圖解LED芯片技術(shù)三大流派

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2014-03-24

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　　我去年提過(guò)，LED的競(jìng)爭(zhēng)在這兩年將會(huì)是技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，但是離不開(kāi)兩個(gè)規(guī)律：“技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)”，尤其是光效的提升；“成本會(huì)越來(lái)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(dòng)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(jiàn)證了一顆藍(lán)光芯片由五塊錢(qián)一顆（1998年）到現(xiàn)在的一千顆5塊錢(qián)（5 RMB/k），這個(gè)行業(yè)進(jìn)步的太快了， led服裝照明，甚至比集成電路還快，我見(jiàn)證了它的成長(zhǎng)，我也參與了他的進(jìn)步。現(xiàn)在對(duì)這十幾年來(lái)我對(duì)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(tái)灣很多芯片廠都在研發(fā)這種芯片，甚至科銳也開(kāi)始在做這類(lèi)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(lán)寶石襯底結(jié)構(gòu)，目前LED的主流，幾乎每家公司都以這個(gè)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)做很大的改善，技術(shù)資訊，前面說(shuō)的16年進(jìn)步一千倍，戶(hù)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(diǎn)，分述如下：

　　垂直結(jié)構(gòu)派：

　　有點(diǎn)像明教或日月神教的感覺(jué)，始終不是主流，但是又有獨(dú)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(shuō)里面，不管是陽(yáng)頂天，國(guó)內(nèi)資訊，張無(wú)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(xiàn)，一直有新技術(shù)在發(fā)表，但是在市場(chǎng)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(lái)制造，不管是硅襯底還是金屬襯底，與氮化鎵熱失配問(wèn)題一直沒(méi)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(lán)寶石便宜，發(fā)光面積也比較大，但是在成本與技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)上始終不是藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)的對(duì)手。因?yàn)樯舷码姌O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(jì)上無(wú)法滿(mǎn)足很多燈具的要求，也無(wú)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(jià)的特定市場(chǎng)，通用照明與背光這兩個(gè)主流市場(chǎng)垂直結(jié)構(gòu)芯片始終無(wú)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(méi)有前面提到的缺點(diǎn)，但是一個(gè)致命的問(wèn)題就足以打敗它所有的優(yōu)點(diǎn)，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(huì)不會(huì)太奢侈了？所以現(xiàn)在同質(zhì)襯底只能用來(lái)做藍(lán)光激光二極管，用于HD-DVD播放機(jī)或是高畫(huà)質(zhì)的PS3游戲機(jī)的讀寫(xiě)頭。大家一定會(huì)問(wèn)我有沒(méi)有降價(jià)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(jì)要降到100美金才會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)力，但是依照目前的技術(shù)五年內(nèi)都達(dá)不到。

　　倒裝結(jié)構(gòu)派：

　　有點(diǎn)像武當(dāng)派，武當(dāng)派是張三豐離開(kāi)少林之后自創(chuàng)的一派，就像倒裝技術(shù)其實(shí)也是藍(lán)寶石技術(shù)的延伸，只不過(guò)是將藍(lán)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(diǎn)像是武當(dāng)太極以柔克剛的感覺(jué)。倒裝目前是正裝結(jié)構(gòu)外大家在關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其是封裝廠急于降成本的時(shí)候，由于導(dǎo)熱路徑不需經(jīng)過(guò)藍(lán)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(lái)越成熟，良率越來(lái)越高，已經(jīng)接近正裝的良率。倒裝有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是正裝永遠(yuǎn)無(wú)法趕上的，不需要焊線(xiàn)工藝，大電流驅(qū)動(dòng)不光衰，均勻的熒光粉涂布，所以目前封裝廠對(duì)倒裝是又愛(ài)又恨，愛(ài)的是他可以省下焊金線(xiàn)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(lái)的光很均勻漂亮。恨的是目前很多公司在發(fā)展無(wú)封裝制程（CSP：chip Scale Package），把封裝的工藝在芯片段都做完了，國(guó)內(nèi)資訊，直接跳過(guò)封裝，交貨給應(yīng)用廠商，很多封裝廠怕萬(wàn)一CSP未來(lái)成為主流，他們之前的投資將血本無(wú)歸。這也是我一直在關(guān)注的技術(shù)，我目前還是無(wú)法判斷是否有可能，就像我們看金庸小說(shuō)一樣，始終無(wú)法判斷是武當(dāng)厲害還是少林厲害。

　　藍(lán)寶石派：

　　我心目中的少林派，這二十年來(lái)始終屹立不搖，不管是外延還是芯片技術(shù)，都是循序漸進(jìn)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(guò)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(lái)的，做成正裝主要原因是藍(lán)寶石襯底不導(dǎo)電，需要將正負(fù)極做在同一個(gè)發(fā)光面上，他有先天上的缺點(diǎn)，CCC認(rèn)證，只要克服這些缺點(diǎn)，就可以完成一次次飛躍的提升。藍(lán)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(guò)高用退火來(lái)解決，鎳金透明導(dǎo)電層穿透率太低用氧化銦錫ITO來(lái)取代，LED筒燈，鉆石刀切割良率低，鉆石刀成本過(guò)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(lái)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(guò)新材料與新工藝來(lái)完成，就像少林武功一樣，透過(guò)扎實(shí)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(méi)有取巧也沒(méi)有捷徑。他每一次受到的挑戰(zhàn)，都利用扎實(shí)的基礎(chǔ)來(lái)化解，所以一直是LED的主流，估計(jì)未來(lái)幾年都會(huì)如此。

　　有人會(huì)問(wèn)我，未來(lái)誰(shuí)會(huì)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(shuō)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(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(shuō)里面的明教，日月神教，在一時(shí)間會(huì)刮起風(fēng)潮，但是永遠(yuǎn)不會(huì)是主流。