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LED倒装芯片技术和产品分析

1 LED倒装芯片技术特点与比较分析

在LED产业界从上游LED芯片的结构特点出发,将产品技术路线分为正装、垂直和倒装结构的技术路线,三款技术路线的芯片产品、光源产品技术特点、性能及可靠性对比分析如表:

为了公平地比较通过三大技术路线实现的芯片产品、光源产品的成本、售价、应用效果等,选取标准尺寸的芯片45mil作为比较的标准。选用上述芯片用于封装成相同尺寸规格的LED光源器件进行比较性能、成本、售价、毛利率等(如表 2)。

从技术、成本、售价及毛利等分析,倒装LED芯片技术路线实现的LED光源产品,具有高的性价比,同时表现具有较高的毛利率。

2 倒装芯片及封装技术分析

倒装LED芯片技术路线被LED产业界认定为三大芯片技术路线之一,国内企业利用倒装集成电路技术引入到倒装LED芯片和封装的设计、制造,在2003年开始在倒装LED芯片和封装技术做了大量的专利申请和布局,2006年开始研发生产制造,2010年实现批量化生产和销售。其中额技术特征主要包括:

(1)充分考虑了申请时期金属阻挡层和金属接触反光层的结构关系缺陷,采用了全面立体式双层复合阻挡层结构,很好地包裹接触反射层的方案,且第一阻挡层采用多层复合阻挡层结构,本身稳定度高且结构致密,基于上述阻挡层和金属层的结构关系,完全有效地阻挡接触金属的迁移和扩散,特别适用于倒装LED芯片大电流下驱动,解决了大电流应用下的金属迁移和扩散的倒装LED芯片和封装器件可靠性失效的共性问题。双层复合结构的阻挡层是解决倒装LED芯片大电流应用下金属迁移和扩散问题的基础性核心要素。

(2)独特绝缘层结构特征,多层复合绝缘层结构是解决倒装LED芯片和封装器件因绝缘层台阶保护较差导致的漏电普遍性问题的关键性因素。

(3)倒装LED芯片的制作方法,该方法的工艺步骤较现有的工艺步骤(6步光刻工艺)大大简化,所需光刻图形工艺的次数减少(4步光刻工艺),有效地解决了LED行业倒装LED芯片复杂工艺问题,提高了倒装LED芯片的生产制造效率和产品良率,降低了产业界倒装LED芯片的成本问题。

3 倒装芯片应用产品

1)典型倒装LED发光二极管的芯片和多芯片模组

倒装芯片技术所开发的产品包括发光二极管LED蓝光芯片、LED照明光源器件和LED背光源器件产品。具体地来说,发光二极管LED芯片产品包括1W大功率蓝光芯片、5W蓝光芯片模组、高压芯片及5-10W超大功率蓝光芯片模组,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。

该发光二极管芯片产品技术特点主要有:(1)9个N电极均匀分布,让电流分布更加均匀;(2)P电极金属层双层结构具有高反射率,提高了出光效率;(3)大块的P型表面电极金属层及凸点结构;(4)基板表面金属布线层和金属凸点;(5)多芯片间无金线互联;(6)集成防静电齐纳二极管芯片;(7)多个芯片小单位的高压芯片等,这些发光二极管芯片产品技术特点都是充分体现了倒装的技术特征。

2)通用照明LED产品

LED照明光源器件中,大功率陶瓷LED光源3535和5050、倒装陶瓷COB光源器件、中小功率SMD照明光源2835、3030等,主要运用于道路照明、建筑照明、景观照明、室内照明等高端市场。其中,大功率陶瓷LED光源和倒装陶瓷COOB光源产品特点、实物图如表 4所示:

以1W大功率倒装陶瓷LED光源产品为例,分析该倒装于陶瓷基板产品系列的专利技术运用情况,从图1可以看出,利用倒装LED芯片上的金属凸点同对应陶瓷基板表面的金属凸点通过倒装焊接工艺焊接于陶瓷基板上(如图2),实现电连接和机械连接。陶瓷基板表面金属布线层及P、N电极金属层电连接,同LED芯片的P、N电极金属层和金属凸点相连接。

从实施的效果来看,大功率倒装陶瓷基LED光源,具有以下明显的技术优势如下图3所示:该系列产品如上图3所示在光学、电学、机械性能和热学性能等方面充分体现了倒装芯片技术的特点。

对于陶瓷基多芯片倒装集成封装FCOB光源来说,在单颗陶瓷基封装基础上,采用多颗倒装LED芯片集成封装于预先设计制作好的陶瓷基板上,基板上有各自同倒装芯片焊接对应的金属凸点,各个独立的芯片单元通过基板表面的金属布线实现电连接,具体地来说,可以参照图4所示,从图中也说明该产品是多芯片集成封装模组光源的典型代表,充分体现了倒装芯片的多芯片发光二极管芯片模组专利技术。

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