LED封裝之成本結構比重較高的為晶粒、鏡片、基板、螢光粉、支架及封裝膠等，LED封裝膠必須能有效的封阻與抗波長、紫外光、耐熱、絕緣、抗靜電以及抗濕。LED產業的這幾年來的變化都來自於材料的改變，致使亮度不斷提升，其應用也不斷的延伸。以下就LED封裝膠矽樹脂(Silicone)分析其產業與廠商動態。
矽樹脂封裝材料特性
Source：拓墣產業研究所整理，2007/03
一. LED應用多元－2007年全球封裝市場產值約達74億美元
LED亮度提升，產品壽命延長，致使LED應用更加多元，從各大展覽及相關產品發表會上，不難看出LED應用已擴充至大尺寸面板背光源、車頭燈、投影燈、室內外裝飾燈與特殊照明等，可說為LED產業注入更多的新生命。
根據拓墣產業研究所(TRI)的預估，2007年全球LED市場規模產值將達到74億美元，主要由於終端產品需求逐年成長但價格下跌影響，使得2007年的全球LED市場規模年成長約8.5%較2006年趨緩。預期2008年將受LED技術提升的情形下，終端產品應用更為多元且成熟，將有機會成長至13.4%。
圖一 2007年全球LED封裝市場規模預估74億美元
Source：拓墣產業研究所，2007/03
近年隨著LED材料技術的突破，LED的封裝方式也隨之改變，從早期單晶片的Lamp逐漸發展成SMD、HB LED；其工作電流由早期低功率LED，進展到目前1A的高功率LED，依據LED的不同用途會有各種不同的封裝作法。
表一 主要的封裝方式比較
Source：相關廠商；拓墣產業研究所整理，2007/03
二. 矽樹脂(Silicone)封裝膠產業發展與課題
目前LED封裝膠最常用的是環氧樹脂(epoxy)，但由於LED波長越低時環氧樹脂老化快，且高溫會加速老化，而老化後會逐漸變黃影響LED顏色。因而美國Lumileds公司研發以矽樹脂(Silicone)封膠，提高其光透率、折射率及耐熱性。
(一) LED封裝膠材料現況發展
1. 環氧樹脂
環氧樹脂以透明無色、雜質低為原則，具有優良機械性、絕緣性、耐腐蝕性、黏著性和低收縮性的重要化工材料。以LED封裝為例，LED環氧樹脂必須具備有高透光率、高折射率、耐熱性、抗濕性、絕緣性與化學穩定性等特性，目前以灌注式及移送成型方式，其封裝膠需使用環氧樹脂。
圖二 固體LED封裝材料製造流程
Source：相關廠商；拓墣產業研究所整理，2007/03
由於考慮成本、電氣特性等因素，環氧樹脂為目前LED封裝膠之主流，目前LED環氧樹脂的發展以耐紫外光、高耐熱性、高散熱性與高折射率作為未來發展方向。
2. 矽樹脂(Silicone)封裝膠材料現況發展
矽(silicon)的基礎原料是由矽砂所精煉而成，其特性耐熱，且不受氣候影響(包括：雨、雪、冰、雹、紫外線(UV)、臭氣(O3)及極端的溫度)情況下，不會老化而變硬、裂開、剝落、腐化或脆化。
矽樹脂(silicone)的優勢有：極優的高低溫穩定性、耐候性極佳、極優的黏著性、極佳的吸震及緩沖性、極優的介電特性、化學穩定性與安全性及可靠性。
表二 矽樹脂封裝材料特性
Source：拓墣產業研究所整理，2007/03
以封裝膠使用量而言，一般來說砲彈型封裝材料使用量是表面黏著型10倍左右。砲彈型為低單價品，功率較低，以指示燈為主，僅以少類少量會使用矽樹脂，主要還是應用在0.5W/chip以上SMD型使用矽樹脂封裝。
表三 使用矽樹脂封裝之LED種類
Source：拓墣產業研究所整理，2007/03
Source：拓墣產業研究所整理，2007/03
(二) 封裝膠未來材料發展方向
由於未來LED以高功率、高演色性、省電、長壽命、無汞及低價為其發展趨勢，未來LED產業將走向新產品的開發，其開發重點有：(1)基板技術；(2)螢光體新材料；(3)樹脂材料；(4)導熱材料；(5)光學系；(6)整合技術；(7)結晶成長裝置，也因此封裝材料的開發佔極重要之地位。
表四 透明封裝材料發展趨勢
