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各國白熾燈禁用與禁產的規范將自2011年陸續啟動,東芝(Toshiba)、(Philips)等發光二極體(LED)燈具大廠紛紛展開球泡燈部署,尤其在高電壓(HV)LED技術迭有進展之下,LED晶片廠已成功開發出800流明球泡燈,且正積極研發1,000流明以上球泡燈,以加速搶攻60瓦白熾燈泡版圖。
取代60瓦白熾燈泡LED晶片商800流明到位
研發中心氮化物研發群協理洪詳竣預期,至2015年,全球超過50%的照明產值將由LED獨占,為兵家必爭的商機。
隨著各國禁用與禁產白熾燈的時程逐漸逼近,東芝、飛利浦、奇異(GE)、LEDONLighting等大廠早已緊鑼密鼓強化布局旗下的產品線,除了標榜長壽命、發光效率及價格優勢之外,晶元光電研發中心氮化物研發群協理洪詳竣表示,有鑒于成本為LED照明普及的關鍵,800流明球泡燈、每美元達1,000流明的封裝、高電壓LED及增加紅光LED的暖將為大勢所趨,因此成為LED晶片商戮力耕耘的技術重點。
近期,飛利浦、東芝率先業界開發出800流明的LED球泡燈,以取代60瓦白熾燈泡,目標是在2011年達成售價40美元,以取代20美元的40瓦白熾燈泡,至2015年達成8美元的售價。洪詳竣分析,為降低損失,未來LED燈具大廠勢必朝超越1,000流明邁進。
此外,洪詳竣強調,觀察冷白光和暖白光LED發光效率、價格演進,為加速LED取代白熾燈市占,每美元1,000流明的封裝技術將勢不可當,一旦順利量產成功,冷白光LED將可達每千流明1美元,已為各LED晶片廠2015年的目標。預期至2012年,每美元500流明LED順利量產后,將有助于擴大LED照明市場滲透率達30%。
另值得關注的是高電壓LED,相較于直流方案,高壓電方案可減少發光效率下降,且采行更高效率的器,加上不會出現交流電方案的故障弊病,以及制造成本低和生產容易性,將成為最容易達成高性價比泡的方案。洪詳竣指出,高電壓LED主要瞄準室內照明,將有利于簡化LED與轉換器的設計。
現階段,眾多LED晶片商正試圖藉由增加AIGalnP中的紅光LED實現高,洪詳竣說明,相較于藍光LED混合螢光粉的暖白光方案演色性達82%,混合紅光LED的暖白光演色性可高達90%,因此將為市場主流。現今,紅光LED發光效率已達每瓦180流明、藍光LED已達每瓦162流明。
另一方面,相較于傳統LED封裝技術,覆晶(FlipChip)(又稱倒晶)封裝技術兼具良率高、導熱效果強、出光量增加、薄型化等特點,因此逐漸在LED封裝領域嶄露頭角,惟初期投資大、每小時產量(UPH)遠較傳統制程低,將為LED封裝廠商戮力克服的開發挑戰。
覆晶封裝露鋒芒投資成本/UPH考驗倍增
電子研發三處副處長徐錫川表示,覆晶封裝前景可期,吸引LED封裝業者競相導入。
億光電子研發三處副處長徐錫川表示,覆晶封裝技術具備散熱佳、出光面積增大、小型化及良率高的優勢,因此逐步獲得市場青睞,然囿于初期投資金額相當可觀,加上UPH不及傳統綁晶(Die+WireBond)制程,因此墊高技術進入門檻,同時也成為LED封裝商積極克服的技術難題。
雖然傳統綁晶制程具有初期投資金額低、產能高及可沿用既有生產設備優點,卻有散熱不易、小型化封裝良率難提升、需高溫接合等缺陷。有別于傳統LED封裝的固晶方式,覆晶封裝系將晶片直接翻轉對位于基板上的金凸塊(Bump),再藉由外加能量達到固晶目的。該技術有助于縮短LED制程于高溫烘烤時間,以減低物料熱應力,且制程簡化易于良率控管,此外,由于晶片所產生的熱經由金凸塊傳導至基板上,故導熱效果佳,以及去除晶片上電極遮擋出光面積之下,致使出光量增加。該封裝制程要求物料品質,即基板鍍層、晶片電極,以及瓷嘴設計、金線材質/線經與制程參數。
