行家预测：UV LED从芯片到封装的效率提升与价格趋势

行家号 · 2019-12-27

日前，Picosun China CEO叶国光、三安光电特种应用策划部负责人Sam Wong、中微公司公司现场工艺专家李军、晶科电子项目总监陈海英、乾照光电CTO陈凯轩、圆融光电＆青岛杰生副总郑远志等行家，在《UVLED产业发展白皮书》研讨会上，针对芯片到封装UV LED效率提升及价格等问题，分享真知灼见，先后探讨了UV LED设备/外延/芯片/封装/应用等环节的技术与工艺、市场表现与价格的现状与发展趋势和策略等方面的内容。

关于UVC LED市场瓶颈与封装难点

叶国光：青岛杰生是最早做UVC LED的企业，经过这几年的发展，你们认为UVC最大的瓶颈在哪里？

郑远志：现在UVC LED的外延、封装随着参与的人越来越多，许多问题逐渐迎刃而解。当下最主要的问题还是市场教育问题。因为客户在使用深紫外时直观感受不明显，这给市场的推广带来一定的困难。因此我们前面几年投入较多的精力在客户教育工作方面。

叶国光：现在国内做白光LED封装竞争激烈，想往UV LED封装转，UV LED和白光LED有些地方不太一样，中间遇到的问题该怎么解决。

陈海英：UV LED封装其实一点都不简单，同白光LED封装相比，存在许多困难的地方。UVC LED尤甚。我们团队一直看好UVC LED的发展，未来会是一个比较大的增量市场，也因此在UVC LED方面投入比较多。封装要涉及的环节首先是热的处理和光的处理，在这方面我们把原先积累的倒装技术用上去，有很大的帮助。此外还有关于光的提升的问题，即怎样把更多的光提取出来。最后归结到多材料的配合问题，现在氮化铝陶瓷等技术都用在这个方面。

UV LED工艺路线之思

叶国光：不同波段的芯片封装工艺技术用哪个结构比较好？

Sam：首先说芯片部分，主流的360nm、385nm、390nm垂直结构比较多，310nm、320nm以下更多是倒装结构。剩下的是比较尴尬的340nm波段。韩系做垂直，日系做倒装。所以340nm还没有主流的结构。

接着说封装部分，目前工业性UV LED一般用共晶的焊接方式，消费类UV LED则多用银胶、锡膏方式。个人认为中国很多厂家具备做UV LED封装的能力，尤其是用倒装芯片做车用封装的厂家，因为国内原本做陶瓷支架的、做车用的厂家能够应付UVC LED的封装。关键的问题是有没有设备去检测、有没有渠道将产品导到市场，以及能否帮客户做配套的服务等。

陈凯轩：从技术角度来讲。针对UVA LED来说，分为高端和低端。385nm波段以及往更长波长走更多是垂直结构，垂直结构的散热、出光更好；中低端追求成本的话，正装芯片是可以用的，因为正装虽然性能上会差一些，但价格低、工艺制程比较成熟。在365nm到385nm波段，产品结构多是垂直，主要原因是无论是正装还是倒装，氮化镓这一层会吸光。用垂直结构把氮化镓剥离，吸光层去除后出光会更好一些。总而言之，从性价比考虑选择合适的结构。

针对UVC LED来说，主要分为倒装和垂直，主流虽说是倒装，但并不代表倒装最好，而是因为垂直结构目前只有LG一家能做出来。为什么UVC LED垂直结构做不出来，是因为材料是高铝组分的氮化铝，长在蓝宝石上面以后，要用激光把蓝宝石剥掉。但激光器对外延层的损伤非常大，打完以后剥掉外延层的漏电非常大。大家不太喜欢用193的激光器，但改用半导体激光器如266，波长又不够，没办法把化学键打断。可以说，各家做UVC 外延芯片厂都在想办法衬底剥掉，但没找到好方法。个人认为如果找到能够把氮化铝从蓝宝石上剥掉的好方法，垂直结构的优势会体现出来。

图注：左起Picosun China CEO叶国光、中微公司公司现场工艺专家李军、三安光电特种应用策划部负责人Sam Wong、晶科电子项目总监陈海英、乾照光电CTO陈凯轩、圆融光电＆青岛杰生副总郑远志

