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摩尔规律已死 倒装技能燃起海兹规律的曙光
来源:未知 作者:admin 发布时间:2018-08-13 01:42 浏览量:

  摩尔规律已死 倒装技能燃起海兹规律的曙光

  2015年是LED工业很低落的一年,尤其是中上游,阅历了产能过剩,芯片与灯珠一个月一个价,跌跌不休让芯片与灯珠的议价简直是一个很苦楚的进程,信任许多从事LED技能的人跟我相同有一种不如归去的感觉,所以我封笔一年进行无言的反对!

  上一年的秋天,当我在日本福冈参与2015年WUPP for wide bandgap Semiconductors论坛与2014年诺贝尔物理奖得主天野浩教授沟通之后,我对这个职业又燃起了一线曙光,这也是我今天在封笔一年之后给咱们的一个2016新年献礼。

  

摩尔规则已死 倒装技能燃起海兹规则的曙光

  

2015年8月的WUPP会议

  大学或研究所的时分,假如是电子或半导体科系的学生必定会修固体物理或半导体物理,咱们知道IC有摩尔规则,可是由于课程的编列,在化合物半导体这部分比较少着墨,所以很少人知道在化合物半导体里边的光电范畴有一个LED海兹规则。

  先看看IC的摩尔规则:

  集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一倍,微处理器的功能每隔18个月进步一倍,或价格下降一半。

  如下图所示:这个规则在2010年20纳米制程之后就有一点欲振乏力了,摩尔规则遭受了一个严格的检测,科学家与半导体工程师都费尽心机延伸摩尔规则,在半导体技能上寻求打破?

  

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微观的摩尔规则

  

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巨观的摩尔规则

  

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效能与速度的摩尔规则

  关键时刻总是会有一个英豪来解救,美国加州大学伯克利分校出色讲座教授胡正明教授就是半导体职业的救星,他创造晰一种FinFET技能,能够将半导体制程线宽缩小到10纳米到12纳米的制程(栅极的线宽越窄,处理器的作业速率越快)。

  具体技能细节请看下图所示,当他人费尽心机运用曝光技能缩小线宽极限的时分,他首要处理晶体做薄后漏电的问题,反其道而行的向上开展,晶片内构从水平变成笔直。

  这个技能不光延伸了摩尔规则,也让咱们人类在这个电子资讯年代日子更方便更便当。

  

摩尔规则已死 倒装技能燃起海兹规则的曙光

  

FinFET技能示意图

  回到咱们的LED主题-海兹规则:

  LED的价格每10年将为本来的1/10,输出流明则添加20倍,如下图所示。

  这个规则到现在看似白璧无瑕,可是是以献身咱们LED技能作业的成就来完结的,由于我国大陆张狂的扩产,2015年对化合物半导体与LED技能身世的我是绝望的,由于上游产能过剩,同质化竞赛导致咱们都不计本钱的杀价。

  等待商场供需平衡的一天,LED失掉了方向,回望曩昔,或许LED还没有走到死胡同,现在让我为一切从前尽力奉献LED工作的技能者,看看咱们怎么改动与翻转这个职业:

  

摩尔规则已死 倒装技能燃起海兹规则的曙光

  

海兹规则

  1993年中村修二博士创造第一颗商业化蓝光LED之后,LED开端进入全彩年代,可是其时的LED价格高,亮度不亮,所以运用有限,通过七年的探索, 这个职业渐渐转移到我国人手上。

  如下图所示,2000年到2008年,LED进入第一个黄金时期,初期是由美国亮锐Luminled公司倒装技能与台湾的正装技能的竞赛,终究由于激光切开的技能与ITO通明导电层技能的导入,正装技能大获全胜,LED进入背光年代。

  

摩尔规则已死 倒装技能燃起海兹规则的曙光

  2008年到2014年,是一个接力赛,LED重心由台湾渐渐转移到我国大陆,一系列的技能都由台湾工程师带到大陆,图形衬底PSS技能,半导体的自动化设备导入,溅镀通明导电层(sputter ITO),外延结构的优化与外延本钱的大幅下降(尤其是美国Veeco MOCVD设备的导入,让台湾工程师失掉价值,当然也下降了大陆老板的人事与技能投入本钱)以及反射电极结构的优化等等,台湾与大陆由分工联系变成竞赛联系。

