圖解LED芯片技術(shù)三大流派

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2014-03-24

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　　我去年提過,，LED的競爭在這兩年將會是技術(shù)的競爭,，但是離不開兩個規(guī)律：“技術(shù)越來越先進”，尤其是光效的提升,；“成本會越來越低”,，尤其是在芯片，封裝與電源成本的降低,，當(dāng)然還有燈具如何可以自動化的組裝,，減少人力成本。在LED行業(yè)已經(jīng)快要16年的我,，見證了一顆藍光芯片由五塊錢一顆（1998年）到現(xiàn)在的一千顆5塊錢（5 RMB/k）,，這個行業(yè)進步的太快了， led服裝照明,，甚至比集成電路還快,，我見證了它的成長，我也參與了他的進步�,，F(xiàn)在對這十幾年來我對LED技術(shù)的心得跟大家分享,，尤其是在中上游的技術(shù)方面,。

　　我把氮化鎵LED技術(shù)的流派分為三大部分：第一是垂直結(jié)構(gòu)派，以科銳與歐司朗為代表,，金屬襯底的旭明,，還有執(zhí)著于硅襯底的普瑞東芝與晶能，當(dāng)然還不能忘記很多日本廠商與中村修二先生在研發(fā)的氮化鎵同質(zhì)結(jié)構(gòu),。第二是倒裝派（flip Chip）,，想到倒裝當(dāng)然就是飛利浦Luminled了，當(dāng)然大陸的晶科與目前臺灣很多芯片廠都在研發(fā)這種芯片,，甚至科銳也開始在做這類產(chǎn)品了，所以技術(shù)與良率也在不斷地成熟中,。第三當(dāng)然是藍寶石襯底結(jié)構(gòu),，目前LED的主流，幾乎每家公司都以這個結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)做很大的改善,，技術(shù)資訊,，前面說的16年進步一千倍，戶外照明,，就是一直以這種結(jié)構(gòu)不斷改善的,。

　　三大流派各有優(yōu)缺點，分述如下：

　　垂直結(jié)構(gòu)派：

　　有點像明教或日月神教的感覺,，始終不是主流,，但是又有獨特的技術(shù)，如果做到極致像是科銳的碳化硅技術(shù)還是可以跟主流抗衡,，在金庸小說里面,，不管是陽頂天，國內(nèi)資訊,，張無忌,，任我行還是東方不敗，他們都可以跟少林武當(dāng)分庭抗禮,，但是始終不是主流或是像流星一樣瞬間消失,。垂直結(jié)構(gòu)派就是如此，它始終在走非主流路線,，一直有新技術(shù)在發(fā)表,，但是在市場上始終很難找到他們的蹤影。垂直結(jié)構(gòu)除了碳化硅和同質(zhì)襯底,，都需要非常復(fù)雜的工藝來制造,，不管是硅襯底還是金屬襯底，與氮化鎵熱失配問題一直沒有解決,，導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)良率非常低,，雖然導(dǎo)熱好,，襯底也比藍寶石便宜，發(fā)光面積也比較大,，但是在成本與技術(shù)的競爭上始終不是藍寶石結(jié)構(gòu)的對手,。因為上下電極的原因，在應(yīng)用上也受限,，尤其是在需要串并的電路設(shè)計上無法滿足很多燈具的要求,，也無法制作高壓芯片，因此科銳的垂直結(jié)構(gòu)芯片只能用在路燈等較高單價的特定市場,，通用照明與背光這兩個主流市場垂直結(jié)構(gòu)芯片始終無法大量介入,。當(dāng)然我們不能忽略日本公司與中村修二先生正在研發(fā)的同質(zhì)結(jié)構(gòu)，它沒有前面提到的缺點,，但是一個致命的問題就足以打敗它所有的優(yōu)點,，氮化鎵襯底貴的離譜，兩年前是1000美金,，現(xiàn)在是500美金以上,，做LED會不會太奢侈了？所以現(xiàn)在同質(zhì)襯底只能用來做藍光激光二極管,，用于HD-DVD播放機或是高畫質(zhì)的PS3游戲機的讀寫頭,。大家一定會問我有沒有降價空間？我的答案是“有,，商業(yè)照明燈具,，但是有限”，目前氮化鎵襯底只有兩種主流做法,，LED-T5一體化燈管,，氫化物氣相外延HVPE與熱氨法amonothermal method，估計要降到100美金才會有競爭力,，但是依照目前的技術(shù)五年內(nèi)都達不到,。

