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LED封装主要设备分析

发表于:2019-01-17作者: 杨慧明
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  摘要:随着我国逐渐成为全球最大的LED封装基地,我国LED封装行业得到快速发展,对于封装设备的要求也逐渐提高。封装流程较多,需要各类精细设备,下文对LED封装所需的主要设备及市场、技术等情况进行简要分析。

  2008-2017年的十年间,我国LED封装市场发生了翻天覆地的变化,目前我国已经成为全球最大的LED封装基地,封装产值接近全球的70%。在发展过程中,LED封装技术不断突破,封装设备的市场规模以及市场格局等方面都发生了显著变化。

  封装设备市场规模及竞争情况

  从市场规模来看,封装设备的数量逐年增长,10年间数量增长达10万多台,截至2017年,我国封装设备已达15万台。行业规模随LED行业的发展呈现快速增长态势,年复合增长率达两位数,但经历快速发展后行业增长速率出现过短暂下滑,近几年封装设备行业发展相对平稳。

  

图1 2008-2017年封装设备数量及增长情况

(金智创新行研中心)

  从竞争格局上看,国产封装设备实现了从追随国外的发展脚步到逐步在市场上与国外生产设备竞争,并占据一定市场份额。近年来,我国部分LED封装设备逐渐实现进口替代,国内市场渗透率逐步提高。

  主要设备市场与技术发展情况

  分设备来看,LED封装设备主要包括固晶机、点胶机、焊线机、编带机、分光机等。这些主要的设备中,除了焊线机,国产的点胶机、固晶机和分光机编带机在国内市场上的营收较国外封装设备较多,目前LED封装设备的市场营收约为30-40亿人民币。

  这些设备中, 早期以ASM、KNS、佳能等国外供应商为主,上述三大厂商在LED封装设备发展中占据国内大部分的市场。国内企业发展后,在部分精度要求宽松,或者关键技术较容易突破的设备上,竞争力逐渐增强。比如固晶机、点胶机和分光机编带机等达到了90%的新增量。但目前焊线机的国产替代率较低,目前国内生产的焊线机发展水平较低,产品以中低端较多,未来如果LED封装设备在工艺及精度上试下突破,在市场上将有较大的发展潜力。

  (1)点胶机

  目前国内生产点胶机的企业数量超过200家,点胶领域的设备已经几乎完全国产化。市场上主要品牌包括美国的EFD、日本的JANOME、IEI以及国产的OAMAY、ANTAIX、卫特斯、keyida、瑞鑫办公以及乐为等。目前国内生产自动点胶机的厂家主要集中在珠三角。近年来我国点胶机需求迅速增长,2017年我国点胶机的市场需求量在28.2万台左右,每台均价逐渐下降到5.02万元,市场规模达到141.6亿元,较2016年同比增长了11.5%。

  目前,我国点胶机行业规模不大,中小型企业较多,产业资源分散。此外,国产自动点胶机技术水平不高,自主创新水平有待提高,行业发展水平仍需提高。

  (2)固晶机

  随着国内封装厂商对于固晶机的精度要求越来越高,同时对价格要求越来越低,国产LED固晶机设备厂商迎来发展机遇。此外,国内厂商在技术和方案解决能力方面大幅提升,稳定性、产量、产值上不输进口厂商,在速度还是精度方面都已经达到甚至超出同种进口固晶机水平,所以国产固晶机替代进口已成趋势。目前国内厂商新益昌生产的LED固晶机设备市场占有率较高,其中白光市场份额为90%、COB市场份额为80%、RGB市场份额为80%、CSP市场份额为50%。

  但是国内固晶机产品同质化严重,价格竞争激烈,未来要根据客户需求提升产品定制化能力,增强产品的核心竞争力;提高产品的售后服务水平。

  (3)焊线机

  目前LED封装行业普遍采用全自动焊线机,因为手动及半自焊线机在产能与效率上难以满足市场需求,已逐渐被全自动焊线机所取代,但在中短期内作为补线用的辅助设备仍不可或缺。

  全自动焊线机的科技含量较高,需要较高的技术水平。由于国内企业在这方面技术薄弱,创新不足,进口全自动焊线机占据了国内绝大部分市场份额,并且持续维持高价,成为阻碍中国LED市场发展的重要障碍。目前国产焊线机较国外品牌存在30%的价格空间,如果国内厂商在工艺、精度上实现突破,市场空间巨大。就生产厂商而言,比锐等作为为数不多能生产全自动焊线机的国产厂商,其产品在焊线速度上相比进口仍存在一定差距。要想像固晶机、点胶机等其它LED封装设备那样大规模的实现国产替代,仍需要几年甚至更长时间。

  焊线机中,金线焊线机是目前没有取得突破的关键设备,它的难度在于同时具备高产能与高精度,对工艺的要求十分严格。国内设备在高分辨率XY运动平台、邦头精度、高速下热超声键合工艺以及超低弧焊接能力、多层线弧焊接能力方面较国外存在较大差距,产品的稳定性及成品率等方面都不如国外设备。

  (4)分光编带设备

  LED分光编带在LED封装所需的主要设备中技术难度相对较低,价格较低,利润水平较低,企业主要通过提升性能的方式实现变相降价。激烈的竞争促使LED分光编带机国产化率不断提升,目前LED分光编带机的国产化程度超过90%。

  LED分光编带机目前市场规模将趋于稳定,维持在4亿左右。市场格局也逐步明朗,从业企业逐渐减少到十家以内,具备稳定出货量的企业不足五家,其中炫硕光电和朝阳光科技是目前我国出货量最大的两家企业,两者出货量超过市场总需求量的60%。

  设备发展趋势

  市场方面,目前LED行业处于平稳发展期,LED封装设备行业市场规模增速出现下滑,预计2018-2020年我国LED封装设备市场的增速将在10%-15%之间浮动。

  技术方面,LED封装设备向高速度、高精度、极限尺寸以及智能化方向发展。固晶机、点胶机需要在速度上进一步提高,固晶机UPH要实现从20K向40K、60K方向发展,点胶机 UPH需要从目前的30K 、40K向到100K方向发展,从而提高产能。同时还要提高XY的定位精度,目前Y和X两个方向的精度约为30-40um,接下来要向10-15um的方向发展。此外,在尺寸的宽适应范围方面,固晶机需要从现在常用的4-6寸向8寸甚至12寸方向发展,而点胶机、焊线机都要向小型化发展。

  封装设备研发的关键技术包括高加速度( >15g)下固晶机构动力学分析与优化;高速轻柔键合机理、运动生成、微力控制、精度控制;粉胶两相光介质流变特性、微纳升级微滴形成机理、优化流道,多能场(热、磨擦、变形、荧光粉硅胶阻尼)耦合作用下的喷针运动动力学模型;高速设备( >40k)在线检测与故障分析系统等。

  不仅局限于现有设备的发展,随着技术的进步,新的封装设备应也将运而生。例如倒装技术产生后,出现了共晶焊接机、锡膏焊接机;大功率COB高密度封装带动了围坝的点胶机、COB的分光机的研制;EMC和陶瓷封装,未来一定有适用于它的设备出现。此外CSP封装技术也带动了荧光膜的成型设备、压膜设备的出现和发展。

  结语

  目前LED封装设备数量逐年增长,但增速趋缓,行业发展相对平稳。国产封装设备实现了从追随国外的发展脚步到逐步在市场上与国外生产设备竞争,并占据一定市场份额,其中点胶机、固晶机、分光编带设备都在国产替代方面取得巨大进展,但高端焊线机仍需进口。随着技术迭代,封装设备将不断发展,新的封装设备也将逐渐出现。

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