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        1　LED倒裝芯片技術特點與比較分析

　　在LED產業界從上游LED芯片的結構特點出發，將產品技術路線分為正裝、垂直和倒裝結構的技術路線，三款技術路線的芯片產品、光源產品技術特點、性能及可靠性對比分析如表：

                                                           表1

        為了公平地比較通過三大技術路線實現的芯片產品、光源產品的成本、售價、應用效果等，選取標準尺寸的芯片45mil作為比較的標準。選用上述芯片用于封裝成相同尺寸規格的LED光源器件進行比較性能、成本、售價、毛利率等(如表 2)。

 

 

                                                                      表2

       從技術、成本、售價及毛利等分析，倒裝LED芯片技術路線實現的LED光源產品，具有高的性價比，同時表現具有較高的毛利率。

　　2　倒裝芯片及封裝技術分析

 

    　　倒裝LED芯片技術路線被LED產業界認定為三大芯片技術路線之一，國內企業利用倒裝集成電路技術引入到倒裝LED芯片和封裝的設計、制造，在2003年開始在倒裝LED芯片和封裝技術做了大量的專利申請和布局， 2006年開始研發生產制造，2010年實現批量化生產和銷售。其中額技術特征主要包括：

 

                                                            表3

       (1)充分考慮了申請時期金屬阻擋層和金屬接觸反光層的結構關系缺陷，采用了全面立體式雙層復合阻擋層結構，很好地包裹接觸反射層的方案，且第一阻擋層采用多層復合阻擋層結構，本身穩定度高且結構致密，基于上述阻擋層和金屬層的結構關系，完全有效地阻擋接觸金屬的遷移和擴散，特別適用于倒裝LED芯片大電流下驅動，解決了大電流應用下的金屬遷移和擴散的倒裝LED芯片和封裝器件可靠性失效的共性問題。雙層復合結構的阻擋層是解決倒裝LED芯片大電流應用下金屬遷移和擴散問題的基礎性核心要素。

　　(2)獨特絕緣層結構特征，多層復合絕緣層結構是解決倒裝LED 芯片和封裝器件因絕緣層臺階保護較差導致的漏電普遍性問題的關鍵性因素。

　　(3)倒裝LED芯片的制作方法，該方法的工藝步驟較現有的工藝步驟 (6步光刻工藝 ) 大大簡化，所需光刻圖形工藝的次數減少 (4步光刻工藝 )，有效地解決了LED行業倒裝LED芯片復雜工藝問題，提高了倒裝LED芯片的生產制造效率和產品良率，降低了產業界倒裝LED芯片的成本問題。

　　3　倒裝芯片應用產品

　　1) 典型倒裝LED發光二極管的芯片和多芯片模組

　　倒裝芯片技術所開發的產品包括發光二極管LED藍光芯片、LED照明光源器件和LED背光源器件產品。具體地來說，發光二極管LED 芯片產品包括1W大功率藍光芯片、5W藍光芯片模組、高壓芯片及 5-10W超大功率藍光芯片模組，LED照明光源器件包括大功率陶瓷 LED光源3535、2016和SMD 3030及COB等。LED背光源器件包括3030、7020等。

　　該發光二極管芯片產品技術特點主要有：(1) 9個N電極均勻分布，讓電流分布更加均勻;(2) P電極金屬層雙層結構具有高反射率，提高了出光效率;(3) 大塊的P型表面電極金屬層及凸點結構;(4) 基板表面金屬布線層和金屬凸點;(5) 多芯片間無金線互聯;(6) 集成防靜電齊納二極管芯片 ; (7) 多個芯片小單位的高壓芯片等，這些發光二極管芯片產品技術特點都是充分體現了倒裝的技術特征。

　　2) 通用照明LED產品

　　LED照明光源器件中，大功率陶瓷LED光源3535和5050、倒裝陶瓷COB光源器件、中小功率SMD照明光源2835、3030等，主要運用于道路照明、建筑照明、景觀照明、室內照明等高端市場。其中，大功率陶瓷LED光源和倒裝陶瓷COOB光源產品特點、實物圖如表 4所示：

