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倒装芯片来临加速LED封装革命

浏览次数: 日期:2014-10-23

随着正装芯片竞争日趋白热化,中游封装企业多在思考如何摆脱增收不增利的时候,一种新的芯片封装工艺引起了业界的注意,甚至已经有不少业内人士预测这项工艺将成为未来LED封装的主流技术,这就是倒装芯片工艺。

  特别是今年这种变化尤为明显。前几年还只把倒装技术为技术储备的众厂家,如隆达、晶电、两岸光电等厂商纷纷推出了基于倒装芯片技术的新产品,也进一步印证了倒装芯片的市场春天到来。

  三星LED中国区总经理唐国庆先生就明确表示:2014年LED倒装芯片技术盛行,它的技术性能优势与未来的市场前景,将越来越受芯片、封装大厂关注,将加速LED封装革命。

  倒装芯片的发展

  倒装芯片(Flip chip)起源于60年代,由IBM率先研发出,开始应用于IC及部分半导体产品的应用,具体原理是在I/Opad上沉积锡铅球,然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷板相结合,此技术已替换常规的打线接合,逐渐成为未来封装潮流。

  Philips Lumileds于2006年首次将倒装工艺引入LED领域,其后倒装共晶技术不断发展,并且向芯片级封装渗透,产生了免封装的概念。

  小知识:

  正装芯片:最早出现的芯片结构,也是小功率芯片中普遍使用的芯片结构。该结构,电极在上方,从上至下材料为:P-GaN、发光层、N-GaN、衬底。所以,相对倒装来说就是正装;

  倒装芯片:为了避免正装芯片中因电极挤占发光面积从而影响发光效率,芯片研发人员设计了倒装结构,即把正装芯片倒置,使发光层激发出的光直接从电极的另一面发出(衬底最终被剥去,芯片材料是透明的),同时,针对倒装设计出方便LED封装厂焊线的结构,从而,整个芯片称为倒装芯片(Flip Chip),该结构目前在大功率芯片较多用到。

  特别是在倒装芯片应用于LED封装领域后,相较于常见的正装芯片,倒装芯片工艺具有五大明显优势。两岸光电倒装LED项目经理邓启爱认为。一是倒装后电极直接与散热基板接触,没有通过蓝宝石散热,可通大电流使用;二是尺寸可以做到更小,光学更容易匹配;三是散热功能提升,延长芯片寿命;四是免打线,避免断线风险;五是为后续封装制程发展打下基础。

  

  正装芯片结构原理示意图               倒装芯片结构原理示意图

  正是基于倒装LED具有正装芯片无可比拟的众多优势,近年来许多芯片厂都在积极研发相关产品,飞利浦(Philips Lumileds)、科锐(CREE)早前就已推出产品,一些主流LED厂商在大功率产品市场多数都是使用倒装芯片结构,且市场上最顶尖的产品一直为倒装产品占据。但在中小功率民用市场则不多见。

  “这主要受倒装芯片焊接工艺限制,早期倒装芯片主要为AuSn共晶焊接和Gold to gold interconnect(金对金连接)两种焊接方式,AuSn共晶焊接设备昂贵,良品率较低;Gold to gold interconnect(金对金连接)可靠性好,但设备昂贵,成本居高难下,无法大规模推广。”业内专家认为。

  良率较低、成本较高,虽然具有明显优势,使得倒装芯片只能应用于溢价相对较高的大功率LED市场,加之技术储备主要在国际大厂,这都极大限制了倒装芯片在国内市场上的应用。

  迎来变革的时代

  但是,锡膏焊接工艺的出现改变了这一切。

  “最新出现的锡膏焊接工艺,较好的解决了倒装芯片工艺上的一些难点,极大提升了产品的可靠性与稳定性,这也引起了业界的高度关注,一些国内企业开始在倒装芯片领域展开研究,也取得一定的成果。这也为提升倒装芯片市场普及程度打下了良好的基础。”业内专家指出。

  锡膏焊接工艺直接使用锡膏代替银胶进行固晶,在制造工艺和程序上简化了不少,省去了固晶烘烤工序和焊线工序,设备也相对开放,为倒装芯片工艺的升级提供了更多的可能性,倒装芯片的性价比也被逐渐拉到与市场预期持平。

  邓启爱透露,两岸光电目前已经率先在国内掌握了锡膏焊接工艺,持续围绕倒装芯片积极展开研发创新,持续强化了倒装芯片的优势,譬如更杰出的热学性能、更高的可靠性能、简单、快捷的制造工、更好的电学性能、相对大的发光面积。 

  随着工艺的成熟及国内一些企业在倒装芯片领域持续研发创新所做出不懈努力,倒装芯片性价比进一步提升,市场普及程度日渐提高。

  此外随着LED照明的普及,整个产业链价格不断走低,获利相对较高的上游芯片企业也不例外。正装芯片发展相对成熟,市场竞争极度白热化,价格和利润率持续走低,通过技术制程的进步与导入新产品、缩小芯片尺寸来获取更高的毛利率,将成为LED芯片厂共同的目标。因此,倒装芯片所体现出的诸多性能优势与成本优势,受到众多LED照明厂的关注。

  谁站在了倒装芯片发展潮头?

  倒装芯片优势虽多,但目前毕竟在我国刚刚兴起不久,倒装技术也多掌握在同行业一些国际大厂手里,国内同行因受技术、人才、设备等各方面限制,目前投入研发生产的企业仍不太多。

  当然,也不乏一些先行先试的企业。以两岸光电为例,早在2011年,公司就敏锐洞察到了LED封装市场趋势,结合行业和企业的战略,开始进军倒装芯片领域。在全国范围内广泛搜罗专业人才,组建倒装COB专业团队,陆续引进固晶机、焊锡机、点胶机、分光机、编带机、精密烤箱等全自动化专业设备,全力以赴投入到倒装芯片封装技术的研究中。在经历了3年潜心钻研和艰苦探索后,两岸光电第一个倒装芯片产品“陶瓷COB系列”惊艳亮相,并在备受瞩目的过程中又攻克了倒装MLCOB技术难题,同时采用倒装芯片制作的灯丝产品完美解决了正装芯片灯丝中散热不良、塌线、漏蓝、死灯等问题。

  据悉,两岸光电目前产品线包括陶瓷基板系列、铝基板系列、倒装灯丝、倒装ML COB组件等,这些产品均已完成测试,并且已经进入量产阶段。目前,两岸光电正装产品一个月出货在200KK,倒装产品目前每月出货超过1 KK,处于供不应求的状态。

  结语:在现阶段,倒装芯片技术虽然还有很多局限性,但随着技术的不断完善,以及越来越多的人与企业愿意去尝试并创新,相信在未来,基于倒装芯片技术的封装产品前景会大有可为,将广泛应用于航空通讯、汽车电子、商业及民用照明、城市亮化工程、广告装饰灯饰等应用领域。

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