者受到的成本压力日渐升高。根据《日经微器件》(Nikkei Microdevices)研究萌发中的消费性显示产品市场,未来的HB LED产业可能必须面对周期性供需不平衡的消费性循环,产业生态因此改变。LCD的世界大厂如三星、LG、友达等陆续投入LED产业,电视和显示器也纷纷自行开发LED背光模组,未来的价格战已是大势所趋;但是,如果电视和个人电脑的需求不见起色,生产过剩的HB LED也会疯狂杀进其他应用领域。


 



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