国产MOCVD设备与德国爱思强设备对比

叶国光：中微公司和爱思强设备有什么不一样？

李军：中微公司的高温机台基于A7做了优化和调整，有助于减少反应腔的coating物产生。先说coating物是怎么产生的？预反应和反应腔里的涡流会促使coating的产生，coating物会形成在反应腔表面和侧壁。中微高温机台通过把间距加大，尽可能的避免了coating物的产生。间距加到合适的位置可以减少TMAl和NH3的预反应，也可以尽可能少的在反应腔上产生coating。对于铝镓氮材料和铟镓氮材料，铟镓氮材料即使有coating物附着可以用吸尘器或毛刷轻轻一吸就能吸掉，铝镓氮的coating物太硬，需要用工具刮掉。中微公司的MOCVD高速旋转反应下，高铝组分的生长比较有优势。

和爱思强比，中微公司从事半导体刻蚀机已经有十五年之长的历史。我们有很强的半导体设计经验，可以保证量产机台的稳定性。此外产能比爱思强高，可以极大降低外延的生产成本；反应腔间距比爱思强高很多，可以实现长的PM周期和比较长的重复性，可靠性。

UV LED芯片和封装效率提升方法

叶国光：现在外延的量子效率在百分之六十到百分之八十之间，而芯片和封装的效率之和仅为百分之八到百分之十二。因此到了芯片和封装环节，要想增加外量子效应，在技术上、哪个环节更有可能把UV LED的光效提升一个数量级？

陈海英：芯片量子效率提升可以在源头上提升效率，封装上也应该注重运用特别的材料和更好的填充方式。当然最核心是还是希望芯片厂有突破。封装厂最主要还是从封装的填充材料和光学设计入手。

Sam：产品最终是要导入市场的，使用昂贵的材料对导入市场的帮助不大。针对石英玻璃、封装支架等材料关键需要国内先进材料的突破，原因是，例如高反射材料铝在共晶之后是否仍是高反射材料存疑，又如石英玻璃要找到键能高的材料，能透光的同时又保证耐热性。

陈凯轩：外延部分已经可以做到百分之五十到八十之间的内量子效率，再往上提升的意义不大；在芯片端出光效率很低，目前在百分之五左右，做得好一点可以提高到百分之十五；第三是在封装端，玻璃封装里面是空气，折射率太大，往里面填充硅硫后也是可以做到150mW的水平。梳理下来，外延端在结构设计上可以做重新的设计，但单纯从外延工艺上提升意义不大，在芯片端和封装端还有比较大的提升空间。

单颗大功率芯片VS多芯片集成路线选择

叶国光：在白光或蓝光封装里面有两个路线，一个是大功率，一个是多芯片，未来UV LED是大功率还是多芯片有机会？

Sam：现在争议点，因为现在电压还比较大，串并联的要求还是偏向大功率芯片比较合适设计电流。

郑远志：从目前来看，更偏向于使用多芯片，因为小芯片的侧面侧宽比例更好、外延的缺陷更少，小芯片的良率远远高于大芯片，而且产生小芯片的能力更高。但是小芯片面临着高电压和其他参数的限制，所以希望在设备和材料上有所改进。

陈海英：取决于客户能接受的价位，哪怕现在转换效率不高，但是芯片价格如果降下来，客户会有所取舍，是能够接受的。

叶国光：Overdrive对器件会有什么不好的影响吗？

Sam：外延的缺陷还是一个问题，overdrive还是有风险的，适当的overdrive还是可以接受的。我们首先会向客户了解产品的使用时间、使用条件、使用环境等情况，然后在成本方面进行平衡。

叶国光：杰生封装好的器件依照固定的电流，有没有做overdrive的调节？

郑远志：现在市面上100毫安的1010与2020是比较标准的形式，如果客户需要实际使用时需要overdrive，我们会给客户提供一个建议的最大电流。

现场提问环节 | 明年灯珠价格预测

UV LED联盟代表蔡建东：预测明年（2020年）底，UVC LED灯珠的价格会处于什么水平？

郑远志：灯珠主要采用氧化铝、氮化铝、陶瓷材料，而且支架成本的占比较高。从芯片来说在明年年底预计芯片0.1元/mW。

陈凯轩：根据Yole Development估计，市场的甜蜜点在约0.1美金/mW(即0.7元/mW)，如果再往下降，大家就都没有钱赚了。

陈海英：如果明年年底芯片做到0.1元/mW的情况下，加上封装材料，有机会做到1元//mW

Sam：虽然小功率芯片和大功率芯片用的材料一样，但小功率和大功率的芯片成本是不一样的，小功率芯片的成本比大功率芯片高。此外把价格降下来还需要其他生态链材料的配合，共同推动市场的发展。