 

 

                         表4 大功率陶瓷LED光源和倒裝陶瓷COB光源

 

                                                                      表5

 

      以1W大功率倒裝陶瓷LED光源產品為例，分析該倒裝于陶瓷基板產品系列的專利技術運用情況，從圖1可以看出，利用倒裝LED芯片上的金屬凸點同對應陶瓷基板表面的金屬凸點通過倒裝焊接工藝焊接于陶瓷基板上(如圖2)，實現電連接和機械連接。陶瓷基板表面金屬布線層及P、N電極金屬層電連接，同LED芯片的P、N電極金屬層和金屬凸點相連接。

 

 

　從實施的效果來看，大功率倒裝陶瓷基LED光源，具有以下明顯的技術優勢如下圖3所示：該系列產品如上圖3所示在光學、電學、機械性能和熱學性能等方面充分體現了倒裝芯片技術的特點。

 

 

        對于陶瓷基多芯片倒裝集成封裝FCOB光源來說，在單顆陶瓷基封裝基礎上，采用多顆倒裝LED芯片集成封裝于預先設計制作好的陶瓷基板上，基板上有各自同倒裝芯片焊接對應的金屬凸點，各個獨立的芯片單元通過基板表面的金屬布線實現電連接，具體地來說，可以參照圖4所示，從圖中也說明該產品是多芯片集成封裝模組光源的典型代表，充分體現了倒裝芯片的多芯片發光二極管芯片模組專利技術。

 

 

 

        3)LED背光光源器件

　　LED背光液晶電視具有低能耗、長壽命、廣色域及環保的突出優點，已成為液晶電視的主流。電視背光源LED器件，包括有7020、3030、2835等，用于液晶電視背光照明，對性能、品質要求均有很高要求。倒裝LED芯片技術具有大電流、低電壓、高耐熱、無金線、高可靠性等優點，非常適合應用于電視機背光源產品，滿足電視機背光應用的高品質、高性能要求。

　　以SMD 2835為例，選用倒裝焊LED芯片，并將芯片倒裝置于底板上通過回流焊接實現倒裝LED芯片與底板P、N電極的電連接功能。所選用的倒裝LED芯片表面電極金屬層如圖5所示，從圖中可以明顯看到該倒裝LED芯片表面具有金屬凸點，有利于該芯片同底板的焊接，實現同底板表面的金屬層焊接，具有高導熱、大電流應用高亮度輸出的功能。

 

圖5倒裝焊接LED芯片表面金屬凸點外觀圖

 

        進一步對該產品焊接后的焊接橫截面進行SEM分析如圖6所示，證明了倒裝LED芯片同底板支架的金屬焊接，實現了電連接和機械連接功能。

                  圖6倒裝焊接LED同底板的焊接截面圖

 

 

 

　  從上述產品應用的實例和圖示來看倒裝芯片技術在2835、7020、3030等背光產品上實現了很好的應用。同時，產品應用所產生的積極效果。

　　4　市場分析和未來潛在應用

　　【市場分析】

　　國際知名市場預測分析機構Yole Development2014年對大功率芯片和光源產品的市場預測如圖7，倒裝芯片的市場份額有逐步增加的趨勢。

 

                                                圖7

 

       隨著LED產品應用的市場細分和品質要求提升，加之倒裝產品成本的下降，倒裝LED芯片技術路線的LED芯片和光源器件產品呈現逐年上升的市場趨勢，特別是在一些細分和新型市場領域有應用范圍拓展的趨勢。從LED產業界權威的評論和預測機構Ledinside 2016 年的數據來看如圖8，倒裝LED技術產品的2017年市場需求量在22716Million pcs即22716KKpcs，在過往的5年內，年均CAGR為99%。

 

   

                                  圖8倒裝LED芯片技術市場產品容量