1 引言

　　3030燈珠/2835燈珠Top LED器件主要采用熱塑性(Thermoplastic plastics，TPP)支架，這是一種成熟的LED封裝支架。目前，TPP支架塑封材料主要使用的是PPA、PA6T等熱塑性樹(shù)脂，這類(lèi)支架的氣密性問(wèn)題一直無(wú)法得到改善，吸水性較強(qiáng)且PPA本身會(huì)變色，這些問(wèn)題都會(huì)影響LED器件的可靠性[1]。近幾年，國(guó)外一些LED企業(yè)從微電子封裝領(lǐng)域引進(jìn)一種新的封裝形式，即環(huán)氧模塑料(Epoxy molding compound)封裝，簡(jiǎn)稱(chēng)EMC封裝。EMC是一種熱固性塑料(Thermosetting plastic)，在日本已是非常成熟的技術(shù)，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)也在幾年前開(kāi)始研發(fā)，內(nèi)地則起步較晚[2]。由于EMC封裝具有良好的性能優(yōu)勢(shì)，被很多LED 企業(yè)看好，已經(jīng)逐漸成為一個(gè)十分熱門(mén)的封裝技術(shù)。

　　2 EMC材料簡(jiǎn)介

　　EMC是一種重要的微電子封裝材料，通過(guò)封裝工藝將半導(dǎo)體芯片包覆形成保護(hù)，以免受到外部環(huán)境的破壞;同時(shí)EMC也起到一定的散熱效果。EMC具備可規(guī)?；a(chǎn)和合理的可靠性特點(diǎn)，是半導(dǎo)體封裝常見(jiàn)的封裝材料之一[3~4]。

　　二十世紀(jì)中期，環(huán)氧、酸酐固化體系模塑料被應(yīng)用在塑封晶體管中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，各種具備如阻燃型、低水解氯、低應(yīng)力、低膨脹、低翹曲等優(yōu)良性能的EMC被研發(fā)出來(lái)，以提高半導(dǎo)體器件的性能和可靠性[3~4]。近幾年，EMC開(kāi)始被引入到LED封裝領(lǐng)域，對(duì)提高LED封裝器件的性能和可靠性有很大的幫助。

　　EMC的主要成分有填充劑、環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、偶聯(lián)劑、阻燃劑、脫模劑、改性添加劑等;其中填充劑含量最高，可以改善環(huán)氧樹(shù)脂的參數(shù)和性能，如降低膨脹系數(shù)、提高熱導(dǎo)率、增加彈性模量等;環(huán)氧樹(shù)脂作為基體樹(shù)脂將其他組分結(jié)合在一起，環(huán)氧樹(shù)脂決定了EMC固化物的機(jī)械、電氣、耐熱等性能 [3~5]。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，人們不斷研究EMC材料特性和優(yōu)化工藝參數(shù)，使得EMC的性能得到不斷提升。

　　3 EMC支架的主要特性

　　EMC具有高可靠性、高導(dǎo)熱性、高耐熱耐濕性和低應(yīng)力、低膨脹系數(shù)等優(yōu)良性能，十分適合于LED封裝器件。LED EMC支架是一種高度集成化的支架，被人們稱(chēng)為第三代LED支架;相比于第一代PPA預(yù)塑封框架和第二代陶瓷基板，EMC支架可具有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)、降低成本、設(shè)計(jì)靈活、尺寸更小等優(yōu)勢(shì)[2]。

　　由于LED是發(fā)光器件，封裝材料除了要保證器件的良好散熱和氣密性要求外，還要使器件具備良好的取光效果，亦即材料必須要有高反射率，德國(guó) Hankel公司生產(chǎn)的一款型號(hào)為GR10000402B的EMC，對(duì)460 nm左右藍(lán)光的反射率高達(dá)94.8%。雖然傳統(tǒng)PPA的反射率也可以達(dá)到93%左右，但在經(jīng)過(guò)1 000 h的高溫老化后，其反射率已降到50%以下，而Hankel公司的此款EMC支架經(jīng)過(guò)1 000 h、150 ℃高溫老化后，仍有80%左右的反射率。

　　表1是EMC支架和傳統(tǒng)PPA支架的性能參數(shù)對(duì)比，從表中數(shù)據(jù)可以看出，EMC材料相比于傳統(tǒng)PPA材料，在高溫老化后光反射率、熱膨脹系數(shù)、材料連接強(qiáng)度等方面均有較大改善和提升，更加適用于高品質(zhì)、大功率LED器件封裝。

　　表1 EMC支架和PPA支架的性能參數(shù)對(duì)比

　　4 EMC支架的優(yōu)勢(shì)

　　從表1中的對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)看，EMC有明顯的封裝性能優(yōu)勢(shì)，很適合用在LED封裝器件。EMC支架相比PPA支架具有較大優(yōu)勢(shì)：

　　(1)PPA支架的氣密性問(wèn)題一直是LED器件的一個(gè)難題，而EMC有更低的熱膨脹系數(shù)、良好的粘結(jié)性能和耐腐蝕性能，其氣密性比PPA有很大的提升，進(jìn)而提升LED器件的可靠性。

　　(2)EMC還具有抗紫外線能力，可以降低LED支架的黃化速度，用EMC做的LED器件可以更好地適應(yīng)戶(hù)外復(fù)雜環(huán)境。

　　(3)EMC較低的熱膨脹系數(shù)可以讓器件承受更高的溫度而不影響器件可靠性。相同體積的LED器件，使用EMC的LED可以通過(guò)更高的電流。如傳統(tǒng)PPA材料的3014 Top LED器件，正向電流IF不超過(guò)40 mA;而EMC封裝的3014 正向電流可以達(dá)到150 mA，使得LED功率達(dá)到0.5 W。對(duì)于3030和3535EMC封裝的LED可以通過(guò)350 mA，功率達(dá)到1 W以上[2]。

