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，逐漸受到LED封裝廠家的追捧。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，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lm/W，到中期的產(chǎn)業(yè)化，再到如今的追求性價比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，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)，性價比高，并兼容成熟的表面貼裝工藝(SMT)而契合了追求高lm/$的發(fā)展趨勢，受到了客戶廣泛使用。
但為了滿足日趨提升的lm/$技術(shù)指標，主要攻關(guān)方向就落在芯片的大電流驅(qū)動上，依托超電流驅(qū)動提升亮度，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)光強度在不斷提升的同時，對材料的耐熱性能要求也越來越高。
早期的PA6T、PA9T及PCT等支架塑膠材質(zhì)已不能滿足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LED支架塑封料順理成章登入高效LED應(yīng)用的歷史舞臺。
EMC是IC后封裝工序三大主材料(引線框架、金線及塑封料)之一，因其具有高可靠性、低成本、生產(chǎn)工藝簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)等特點占據(jù)了整個微電子封裝材料97%以上的市場份額。
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憑借其強大的技術(shù)實力及技術(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專利見諸于日本專利局，該專利公開于2007年2月6日，專利權(quán)人Nichia，專利號為NO.2007-026693。此后，Nichia展開全球范圍專利布局，如美國專利US2008/0187762 A1、US20110291154 A1、US20130249127 A1、USD698323等，這些專利涉及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專利鏈，牢牢掌握了EMC LED產(chǎn)業(yè)鏈話語權(quán)與控制權(quán)。近年來，Nichia在專利布局的同時，實現(xiàn)了EMC LED產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化，并形成了大規(guī)模銷售，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
1.EMC塑膠料簡介
EMC應(yīng)用于IC封裝領(lǐng)域由來已久，但IC領(lǐng)域的封裝不需要考慮出光，其以機械保護和氣密性為目標，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)氧樹脂為基體樹脂，以酚醛樹脂為固化劑，加上填料、促進劑、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LED塑封料，必須進行改性，因為出光率是LED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，降低對光的吸收，同時還要保證產(chǎn)品的高可靠性，因而相對應(yīng)組份必須發(fā)生改變。LED用EMC塑封料主要成分見表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)實現(xiàn)商業(yè)化的是日立化工，客戶批量使用的產(chǎn)品型號為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材料性能對比如表3所示。
表3 CEL-W-7005/8000系列EMC性能對比
在巨大的市場應(yīng)用前景及高額利潤驅(qū)使下，其它傳統(tǒng)EMC塑膠廠摩拳擦掌、躍躍欲試希望打破日立一統(tǒng)天下的局面，各廠家依托其技術(shù)優(yōu)勢，奮起直追，取得了可喜進展，目前日本的日東電工、積水化學等公司生產(chǎn)的EMC塑膠料已經(jīng)送樣客戶測試，反饋良好，大有后來者居上之勢。競爭對手的加入，使得EMC塑膠產(chǎn)品性能提升、產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，同時帶動價格的下降，客戶接受度不斷提升，形成良性循環(huán)。
2.EMC LED支架的類型及優(yōu)勢
(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注塑時注塑壓力和注塑時間等后天因素彌補，因而該類支架氣密性欠佳，水汽易從塑膠與銅片結(jié)合界面滲入，產(chǎn)品可靠性無法保障。
二是PPA塑膠為熱塑性塑膠，產(chǎn)品耐熱性差，無法實現(xiàn)大功率驅(qū)動，不能滿足日益提升lm/$的LED發(fā)展趨勢。
三是PPA塑膠抗UV性能差，因而應(yīng)用范圍窄，對汽車照明、LED路燈等室外潮氣較重、UV光較強等惡劣環(huán)境競爭乏力。
四是PPA為熱塑性塑膠，廢料可以反復(fù)回收利用，部分廠商利用PPA水口料以次充好，加入LED行業(yè)競爭，大打價格戰(zhàn)，謀取利潤，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、高耐熱性、抗UV、抗黃化等諸多性能優(yōu)勢，擴寬了LED應(yīng)用領(lǐng)域，并攜其價格優(yōu)勢，很短時間便對高端陶瓷封裝LED光源形成沖擊。
(2) EMC支架類型
EMC引線框架源于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，迅速圈地，以先發(fā)之勢定義EMC LED支架，主要企業(yè)有ASM公司、臺灣長華公司及大陸康強電子等。上述公司制作的EMC支架由IC支架演變而來，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)勢明顯，且更適合小尺寸支架制作，如EMC 3014/2016等。當然，PPA塑膠LED支架公司不會輕易束手就擒，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、底探測試機等劣勢及時推出落料式EMC支架(Discrete，又叫分離式支架)，一經(jīng)推出頗受市場歡迎，預(yù)計不久的將來會形成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)劣勢的對比如表4所示：
表4 MAP方式和Discrete方式EMC支架優(yōu)劣勢對比
(3)EMC支架與PPA支架對比......
(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.......————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)
訂閱熱線：010-82385280-612
轉(zhuǎn)載請標注：中國半導(dǎo)體照明網(wǎng)、《半導(dǎo)體照明》雜志
