張 濤,范廣涵，許毅欽，賀龍飛，喻曉鵬，熊建勇

(華南師范大學(xué)光電子材料與技術(shù)研究所，廣東省微納光子功能材料與器件實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510631)

引言

LED封裝技術(shù)屬于LED制造流程的后段。LED在制作完成了高亮度GaN管芯之后，還需經(jīng)磨片、拋光、劃片、裂片、焊接、涂敷熒光材料及填充樹(shù)脂等后步封裝工藝，才能得到具有良好光學(xué)、熱學(xué)和可靠性的LED器件和模塊。

LED封裝技術(shù)可按兩大類(lèi)別進(jìn)行細(xì)分，分別為封裝工藝與結(jié)構(gòu)、封裝原材料。封裝工藝與結(jié)構(gòu)如圖1所示；封裝原材料如圖2所示。

圖1 封裝工藝與結(jié)構(gòu)Fig.1 Packaging process and structures

圖2 封裝原材料Fig.2 Packaging materials

本文按上述兩種類(lèi)別對(duì)LED封裝技術(shù)專(zhuān)利進(jìn)行分析，并深入分析兩種LED封裝重點(diǎn)技術(shù)專(zhuān)利和一種核心技術(shù)專(zhuān)利。

本次檢索工作基于以下兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：廣東省專(zhuān)利信息服務(wù)平臺(tái)的國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局全領(lǐng)域代碼化專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)和THOMSON的DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，全球?qū)＠麛?shù)據(jù)檢索基于THOMSON中Patent Search模塊，核心專(zhuān)利分析基于THOMSON中Citation Map模塊，中國(guó)專(zhuān)利數(shù)據(jù)檢索基于廣東省專(zhuān)利信息分析系統(tǒng)中的廣東局資源站點(diǎn)平臺(tái)。

本文全球?qū)＠暾?qǐng)檢索時(shí)間：1960年1月1日到2011年12月31日，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)檢索時(shí)間：1985年1月1日至2011年12月31日。

1 LED封裝技術(shù)專(zhuān)利態(tài)勢(shì)分析

1.1 全球、中國(guó)LED封裝專(zhuān)利申請(qǐng)統(tǒng)計(jì)表

表1 LED封裝專(zhuān)利申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)表 單位：件Table 1 A statistics table of LED packaging patent application

1.2 LED封裝技術(shù)原創(chuàng)國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)分析

如圖3所示，中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)各主要技術(shù)原創(chuàng)國(guó)關(guān)于LED封裝技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)于1991年前后陸續(xù)開(kāi)始，在隨后20年里，涉及到LED封裝的專(zhuān)利申請(qǐng)量一直保持增長(zhǎng)勢(shì)頭。

日本從1995年開(kāi)始，就已經(jīng)呈現(xiàn)出比其他國(guó)家明顯的優(yōu)勢(shì)，并且一直持續(xù)上升，在2005年左右申請(qǐng)量達(dá)到了高峰，技術(shù)已趨于成熟；美國(guó)在2005—2007年期間申請(qǐng)量陡增，這可能與美國(guó)的SSL計(jì)劃為核心的一系列LED產(chǎn)業(yè)政策密不可分；2004年起，中國(guó)開(kāi)始重視LED封裝技術(shù)，增長(zhǎng)速度明顯快于其他國(guó)家，專(zhuān)利申請(qǐng)量位居第一。

圖3 LED封裝技術(shù)原創(chuàng)國(guó)歷年專(zhuān)利申請(qǐng)量分布(不含同族專(zhuān)利數(shù)據(jù))Fig.3 Distribution of LED packaging technology patent applications throughout the years for the original countries (excluding kin patent data)

2 LED封裝技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)技術(shù)

2.1 研究熱點(diǎn)

從表2可以看到，在全球范圍內(nèi)的LED封裝技術(shù)中，申請(qǐng)量靠前的IPC分類(lèi)領(lǐng)域?yàn)镠01L(適用于光發(fā)射半導(dǎo)體器件及其部件的制作方法、固體器件等)、C09K(含有機(jī)發(fā)光材料、含無(wú)機(jī)發(fā)光材料、含稀土金屬等)、H01J(電極的、磁控裝置的、屏的零部件及其設(shè)置或間隔，通用于兩種以上基本類(lèi)型的放電管或燈的零部件等)、F21V(照明裝置內(nèi)或上面電路元件的設(shè)置、 冷卻或加熱裝置、光源或燈架的固定等)，其內(nèi)容主要涉及LED封裝的原材料和封裝工藝與結(jié)構(gòu)等方面，由于上述對(duì)于LED的質(zhì)量和性能有著重要影響，因此在以后的研究中也應(yīng)作為重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

