LED封裝、模組製程及材料 光電科技工業協進會 專案經理兼資深產業分析師 呂紹旭 Shaohsu Lu shaohsulu@mail.pida.org.tw 1

第三章、LED封裝、模組製程及材料 1 LED封裝、模組產業發展 2 LED封裝產品定義 3 LED封裝、模組製程 4 LED封裝、模組關鍵材料

高功率白光LED 發光效率進展 Source: DOE，PIDA，2014/3 Company Efficiency (lm/W) Cree 2013/10 161 Nichia 160 Philips Lumileds 155 OSRAM Opto 2013/6 151 Epistar、FOREPI、Genesis、TSMC SSL 2014/3 130~140 Source: DOE，PIDA，2014/3

全球LED封裝在各種應用領域占比 Source: PIDA，2014/9

台灣LED封裝、模組產值 Source: PIDA，2015/1 Unit：M NTD 5 2013年排名(IFRSs) 封裝&模組 公司 2013年營收(IFRSs) 2014年營收 (IFRSs) 2014年占前十大比率 2014年成長率 1 億光Everlight 21,727 25,840 30% 19% 2 光寶Lite-on 14,335 15,454 18% 8% 3 隆達Lextar 10,575 11,178 13% 6% 4 今台KingBright 7,800 8,000 9% 3% 6 5 東貝Unity Opto 5,636 7,258 29% 榮創AOT 6,626 7,098 7% 7 宏齊Harvatek 4,674 5,432 16% 9 8 艾笛森Edison 2,736 2,946 佰鴻Bright LED 2,778 2,545 -8% 16 10 葳天Prolight 627 1,056 1% 68% 總計 78,268 86,807 100% 11% Rank Companies Revenue (2014 3Q) Revenue (2013 3Q) Growth rate (3QoQ%) Net profit (2014 3Q) Net profit (2013 3Q) 1 億光電子Everlight 18,938 16,268 16% 1,633 1,111 47% 2 木林森MLS 12,913 8,654 49% -- 3 *光寶科技Lite-on 11,426 10,819 6% 4 隆達電子Lextar 8,615 8,016 7% 494 915 -46% 5 *今台電子KingBright 6,000 5,850 3% 6 国星光电NationStar 5,615 3,946 42% 436 328 33% 7 東貝光電Unity Opto 5,310 4,401 21% 576 238 142% 8 榮創能源科技AOT 5,171 4,935 5% 330 580 -43% 9 宏齊科技Harvatek 4,349 3,244 34% 319 -81 10 聚飞光电Jufei 3,744 2,549 642 495 30% 11 艾笛森光電Edison 2,286 2,095 9% -13 -2 12 瑞丰光电Refond 3,386 2,412 40% 168 206 -18% 13 长方半导体照明Changfang 3,343 2,691 24% 193 -6% 14 鸿利光电Honglitronic 3,377 2,367 43% 268 39% 15 佰鴻工業Bright LED 1,940 2,083 -7% -38 Source: PIDA，2015/1 5

1 LED封裝、模組產業發展 2 LED封裝產品定義 3 LED封裝、模組製程 4 LED封裝、模組關鍵材料

LED產品分類 Source:Strategies Unlimited、PIDA 產品分類 （Product Segment） 輸入電流 Input Current（mA） 輸入功率 Input Power（W） 光通量 Luminous Flux（lm） 發光效率 Luminous Efficacy （lm／W） 市售產品 低功率封裝（Low-Power Packages） 5～20 0.04～0.08 0.1～6 2～100+ 3mm Lamp、5mm Lamp、Low-Power SMD… 中功率封裝（Medium-Power Packages） 30～150 0.08～0.5 0.2～20 Lumileds SuperFlux、SnapLED、Osram Power TOPLED、 Nichia Raiden … 高功率封裝（High-Power Packages） 150～1,400+ 0.5～5+ 4～200+ 4～100+ Cree XLamp、Nichia Rigel&NS6、Lumileds Luxeon Rebel&K2、Osram Golden DRAGON、Seoul Semiconductor Z-Power… RGB多晶封裝（RGB Multichip Packages） 變動 （Variable） OSRAM multiLED… 瓦數對應之驅動電流 1W: 350mA, 3W :700mA, 5W:1.4A Source:Strategies Unlimited、PIDA