由于節能燈發光效率、節能、壽命、體積及環保皆不及LED,再加上英國衛生部發布關于節能燈的警告,打破節能燈將導致汞釋放的嚴重危險,并造成環境污染,因此盡管現階段LED價格競爭力不敵節能燈,后勢仍深具潛力。為加速LED普及,覆晶封裝技術將可望在市場中嶄露頭角,吸引各LED封裝廠爭相布局。
另值得關注的是,LED朝配置密集化的設計演進,激勵高導熱散熱基板需求,再加上LED基板邁向微型化,以及戶外照明和大型化產品對于可靠度要求更加嚴苛,因鋁基板微型化難度高、膨脹系數較高,遂使陶瓷基板與矽基板趁勢崛起,尤其矽基板產能從4寸升級至8寸晶圓,將有助于加速達成商品化目標。
微型化/高導熱需求殷LED矽基板嶄露頭角
聚鼎科技技術處副理沙益安指出,聚鼎科技的鋁基板主要供貨給開發側光式LEDTV品牌大廠,增加散熱能力為首要采購要件。
聚鼎科技技術處副理沙益安表示,高導熱封裝技術可降低介面熱阻、提高熱傳系數,因此LED基板的選擇至關重要,其中,鋁基板微型化不易,加上膨脹系數高達20ppm/K,故信賴度偏低,遂使陶瓷基板和矽基板需求興起。但因直接鍍銅基板(DPC)投入設備成本較高,且相較DPC,矽基板尺寸可更小,尤其產能快步提升后,生產成本降達75%。
矽基板主要代表廠商為普瑞光電(BridgELux),然該公司不諱言,旗下矽基板LED商品化仍需2~3年。Bridgelux已開發出每瓦135流明的矽基板LED,低運作電壓在350毫安培下,達2.9伏特。
現階段鋁基板在LEDTV領域仍為主流封裝技術,國內散熱膠片與鋁基板制造商聚鼎科技,已領先業界開發出卷對卷(R2R)式12W/mK散熱膠片制程,沙益安強調,有別于其他競爭對手推出的濕式制程,聚鼎科技研發出無溶劑干式連續制程,不爆板且環保,已通過UL認證,并獲得夏普(Sharp)等日系LEDTV品牌大廠采用。該公司預計于2011年再發布新款12瓦、2瓦的低成本鋁基板產品,以積極搶攻LED照明版圖。
除高導熱散熱基板之外,最新進展同樣備受業界關注。隨著LED燈泡與節能燈的零售價格差距降至三倍,預期2013年,LED燈泡的市場滲透率將達10%,為迎合LED單價下滑趨勢,業者亦致力于縮減LED驅動IC方案成本,兼顧低整體物料清單(BOM)、高轉換效率的LED驅動IC產品線將輪番上陣。
標榜低BOM/高效率LED驅力IC方案競出籠
意法半導體大中華暨南亞區工業ICS技術行銷專案經理吳玉君認為,市場持續成長,照明應用后勢潛力驚人。
意法半導體(ST)大中華暨南亞區工業ICS技術行銷專案經理吳玉君(圖4)表示,不同于標準隔離式(Isolated)LED驅動IC方案,意法半導體發表的初級側調節(PSR)高電壓LED驅動IC方案整合金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET),并且毋需經由(Optocoupler),以及定電流(CCController),故可降低BOM成本。
除此之外,此方案透過整合該公司開發的800伏特MOSFET,可提高LED驅動IC的穩定度,且在低電負載時采用升壓(Boost)模式,以及具備掉電與電飽和偵測功能,將有助于LED發生故障時,減少使用的風險,增加操作的安全性。另因采取準諧振(Quasi-resonant)操作,所以可提高轉換效率、穩定度及電磁干擾()。
根據市調機構LEDinside預估,取代傳統照明為LED光源市場成長最快的應用,2009~2014年年復合成長率(CAGR)高達92%,日本為率先崛起的市場。著眼于LED光源取代傳統照明市場規模驚人,早已是群雄競逐的商機,尤其在流明數、發光效率、成本及尺寸迭有突破之下,可望加快LED光源的普及率,再透過眾多供應鏈廠商資源挹注加持,將有利于做大市場大餅。