表2 各原創(chuàng)技術(shù)國(guó)和廣東省的IPC構(gòu)成對(duì)照表(不含同族數(shù)據(jù))Table 2 The IPC composition table of the original countries and the Guangdong province (excluding kin data)

對(duì)中國(guó)、日本、美國(guó)和韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的IPC分布情況分析中可以得出：各國(guó)對(duì)于上述四個(gè)領(lǐng)域的側(cè)重稍有不同，日本、美國(guó)和韓國(guó)的申請(qǐng)量在H01L領(lǐng)域最多，其次是C09K領(lǐng)域；中國(guó)的申請(qǐng)量在H01L領(lǐng)域最多，其次是F21V領(lǐng)域，值得注意的是中國(guó)在H01L和C09K兩個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域的研究總量?jī)H為34%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他國(guó)家?？梢?jiàn)，中國(guó)在該項(xiàng)技術(shù)上的研究重點(diǎn)還相對(duì)分散，不夠集中，尤其是C09K領(lǐng)域，各國(guó)在該領(lǐng)域的涉及均不低于8%，而中國(guó)僅為5%，研發(fā)關(guān)注度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他各國(guó)水平。目前而言，研制優(yōu)質(zhì)的散熱、熒光粉等原材料是LED發(fā)展的關(guān)鍵，因此C09K涉及到LED封裝中的重點(diǎn)技術(shù)，對(duì)LED封裝的發(fā)展有重要影響。

表3 國(guó)際重點(diǎn)企業(yè)的IPC構(gòu)成對(duì)照表(不含同族專(zhuān)利數(shù)據(jù))Table 3 The IPC composition table of the key enterprises in the world (excluding kin patent data)

如表3所示，各申請(qǐng)人在技術(shù)上的研究方向有如下特點(diǎn)：(1)四位申請(qǐng)人的專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在H01L領(lǐng)域；(2)韓國(guó)的兩家公司三星和LG的研究領(lǐng)域相對(duì)集中，僅H01L和C09K兩個(gè)領(lǐng)域就占據(jù)了80%以上，而松下公司的研究方向相對(duì)廣泛，在各技術(shù)分支上的分布相對(duì)均衡；(3)新加坡晶圓代工業(yè)者公司在F21V領(lǐng)域的研究比重較大。

由于上述企業(yè)可能會(huì)影響該領(lǐng)域的研發(fā)方向和技術(shù)更新，因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)其應(yīng)保持高度關(guān)注。

2.2 重點(diǎn)技術(shù)

2.2.1 表面貼片式封裝(以下簡(jiǎn)稱(chēng)SMD)

本文共檢索到全球SMD相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)1278件(去相同專(zhuān)利號(hào))。其中日本專(zhuān)利申請(qǐng)341件，數(shù)量占全部SMD封裝專(zhuān)利申請(qǐng)的26.68%，緊跟其后是美國(guó)，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量是293件，占總量的22.93%，排在第三位的是中國(guó)，占總量的14.95%。通過(guò)分析表面貼片式封裝SMD專(zhuān)利持有人的專(zhuān)利數(shù)量排名可以知，排名第一的是日本日亞公司，其專(zhuān)利申請(qǐng)量為55件，占總量的8.65%，其次是德國(guó)歐司朗，申請(qǐng)量為52件，占總量的8.18%。從專(zhuān)利IPC分類(lèi)來(lái)看，SMD封裝技術(shù)專(zhuān)利主要集中在H01L003300。