　　倒裝結(jié)構(gòu)派：

　　有點像武當(dāng)派，武當(dāng)派是張三豐離開少林之后自創(chuàng)的一派,，就像倒裝技術(shù)其實也是藍寶石技術(shù)的延伸,，只不過是將藍寶石結(jié)構(gòu)的芯片倒裝貼合在導(dǎo)熱性比較高的基板上，LED筒燈,，如果在基板上加上齊納二極管,，他可以抗拒電子器件最怕的靜電沖擊，有點像是武當(dāng)太極以柔克剛的感覺,。倒裝目前是正裝結(jié)構(gòu)外大家在關(guān)注的焦點,，尤其是封裝廠急于降成本的時候，由于導(dǎo)熱路徑不需經(jīng)過藍寶石,，熱可以直接導(dǎo)入散熱基板,，芯片共晶倒裝技術(shù)在技術(shù)上也越來越成熟,，良率越來越高，已經(jīng)接近正裝的良率,。倒裝有三個優(yōu)點是正裝永遠無法趕上的,，不需要焊線工藝，大電流驅(qū)動不光衰,，均勻的熒光粉涂布,，所以目前封裝廠對倒裝是又愛又恨，愛的是他可以省下焊金線成本,，倒裝封裝的二極管可以加大電流,，1顆可以當(dāng)2顆或是3顆用，熒光粉可以涂布均勻,，發(fā)出來的光很均勻漂亮,。恨的是目前很多公司在發(fā)展無封裝制程（CSP：chip Scale Package），把封裝的工藝在芯片段都做完了,，國內(nèi)資訊，直接跳過封裝,，交貨給應(yīng)用廠商,，很多封裝廠怕萬一CSP未來成為主流，他們之前的投資將血本無歸,。這也是我一直在關(guān)注的技術(shù),，我目前還是無法判斷是否有可能，就像我們看金庸小說一樣,，始終無法判斷是武當(dāng)厲害還是少林厲害,。

　　藍寶石派：

　　我心目中的少林派，這二十年來始終屹立不搖,，不管是外延還是芯片技術(shù),，都是循序漸進的依照海茲定律(Haitz’sLaw)不斷提升，就像少林武功一樣,，LED照明企業(yè),，不斷的透過內(nèi)功修煉，完成絕世武功的升華,。正裝工藝是中村修二先生發(fā)展出來的,，做成正裝主要原因是藍寶石襯底不導(dǎo)電，需要將正負(fù)極做在同一個發(fā)光面上,，他有先天上的缺點,，CCC認(rèn)證，只要克服這些缺點,，就可以完成一次次飛躍的提升,。藍寶石與氮化鎵晶格失配用低溫緩沖層解決,，P型氮化鎵電阻過高用退火來解決，鎳金透明導(dǎo)電層穿透率太低用氧化銦錫ITO來取代,，LED筒燈,，鉆石刀切割良率低，鉆石刀成本過高用紫外激光劃片解決,，辦公照明,，紫外激光劃片亮度損失用飛秒隱形切割或熱酸腐蝕來解決，降低缺陷密度,，減少界面全反射用PSS圖形襯底取代平面襯底,。一次次的提升都是透過新材料與新工藝來完成，就像少林武功一樣,，透過扎實的基本功,，將武功一步一步的提升，完成絕世武功的升華,，商業(yè)照明,，沒有取巧也沒有捷徑。他每一次受到的挑戰(zhàn),，都利用扎實的基礎(chǔ)來化解,，所以一直是LED的主流，估計未來幾年都會如此,。

　　有人會問我,，未來誰會是技術(shù)主流，我想金庸先生已經(jīng)給我們答案了,，在金庸小說里面,，那些派別是屹立不搖，那些是瞬間暴起,，店鋪照明,，瞬間流逝。長遠來看,，正裝的少林與倒裝的武當(dāng)是主流,，質(zhì)量，其他技術(shù),，就像是小說里面的明教,，日月神教，在一時間會刮起風(fēng)潮,，但是永遠不會是主流,。