項(xiàng)目名稱： 晶圓級(jí)LED芯片及白光光源
Wafer-level LED chip （WL-LED) and whith light source
申報(bào)單位： 寧波天炬光電科技有限公司、中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
綜合介紹或申報(bào)理由：
半導(dǎo)體照明的核心器件是LED芯片。單顆LED芯片功率的提高能夠帶來(lái)諸多優(yōu)點(diǎn)：光源光功率密度提高，簡(jiǎn)化燈具的二次光學(xué)設(shè)計(jì)；減小LED光源及燈具的體積、重量，降低光源封裝、燈具組裝成本；提高光源、燈具的可靠性。多年以來(lái)，LED學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界不斷努力研究、開(kāi)發(fā)大功率LED芯片。提高單顆LED芯片的功率必然要增加芯片的面積，就會(huì)導(dǎo)致芯片的良率降低。這一良率問(wèn)題始終是大家共同面臨的巨大挑戰(zhàn)，制約著大功率LED芯片的發(fā)展。因此，功率大于10W的LED單芯片是非常鮮見(jiàn)的。
寧波天炬光電科技有限公司與中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所合作研究開(kāi)發(fā)了晶圓級(jí)LED芯片。晶圓級(jí)LED芯片并非通常所說(shuō)的“LED晶圓級(jí)封裝”，而是在一片晶圓上先制作出許多個(gè)LED小單胞，單胞間彼此電學(xué)隔離，再通過(guò)內(nèi)部金屬互連，把這些小單胞集成為巨大的LED網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成一個(gè)超大面積、超大功率的LED芯片。通過(guò)內(nèi)部互連的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及工藝改進(jìn)，成功實(shí)現(xiàn)了2英寸GaN基晶圓級(jí)LED芯片，單芯片輸出藍(lán)光功率400W@1080W，效率約為40 %，是迄今為止世界上功率最大的LED芯片。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了晶圓級(jí)LED白光光源，單芯片光源輸出白光光通量超過(guò)9萬(wàn)流明，光效達(dá)85lm/W，也成為當(dāng)今世界上最大功率的單芯片白光LED光源。經(jīng)過(guò)多年努力，已經(jīng)形成了晶圓級(jí)LED芯片與光源的相關(guān)產(chǎn)品。
晶圓級(jí)LED的有以下突出優(yōu)點(diǎn)：1. 在千瓦級(jí)別的半導(dǎo)體光源中，發(fā)光面積最小，不到10平方厘米，使大功率LED燈具的配光更加簡(jiǎn)單，二次光學(xué)系統(tǒng)更小巧輕便；2. 高性價(jià)比，可以使封裝成本降到最低，由于芯片面積大，不再需要精密昂貴的貼片、引線設(shè)備，產(chǎn)率也大大提高；3. 燈具組裝更簡(jiǎn)單；4. 高可靠性，由于消除了傳統(tǒng)封裝中的金絲引線，光源使用中導(dǎo)致“死燈”的金絲斷線問(wèn)題也不復(fù)存在。
憑借以上優(yōu)點(diǎn)，這項(xiàng)產(chǎn)品將助推半導(dǎo)體照明在極大功率照明領(lǐng)域的普及應(yīng)用，如：探照燈、舞臺(tái)燈、體育場(chǎng)、廣場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)候機(jī)廳、停機(jī)坪、車站、碼頭等。
在晶圓級(jí)LED研發(fā)過(guò)程中，獲得了一系列原始創(chuàng)新成果：發(fā)表了9篇學(xué)術(shù)期刊論文，授權(quán)了6項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利、1項(xiàng)美國(guó)專利、1項(xiàng)日本專利，還有1項(xiàng)歐洲專利正在審查中。企業(yè)與科研院所密切合作取得的晶圓級(jí)LED原始創(chuàng)新成果，在一定程度上彌補(bǔ)了我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)界核心技術(shù)不足的短板，提振“中國(guó)創(chuàng)造”的信心。
主要技術(shù)參數(shù)：
晶圓級(jí)LED芯片：V = 200 V， I = 5 A， 光功率 = 400 W， 波長(zhǎng) = 450 nm；
晶圓級(jí)LED白光光源： V = 200 V， I = 5 A， 光通量 = 92000 lm，色溫 = 5500 K；
與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品或同類技術(shù)的比較情況：
國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)同類產(chǎn)品
技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點(diǎn)：
晶圓級(jí)LED芯片： 采用了冗余設(shè)計(jì)和電壓匹配設(shè)計(jì)，與芯片內(nèi)部集成互連結(jié)構(gòu)結(jié)合，有效提高了晶圓級(jí)LED芯片的良率。
晶圓級(jí)LED白光光源：采用插拔式電學(xué)連接，消除了金絲焊線；利用高導(dǎo)熱基板和主動(dòng)散熱，有效解決了高密度散熱。
實(shí)際運(yùn)用案例和用戶評(píng)價(jià)意見(jiàn)：
安徽省玟雍光電子有限公司用本公司提供的晶圓級(jí)LED白光光源研制的大功率探照燈，體積和重量分別降低了60%和50%，性能達(dá)到要求。
獲獎(jiǎng)、專利情況：
發(fā)表的學(xué)術(shù)論文列表：
1.Yibin Zhang, Mingdi Ding, Desheng Zhao, Hongjuan Huang, Zhenlin Miao, Peng He, Yanming Wang, Baoshun Zhang and Yong Cai, “Analysis and Modeling of Thermal-electric Coupling Effect of High Power Monolithically Integrated Light Emitting Diode”, IEEE Trans. Electron Devices, VOL. 65, NO. 2, pp564-571,Feb. 2018, Doi: 10.1109/TED.2017.2783622
2. Mingdi Ding, Yibin Zhang, Jianwei Xu, Desheng Zhao, Hongjuan Huang, Xin Xu, Zhenlin Miao, Peng He, Yanming Wang, Yongjun Dong, Baoshun Zhang and Yong Cai, “High-power single-chip GaN-based white LED light-emitting diode with 3058 lm”, IET Electronics Letters, Vol.52,NO.25，pp.2027, Dec. 2016
3. Yibin Zhang, Jianwei Xu, Mingdi Ding, Desheng Zhao, Hongjuan Huang, Guojun Lu, Zhenlin Miao, Yundong Qi, Baoshun Zhang, and Yong Cai, “Wafer-Level Light Emitting Diode (WL-LED) Chip Simplified Package for Very-High Power Solid-State Lighting (SSL) Source”, IEEE Electron Device Lett., Vol.37,No.2,pp.197-200, Feb.2016
4. W. Wang, Y. Cai, Y. B. Zhang, H. J. Huang, W. Huang, H. O. Li, B. S. Zhang and H. X. Wang, “A 3W High-Voltage Single-Chip Green Light-Emitting Diode with Multiple-Cells Network”, Journal of Nanomaterials, s, vol. 2015, Article ID 248191, 4 pages, 2015. doi:10.1155/2015/248191.