HEWLETT PACKARD公司于1999年申請(qǐng)的專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)朥S1998144744A)先后被引證了321次，該專(zhuān)利公開(kāi)了多層熒光粉的SMD封裝結(jié)構(gòu)，第一次把芯片與熒光粉層隔開(kāi)，且能保證發(fā)出穩(wěn)定均勻的白光。CITIZEN ELECTRONICS公司于2000年申請(qǐng)的專(zhuān)利US2000654262A公開(kāi)了一種SMD封裝結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)表面含有紫外吸收材料，能有效防止外部紫外光對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂透鏡老化作用，該專(zhuān)利被引用了114次。SIEMENS公司申請(qǐng)的專(zhuān)利US1988144370A公開(kāi)了LED表面貼裝的標(biāo)準(zhǔn)化部件，此專(zhuān)利被先后被引用了111次。另外，SOLIDLITE CORP申請(qǐng)的專(zhuān)利US2001973777A，該專(zhuān)利公開(kāi)了一種含有硅片和金屬鍍層的SMD封裝。

本文共檢索到國(guó)內(nèi)SMD封裝技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)255件，其中發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)83件，占總數(shù)的32.5%；實(shí)用新型172件，占總數(shù)的67.5%。國(guó)內(nèi)SMD封裝專(zhuān)利的IPC分類(lèi)主要集中在以下三個(gè)主題：(1) 適用于光發(fā)射半導(dǎo)體器件及其部件的制作方法、固體器件等(H01L003300)；(2) 照明裝置的系統(tǒng)(F21S200)；(3) 準(zhǔn)備固定安裝的的裝置(F21S8/00)。

2.2.2 倒裝封裝重點(diǎn)專(zhuān)利技術(shù)分析

本文共檢索到全球倒裝封裝專(zhuān)利申請(qǐng)1278件(去相同專(zhuān)利號(hào))。它是目前LED發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，美國(guó)是這一技術(shù)全球研究活動(dòng)最活躍的國(guó)家，也是相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量最多的國(guó)家，全球約28%的上述領(lǐng)域?qū)＠麨槊绹?guó)申請(qǐng)，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量為223件；排在第二的是日本，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量為152件，占全球總申請(qǐng)量的19.41%。排在三四位的分別是中國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，分別占全球總申請(qǐng)量的14.56%和13.03%。從專(zhuān)利持有人的角度來(lái)看，三星是擁有倒裝封裝技術(shù)最多的公司，第二位是荷蘭飛利浦，第三位是美國(guó)科銳，第四是日本豐田合成。

通過(guò)分析倒裝封裝技術(shù)專(zhuān)利的被引用次數(shù)情況，被引用數(shù)量排前十的專(zhuān)利均是由美國(guó)申請(qǐng)人申請(qǐng)，其中被引用次數(shù)最多的是2000年美國(guó)通用公司申請(qǐng)的專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)枺篣S2002146550A)，該專(zhuān)利介紹了一種通過(guò)使用倒裝封裝的方法增加光提取效率；專(zhuān)利被引用數(shù)量排第二的是2002年美國(guó)Peregrine Semiconductor Corporation申請(qǐng)的專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)枺篣S2004990208A)，該專(zhuān)利介紹了一種倒裝封裝的光電集成系統(tǒng)；排名第三的是美國(guó)摩托羅拉公司于1996年申請(qǐng)的專(zhuān)利US1996588470A，介紹了一種LED顯示屏倒裝的封裝與制造方法。

倒裝封裝技術(shù)的專(zhuān)利持有人均是全球LED知名企業(yè)，可見(jiàn)倒裝封裝技術(shù)備受關(guān)注。從技術(shù)上分析，通過(guò)采用倒裝封裝技術(shù)，可以增加LED的光萃取效率，有效緩解高注入電流密度下的產(chǎn)生的散熱問(wèn)題等，該技術(shù)是LED封裝的重要發(fā)展方向之一。國(guó)內(nèi)擁有倒裝封裝技術(shù)專(zhuān)利數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的是廣州晶科電子和廣州南科。

垂直結(jié)構(gòu)也是目前正在研發(fā)中的新型LED結(jié)構(gòu)；在封裝環(huán)節(jié)也將產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)；但是專(zhuān)門(mén)涉及的專(zhuān)利量還不算多，所以這里沒(méi)有列為“重點(diǎn)技術(shù)”加以分析。