LED封裝產品發展里程碑 Source: 佰鴻 1981~85 1986~90 1991~95 1996~00 2001~05 2005 Hi-Power & Flash LED 2003 Sign Board 2002 PCBA Product 1998 Invisible LEDS 1995 SMD LEDs 1993 Ultra Bright LEDs 1988 Back Light Display LEDs 1983 1981 Lamp LEDs 1981~85 1986~90 1991~95 1996~00 2001~05 Source: 佰鴻

LED封裝產品 Dot matrix Power LED LED Display High brightness Lamp SMD LED Array Source:立碁

1 LED封裝、模組產業發展 2 LED封裝產品定義 3 LED封裝、模組製程 4 LED封裝、模組關鍵材料

LED封裝 LED晶粒通常會利用挑揀測試設備，篩選不同的LED晶粒規格出貨給LED封裝廠。而LED封裝廠大多是透過固晶製程將LED晶粒黏合固定於導線支架，再利用高溫烘烤使晶粒穩固黏著於導線支架上，透過打線機將晶粒電極與導線支架間連接金線，外層封上膠材，一般常用環氧樹脂（epoxy）、矽膠（silicone），或兩者混合型（Hybrid）等封裝材料，待烘烤成型後把多餘導線支架切斷分離，最後進行分光分色測試後，分類包裝出貨給LED應用廠商。 LED封裝最主要的目的在於保護LED晶粒，防止輻射、水氣與使用時的碰觸。透過較佳封裝散熱結構，可提升LED產品可靠性及工作壽命。搭配良好光學設計後的封裝外型，可產生不同光形及其應用方式。 業界市售的LED封裝產品，依照封裝外型可分為Lamp LED（砲彈或支架型）、SMD LED（表面黏著型元件）、Piranha LED（食人魚）、PLCC LED（塑膠晶粒承載封裝）、數字／點陣顯示（Digit／Dot Matrix Display）、PCB LED、High power LED等。 https://www.youtube.com/watch?v=AWpI9ld3t_8 Source: PIDA

下游LED封裝產品生產製程 LED晶粒產品 LED封裝產品 LED業界常用產量單位： LED封裝產品：百萬顆(kk)/月 市售常見的封裝型式：Lamp LED(砲彈或支架型)、 SMD LED(表面黏著型元件)、PLCC LED(塑膠晶粒承載 封裝)、Piranha LED(食人魚)、數字/點陣顯示(Digit/Dot Matrix Display)、PCB LED、High power LED等。 固晶 烘烤 打線 螢光粉塗布、封膠 烘烤 切斷 分光分色 包裝計數 LED封裝產品 https://www.youtube.com/watch?v=eGqKcVrGIic http://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Light-Emitting-Diodes-dot-org/ Source：PIDA

LED封裝製程-固晶 LED封裝最主要的目的在於保護LED晶粒，防止輻射、水氣與使用時的碰觸。透過較佳封裝散熱結構，可提升LED產品可靠性及工作壽命。搭配良好光學設計後的封裝外型，可產生不同光形及其應用方式。 Source: 億光

