CSP很火 然并卵?

　　如果你最近有跟三星、隆達、東芝、晶元、首爾等芯片企業(yè)對話，或者你參加了光亞展，你會發(fā)現(xiàn)，去年高調(diào)不起來的CSP封裝，今年已經(jīng)登上各大展臺及輿論風(fēng)口，巨頭們都在興致勃勃高談闊論此技術(shù)，并且儼然一副整裝待發(fā)的姿態(tài)。

　　不過，此時，也有業(yè)內(nèi)人士“不識趣”地潑了盆冷水——CSP的產(chǎn)品形式將會如同過去幾款重要的封裝形式一樣，在未來幾年橫掃市場，是非常重要的發(fā)展趨勢，但從本質(zhì)上看，這種所謂的創(chuàng)新知識，仍舊處于原有提升lm/$的軌跡上，無非還是搶占了其它封裝的市場份額，一沒有拓展行業(yè)生存空間，二也沒有降低行業(yè)競爭壓力，即使實現(xiàn)了2500lm/$，然而也并沒有什么卵用。

　　那么我們就來聊聊現(xiàn)在很火的CSP到底有什么用，給LED封裝行業(yè)帶來了什么，在照明應(yīng)用中又存在哪些可能性，它是否能起到顛覆作用并開啟新的照明時代。

　　What is CSP?

　　雖然業(yè)內(nèi)人士都大概知道CSP的定義，但各類翻譯和說法不一，簡單地說，CSP(Chip Scale Package)，翻譯成中文的意思是芯片尺寸封裝，或者叫芯片級封裝。CSP是最新一代的內(nèi)存芯片封裝技術(shù)，其技術(shù)性主要體現(xiàn)為讓芯片面積與封裝面積之比超過1:1.14，與理想情況的1:1相當(dāng)接近;相對LED產(chǎn)業(yè)而言，CSP封裝是基于倒裝技術(shù)而存在的，CSP器件是指將封裝體積與倒裝芯片體積控制至相同或封裝體積不大于倒裝芯片體積的20%，主要有三種結(jié)構(gòu)類型(如下圖所示)。

　　從以上定義可以獲取幾個關(guān)鍵性特點：1、面積大約是芯片面積的1.2倍或者更小;2、無需金線3、目前只能采用倒裝芯片技術(shù)來實現(xiàn);4、生產(chǎn)工藝及設(shè)備精度要求高。

　　優(yōu)在哪?

　　1、有效縮減封裝體積，小、薄而輕，迎合了目前LED照明應(yīng)用微小型化的趨勢，設(shè)計應(yīng)用更加靈活，打破了傳統(tǒng)光源尺寸給設(shè)計帶來的限制;

　　2、在光通量相等的情況，減少發(fā)光面可提高光密度，同樣器件體積可以提供更大功率;

　　3、無需金線、支架、固晶膠等，減少中間環(huán)節(jié)中的熱層，可耐大電流，安全性、可靠性、尤其是性價比更高。(此處的成本優(yōu)勢指量產(chǎn)后，不包括前期技術(shù)優(yōu)化的研發(fā)成本)

　　難在哪?

　　體積小→生產(chǎn)工藝要求高→對生產(chǎn)設(shè)備的精度以及操控人員的水平要求隨之升高→生產(chǎn)設(shè)備價格的高低決定了精度的高低→量產(chǎn)良率和成本為最大考量。

　　在整個CSP生產(chǎn)工藝流程中，每一個工藝步驟，對技術(shù)、設(shè)備、人才都有較高的要求，而以下幾個難點值得一提：1、芯片與芯片之間的距離控制;2、芯片與襯底之間的位置匹配度控制;3、外延芯片波長范圍的掌控;4、熒光粉厚度的均勻性控制;5、點膠控制技術(shù);6、密封性。

　　誰在解決?