3 核心技術(shù)專(zhuān)利分析及預(yù)警

本課題組在封裝技術(shù)中選擇了最為核心的部分——散熱，對(duì)其深入分析。在專(zhuān)利分析過(guò)程中，根據(jù)各相關(guān)專(zhuān)利文獻(xiàn)的被引用情況、同族專(zhuān)利數(shù)量、權(quán)利要求項(xiàng)數(shù)量以及申請(qǐng)人等情況進(jìn)行科學(xué)排序，挑選出全球?qū)＠?200篇和廣東省前600篇專(zhuān)利文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀、討論和篩選。經(jīng)多次重復(fù)篩選、對(duì)比得出全球LED封裝核心專(zhuān)利和廣東省LED封裝核心專(zhuān)利20件，這些專(zhuān)利涵蓋了LED器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和LED用新型散熱材料的制備和選擇(見(jiàn)表4)。對(duì)中國(guó)LED封裝領(lǐng)域形成專(zhuān)利壁壘的專(zhuān)利列表見(jiàn)表5。

表4 LED封裝核心專(zhuān)利列表Table 4 LED packaging core patent list

續(xù)表

表5 對(duì)中國(guó)LED封裝領(lǐng)域形成專(zhuān)利壁壘的專(zhuān)利列表Table 5 A patent list of the patent barriers to China in the LED packaging field

4 結(jié)語(yǔ)

日本、美國(guó)在該領(lǐng)域起步較早，已積累了一些成熟的技術(shù)，這些技術(shù)可供中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)參考。目前，中國(guó)在LED封裝領(lǐng)域的申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量領(lǐng)先，但實(shí)用新型的申請(qǐng)專(zhuān)利量遠(yuǎn)高于發(fā)明專(zhuān)利的申請(qǐng)量。

全球排名前十的有飛利浦、三星、科銳、LG、松下等知名廠商，總共申請(qǐng)了5263件專(zhuān)利，這些申請(qǐng)人將是未來(lái)封裝領(lǐng)域中中國(guó)的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

中國(guó)申請(qǐng)人排名前三位的是中國(guó)臺(tái)灣的億光電子工業(yè)股份有限公司、宏齊科技股份有限公司和一詮精密工業(yè)股份有限公司，分別占中國(guó)前十申請(qǐng)總量的18%、13%和11%，臺(tái)企在封裝領(lǐng)域仍然是強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者；在中國(guó)大陸前十名的申請(qǐng)人中，廣東省占據(jù)三名，均為企業(yè)，申請(qǐng)數(shù)最多的是鶴山麗得電子實(shí)業(yè)有限公司，占10%，在封裝領(lǐng)域有一定的實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力。

國(guó)外在LED封裝方面的研發(fā)力量不僅僅是集中在結(jié)構(gòu)上面，而且對(duì)封裝材料也有大力的研究，包括環(huán)氧樹(shù)脂、導(dǎo)熱膠、硅膠和熒光粉等，這些原材料的好壞都極大的影響著一個(gè)LED封裝成品質(zhì)量的好壞。而我國(guó)主要集中在LED封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，當(dāng)要用到某種更好的材料時(shí)，就受制于人。因此，在未來(lái)的發(fā)展中，中國(guó)應(yīng)該適當(dāng)?shù)淖⒁鈹U(kuò)展研究領(lǐng)域，爭(zhēng)取在封裝原材料方面投入研究力量，加強(qiáng)弱勢(shì)領(lǐng)域的發(fā)展力度，增強(qiáng)我國(guó)封裝的核心技術(shù)。

國(guó)外在封裝工藝與結(jié)構(gòu)上面的申請(qǐng)重在質(zhì)量，一旦有高質(zhì)量的專(zhuān)利，他們便會(huì)通過(guò)PCT等渠道向各個(gè)國(guó)家進(jìn)行同族專(zhuān)利的申請(qǐng)，而中國(guó)便是他們的主要目標(biāo)市場(chǎng)，從國(guó)內(nèi)現(xiàn)今大多數(shù)熱電分離的結(jié)構(gòu)都是仿飛利浦流明的結(jié)構(gòu)專(zhuān)利可以看出，對(duì)于中國(guó)，在結(jié)構(gòu)方面的申請(qǐng)數(shù)量很大，但是卻沒(méi)有走向世界，從某些角度可以看出其對(duì)于自身專(zhuān)利質(zhì)量的不自信，模仿多于原創(chuàng)。

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