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白皮书 | 硅衬底LED技能近况、使用环境及趋向预测

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2018-12-27 作者:梁伏波 泉源:龙虎和照明网 欣赏量: 网友批评: 0
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择要: LED财产在已往近10年的生长日新月异,LED光源器件的功能呈台阶式上升且本钱在不停降落,大部门光源范畴基本上都被LED所代替。那么,现在硅衬底LED技能、市场近况以及将来生长趋向毕竟怎样呢?

  1. 配景

  现在LED光源器件的总体生长表面:硅衬底LED比年生长及对LED光源器件财产的影响。

  LED财产在已往近10年的生长日新月异,LED光源器件的功能呈台阶式上升且本钱在不停降落,大部门光源范畴基本上都被LED所代替。LED作为第四代光源,曾经遍及使用在户表里照明、汽车照明、液晶背光、景观照明、挪动照明等范畴。随着人们消耗理念的晋级,在一些特别照明范畴,高品格光源渐渐展现出竞争力。高品格光源的特点是:发光角度小、光斑匀称且照度高。硅衬底LED因单面出光、偏向性好、光品格好等特点在高品格光源市场遭到不少存眷。

  那么,现在硅衬底LED技能、市场近况以及将来生长趋向毕竟怎样呢?

  2. 概述现在硅衬底LED的团体技能近况

  在硅衬底上生长GaN质料面对着两大技能挑衅。第一,硅衬底和GaN之间高达~17%的晶格失配使得 GaN质料外部位错密度偏高,影响发光服从;第二,硅衬底和GaN之间高达~54%的热失配,使得 GaN薄膜在低温生长完降至室温后容易龟裂,影响消费良率。因而,硅衬底和GaN薄膜之间的缓冲层生长极端紧张,缓冲层起到低落GaN外部的位错密度、缓解GaN龟裂的作用。很大水平上,缓冲层的技能程度决议了LED的内量子服从和消费良率,是硅衬底LED 的重点和难点。停止现在,颠末财产界、学术界各方巨资研发投入,这个技能难关曾经基本被霸占。

  硅衬底会猛烈吸取可见光,因而GaN薄膜必需转移至另一个衬底上,转移之前在GaN薄膜和另一个衬底之间拔出一层高反射率的反射镜,使得GaN收回的光不被衬底吸取。经衬底转移后的LED布局在业界称为薄膜(Thin-Flim)芯片。薄膜芯片电流分散、热传导和光斑匀称性等方面相比传统正装布局芯片有上风。

  3. 硅衬底LED上风

  技能上重要体现在:衬底质料本钱低;器件散热性好、寿命长;封装工艺简朴,易于完成主动化消费;可用于大尺寸内涵,进步消费服从,低落综分解本。

  晶能光电消费的硅衬底LED技能芯片具有如下四大上风:

  (一)具有原创技能产权:产物可销往国际市场,不受国际专利限定;

  (二)具有精良的功能:器件散热性好、产物抗静电功能好,寿命长,可蒙受的电流密度高;

  (三)器件封装工艺简朴:芯片为上下电极,单引线垂直布局,简朴化了封装工艺,节省了封装本钱;

  (四)在偏向光和光品格等方面具有显着的特点和上风。

  基于Si衬底芯片特性的封装技能特点:

  1:联合Si衬底芯片背镀金锡工艺,封装中接纳金锡共晶工艺,办理了从芯片到基板的散热瓶颈;

  2:接纳氧化铝、氮化铝陶瓷底板,将芯片推向更高的功率;

  3:使用Si衬底芯片具有的单面发光,偏向性光强,乐成开辟了在wafer片上涂覆荧光粉技能,完成了白光芯片。将此白光芯片封装成灯珠,此灯珠具有颜色同等性好,光斑匀称,十分得当挪动照明市场;

  4:因Si衬底具有吸光特性,为相识决此题目,将在芯片四周围上特别的白胶,提拔亮度;

  5: 凭据差别的芯片尺寸,设计差别的lens,使产物亮度功能最大化;

  6:开辟了新一代的荧光膜片技能,优化了产物光斑、色区掷中率及低落本钱。

  4. 概述现在硅衬底LED的团体使用近况和市场表面

  硅衬底LED是垂直布局,电流漫衍匀称且分散快,得当大功率使用。由于是单面出光,偏向性好,光品格好,以是特殊得当汽车照明、探照灯、矿灯等挪动照明、手机闪光灯以及光品格要求比力高的高端照明范畴。

  晶能光电硅衬底LED技能和工艺已然成熟,在硅衬底蓝光LED芯片范畴继承连结抢先上风的底子上,产物不停延伸至功能更高、附加值更高的白光LED芯片、LED手机闪光灯、LED汽车大灯、LED路灯、LED背光等必要偏向光、高品格出光的照明范畴,渐渐建立了硅衬底LED芯片在细分行业的上风职位地方。

  挪动照明

  挪动照明市场合用的产物重要是使用Si衬底直涂白光芯片和陶瓷底板等物料,再使用细密的模具在底板上压膜一个设计好的lens,扩展出光率。凭据差别的产物功率,可挑选差别白光芯片尺寸和底板材质、尺寸来共同,通常有芯片有36mil、45mil、55mil、70mil 等,底板有氧化铝、氮化铝之分。此类产物重要是要求照度、光斑匀称。在矿灯,手电等挪动照明用灯范畴,灯珠的销量居环球前线。

