在高清RGB顯示屏芯片領域，正裝、倒裝和垂直結構“三足鼎立”，其中以普通藍寶石正裝和倒裝結構較為常見，垂直結構通常是指經過襯底剝離的薄膜LED芯片，襯底剝離后邦定新的基板或者可以不邦定基板，做成垂直芯片。
對應不同間距的顯示屏，正裝、倒裝和垂直三種結構的優(yōu)劣勢各異，但無論是對比正裝結構還是倒裝結構，垂直結構在某些方面的優(yōu)勢顯而易見。
晶能光電江西總經理梁伏波
P1.25-P0.6：四大優(yōu)勢脫穎而出
晶能光電江西總經理梁伏波在2021年集邦咨詢新型顯示產業(yè)研討會現場介紹，晶能通過實驗對比了晶能的垂直5×5mil芯片與JD公司的正裝5×6mil芯片的性能。結果證明，相比正裝芯片，垂直芯片因單面發(fā)光、無側光，隨著間距的變小而產生光干擾更少，換言之，間距越小亮度損失越少。因此，垂直芯片在越小間距上的發(fā)光強度和顯示清晰度都有明顯的優(yōu)勢。
具體來看，垂直芯片呈朗勃發(fā)光形貌，出光均勻，容易配光，散熱性能好，所以顯示效果清晰；此外，垂直電極結構，電流分布更均勻，IV曲線一致性好，而水平芯片因電極在同側，有電流堵塞，光斑均勻性差。
在生產良率方面，垂直結構相比普通正裝結構能少打兩根線，器件內打線面積更充足，可有效增加設備產能，使器件由于焊線原因造成的不良率下降一個數量級。
在顯示屏應用中，“毛毛蟲”現象一直以來都是困擾廠商的主要問題，而這種現象發(fā)生的根源就是金屬遷移。
梁伏波介紹，金屬遷移與芯片的溫度、濕度、電位差和電極材料緊密相關，在更小間距的顯示屏中更容易出現。而全垂直芯片結構在解決金屬遷移方面也有著天然的優(yōu)勢。
一是垂直結構芯片正負極之間距離大于135μm，由于正負極在物理空間的距離較大，即便發(fā)生金屬離子遷移，垂直芯片燈珠壽命也能夠比水平芯片長4倍以上，極大地提高了產品的可靠性和穩(wěn)定性。
二是垂直結構的藍綠芯片表面為全惰性金屬電極Ti/Pt/Au，較難發(fā)生金屬遷移，主要性能與紅光垂直芯片一樣。
三是垂直結構芯片采用銀膠，導熱性能好，燈內溫度相對于正裝水平低很多，可以大幅度降低金屬離子遷移速度。
由此可見，相比普通正裝方案，垂直方案性能表現更佳，良率和可靠性更高。
現階段，在P1.25-P0.9應用中，盡管普通正裝方案因低價優(yōu)勢而占據主要市場，但倒裝方案和垂直方案憑借更高的性能，在高端應用領域扮演主要角色。成本方面，垂直方案的RGB一組芯片價格是倒裝方案的1/2，因此垂直結構的性價比高出一籌。
在P0.6-P0.9mm應用中，普通正裝方案受限于物理空間極限，難以保證良率，量產可能性低，倒裝和垂直芯片方案則能夠滿足要求。值得注意的是，對于封裝廠而言，選用倒裝結構方案需增加大批設備，且由于倒裝芯片的兩個焊盤極小造成錫膏焊接良率不高，而垂直芯片方案封裝工藝成熟度高，現有封裝廠設備可以通用，加上垂直芯片一組RGB的成本只有倒裝芯片一組RGB的一半，垂直方案整體的性價比亦高于倒裝方案。
因此，在性能水平相當的條件下，現階段垂直結構的性價比高于倒裝結構�？偟膩碚f，垂直芯片結構在1.25-P0.6顯示屏應用中將以四大優(yōu)勢占據一方市場。
P0.6-P0.3：兩大技術路線加持
對于P0.6-P0.3應用，晶能主打去襯底薄膜芯片技術Thin Film LED，涵蓋垂直結構和倒裝結構。Thin film LED一般指經過襯底剝離的薄膜LED芯片，襯底剝離后邦定新的基板或者可以不邦定基板做成垂直結構，稱為Vertical thin film，簡稱VTF。同時，還可以不邦定基板，做成倒裝結構，稱為thin film flip chip，簡稱TFFC。