LED封裝製程-打線(銲線) Source: 億光

LED封裝製程-打線(銲線) Source: 億光

LED封裝製程-打線(銲線) Source: 億光

LED封裝製程-離心脫泡、烘烤 Source: 億光

LED封裝製程-切斷(沖離) Source: 億光

LED封裝製程-挑選測試 Source: 億光

1 LED封裝、模組產業發展 2 LED封裝產品定義 3 LED封裝、模組製程 4 LED封裝、模組關鍵材料

LED封裝關鍵材料-封裝膠材 各式膠材在LED產品應用 Source:崇越電通

LED封裝關鍵材料-支架 Source: 一詮

LED封裝支架應用 Source: 一詮

SMD封裝支架應用 Source: 一詮

白光LED封裝關鍵材料-螢光粉 要求 Source:交大化學 陳登銘 教授

白光LED的螢光粉材料技術與市場 Source: Fuji Chimera Research Type Color CRI Efficiency (%) Patent YAG Yellow 80~50 100% Nichia TAG 80~85 90% Osram Silicate 70~75 95~110% TG/Intematix etc. Nitride Red、Green >90 70~80% Oxynitride 80~85% Osram/Nichia etc. 公司 2012年市占率 日亞化學 29.5% Osram 21.9% 三菱化學 15.2% Intrmatix 7.8% 電器化學工業 7.4% 其他 18.3% YAG螢光粉是日亞化學工業所開發之最暢銷的LED用螢光粉，過去只有和日亞化學工業簽有合約的廠商才能使用，但近來該公司轉向與眾多廠商專利授權，進而帶動銷量成長。 TAG螢光粉為德國Osram開發的螢光粉，獲眾多台、韓廠商採用。 BOSE螢光粉是豐田合成與澳洲TOE合作開發的矽酸鹽類螢光粉，雖為黃色的螢光粉，但也有紅色、綠色。豐田合成本身擁有BOSS螢光粉，但最近也有使用其他螢光粉。Intrmatix經手BOSE螢光粉，但也有發展紅色、綠色螢光粉。 三菱化學推出獨家的紅色、綠色螢光粉，電氣化學工業以SiAlON螢光粉進入市場。 Source: Fuji Chimera Research

需控制各色LED、分布不均，電路結構複雑 種類 藍光LED+ 黃色螢光粉 紫外光LED+ RGB螢光粉 ZnSe(硒化鋅)白光LED RGB多晶粒類型 演色性 ○ ◎ 光通量 △ 發光均勻性 省電 壽命 低價化 小型化 備註 演色性、光均勻性問題 發光效率、壽命問題 高光通量、壽命問題 需控制各色LED、分布不均，電路結構複雑 YAG、TAG… BOSE… 白光 藍光LED晶粒 黃色螢光粉 黄光 藍光 Source: Fuji Chimera Research

主流白光LED結構與特性 Color Gamut (NTSC)

高功率LED封裝-散熱基板技術 Source:Digitimes

高功率LED封裝-散熱基板技術 Source:光頡 氧化鋁(Al2O3)基板 / 電鍍金 氮化鋁(AlN)基板 / 電鍍銀

各種高功率LED封裝形式之散熱求 優點：整體封裝尺寸薄、白光螢光粉色均勻度佳 缺點：晶粒散熱板低，出光效率差、多晶粒封裝，不易光學設計。 優點：晶粒出光效率高、光學設計容易。 缺點：白光螢光粉色均勻度差、整體封裝尺寸厚。 Source: 艾笛森、光頡

LED產生的熱透過Slug傳到散熱膏傳到金屬基板傳到Heat Sink Source: 艾笛森

LED封裝熱傳導機制 Source: 艾笛森

熱傳導及熱阻 Source: 艾笛森

COB封裝產品在投射燈應用 Source: Nichia https://www.youtube.com/watch?v=QUzFkVuYqjQ

COB(Chip On Board)封裝技術 Source: Nichia

（Wafer-Level-Packages） 晶圓級高功率發光二極體封裝技術 （Wafer-Level-Packages） Source: 采鈺科技

LED照明模組產品 Source：晶電

PIDA 光電科技工業協進會 光電展覽 產業調查 人才培訓 會員服務 出版信息 成立於1993年 June 16(Tue)-18(Thu), 2015 世貿南港展覽館 產業調查 人才培訓 PIDA 成立於1993年 出版信息 會員服務