1　LED倒裝芯片技術(shù)特點(diǎn)與比較分析

　　在LED產(chǎn)業(yè)界從上游LED芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，將產(chǎn)品技術(shù)路線分為正裝、垂直和倒裝結(jié)構(gòu)的技術(shù)路線，三款技術(shù)路線的芯片產(chǎn)品、光源產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)、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(shù)路線實(shí)現(xiàn)的芯片產(chǎn)品、光源產(chǎn)品的成本、售價(jià)、應(yīng)用效果等，選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸的芯片45mil作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。選用上述芯片用于封裝成相同尺寸規(guī)格的LED光源器件進(jìn)行比較性能、成本、售價(jià)、毛利率等(如表 2)。

                                                                      表2

       從技術(shù)、成本、售價(jià)及毛利等分析，倒裝LED芯片技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)的LED光源產(chǎn)品，具有高的性價(jià)比，同時(shí)表現(xiàn)具有較高的毛利率。

　　2　倒裝芯片及封裝技術(shù)分析

    　　倒裝LED芯片技術(shù)路線被LED產(chǎn)業(yè)界認(rèn)定為三大芯片技術(shù)路線之一，國內(nèi)企業(yè)利用倒裝集成電路技術(shù)引入到倒裝LED芯片和封裝的設(shè)計(jì)、制造，在2003年開始在倒裝LED芯片和封裝技術(shù)做了大量的專利申請和布局， 2006年開始研發(fā)生產(chǎn)制造，2010年實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)和銷售。其中額技術(shù)特征主要包括：

                                                            表3

       (1)充分考慮了申請時(shí)期金屬阻擋層和金屬接觸反光層的結(jié)構(gòu)關(guān)系缺陷，采用了全面立體式雙層復(fù)合阻擋層結(jié)構(gòu)，很好地包裹接觸反射層的方案，且第一阻擋層采用多層復(fù)合阻擋層結(jié)構(gòu)，本身穩(wěn)定度高且結(jié)構(gòu)致密，基于上述阻擋層和金屬層的結(jié)構(gòu)關(guān)系，完全有效地阻擋接觸金屬的遷移和擴(kuò)散，特別適用于倒裝LED芯片大電流下驅(qū)動，解決了大電流應(yīng)用下的金屬遷移和擴(kuò)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(fù)合結(jié)構(gòu)的阻擋層是解決倒裝LED芯片大電流應(yīng)用下金屬遷移和擴(kuò)散問題的基礎(chǔ)性核心要素。

　　(2)獨(dú)特絕緣層結(jié)構(gòu)特征，多層復(fù)合絕緣層結(jié)構(gòu)是解決倒裝LED 芯片和封裝器件因絕緣層臺階保護(hù)較差導(dǎo)致的漏電普遍性問題的關(guān)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(xiàn)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(shù)減少 (4步光刻工藝 )，有效地解決了LED行業(yè)倒裝LED芯片復(fù)雜工藝問題，提高了倒裝LED芯片的生產(chǎn)制造效率和產(chǎn)品良率，降低了產(chǎn)業(yè)界倒裝LED芯片的成本問題。

　　3　倒裝芯片應(yīng)用產(chǎn)品

　　1) 典型倒裝LED發(fā)光二極管的芯片和多芯片模組

　　倒裝芯片技術(shù)所開發(fā)的產(chǎn)品包括發(fā)光二極管LED藍(lán)光芯片、LED照明光源器件和LED背光源器件產(chǎn)品。具體地來說，發(fā)光二極管LED 芯片產(chǎn)品包括1W大功率藍(lán)光芯片、5W藍(lán)光芯片模組、高壓芯片及 5-10W超大功率藍(lán)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(fā)光二極管芯片產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)主要有：(1) 9個(gè)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(jié)構(gòu)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(diǎn)結(jié)構(gòu);(4) 基板表面金屬布線層和金屬凸點(diǎn);(5) 多芯片間無金線互聯(lián);(6) 集成防靜電齊納二極管芯片 ; (7) 多個(gè)芯片小單位的高壓芯片等，這些發(fā)光二極管芯片產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)都是充分體現(xiàn)了倒裝的技術(shù)特征。

