當一個多月前日亞化宣佈將在今年10月份正式推出其最新的覆晶LED產品 (Flip Chip LED)時（尺寸降 亮度升 日亞化祭出覆晶LED新武器 ELEDS ），大家都有一點驚訝，原因有二。其一：Flip Chip LED首度問市是飛利浦（Philips Lumileds Lighting Company）於2007年推出的，距今已經近8年，其間已有不少廠商投入參與，包括 Samsung LED、LG Innotek、Cree、Toyoda Gosei、台灣廠商新世紀光電、晶元光電、隆達電子…等等，日亞化到現在才宣示要投入，不怕在技術及市場上落後競爭對手一大截嗎？其二：最近一、二年除了台灣廠商積極投入之外，連對岸大陸廠商（如華燦光電、德豪潤達、晶科電子、三安光電……等等）也是一頭熱的栽進來，日廠一向都不擅長低價競爭，日亞化要如何保有價格競爭優勢？

其實，如果回顧一下覆晶LED的發展歷程，就會發現日亞化選在2015年切入市場是一個很好的時間點，完全沒有所謂太晚進入市場的問題。從許多市場數據顯示，前兩年覆晶LED的應用及市場才剛開始起飛，到了2015年，市場才將步入快速成長期。如圖1所示，市調機構Yole Development的市場報告顯示，覆晶LED於2013年時占所有LED晶粒出貨量僅11%，至2014年躍升至15%；預估至2019年可大幅成長至32%占比，挑戰傳統垂直式LED晶粒之市場地位。此外，市場分析家同時預測覆晶LED的市場規模會從2013年的15億美元成長至2017年的55億美元。由此可見，覆晶LED的市場需求從今年開始會越燒越旺。

圖1. 高功率LED市占比例　
－ MESA LED vs. 垂直式LED vs. 覆晶LED

資料來源：Yole Development, 2014/10

覆晶LED好處多多　唯市場慢熱

如果與傳統打線式的正裝 (Face up) LED比較，覆晶 (亦即倒裝) LED的優點很多，包括光輸出量比傳統式多2倍左右、可以直接藉由電極／凸塊與封裝結構中的散熱結構直接接觸，大幅提升散熱效果、免除打線及導線架等製程、可以高電流驅動……等等，對業者而言，性能／價格比很高（世界材料網，2014）。

既然覆晶LED好處多多，而且早在2007年已有產品問市，為什麼市場及應用卻一直沒有真正「起來」？日本精密加工設備代理商中日精密的處長張瑞明認為，大部分廠商都會選擇依循主流路線，當99%廠商都是採用傳統Face up的時候，就不會特別去做跟別人不一樣東西，除非是有特殊的應用或需求起來。

中日精密代理日本DISCO的LED切割設備已有很長一段時間，對LED的產業發展也有很深入的觀察。對於最近這一、二年覆晶LED的快速發展、大量業者投入，張瑞明認為是市場需求使然：「業者應該是看到目前正裝的產品已走到盡頭，就是說在亮度部份已到達極限。但問題是整個市場對LED的要求依然是更亮、更便宜；要求的是Lumen／dollar的提升；亦即是一樣的價格，但性能表現要更亮。從整個產業現在的情況看起來，覆晶LED應該是唯一的出路。」

通常決定LED的亮度可以分2個階段：一個階段是在做成一顆一顆晶粒的時候，亮度會有多少？另一個階段則是在封裝之後，亮度會有多少？張瑞明提到的「亮度已到達極限」是指在晶粒階段出來的亮度已經逼近飽和，亮度的提升大幅趨緩，跟前幾年提升的速度差很多。

然而，就下游LED封裝廠而言，一定會要求晶粒廠以同樣的價格提供他們亮度更高的晶粒，即性能價格比要不斷提升。在這種情況下，晶粒廠便會開始檢視現有的幾種封裝方式，應用最多的就是MESA，再來就是Vertical (垂直) ，接下來就是Flip Chip (覆晶)(如圖1所示)；如果從成本及性能表現整個看起來，在其他封裝方式已經到了瓶頸的情況下，覆晶便成了唯一的出路。

張瑞明指出，覆晶LED比較明顯的缺點是成本較傳統正裝LED要高，最主要的原因是覆晶的產量還沒達到經濟規模，價格自然居高不下。晶粒廠的客戶就是下游LED封裝廠，當下游封裝廠不買單，生產成本又比傳統正裝LED高的時候，晶粒廠當然不會主動去推廣。然而，廠商最終也是要找性能價格比更好的解決方案，晶粒廠也知道這是唯一的出路，所以無可避免的都會相繼投入。

