浅析COB倒装技术

自2016年以来，小间距显示屏一直为国内外显示企业的主要研发目标，COB技术虽成功引领了新一代高清LED显示的开发革命，但由于工艺技术的限制，正装COB的发光角度与打线距离，从技术路线上就局限了产品的性能发展。

目前，封装结构正在发生变革，越来越多的LED企业正在通过变革封装形式以提升企业的生产效率、缩短生产周期，降低生产成本。其中，倒装结构封装形式的优势较为明显。

2018年6月6日利亚德在互动平台上表示，公司目前主要研发COB式mini LED小间距产品，采用mini LED晶粒作为显示像素，倒装方式COB进行工艺加工，现阶段正在进行小批量试制。

倒装技术的发展及现状

倒装技术在LED领域上还是一个比较新的技术概念，但在传统IC行业中已经被广泛应用且比较成熟，如各种球栅阵列封装（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、晶片级芯片尺寸封装（WLCSP）等技术，全部采用倒装芯片技术，其优点是生产效率高、器件成本低和可靠性高。

倒装芯片技术应用于LED器件，，除了要处理好稳定可靠的电连接以外，还需要处理光的问题，包括如何让更多的光引出来，提高出光效率，以及光空间的分布等。针对传统正装LED存在的散热差、透明电极电流分布不均匀、表面电极焊盘和引线挡光以及金线导致的可靠性问题，1998年，J.J.Wierer等人制备出了1W倒装焊接结构的大功率AlGaInN-LED蓝光芯片，他们将金属化凸点的AIGalnN芯片倒装焊接在具有防静电保护二极管(ESD)的硅载体上。

2006年，O.B.Shchekin等人又报道了一种新的薄膜倒装焊接的多量子阱结构的LED（TFFC-LED）。所谓薄膜倒装LED，就是将薄膜LED与倒装LED的概念结合起来。

由于LED发展初期，所有封装支架和形式都是根据其正装或垂直结构LED芯片进行设计的，所以倒装LED芯片不得不先倒装在硅基板上，然后将芯片固定在传统的支架上，再用金线将硅基板上的电极与支架上的电极进行连接。使得封装器件内还是有金线的存在，没有利用上倒装无金线封装的优势；而且还增加了基板的成本，使得价格较高，完全没有发挥出倒装LED芯片的优势。

为此，最早于2007年有公司推出了陶瓷基倒装LED封装产品。这一类型的产品，陶瓷既作为倒装芯片的支撑基板，也作为整体封装支架，实现整封装光源的小型化。这一封装形式是先将倒装芯片焊接（Bonding）在陶瓷基板上，再进行荧光粉的涂覆，最后用铸模（Molding）的方法制作一次透镜，这一方法将LED芯片和封装工艺结合起来，降低了成本。这种结构完全消除了金线，同时散热效果明显改善，典型热阻<10℃/W，明显低于传统的K2形式的封装（典型10-20℃/W）。

随着倒装技术的进一步应用和发展，2012年开始，出现了可直接贴装倒装芯片，即我们现在说的COB倒装技术；随后几年，各个公司都开始研发和推出这一类型的倒装芯片。该芯片在结构上的变化是，将LED芯片表面的P、N两个金属焊盘几何尺寸做大，同时保证两个焊盘之间的间距足够，这样使得倒装的LED芯片能够在陶瓷基板上甚至是PCB板上直接贴片了，使40mil左右的倒装芯片焊盘尺寸能够到达贴片机的贴片精度要求，简化了芯片倒装焊接工艺，降低了整体成本。在将LED倒装在基板上后，采用激光剥离（Laser lift-off）技术将蓝宝石衬底剥离掉，然后在暴露的N型GaN层上用光刻技术做表面粗化。

倒装LED的制作过程

倒装LED芯片的制作工艺流程，总体上可以分为LED芯片制作和基板制造两条线，芯片和基板制造完成后，将LED芯片倒装焊接在基板表面上，形成倒装LED芯片。

蓝宝石衬底和GaN外延工艺技术

对于倒装芯片来说，出光面在蓝宝石的一侧，因此在外延之前，制作图形化的衬底（PSS），将有利于蓝光的出光，减少光在GaN和蓝宝石界面的反射。因此PSS的图形尺寸大小、形状和深度等都对出光效率有直接的影响。在实际开发和生产中需要针对倒装芯片的特点，对衬底图形进行优化，使出光效率*高。

在GaN外延方面，由于倒装芯片出光在蓝宝石一侧，其各层的吸光情况与正装芯片有差异，因此需要对外延的缓冲层（Buffer）、N-GaN层、多层量子阱（MQW）和P型GaN层的厚度和掺杂浓度进行调整，使之适合倒装芯片的出光要求，提高出光效率，同时适合倒装芯片制造工艺的欧姆接触的需要。

倒装LED圆片制程工艺

倒装芯片与正装芯片的圆片制作过程大致相同，都需要在外延层上进行刻蚀，露出下层的N型GaN；然后在P和N极上分别制作出欧姆接触电极，再在芯片表面制作钝化保护层，最后制作焊接用的金属焊盘，其制作流程如图下。

与正装芯片相比，倒装芯片需要制作成电极朝下的结构。这种特殊的结构，使得倒装芯片在一些工艺步骤上有特殊的需求，如欧姆接触层必须具有高反射率，使得射向芯片电极表面的光能够尽量多的反射回蓝宝石的一面，以保证良好的出光效率。

COB倒装技术优势

1、有源层更贴近基板，缩短了热源到基板的热流路径，具有较低的热阻

2、适合大电流驱动，光效更高

3、优越的可靠性，可提高产品寿命，降低产品维护成本

4、尺寸可以做到更小，光学更容易匹配。

据悉，目前市场上主流的倒装COB器件主要两种：第*种为倒装CSP芯片组合超导热铝基板或者陶瓷基板;第二种则是倒装蓝光芯片组合超导热铝基板或者陶瓷基板。前者工艺极其简化，生产效率高，但光色一致性较差;而后者光色一致性好，工艺相对成熟，易实现。尽管倒装COB技术逐渐受到行业追捧，但也有不少封装厂商出于对设备资金的投入、技术攻关、市场接受度等方面的考量，仍然保持观望态度。时下，只有中大规模的封装厂商在介入布局。

COB倒装面临的挑战

1、封装工艺的局限性。芯片有源层朝下，在芯片制备、封装的过程中，若工艺处理不当，则容易造成较大应力损伤;

2、倒装技术目前在大功率的产品上和集成封装的优势更大，在中小功率的应用上，成本竞争力还不是很强;

3、倒装对设备要求更高，设备购置成本高，工艺复杂，成品不良率也高。

当然，任何市场都需要培养，终端用户在专业度和对新产品信任感上都需要时间维度来检验。某种程度来说，倒装产品在生产工艺、制造成本、产品光效、宣传力度上仍需花费更多的精力。