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设计开发中功率LED芯片及其器件的封装结构和关键工艺技术,日光灯不如LED照明节能

来源:http://www.gz-jx-114.com 作者:乐虎国际lehu805 时间:2019-11-26 13:59

近日,中国电科所属第13研究所及控股公司河北立德电子有限公司、同辉电子科技股份有限公司和河北神通光电科技有限公司等单位联合中标工信部电子发展基金招标项目《中功率LED器件研发及产业化》。

来源:《国际电子商情》

“中国电科LED节能环保产品内部交流推介会”日前在石家庄举行,此次推介会的主题是“节能减排——我们在行动”。会议承办方中国电子科技集团第13研究所党委书记张秉衡介绍,作为LED节能产品领域国内重要的研发制造商,中国电子科技集团利用现有的技术和资源优势,通过集团内部推广LED节能产品,以带动社会完成LED节能产品的普及和使用。

《中功率LED器件研发及产业化》项目利用自主研发生产中功率LED外延片和芯片,通过设计封装结构及封装零件,开发出技术先进、能够满足液晶背光源和白光普通照明应用的中功率LED器件并实现产业化。其单芯片封装白光器件的光效达到130流明/瓦,多芯片封装的白光器件光效达到100流明/瓦,主要技术水平达到国内领先水平。LED作为具有高成长性的下一代新型光源,设计开发中功率LED芯片及其器件的封装结构和关键工艺技术,将成为我国在这一领域取得产业优势的关键,对于我国相关的产业发展具有战略意义。

受益于下游应用市场的急速扩张,LED产业从今年第二季度开始逐渐回暖,来自于照明应用,以及手机、平板电脑、大尺寸电视等背光市场的强劲需求,推动了LED封装行业在生产规模和制造工艺上的新一轮创新。LEDinside的调查报告显示,2012年全球LED封装产值约为102.8亿美元,预计到2013年,该数值将增至112.7亿美元,年增长率为9.6%,其中,LED封装应用于照明领域的比重将进一步提升到26.4%,达到29.8亿美元左右。

使用LED节能产品,最明显的效益就是节能减排。专家指出,到2015年,我国要全面淘汰白炽灯,目前能替代白炽灯的产品:一是日光灯,二是LED照明。不过,相比较而言,日光灯不如LED照明节能,一个10-12W的LED光源发出的光能,与一个35-70W的白炽灯发出的光能相当。但同样的照明效果,LED照明比传统的光源节能40%-50%。

中国电科所属第13研究所及控股公司河北立德电子有限公司、同辉电子科技股份有限公司和河北神通光电科技有限公司等单位在LED材料、芯片、封装、测试等方面拥有突出的技术和人才优势,承担过多项国家重大项目,拥有多项专利;具有国内先进的LED材料、芯片,封装生产线,相关产品技术领先。几家单位通过联合投标,实现了产学研结合、优势互补、资源共享。来源:中国电科网站

从市场应用来看,目前用量较大的LED封装产品还是以SMD贴片型为主,由于性价比因素的影响,中小功率产品的使用量也更多,封装种类没有太大的变化,但规格型号在慢慢收缩,并往标准品的轨道上发展。尤其是针对当前较为热门的照明应用开发,江苏稳润光电有限公司执行副总经理周峰指出,LED光源成本约占整个灯具的30-40%,市场对价格因素较为敏感,在市场竞争和成本考量的作用下,LED封装正由原来的小功率逐渐往中高功率拓展,原来普遍使用的0.06W开始向0.2W或0.5W甚至更高转变,单颗光源光通量由原来的8流明提高到现在的23流明、55流明甚至更高。

业内人士介绍,作为重工业省份和能源消耗大省,河北推广使用绿色节能LED产品更加迫切,而且具备优势:一是拥有全国规模最大的产业基地之一——石家庄国家半导体照明产业基地,二是拥有国内最权威的LED专业研发机构——中国电子科技集团第13研究所。无论在LED产业的先行发展上,还是在LED技术产品的推广应用方面,河北都可以说是“近水楼台先得月”。

在产品供应上,有厂商表示,LED封装价格在经历了最近两年的迅速下调之后,除照明市场的降价较快以外,今后一段时期内封装产品的降价幅度将有所放缓,市场基本保持稳定。摆在所有封装企业面前的一道课题是,如何才能满足高效、高性价比的需求?它要求LED封装体积缩小、光质量更佳、有利于散热,且单颗LED必须能操作较高瓦数。在这一趋势下,优化封装技术和制造流程,提高发光效率,并降低LED封装的生产成本,无疑成为了时下行业开发的主要方向。

“LED是冷光源,不仅眩光小、无辐射、无污染,而且使用寿命长,LED单管寿命高达5万小时,光源寿命也在2万小时以上,而普通白炽灯的寿命仅为1000小时。”张秉衡说,目前河北LED照明产品技术成熟,在LED外延材料、芯片、外壳、光源封装、应用产品等方面,已经形成了完整的上下游产业链,河北应当率先推广使用绿色能源LED照明产品,为引导社会积极响应国家节能减排号召树立样板。

