国内外白光LED封装胶发展现状分析

    白光LED制造流程中所涉及的主要材料有4大类：LED衬底，以蓝宝石为主；导热材料，包括金属、导热塑料、导热胶、导热陶瓷等；高显色荧光粉；LED封装胶。以下着重就LED封装胶国内外发展现状进行分析。

    白光LED封装胶的现状

    LED封装胶是LED封装材料的总称，俗称LED胶水。之前，LED封装胶的成分主要是环氧树脂，但因其耐热、耐紫外能力较弱以致于胶体容易变黄，影响透光效果，而有机硅胶材料因具有耐高低温、耐紫外老化等优异性能，已经在高端的产品应用上取代了环氧树脂。LED封装胶可分别用在LED灯珠封装和LED产品灌封2个环节。前者包括透镜填充硅胶和LED固晶硅胶，后者包括LED水底灯灌封硅胶、太阳能LED灯密封硅胶、LED显示屏保护硅胶、LED模组透明硅胶等。

    根据专业机构数据显示，由于一批重要的白光LED领域核心专利将陆续结束20年的保护期，因此国内外市场上出现了更多的投资机构和生产企业。但是，上游外延片和芯片赚取整个产业链上70%的利润，中游LED封装则赚取了约20%的利润，处于产业链最低端是简单应用型企业则只有10%的利润。

    据不完全统计，2011年我国进入LED封装胶市场的企业已经达到100家，2012年全国LED封装胶水总产值为35亿～40亿元。这其中，各企业的产品价格差距很大，利润参差不齐。如在1.5以上的高折光率硅胶市场，进口产品的价格为6000元/kg，利润率高达300%以上，而国产封装胶的价格却不足1000元/kg。

    LED 封装技术目前主要往高发光效率、高可靠性、高散热能力与薄型化4个方向发展，主要的亮点有硅基LED、板上芯片封装（COB）技术、复晶型LED芯片封装、高压LED等。在这些封装形式中，相应的材料也各不相同。

    中国是LED产业化最集中、产值最大的国家，然而70%以上的企业都是针对中低端市场。同时，我国也是LED封装胶消费量最大的国家，但是有实力且涉足高端市场的LED胶水企业并不多，主要是没有核心技术，缺乏配套的高端原料，更没有早期研究和在知识产权方面的布局。

    封装材料对LED的影响

    在白光LED器件制造中，除了芯片制造技术、荧光粉制造技术、封装技术和电源驱动等技术外，封装材料对其发光效率以及使用寿命也产生显著影响，是LED器件的关键材料之一。封装的作用主要是保护半导体芯片，提高器件出光效率。在LED器件中使用的封装材料主要包括透镜、荧光粉粘合剂、填充胶、固晶胶粘剂等。基于LED器件长寿命、高光效的要求，封装材料要求具有高透明、高折光、高粘结强度、优良的耐光、热老化等性能；在某些LED器件中，还要求封装材料有高的导热性能。

    传统的LED封装材料为环氧树脂，在单色LED和小功率白光LED器件中被广泛应用。但是环氧树脂耐紫外、热老化性能差，用于大功率白光LED封装时，材料透光率会随着器件使用时间的延长而明显降低，器件的寿命也因此大大缩短。

    有机硅材料由于具有优良的耐紫外照射、耐热氧稳定等性能，目前作为大功率LED封装胶、小功率白光LED荧光胶的原材料被大量使用，此外有机硅材料也广泛用于表面贴装LED。相对于环氧树脂，早期的有机硅材料最大的性能缺陷是折光率较低、粘结性能差。折光率低导致器件LED出光效率低，因此合成高折光率有机硅材料是封装材料的发展趋势之一。而粘结性能差使得LED器件的可靠性低，即在使用过程中容易造成脱胶（封装材料和基板之间脱离），使湿气、杂质等进入器件内部最终导致器件失效，因此需要大幅提高有机硅材料的粘接可靠性。为此，研究人员研发了底涂料产品来增加有机硅材料和基板的粘接性。

    在提高有机硅材料的折光率方面，第1种方法是在分子结构中引入苯基基团，也可以添加高折射率的无机纳米粒子。由于苯基的含量不能无限增加，通过在分子结构中引入苯基，*高可以将有机硅材料的折光率提高到1.55左右。目前市场上所能见到折光率*高的LED封装用有机硅材料的折光率约为1.54。第2种是通过引入无机纳米粒子如纳米二氧化钛、氧化锌,可以将折光率提高到1.7以上，但是目前纳米粒子改性还有诸多技术问题难以解决。目前实际应用材料基本都是通过第1种途径制备，第2种途径目前还只见于文献报道。

    除了上述2种提高折光指数的途径外，*新的国外专利报道了在分子结构中引入萘基基团的硅树脂固化物，其折光指数可达到1.60。

    在白光LED市场化的过程中，一直影响其大量应用的原因有技术问题，更有价格问题。其中，封装胶水价格的下降也是导致白光LED进入千家万户的推动力，在国产封装胶及封装胶原料不能提高品质时，进口胶水的价格就会很高。一旦国内与国外的技术差距缩小，国产胶水进入市场，进口胶水的价格自然而然就会下降，如此一来照明LED产品的成本就会顺理成章地下降。

    进入2014年，作为白炽灯的升级产品，许多厂家纷纷加大了对LED灯丝球泡灯的研发和推广力度。LED灯丝球泡灯具有360°全角度发光，无光晕、无暗区、无眩光、光效及显色指数高。其中，灯具产品的升级也增加了相关不同性能封装胶的需求，但后续发展还需要市场检验。

    LED封装胶发展展望

    目前，国外一些大公司在市场上推出折光率从1.41～1.54、产品状态从凝胶到硅树脂的多种有机硅材料。从已知材料的综合性能和LED器件封装对材料的性能要求分析，未来占主导的LED封装材料仍将是有机硅类材料。有机硅类LED封装材料的发展趋势将在尽可能提高折光率、透光率的同时，提高材料封装的可靠性。

    国内LED封装材料在研究和应用上都与国外尚有一定的差距。高折光的有机硅封装材料的产品虽然已进入市场，但由于在可靠性方面存在的问题，无法在高质量要求的LED器件上得到应用。高端封装材料的市场基本上被国外大公司的产品所垄断。国内所研制或生产的材料和国外产品相比还存在光通量偏低、粘结性差或吸水率偏高等缺点。由于几大国外有机硅企业控制对国内销售关键原料，以保持自身胶水在市场的垄断地位。国内企业需要不断解决原材料自主合成问题，打破外国公司对原料的垄断和控制，并在生产设备和工艺上自主创新，防止陷入国外企业的专利陷阱。随着市场的推动和大量企业资金的投入，技术难题将不断被研发人员解决，国内的LED封装胶材料必将赶上进口封装胶材料。

    展望未来，全球LED封装市场将依靠通用照明这一最大的驱动力，其市场规模在2017 年有望增至150亿美元。产业链下游LED照明的急速发展对上中游外延芯片、封装都提出了新的要求，国内生产LED封装材料的企业，也需要进一步提高原始研发能力和质量管理能力。

责编：小瀞