Source：拓墣產業研究所整理，2007/03
2005年後由於LED光輸出功率提高，LED晶片發出的短波長使得環氧樹脂老化越快，未來矽樹脂的需求將為大增，以目前的應用來看，幾乎所有的高功率白光LED產品都已經改採矽樹脂作為封裝的材料，但由於價格過高，未來矽樹脂的取代效應仍視價格而定。
表五 LED目前最成熟的有三種封裝方式
Source：拓墣產業研究所整理，2007/03
三. 2007年矽樹脂廠商發展現況
目前發展矽樹脂的仍以國外大廠為主，廠商有信越半導體、Dow Corning Toray與GE-Toshiba三大家提供，由於原料不易取得，台廠在此較難切入。
(一) 信越Shinestu
信越Shinestu推出多種矽膠材料，包含SCR-1011A/B及SCR-1012A/B及多種新款矽樹脂產品。 在400nm波長以上時光透率達88%。
圖三 信越Shinestu SMD矽樹脂材料
Source：信越Shinestu；拓墣產業研究所整理，2007/03
(二) Dow Coring
Dow Corning 推出多種矽膠材料，包含Dow CorningEG-6301、Dow Corning OE-6336及Dow Corning JCR 6175等三款新型LED保護性膠，以及結合了矽樹脂優點的Dow Corning SR-7010樹脂。
Dow Coring的SR 7010在405nm波長以上時光透率達99%，耐熱上也都能達180℃～200℃的水準，更適合應用大尺寸背光源、汽車內部照明及一般照明等領域，Dow Corning也成立Light Management group，目前有越來越多公司以矽膠取代原來環氧樹脂的應用。
圖四 EG 6301 material與環氧樹脂比較
Source：LEDs Magazine；拓墣產業研究所整理，2007/03
(三) GE-Toshiba
GE-Toshiba推出「InvisiSi1」，在使用藍色LED晶片及近紫外線LED晶片的高輸出功率白色LED時，較環氧樹脂更耐熱、受紫外光影響較小。也是為未來LED照明及車頭燈等高功率白色LED市場進一步擴展。
InvisiSi1推出的3個品種所形成的透鏡形狀各不相同。光透過率方面，波長為400nm時約為70%左右，並隨著波長的加長而提高，波長為800nm時，透過率也提高到90%～95%。
比較矽樹脂與環氧樹脂，在180℃的溫度下暴露14天，光的透過率也幾乎不會發生變化，相同條件下對環氧樹脂進行實驗時，對400nm光的透過率會由原來的90%下降到幾乎為零。
表六 矽樹脂供應商比較
Source：拓墣產業研究所整理，2007/03
此外，也有業者提出所謂的無樹脂封裝，如日本京瓷(Kyocera)提出的陶瓷封裝，都是為了抗老化而提出，其中陶瓷也有較佳的耐熱效果。日亞化使用金屬封裝，取代樹脂封裝，可解決樹脂劣化問題，但成本大幅增加，因此開發封裝材料仍為LED量產的主要關鍵。
圖五 日本京瓷(Kyocera)陶瓷封裝圖
Source：日本京瓷；拓墣產業研究所整理，2007/03
四. TRI觀點
LED最終標的市場在照明，矽樹脂的產品優勢有以下幾點：(1)極優的高低溫穩定性，可在-40℃到+200℃溫度內穩定使用不會變質；(2)耐氣候性極佳，可以抵抗極端溫度；(3)極優的吸震及緩衝性，固化後的矽膠產品，均為韌性極佳的彈性體，具有良好及緩衝效果；(4)極優的絕緣性；(5)安全性與可靠性認證。
以目前的應用來看，幾乎所有的高功率白光LED產品都已經改採矽樹脂作為封裝的材料，但由於價格過高，未來矽樹脂的取代效應將隨產品技術提升與需求增加，將可消彌價格之問題。
LED的製造可說是一門藝術，其技術的發展並非純粹磊晶而已，下游的封裝技術與使用的封裝膠同等重要，如何提供品質最佳的產品，必然是未來LED相關廠商全力投入發揮的成功關鍵。
（TRI_半導體光電研究中心＿研究員：蔡亦真）