除了因為量不大而使得生產成本居高不下外，覆晶LED的製程比傳統正裝LED更為複雜，所需要的光罩也比較多，這些都反映在生產成本上。不過，張瑞明指出生產設備基本上有8、9成是可以與正裝LED製程共用的，像最貴的機台MOCVD，基本上可以使用同一台。

晶粒廠的競爭

LED產業與半導體產業的產業結構很不一樣，半導體產業是前段門檻高（如晶圓製造），但也比較賺錢；而LED則是前段技術門檻高，但卻不太賺錢，賺錢的是後段LED封裝廠。如果拿上市的LED晶粒大廠及LED封裝大廠的EPS來比一比，就會一目了然，這是一個很不正常的生態。因此韓國Samsung也決定要專注在後段LED封裝，把生產晶粒的訂單都丟到海外去，自己只保留3成左右的產能。  

張瑞明表示晶粒廠本來沒有那麼競爭，但自從大陸的晶粒廠投入生產之後，市場的競爭就很激烈，像大陸最大光電廠三安光電所產出的晶粒數量就非常龐大，可以以量制價，搶攻市場。另外，因為大陸廠商有政府補助，所以財報都很好看，特別是他們會把政府補助款當成是他們營收。

張瑞明認為覆晶LED的熱潮會持續下去，除了目前看到台灣幾家廠商如晶元、隆達….等等，出貨量都在持續上升外，大陸廠商像晶科電子、德豪潤達等，產能也都相繼開出，表示下游廠商接受度不低。但覆晶LED在技術仍有一些地方需要克服，如漏電的問題就是其中之一。

圖2. 使用LEP的覆晶LED結構 (下圖) 與傳統打線式製程 (上圖)相比，有3大優勢。左圖為中日精密的處長張瑞明。

資料來源：中日精密

Underfill的重要

為了讓改強化覆晶LED的效能，在剛過去的LED Taiwan 2015展會中，不少廠商都提供了不同的解決方案，像中日精密介紹了Dexerials的異方性導電接著劑「LEP系列」。

張瑞明表示：「Flip chip bonding方式有先天上的缺憾，其中一個最明顯的缺憾就是他的N/P Pad是分開的，到目前為止所有bonding在結束之後都會有一個洞留在N/P Pad中間，這個在先天上就是一個不好的結構，我們所提供的解決方案是LEP (LED Paste )，就是於bonding時將膠放在N/P pad的中間，然後再做一次性壓合的動作，就可以把洞填滿。這個把洞填滿的動作稱之為Underfill，這個Underfill的動作可以強化原本Flip Chip bonding的結構。

圖3. 異方性導電接著劑「LEP」的使用方式
 
資料來源：中日精密

張瑞明指出目前覆晶LED的良率約為80%，主要是先天結構缺憾加上材料選擇的限制。「如果不處理這個在Pad上的洞，就會引發一些良率上的問題。由於中間的孔洞高度大約為8-10 Micro，但長度是一顆晶粒的長度，有可能是1mm，所以這是一個非常小但非常狹長的洞，要做填滿的動作是非常困難的。」據了解，目前只有Philips的覆晶產品有做underfill的動作，表示Philips也知道這是很重要的問題，而且，Philips甚至自己開發自用的underfill材料。

熱門應用：手機Flash、LCD TV背光

目前許多晶粒廠的覆晶LED產品已開始大量出貨，其中手機的Flash閃光燈及LCD TV的背光是兩大熱門應用。像晶元光電在LED Taiwan 2015展會中所推出的Pad Extension Chip (PEC)覆晶 LED解決方案，就是提供給這2種應用。

針對覆晶LED的市場發展，晶元光電的工程師胡偉強認為，一般從設備建置到運轉再到汰換大概要5年的時間，之前因為廠商已經大量建置了正裝晶片的機台設備，所以不會那麼快投入倒裝晶片的使用，等到成本攤提完之後，才會願意投入。目前已陸續有廠商投入覆晶的市場，主要是因為有其利基點存在，像最重要的是可以有更大的操作電流，如果終端產品尺寸有限制的話，利基點就會更突顯出來。除了以上所提之外，胡偉強指出覆晶LED還有一個優勢就是光角度的設計，因為當光源越集中時，便越好去進行光學設計。

