在傳統LED顯示屏領域,各種室內外LED顯示屏關鍵技術基本成熟,產品整機在可靠性和工藝水平方面不斷改進和完善,形成了標準化系列產品。行業整體技術創新方向主要集中在大屏幕控制、高密度顯示新產品開發、特殊項目異形工程化設計、LED顯示應用拓展產品以及產品可靠性、節能等方面。同時,全彩色室內外顯示屏得到廣泛應用,室外高清晰度全彩表貼技術與產品日趨成熟。
隨著技術的不斷創新,LED上游產業發展對顯示應用產業的發展促進作用明顯,應用于重大工程、滿足特殊需求的綜合技術工程能力增強。室內高密度、小間距LED顯示屏挑戰DLP背投、LCD等,從P2.5到P1.8再到P1.5,廣泛應用于廣電、道路交通指揮、公安監控、電力系統、軍事、水利、城市管理等各個行業。2012年6月歐洲杯上,中國LED顯示企業再次展示了中國LED顯示產品的風采,又一次讓“中國制造”站在了世界舞臺的中心。2012年春晚,由LED顯示屏組成的360度夢幻舞臺,呈現了一場視覺盛宴。
因此,整個產業對材料器件的需求也有了新的變化。在芯片器件方面,對表貼器件的需求不斷提升,且要求波長離散小、色彩一致性強;抗靜電能力強,可靠性高;性價比高,便于成本控制。在驅動元件方面,對刷新頻率和智能控制有了更高的要求。在電源系統方面,則要求節能、可靠,能實現冗余備份。
高壓芯片推廣亟須產業鏈配合
HV芯片的優點主要表現在以下幾個方面:減少了芯片固晶、打線的數量,降低失效概率,降低封裝成本;單顆芯片內形成多顆微晶集成,避免了芯片間BIN內波長、電壓、亮度跨度帶來的一致性問題;芯片由于自身的工作高電壓,容易實現封裝成品工作電壓接近市電,提高了驅動電源的轉換效率;工作電流低,降低了成品應用中的線路損耗;小電流驅動,光效高,減輕了散熱壓力;無需變壓器,避免了變壓器上的能量損耗,降低了成本,節約了驅動空間,方便燈具設計。
GaN基LED在照明領域取得了前所未有的進步,其光效和價格是LED能否得到快速推廣的關鍵因素。藍寶石襯底的正裝結構LED以工藝簡單、成本相對較低一直是GaN基LED的主流結構。我國臺灣晶元光電最早推出HVLED,發光效率可達到160lm/W以上。中國大陸的迪源光電在大陸率先實現了HV芯片的量產,所開發的HV芯片封裝后,光效超過110lm/W。但是,目前HV芯片還沒有大面積普及,封裝企業對HV芯片的需求較少,而HV芯片配光應用的整體方案才能突顯HV芯片的優勢。因此,HV芯片的制作與生產只是其中一個方面,更重要的是與設計、封裝、應用等環節相結合,做好與應用端客戶的對接和匹配工作,才能使HV芯片得以廣泛推廣。
傳統正裝結構芯片仍是當前的主流結構,未來的主流結構還不明朗。而HVLED使LED照明燈具設計進一步簡便和輕薄化,符合燈具發展的方向,有望成為未來LED芯片市場的重要組成部分。
新型封裝有講究
硅襯底垂直芯片采用銀作為P電極,相比藍寶石芯片采用ITO做P電極,導電性能提高10倍以上,因此具有良好的電流擴散特性,具備低電壓、高光效的特點,可以在大電流下工作。硅的導熱系數是藍寶石的5倍,良好的散熱性使硅襯底LED具有高性能和長壽命。同時,硅具備理想的熱延展性,高溫下仍可保持優良的可靠性。另外,硅襯底可以實現無損剝離,消除了基板和氮化鎵材料層的應力。其N面朝上,單面出光,無側光,發光形貌為朗伯分布,容易匹配二次光學,更適合指向性照明。
基于此,硅襯底垂直芯片在封裝時,一般采用陶瓷基板作為熱導和電性載體,可以獲得優越的熱電效應。底部鍍金適合銀漿固晶工藝,底部金錫合金適合共晶工藝。P電極與基板貼切接觸,熱阻小,可耐大電流使用。焊線少且短,性能穩定。Molding光學Lens可以選擇30度到140度之間,指向性發光特點更突出。
倒裝芯片正面無Finger線,發光面積大,亮度更高。采用銀反射鏡電極,導電率大于ITO,電流分布更均勻,可以在大電流下工作。芯片和基板用金屬AuSn合金聯接,導熱更好。無金線焊接工藝,具有更高的可靠性。
在倒裝芯片封裝時,也是選取陶瓷基板作為熱導和電性載體,可以獲得優越的熱電效應,當然也可以用金屬銅作為基板。芯片底部多為純錫或者金錫合金,適合共晶。P-N電極距離近,容易短路,工藝要求高。同時P-N電極與基板無縫連接,熱阻小,可耐大電流使用。無焊線,性能更穩定??蛇x用Molding光學Lens,也可以選擇SMD和COB封裝。
微熱管陣列解決散熱難題
相對傳統光源,LED具有長壽命、響應快、潛在高光效、體積小以及窄光譜等優點,但也正是由于其體積小、高光效的特點,使得LED仍存在應用的障礙——散熱問題。以目前的半導體制造技術,大功率LED只能將約15%的輸入功率轉化為光能,而其余85%轉化成了熱能。而散熱不良將導致芯片加速老化,嚴重減少LED的壽命。所以,LED芯片散熱問題成了當前LED技術在照明工程中應用的障礙。