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笑谈LED芯片技术的“三大流派”

作者:  发布时间:2014-12-15 14:03:58   阅读次数:2859
        LED的竞争在这两年将会是技术的竞争,但是离不开两个规律:“技术越来越先进”,尤其是光效的提升;“成本会越来越低”,尤其是在芯片,封装与电源成本的降低,当然还有灯具如何可以自动化的组装,减少人力成本。一颗蓝光芯片由五块钱一颗(1998年)到现在的一千颗5块钱(5RMB/k),这个行业进步的太快了,甚至比集成电路还快,我见证了它的成长,我也参与了他的进步。现在我对LED技术的心得跟大家分享,尤其是在中上游的技术方面。
        我把氮化镓LED技术的流派分为三大部分:第一是垂直结构派,第二是倒装派(flipChip),第三当然是蓝宝石衬底结构,目前LED的主流,几乎每家公司都以这个结构为基础做很大的改善,前面说的16年进步一千倍,就是一直以这种结构不断改善的。三大流派各有优缺点,分述如下:
        垂直结构派
        有点像明教或日月神教的感觉,始终不是主流,但是又有独特的技术,如果做到极致像是科锐的碳化硅技术还是可以跟主流抗衡,在金庸小说里面,不管是阳顶天,张无忌,任我行还是东方不败,他们都可以跟少林武当分庭抗礼,但是始终不是主流或是像流星一样瞬间消失。垂直结构派就是如此,它始终在走非主流路线,一直有新技术在发表,但是在市场上始终很难找到他们的踪影。垂直结构除了碳化硅和同质衬底,都需要非常复杂的工艺来制造,不管是硅衬底还是金属衬底,与氮化镓热失配问题一直没有解决,导致这种结构良率非常低,虽然导热好,衬底也比蓝宝石便宜,发光面积也比较大,但是在成本与技术的竞争上始终不是蓝宝石结构的对手。
        因为上下电极的原因,在应用上也受限,尤其是在需要串并的电路设计上无法满足很多灯具的要求,也无法制作高压芯片,因此垂直结构芯片只能用在路灯等较高单价的特定市场,通用照明与背光这两个主流市场垂直结构芯片始终无法大量介入。大家一定会问我有没有降价空间?我的答案是“有,但是有限”,目前氮化镓衬底只有两种主流做法,氢化物气相外延HVPE与热氨法amonothermalmethod,估计要降到100美金才会有竞争力,但是依照目前的技术五年内都达不到。
        倒装结构派
        有点像武当派,武当派是张三丰离开少林之后自创的一派,就像倒装技术其实也是蓝宝石技术的延伸,只不过是将蓝宝石结构的芯片倒装贴合在导热性比较高的基板上,如果在基板上加上齐纳二极管,他可以抗拒电子器件最怕的静电冲击,有点像是武当太极以柔克刚的感觉。倒装目前是正装结构外大家在关注的焦点,尤其是封装厂急于降成本的时候,由于导热路径不需经过蓝宝石,热可以直接导入散热基板,芯片共晶倒装技术在技术上也越来越成熟,良率越来越高,已经接近正装的良率。倒装有三个优点是正装永远无法赶上的,不需要焊线工艺,大电流驱动不光衰,均匀的荧光粉涂布,所以目前封装厂对倒装是又爱又恨,爱的是他可以省下焊金线成本,倒装封装的二极管可以加大电流,1颗可以当2颗或是3颗用,荧光粉可以涂布均匀,发出来的光很均匀漂亮。恨的是目前很多公司在发展无封装制程(CSP:chipScalePackage),把封装的工艺在芯片段都做完了,直接跳过封装,交货给应用厂商,很多封装厂怕万一CSP未来成为主流,他们之前的投资将血本无归。
        这也是我一直在关注的技术,我目前还是无法判断是否有可能,就像我们看金庸小说一样,始终无法判断是武当厉害还是少林厉害。
        蓝宝石派
        我心目中的少林派,这二十年来始终屹立不摇,不管是外延还是芯片技术,都是循序渐进的依照海兹定律(Haitz’sLaw)不断提升,就像少林武功一样,不断的透过内功修炼,完成绝世武功的升华。正装工艺是中村修二先生发展出来的,做成正装主要原因是蓝宝石衬底不导电,需要将正负极做在同一个发光面上,他有先天上的照明设计缺点,只要克服这些缺点,就可以完成一次次飞跃的提升。蓝宝石与氮化镓晶格失配用低温缓冲层解决,P型氮化镓电阻过高用退火来解决,镍金透明导电层穿透率太低用氧化铟锡ITO来取代,钻石刀切割良率低,钻石刀成本过高用紫外激光划片解决,紫外激光划片亮度损失用飞秒隐形切割或热酸腐蚀来解决,降低缺陷密度,减少界面全反射用PSS图形衬底取代平面衬底。一次次的提升都是透过新材料与新工艺来完成,就像少林武功一样,透过扎实的基本功,将武功一步一步的提升,完成绝世武功的升华,没有取巧也没有捷径。他每一次受到的挑战,都利用扎实的基础来化解,所以一直是LED的主流,估计未来几年都会如此。
        有人会问我,未来谁会是技术主流,我想金庸先生已经给我们答案了,在金庸小说里面,那些派别是屹立不摇,那些是瞬间暴起,瞬间流逝。长远来看,正装的少林与倒装的武当是主流,其他技术,就像是小说里面的明教,日月神教,在一时间会刮起风潮,但是永远不会是主流
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