  而比较IC在2010年遇到的窘境,有胡正明教授技能的打破让IC职业保持有序与健康的竞赛。

  2105年对LED来说可能是最低落的一年,由于欧美日韩台湾的企业由于我国大陆非理性的杀价竞赛,成果对LED工业发生了不如归去之感,他们对LED技能的出资简直是沧海一粟,许多企业简直都要脱手抛弃这个鸡肋,所以自从2014年科锐宣告303流明瓦的技能发布之后,欧美日韩台湾企业就很罕见声响了,相对的,我国大陆的企业就活泼多了,我国大陆的企业在2015年对海兹规则的奉献是以献身赢利为意图来延伸的,并不是像IC职业技能对职业的主导与奉献。

  LED芯片技能的增加没有对海兹规则有多大的奉献,假如有奉献的话大约只要我国封装业的蚂蚁雄兵了。

  我国大陆的封装职业在技能上投入不多,可是在本钱上能够说花了很大的力气,硅胶国产化导致胶水本钱的急速下降,斗胆的老板不论LED寿数好不好用大电流over drive驱动灯珠大幅度下降本钱,让LED器材的电流密度进步三倍(这也导致了芯片更过剩),合金线,镀钯铜线的运用让本钱又下降了必定的份额,我国大陆有几家闻名公司,为了打破正装极限?进料查验规范以电流与面积比来测验,10mil*30mil面积的芯片测验电流300毫安,假如电压大于3.4伏特就是不合格,这样的要求正装芯片是很难到达的,它需求献身外延的结构导致缺点会更严峻,所以这些公司的灯珠价格越卖越烂,终究只能用产值来保持她的位置。

  我终究总结2008年到2014年的规则:

  欧美日韩台湾是以技能进步来遵从海兹规则,我国大陆是以本钱下降来奉献,可是2015年遇到了很大的瓶颈,欧美简直不想玩了,台湾与韩国也跟进,我国大陆以献身赢利,献身功能,献身寿数非理性杀价竞赛来问候海兹先生的巨大规则。

  到了这个时分,咱们现已没招数了,所以又开端搞一些巨大上的称号了,LED的技能道路又再次被提起,倒装,硅衬底,氧化锌,CSP,氮化镓同质衬底?乃至激光与OLED都呈现了。

  尽管声响那么多,可是2015年最干流的声响仍是倒装,这是LED工业链上中下游可贵有的一致,咱们也都看好2016年是倒装技能理性推迟海兹规则的一年,真的是这样吗?

  正装与倒装的结构比较如下图所示,由直观来看,咱们能够得到一个简略的定论:倒装外表上看似比正装优胜,事实上也是如此:

  在光萃取功率上看,由于正装的发光面与电极是在同一个面,电极与焊线会遮挡部分发光面积,而倒装结构电极与发光不是同一个面,因而相同尺度的芯片倒装的亮度会比正装亮度高。

  在器材的连接安稳度上来看,正装结构需求做焊线制程,电极金属与金线连接界面,金线弧线的应力,在热膨胀系数与金属间隔很大的硅胶或绝缘胶包覆下,在冷热冲击或苛刻环境之下,会导致断线或虚焊拔电极的隐忧。

  尤其是最近许多厂家为了下降本钱,运用合金线或铜线,更加重了正装器材的不安稳性,倒装器材由所以芯片电极与基板线路直接贴合,器材的安稳性会更好,尤其是在苛刻的环境检测之下。

  在热传导功率上,正装的发光层间隔封装热沉基板太远,除了导热系数不是很好的120微米厚蓝宝石外,还有10~20微米导热系数很低的固晶胶,因而正装器材在大电流密度驱动时会有很大的光衰减。