  手机闪光灯

  手机闪光灯市场合用的产物重要是使用Si衬底蓝光芯片和陶瓷底板尺寸为2.0x1.6,并使用静电喷涂工艺、特制的白胶、压膜胶等紧张工艺做成的。此类产物十分得当用在手机闪光灯上,重要是除了在划一流明值下,中央照度比传统产物(蓝宝石衬底)高5%左右,且发光角度小外,另将在压膜层里添置分散粉,使发光颜色越发匀称 ( 如下图)。

  现在,已少量使用在华为、复兴、遐想、小米、魅族、360等品牌手机使用厂家,均匀每个月有1000万台智能手机在利用晶能光电的 LED手机闪光灯,出货量居海内前线。

  后卸车灯市场

  后卸车灯市场重要是寻求亮度高,耐低温、通大电流等,以是用的产物重要是使用大尺寸Si衬底蓝光芯片与氮化铝陶瓷底板(尺寸为 5.0x5.0)金锡共晶,并使用贴荧光膜或喷涂技能等紧张工艺做成的。如公司产物XM2接纳Si衬底80mil蓝光芯片,与5.0x5.0氮化铝陶瓷底板金锡共晶之后,在芯片上贴一层厚度为50um荧光膜,再压一个lens,末了举行测试、分选、贴带、入库。此产物最大可通 3A电流,亮度>1000lm@3A下。再如公司产物HP-50,接纳4颗Si 衬底56mil蓝光芯片,与5.0x5.0氮化铝陶瓷底板金锡共晶之后,在底板上喷一层荧光粉,并芯片在四周围上白胶,末了压一个特殊的lens来提供亮度。此产物可以分身电压6V或12V,最大可通3A电流,亮度可达2000lm。

  在产业固化范畴,传统的UV光源中的汞元素会严峻净化情况,用UV LED代替汞灯的趋向曾经不行逆转,硅衬底LED也在相应的扩展该范畴的市场使用。

  5. 现在硅衬底LED尚存在的技能壁垒及霸占要领

  如前文所述,只管在硅衬底上生长GaN之前老师长缓冲层,但是由于硅衬底和GaN质料之间的晶格失配着实太大,招致GaN外部的位错密度仍旧偏高。这些位错是电子和空穴的非辐射复合中央,影响LED的内量子服从。尤其是在低温下,非辐射复合几率明显增大。为了霸占这个技能壁垒,必要从设置装备摆设制造、衬底制备和生长工艺等方面多管齐下,找到一套办理硅衬底LED的最有用方案。

  6. 硅衬底LED的生长趋向预测

  进步光效,低落本钱大概说性价比是LED行业永久稳定的主题。硅衬底薄膜芯片必需封装之后才气使用,封装的本钱占据了LED使用本钱较大一部门。跳过传统封装,间接在晶圆上做好封装器件,也便是说在晶圆上做芯片级封装(chip scale Package, CSP)可以跳过封装端,间接从芯片端进入使用端,可以进一步低落LED的使用本钱。CSP是硅上GaN基LED的远景之一。国际至公司如东芝和三星都报导过用硅衬底LED做CSP,信赖不久的未来就可以在市场上看到相干产物。

  近几年,LED行业的另一个热门是Micro LED即微米级LED。Micro LED的尺寸在几微米到几十微米,险些和内涵生长的GaN薄膜厚度在一个级别。在微米级的尺寸,GaN质料可以不必要支持,间接做成垂直布局的体GaNLED。也便是说在制备Micro LED的历程中,生长GaN的衬底是必需去除的。硅衬底LED的一个自然上风是硅衬底仅经过化学湿法腐化就可以去除,去除衬底的历程中不会对GaN质料有任何打击,可以确保良率和牢靠性。从这个角度来看,硅衬底LED技能在Micro LED范畴势必会有一席之地。

  7. 典范企业简介:晶能光电

  晶能光电自建立以来,不停从事硅衬底LED内涵质料、芯片及器件、卑鄙使用产物的研发、消费、贩卖等办事,于环球率先完成硅衬底LED芯片的量产,具有质料本钱低、功能好、可大尺寸范围化制造等上风。其自主创新的硅衬底LED技能荣获2015年国度技能创造奖一等奖,冲破了日本蓝宝石衬底技能和美国碳化硅衬底技能把持半导体照明技能的场合排场,已成为环球第三条蓝光LED技能门路。这项技能的创新从源头上避开了外洋的专利壁垒,如今曾经请求或拥有340多项专利,包罗国际专利47项,漫衍在美国、欧洲和日本韩国等重要产业国度,有用抵抗了外洋专利诉讼,创建了具有自主知识产权的产物品牌,翻开了LED产物出海口的通路,为环球消耗者提供全方位的高端LED照明产物息争决方案。

梁伏波 晶能光电 ( 江西 ) 无限公司 总司理

  《2018龙虎和照明财产调研白皮书》LED光源器件 照料

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