　　(4)LED技術(shù)發(fā)展至今，其光效(lm/W)的提升速度很快。隨著LED光效的提升，人們開(kāi)始關(guān)注單位流明的成本，即lm/$。對(duì)比傳統(tǒng) PPA材料，EMC使得LED器件可以在同樣甚至更小的體積下實(shí)現(xiàn)更高功率，獲得更高的光通量。雖然目前EMC的價(jià)格比PPA貴，但從單位流明的成本上，EMC的成本優(yōu)勢(shì)十分明顯。另外，EMC由于其生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，加工精度比傳統(tǒng)封裝有很大的提升，集成化程度非常高，生產(chǎn)效率也可以大大提高，進(jìn)一步提高了成本優(yōu)勢(shì)。

　　5 EMC支架工藝制程

　　EMC主要是以熔融混合擠出法制作而成[5];而LED EMC支架則采用蝕刻技術(shù)，將EMC和蝕刻銅基板在模塑設(shè)備封裝加熱而成[2]。

　　LED EMC支架工藝制程如圖1所示，包含蝕刻、電鍍、切片、注膠成型、成型烘烤、除溢料等工序;其中注膠成型是主要工序，由成型(molding)設(shè)備完成，圖2是EMC支架注膠成型的工藝過(guò)程示意圖和一些關(guān)鍵工藝參數(shù)。

　　6 EMC應(yīng)用在LED封裝中的一些問(wèn)題

　　EMC應(yīng)用在LED封裝中的一些問(wèn)題EMC被應(yīng)用于LED支架，成為L(zhǎng)ED第三代支架，相比前兩代LED支架，具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)和突出的應(yīng)用效果，但同時(shí)也還存在一些問(wèn)題。(1)EMC是一種熱固性塑料，被引入到LED封裝后，根據(jù)LED產(chǎn)品的特點(diǎn)和性能要求對(duì)材料成分進(jìn)行改良，但其填充料和環(huán)氧都跟微電子封裝的材料相近，因此EMC在微電子封裝中的一些常見(jiàn)缺陷在LED封裝中也會(huì)存在，比如存在氣孔、麻點(diǎn)、開(kāi)裂、溢料和氣密性、固化后比較脆等不良問(wèn)題[6~8]。

　　(2)EMC的氣密性雖然比PPA有較大的改善，但因材料本身仍具有吸水性，無(wú)法完全避免氣密性問(wèn)題[9]。雖不能完全解決氣密性問(wèn)題，但后續(xù)可以進(jìn)一步改善，比如研究和添加一些改性添加劑或者從工藝制程去控制，優(yōu)化制程參數(shù);其中要特別注意控制溫度變化導(dǎo)致界面材料的熱膨脹系數(shù)差異，這個(gè)差異會(huì)影響EMC與銅引線框架的相對(duì)位移[1]，進(jìn)而形成水汽滲入的通道。

　　(3)由于LED封裝的EMC仍需從國(guó)外進(jìn)口，當(dāng)前EMC的價(jià)格比PPA貴。隨著EMC材料水平和工藝技術(shù)的不斷發(fā)展以及EMC在LED封裝中的使用規(guī)模不斷加大，EMC封裝LED器件的成本優(yōu)勢(shì)將逐步凸顯出來(lái)。

　　(4)LED封裝如要引入EMC，需要較大的資金和研發(fā)投入[2]，主要是因?yàn)镋MC支架的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)PPA支架有一定差異，見(jiàn)圖3所示的 3014 EMC支架和圖4所示的3014 PPA支架。兩種支架在結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致在封裝工序上的不同。如在切筋工序中，PPA支架采用配套的工裝，通過(guò)沖床沖壓而成;而EMC支架封裝的LED則要采用劃片機(jī)切割。如果要引入EMC，則需要對(duì)部分原有設(shè)備進(jìn)行工裝夾具調(diào)整或改進(jìn)，甚至有些設(shè)備需要更換，這勢(shì)必會(huì)增加更多的投入，這是目前很多國(guó)內(nèi)支架廠商和LED封裝廠商仍在猶豫是否要引入EMC的主要原因。

　　7 結(jié)束語(yǔ)

　　當(dāng)前，LED行業(yè)由于產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，而在市場(chǎng)拼殺中，價(jià)格是首當(dāng)其沖。LED燈具價(jià)格仍然高于傳統(tǒng)燈具，需要進(jìn)一步降價(jià)才能完全打開(kāi)規(guī)模最大的通用照明市場(chǎng)。為此，所有LED企業(yè)都在積極研究新材料、新技術(shù)和新工藝等，以提高LED產(chǎn)品性能，降低成本，最終提升產(chǎn)品整體競(jìng)爭(zhēng)力。

　　由于EMC的特性?xún)?yōu)良和工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使得EMC支架十分適用于功率在0.5~2 W之間的LED器件，其成本優(yōu)勢(shì)十分明顯，LED器件的性能和可靠性方面也有較大提升。因此， EMC支架封裝的LED將逐漸成為中大功率LED器件的主流選擇。隨著EMC的引入，LED產(chǎn)品的價(jià)格將會(huì)有更大的降價(jià)空間，這也勢(shì)必加快LED照明燈具進(jìn)入通用照明市場(chǎng)的步伐。