  倒装结构刚好处理了这个问题,发光层间隔热沉基板只要几个微米的间隔,芯片电极与基板线路以高导热资料连接,热阻会比正装结构低90%以上,因而倒装结构在大电流密度驱动下,光衰十分小。

  

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正装器材结构与倒装器材结构比较图

  许多人提CSP,由于CSP也是倒装技能的一种,就是取一个洋气的姓名来炒炒概念,所以我把CSP作为倒装的一个运用产品,不再具体解说。

  由最近的调查,量产的倒装技能现在就两条道路:锡膏回流焊技能与共金技能。

  对低端与中小功率而言,锡膏回流焊技能是干流,对大功率技能而言,共金是干流,可是他们都各自有很大的缺点,导致到现在为止,这两个技能雷声大可是雨点也不大,跟正装技能竞赛仍是爱莫能助。

  锡膏回流焊技能设备出资相对较少,可是锡膏熔点低会衍生出许多意想不到的问题,首要由于锡膏固晶熔点低,锡膏很简略发生相似封装工艺的爬胶问题,所以对芯片的绝缘层要求很高,这导致了锡膏回流焊制程需求很杂乱的芯片工艺制程。

  如下图所示,芯片制程需求做很深的刻蚀,金属电极最好运用较厚的金锡合金,终究还需求将刻蚀的外表镀上很厚的绝缘层例如二氧化硅SiO2等薄膜。

  这需求芯片厂出资很大的一笔钱购买设备,而工艺的杂乱性导致这样的倒装芯片良率比较低,所以芯片价格会比正装芯片高出不少的份额。

  而在封装端的工艺,除了芯片过宽的中心沟槽会导致在固晶时顶针砸破绝缘层导致漏电,锡膏熔点低简略爬胶导致器材短路,二次回流焊制程会让锡膏爬入芯片的缺点,导致许多这样的倒装器材不适合后续拼装灯具的高温制程,只能运用在低端产品跟正装的贴片器材或COB器材拼价格,终究进入低端杀价的死胡同。

  

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锡膏回流焊运用的芯片剖面图,工艺的确有必定的杂乱性

  共金制程现已开展了十几年了,一直不是LED封装的技能干流,其原因主要是宝贵的共金设备出资,可是昂扬的设备出资却只能有很低的产出,基板与芯片都需求很厚的金锡宝贵金属导致本钱更是居高不下,由于共金器材有很高的可靠性,前期路灯用的灯珠必定要用这样的制程,尊龙d88.com,可是运用在其他产品,性价比太低简直没有竞赛力。

  如下图所示,共金制程简直只能用在最高端的大功率器材上。

  

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大功率倒装共金制程器材

  回想2015年,我开端不是很看好前述的倒装制程能够打败现在的正装器材,除了价格降价再降价,海兹规则看来现已快要终结了。

  也是在2015年秋天,我有幸与2014年诺贝尔物理奖得主天野浩教授请教这方面的困扰,他介绍了东京工业大学的本庄慶司教授给我知道。

  本庄教授运用IC封装运用的异向导电胶资料,创造晰一种高导热与导电性很好的特别固晶胶水,它就是运用於LED倒装封装用的异向导电胶LEP,这种胶水连接封装基板与芯片电极后,能够到达笔直方向导电,横向绝缘的作用,原理如下图所示。

  并且导热与导电作用十分杰出,LEP异向导电胶封装制程比较锡膏回流焊与共金制程显得十分精约,简略就是美,不光倒装芯片工艺简略了,封装制程也简略了,倒装芯片良率上来了,封装的良率也大大进步,这样的倒装器材能够在高端与低端商场打败一切正装器材!

  我好像由两位教授那里看到了运用这样的倒装技能打破海兹规则停滞不前的曙光,给了我对LED这个职业的期望,也给广阔的技能作业者找到了一个十分好的出路。

  

摩尔规则已死 倒装技能燃起海兹规则的曙光

  

天野浩教授(右二),LEP创造人本庄庆司教授(左一),中日秘要科技邱总(左三)与笔者(右一)在日本福冈的WUPP会议

  

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异向导电胶LEP倒装封装示意图

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