圖4. PEC覆晶LED解決方案是晶元光電在今年LED Taiwan展會中主推的項目之一

手機的Flash閃光燈及LCD TV的背光無疑是覆晶LED目前最適合的應用，胡偉強表示像一般球泡燈的市場就比較不好進入。因為只是一般消費電子產品，要求就不會那麼高，通常消費者都會選擇較便宜的，但現在覆晶LED的製造成本相對高一些，因此不適合價格低廉的消費電子產品。胡偉強認為目前在市場推覆晶LED最大的問題有二，一個是價格，另一個則是設備的部分。像SMT的機型要性能更好，貼片的精度要更好，如果看不到很大的市場，廠商是不會願意去投資的。「目前像LCD TV背光跟手機Flash的市場就比較好，因為設備本身有空間限制。」

覆晶LED相關專利數據參考

對任何產業而言，專利佈局均不容忽視，特別是覆晶LED的製程技術尚在發展中，仍未算完全成熟的技術，用專利來卡位更顯重要。以下圖5~圖12列出覆晶LED領域於美國、中國及台灣3地之專利數據供讀者參考。在審視相關數據之前，有幾點需要先說明：

(1) 由於Flip Chip技術最早是用在半導體領域，因此，如果在搜尋美國專利時以「Flip Chip LED」作為關鍵詞，會跑出2萬多件專利，但事實上有超過7成是屬於半導體領域的製程專利，頭號大戶就是IBM。為了避免嚴重誤差，因此把搜索範圍限制於IPC國際專利分類「H01L 33/00」，以更精準搜出相關資訊。

(2) 有一些前16大的專利權人在圖表上的名字會出現不只一次，像圖8中的「晶科電子 (廣州) 有限公司」便出現了2次，主要是因為專利權人在登記時名字寫法不一樣所造成。如果仔細看，就會發現晶科電子在（廣州）2個字的括號前後，有一個名字是有空半格，有一個是沒有空格的，在這樣情況下，搜索系統便會判別為2家不同的公司。

覆晶LED技術的專利佈局最早出現是1996年申請的美國專利，接下來台灣專利於2002年首次有相關申請案，而中國專利則是到了2004年才有相關申請案出現。截止2015年4月8日統計日為止，以圖表下方註明之搜尋條件檢索出來覆晶LED專利數為美國專利5,052件、中國專利226件、台灣專利128件。在3國專利中，居首位的分別為LG Innotek (美國專利)、晶科電子 (中國專利)、飛利浦電子 (台灣專利)。而台灣的晶元光電 (Epistar)在覆晶LED領域的美國專利也有近80件，是在3國覆晶LED專利領域中唯一上榜的台灣廠商。

圖5. 覆晶LED美國專利之專利權人之專利數量分析

資料來源：Patentcloud，2015/04/08
搜尋條件：關鍵字「Flip Chip」＋ IPC國際專利分類「H01L 33/00」　

圖6. 覆晶LED美國專利之申請年度-專利數量分析

資料來源：Patentcloud，2015/04/08
搜尋條件：關鍵字「Flip Chip」＋ IPC國際專利分類「H01L 33/00」　

圖7. 覆晶LED美國專利公開年度-專利數量分析

資料來源：Patentcloud，2015/04/08
搜尋條件：關鍵字「Flip Chip」＋ IPC國際專利分類「H01L 33/00」　

圖8. 覆晶LED中國專利之專利權人之專利數量分析

資料來源：Patentcloud，2015/04/08，搜尋關鍵字：倒裝LED芯片

圖9. 覆晶LED中國專利之申請年度-專利數量分析

資料來源：Patentcloud，2015/04/08，搜尋關鍵字：倒裝LED芯片

圖10. 覆晶LED中國專利之公開年度-專利數量(左) 及國際分類號之專利數量分析 (右)

資料來源：Patentcloud，2015/04/08，搜尋關鍵字：倒裝LED芯片

圖11. 覆晶LED台灣專利之專利權人之專利數量分析

資料來源：Patentcloud，2015/04/08，搜尋關鍵字：覆晶LED

圖 12. 覆晶LED台灣專利之申請年度-專利數量分析  

資料來源：Patentcloud，2015/04/08，搜尋關鍵字：覆晶LED

圖13. 圖9. 覆晶LED台灣專利之公開年度-專利數量(左) 及國際分類號之專利數量分析

資料來源：Patentcloud，2015/04/08，搜尋關鍵字：覆晶LED

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