　　2) 通用照明LED產(chǎn)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(yùn)用于道路照明、建筑照明、景觀照明、室內(nèi)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(chǎn)品特點(diǎn)、實(shí)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(chǎn)品為例，分析該倒裝于陶瓷基板產(chǎn)品系列的專利技術(shù)運(yùn)用情況，從圖1可以看出，利用倒裝LED芯片上的金屬凸點(diǎn)同對應(yīng)陶瓷基板表面的金屬凸點(diǎn)通過倒裝焊接工藝焊接于陶瓷基板上(如圖2)，實(shí)現(xiàn)電連接和機(jī)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(diǎn)相連接。

　從實(shí)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(shù)優(yōu)勢如下圖3所示：該系列產(chǎn)品如上圖3所示在光學(xué)、電學(xué)、機(jī)械性能和熱學(xué)性能等方面充分體現(xiàn)了倒裝芯片技術(shù)的特點(diǎn)。

        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(chǔ)上，采用多顆倒裝LED芯片集成封裝于預(yù)先設(shè)計(jì)制作好的陶瓷基板上，基板上有各自同倒裝芯片焊接對應(yīng)的金屬凸點(diǎn)，各個(gè)獨(dú)立的芯片單元通過基板表面的金屬布線實(shí)現(xiàn)電連接，具體地來說，可以參照圖4所示，從圖中也說明該產(chǎn)品是多芯片集成封裝模組光源的典型代表，充分體現(xiàn)了倒裝芯片的多芯片發(fā)光二極管芯片模組專利技術(shù)。

        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(huán)保的突出優(yōu)點(diǎn)，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(zhì)要求均有很高要求。倒裝LED芯片技術(shù)具有大電流、低電壓、高耐熱、無金線、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于電視機(jī)背光源產(chǎn)品，滿足電視機(jī)背光應(yīng)用的高品質(zhì)、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(shí)現(xiàn)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(diǎn)，有利于該芯片同底板的焊接，實(shí)現(xiàn)同底板表面的金屬層焊接，具有高導(dǎo)熱、大電流應(yīng)用高亮度輸出的功能。

圖5倒裝焊接LED芯片表面金屬凸點(diǎn)外觀圖

        進(jìn)一步對該產(chǎn)品焊接后的焊接橫截面進(jìn)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(shí)現(xiàn)了電連接和機(jī)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(chǎn)品應(yīng)用的實(shí)例和圖示來看倒裝芯片技術(shù)在2835、7020、3030等背光產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)了很好的應(yīng)用。同時(shí)，產(chǎn)品應(yīng)用所產(chǎn)生的積極效果。

　　4　市場分析和未來潛在應(yīng)用

　　【市場分析】

　　國際知名市場預(yù)測分析機(jī)構(gòu)Yole Development2014年對大功率芯片和光源產(chǎn)品的市場預(yù)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(chǎn)品應(yīng)用的市場細(xì)分和品質(zhì)要求提升，加之倒裝產(chǎn)品成本的下降，倒裝LED芯片技術(shù)路線的LED芯片和光源器件產(chǎn)品呈現(xiàn)逐年上升的市場趨勢，特別是在一些細(xì)分和新型市場領(lǐng)域有應(yīng)用范圍拓展的趨勢。從LED產(chǎn)業(yè)界權(quán)威的評論和預(yù)測機(jī)構(gòu)Ledinside 2016 年的數(shù)據(jù)來看如圖8，倒裝LED技術(shù)產(chǎn)品的2017年市場需求量在22716Million pcs即22716KKpcs，在過往的5年內(nèi)，年均CAGR為99%。

                                  圖8倒裝LED芯片技術(shù)市場產(chǎn)品容量