COB封装正式进入实用阶段

中国光协光电行业协会光电器件分会秘书长安国雨分析,随着半导体照明产业规模的扩张,预计到2015年,LED照明将成为我国最大的LED应用市场。“河北应当尽快制定LED灯具产品行业标准,成立专门的LED产品推广专家组,组织省内各LED生产单位上报成熟产品,包括规格、型号、性能、价格等,建立LED产品数据库。”他说。

晶科电子有限公司应用开发总监陈海英

据了解,目前由“同辉电子”自主研发的LED蓝光材料芯片光效已达140流明/瓦,水平全国领先、国际一流。预计在“十二五”期间,我省蓝光材料芯片光效将达到150流明/瓦。不过,由于价格较高,也不得不面对这样一个事实:虽然LED照明被多数人看好,但过高的初始费用还是难以让普通消费者接受。“政府应当采取设立LED产品推广专项经费、加大政策补贴力度等方式,对使用LED产品的单位和家庭给予经费补贴,提高单位、家庭推广使用LED产品的积极性。”张秉衡说。

针对背光、照明这两大LED市场推动引擎,在对LED封装的需求上既存在着共同点——光效的不断提升,以及最佳的产品性价比;同时也有各自不同的要求。晶科电子有限公司应用开发总监陈海英分析道,背光市场对LED封装的需求,还表现在对单颗器件发光强度的要求越来越高,这导致单个封装器件的输入功率越来越大,发出的光通量也越来越大,这是背光从整机方案上面降成本的需求。为此,LED器件需要提升材料的耐热性,满足高功率输入下的可靠性保证,并且提升芯片耐大电流冲击的能力,满足单体高光通输出表现下的价格条件。

有资料显示,从2008年至去年底,我省已推广节能灯约1886万只,其中促进消费的最大动力,就是来自于国家和省里的财政补贴。安国雨认为,LED照明在河北的应用基础较好,可以先选取成熟的产品逐步进行推广,比如LED台灯、安全手电等,技术成熟度高,节能效果明显,可根据省内各单位需求,比质比价集中采购;在机关企事业单位工作区、集体宿舍庭院、地下停车场、机房、试验区及车间等照明时间较长、耗电量较大的场所,率先推广使用LED照明产品。

亿光电子工业股份有限公司产品研发管理事业处处长金海涛

“而LED照明除了每美元流明的光效要求之外,在光质量上的要求日益提高。光质量表现为两个方面,一是光的颜色,色彩还原性,跟日光光谱的相似程度等;另外则是灯具二次配光的需求,满足灯具对眩光、光斑、照度、均匀性等要求。光谱质量的需求推动了封装材料以及封装工艺在光的颜色质量上的进步,而配光需求更多地推动了COB这种产品形态在照明里面的渗透,特别是COB封装进一步压缩了芯片到光引擎之间的制造流程,因而也提高了产品的性价比。”陈海英表示。

与此同时,LED照明终端产品对高瓦数的需求也是目前较为明显的一个趋势。亿光电子工业股份有限公司产品研发管理事业处处长金海涛指出,由于市场对高瓦数与光质量的要求越来越高,使得COB封装型式目前在整个照明市场的应用上逐渐占据主流位置。特别是在天花灯、筒灯与射灯部分,COB对于指向性光源产品来说具有单一光源的优点,且可以实现高瓦数或高电压,因此更能符合高能效、单一光源的设计需求,且在效果上也更能突显出与传统光源的类似性。

在产品的实际开发中,现阶段亿光电子在照明封装上已由一般的中低功率组件逐渐转为COB形式,现有的3~25W COB系列不但可以直接锁在散热模块上,进而省下SMT步骤,还通过大发光面积、低电阻及低电流密度等特性提供更多的散热空间,更便于组装在灯具上,创造出更低的成本结构。据介绍,亿光电子的COB系列均已通过LM80测试,以展现其耐用性和高效率的性能表现,未来在产品规划上,亿光电子将进一步着眼于强调高能效、高压、高演色性与高性价比等方向。

晶科电子则以基于倒装技术的无金线技术平台为核心研发方向,今年该公司重拳推出了“芯片级LED照明整体解决方案”,即在LED芯片制成工艺中,通过新型芯片级工艺,完成一部分传统封装工艺或者节省传统封装工艺环节,使LED最终的封装体积缩小,性能更加稳定。其“易系列”和倒装陶瓷基COB产品采用APT倒装焊接专利技术,实现了单芯片及多芯片模组的无金线、无固晶胶封装,具有高亮度、高光效、高可靠性、低热阻、颜色一致性好等特性。目前,晶科电子在大功率和中 功率上投入的产能较多,大功率产能约为10KK/月;中 功率产能约为80KK/月,年底目标是扩充到100KK/月,主要供应大尺寸电视机背光及LED照明市场。

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