5. Y. B. Zhang, F. Xu, D. S. Zhao, H. J. Huang, W. Wang, J. W. Xu, Y. Cai , G. Y. Shi, G. J. Lu, Z. L. Miao, Y. D. Qi and B. S. Zhang, “Demonstration of Wafer-Level light emitting diode (WL-LED) with very high output power”, IET Electronics Letters, Vol.50,NO.25，pp.1970-1972, Dec. 2014
6. W. Wang, Y. Cai, H. J. Huang, W. Huang, H. O. Li, X. Lin, X. M. Zhou, and B. S. Zhang, “Single-chip InGaN Green Light-emitting diodes with 3W optical output power”, IET Electronics Letters, Vol.50,NO.6，pp.457-459,March 2014
7. Wei Wang, Yong Cai, Yibin Zhang, Hongjuan Huang, Wei Huang, Haiou Li, Baoshun Zhang, “Yield analysis of large-area high-power single-chip GaN-based light-emitting diodes with network design”, Physica Status Solidi(RRL), Vol.8, No.3, pp.260-263, 2014
8. Wang W, Cai Y, Huang W, Li HO, Zhang BS, “Electrical and Optical Properties of a High-Voltage Large Area Blue Light-Emitting Diode”, Japanese Journal of Applied Physics. 52(8), 08JG08, 2013;
9. 王瑋，蔡勇，張寶順，黃偉，李海鷗, “ICP刻蝕GaN側(cè)壁傾角的控制”, 固體電子研究與進(jìn)展；2012年03期；211-214頁(yè)。
授權(quán)專利列表：
1.具單胞失效自防護(hù)功能的多胞連接大功率光電器件，發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL200910027433.5，發(fā)明人：蔡勇。
2. 平衡熱場(chǎng)分布的超大功率光電器件, 發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL201310237619.X,王瑋，蔡勇，張寶順。
3. 大功率LED器件的綜合控制方法及系統(tǒng)，發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL201410566794.8，徐飛，蔡勇，時(shí)廣軼，張亦斌
4. 晶圓級(jí)半導(dǎo)體器件及其制備方法，發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL201410032377.5， 蔡勇，張亦斌，徐飛
5. 晶圓級(jí)半導(dǎo)體器件的插拔式電連接結(jié)構(gòu)，發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL201410175210.4，蔡勇，張亦斌，徐飛
6. 應(yīng)用于晶圓級(jí)半導(dǎo)體器件的散熱結(jié)構(gòu)，發(fā)明專利，專利號(hào)：ZL201410173907.8，蔡勇，張亦斌，徐飛
7. Wafer-Level Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof，美國(guó)專利申請(qǐng)，專利號(hào)：US9780276B2，蔡勇，張亦斌，徐飛
8. ウエハーレベル半導(dǎo)體デバイス及びその製造方法，日本專利號(hào)：特願(yuàn)２０１６－５４８０３８，蔡勇，張亦斌，徐飛
申請(qǐng)專利列表：Wafer-Level Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof，歐洲專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枺篍P15740811.3，蔡勇，張亦斌，徐飛
申報(bào)單位介紹：
寧波天炬光電科技有限公司，總部位于浙江寧波慈溪高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群區(qū)，是集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高科技LED光電企業(yè)，承接中科院蘇州納米所自主研發(fā)的芯片級(jí)大功率LED專利技術(shù)，陸續(xù)開(kāi)發(fā)出從10W到1000W針對(duì)不同LED照明應(yīng)用的單芯片大功率LED系列光源產(chǎn)品，公司獨(dú)有的單芯片大功率核心專利技術(shù)目前在此領(lǐng)域國(guó)際領(lǐng)先，并已在美國(guó)、歐盟、日本、中國(guó)申請(qǐng)了國(guó)際專利，依托核心的芯片專利結(jié)合現(xiàn)有的COB封裝技術(shù)開(kāi)發(fā)出獨(dú)有的Single-COB封裝技術(shù)（SCOB），為客戶提供更高可靠性、更小發(fā)光面積、更高光功率密度的大功率LED光源產(chǎn)品，為照明整燈生產(chǎn)企業(yè)提供了更簡(jiǎn)易、更靈活的配光解決方案，同時(shí)公司可以根據(jù)客戶提出的光源要求提供定制化的光源設(shè)計(jì)，以滿足市場(chǎng)差異化的需求。
產(chǎn)品圖片：
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