梁伏波介紹，針對P0.6-P0.3等超小間距顯示屏的需求，晶能基于Thin Film LED技術，研發(fā)出兩種相對成熟的技術路線方案。
技術路線一：VTF/TFFC芯片+量子點紅光（QD+藍光InGaN LED）
在極小芯片尺寸下，傳統(tǒng)的AlGaInP紅光LED因其去襯底后機械性能很差，在轉移過程中極容易碎裂，很難進行后續(xù)的批量工藝生產。因此，一種解決方案就是采用印刷、噴涂、打印等技術，在GaN藍光LED表面放置量子點，獲得紅色LED。
技術路線二：RGB三色均采用InGaN LED
由于現有四元紅光去襯底后機械強度不夠，很難進行后續(xù)的工藝生產，而另一個解決方案就是RGB三色均為InGaN LED，同時實現外延、芯片制程的統(tǒng)一。據介紹，晶能已經展開在硅襯底上生長氮化鎵紅光研發(fā)，且硅基InGaN紅光LED取得了一些成績，為該技術提供可能。
值得注意的是，晶能通過對比TFFC、FC、Micro三種芯片在襯底、芯片分離、發(fā)光效率和巨量轉移等方面的優(yōu)缺點，得出一個結論：用Micro的技術路線與晶能的Mini芯片相結合，在降低技術難度的同時，可大幅降低芯片成本。這也意味著4K、8K Mini超高清顯示的LED大屏幕產品有望走進千家萬戶。
Mini LED：技術研發(fā)和專利布局并進
早在2018年下半年，晶能就開始研發(fā)Mini RGB顯示屏應用5×5mil硅襯底垂直芯片，發(fā)光區(qū)為90×90um，研究期間克服了外延芯片制程良率、ESD等難題。
梁伏波介紹，垂直Mini LED的藍綠芯片和紅光芯片有相同的芯片高度，且都是單面出光，顯示對比度、發(fā)光角度有優(yōu)異表現；同時，垂直結構的藍綠芯片可完全避免客戶端長時間使用產生的金屬離子遷移導致的屏幕黑點異；此外，得益于成熟的封裝工藝，封裝廠現有大部分設備可以無縫對接，大幅度降低封裝廠固定資產投入。
目前，晶能5×5mil硅襯底垂直芯片已于2020年7月開始正式量產，目前處于小批量出貨階段，同時繼續(xù)配合更多客戶進行產品測試和驗證。
根據規(guī)劃，晶能預計適用P1.25-P0.7間距的4×4mil硅垂直藍綠芯片將于2021年第四季度末實現量產。而2×4mil硅垂直紅藍綠芯片預計2023年第四季度末實現量產，適用于P0.6-P0.3間距，根據實際性價比，應用間距可向上至P0.7。
顯然，晶能的技術研發(fā)工作正在循序漸進地推進，而專利技術布局也盡在掌握之中。
目前，晶能已擁有超過420項全球專利，涵蓋了外延材料、芯片應用的整個產業(yè)鏈，其中，基于硅襯底的垂直結構Mini LED芯片在國內外都擁有技術專利保護�；趹�(zhàn)略客戶對硅襯底Mini LED產品的反饋，晶能接下來會考慮進一步擴產。
小結：當下，4K、8K Mini超高清顯示大屏在5G技術的驅動下勢不可擋，硅襯底垂直Mini LED芯片有機會成為一種超高性價比光源解決方案。
“是金子總會發(fā)光”，垂直芯片結構擁有高性能、高性價比、高可靠性和高良率等優(yōu)勢，立足于Mini/Micro LED顯示領域自然是毋庸置疑的。隨著以晶能為代表的廠商持續(xù)挖掘垂直結構的潛力，未來硅襯底垂直Mini LED芯片的應用觸角將不斷延伸。