　　先來看看晶圓級封裝(即芯片尺寸封裝)發(fā)展的背景。

　　據(jù)IBT Research所整理的資料顯示，晶圓級封裝技術(shù)基于倒裝芯片，由IBM率先啟動開發(fā)。1964年，美國IBM公司在其M360計算器中最先采用了FCOB焊料凸點倒裝芯片器件。1969年，美國Delco公司在汽車中使用了焊料凸點器件。二十世紀(jì)70年代，NEC、日立等日本公司開始在一些計算器和超級計算器中采用FCOB器件。到了二十世紀(jì)90年代，世界上成立了諸如Kulicke and Soffa’s Flip Chip Division、Unitive、Fujitsu Tohoku Electronics、IC Interconnect等眾多晶圓凸點的制造公司擁有的基礎(chǔ)技術(shù)是電鍍工藝與焊膏工藝，這些公司利用凸點技術(shù)和薄膜再分布技術(shù)開發(fā)了晶片尺寸封裝技術(shù)。FCD公司和富士通公司的超級CSP(Ultra CSP與Supper CSP)器件是首批進入市場的晶片尺寸封裝產(chǎn)品。

　　1999年，晶圓凸點的制造公司開始給主要的封裝配套廠家發(fā)放技術(shù)許可證。這樣，倒裝芯片和晶片尺寸級封裝也就逐漸在世界各地推廣開來。例如，臺灣的ASE公司和Siliconware公司以及韓國的Amkor公司就是按照FCD公司的技術(shù)授權(quán)來制造超級CSP(Ultra CSP)的。

　　所以晶圓級封裝的核心技術(shù)基本上就掌握在以上幾個企業(yè)手中，主要應(yīng)用于消費性IC的封裝領(lǐng)域。

　　也就是說，CSP在LED領(lǐng)域的技術(shù)還不算成熟，但是在IC行業(yè)應(yīng)用已久，所以，在了解專利情況時，需要判斷LED行業(yè)中的CSP技術(shù)是否已經(jīng)被IC行業(yè)的CSP專利覆蓋了。據(jù)LED產(chǎn)業(yè)專利聯(lián)盟工程師張亞菲透露，目前CSP專利有4000余項(包括LED相關(guān)在內(nèi))，針對CSP專利部分，后續(xù)GSC君將聯(lián)合LED產(chǎn)業(yè)專利聯(lián)盟再作具體的解讀。

　　在掌握可靠的專利信息之前，我們先從可捕捉到的表面信息來反觀國內(nèi)白光LED產(chǎn)業(yè)。最先將倒裝技術(shù)應(yīng)用于白光LED的是具有成熟的IC倒裝技術(shù)的江蘇長電，但后因不明原因此技術(shù)并沒有得以成功推廣，而真正開創(chuàng)倒裝無金線封裝新潮流的是廣州晶科電子。晶科也正是由于在倒裝芯片領(lǐng)域掌握較為核心的技術(shù)，才能于2014年得到Giant Power Ltd、臺灣晶元光電、中華南沙(霍英東基金集團成員)等投資人聯(lián)合廣東省粵科財政投資基金的大規(guī)模投資。所以，縱觀國內(nèi)倒裝芯片的發(fā)展歷程，晶科電子宣稱“是國內(nèi)最早將倒裝焊接技術(shù)成功應(yīng)用于LED芯片上的企業(yè)，并將多項倒裝焊技術(shù)在美國及中國申請了核心專利并得到授權(quán)”這一說法的確是有據(jù)考證的。不過這里需要注意的是，這屬于CSP里核心環(huán)節(jié)倒裝技術(shù)的核心專利，并不能完全等同于CSP技術(shù)核心專利。今年光亞展上，晶科電子以“中國芯，晶科夢”為主題展示了最新推出的CSP產(chǎn)品。

　　再回頭看看以上工藝流程中的五個難點，GSC君認(rèn)為，降低整個制造成本，首先需要開發(fā)一些新工藝、新技術(shù)、新材料。在此特別需要說明的是目前有兩種主流技術(shù)可以實現(xiàn)CSP封裝，一種是覆晶芯片尺寸封裝(FCCSP)(如圖1所示)，一種是晶圓級芯片尺寸封裝(WL-CSP)(如2圖所示)，前者效率較低，后者效率較高，但是后者的技術(shù)難度高于前者。據(jù)GSC君了解，針對第一個難點——芯片與芯片之間的距離控制問題，目前有一種新型的均勻擴張的擴晶機(如圖3所示)可以有效解決這問題。這一設(shè)備適用于WL-CSP，可解決芯片與芯片之間的距離控制問題。一般情況下芯片之間只允許存在幾十微米的誤差，如果誤差過大，不但芯片與襯底之間的位置匹配度難以控制，而且還會造成熒光粉分布不均，色溫不一。所以對設(shè)備精度和切割工藝要求極高，而保證芯片之間的距離的一致性是生產(chǎn)工藝過程中的基礎(chǔ)。據(jù)了解，在不增加成本和工藝難度的基礎(chǔ)上，目前這種均勻擴張的擴晶機能較好解決這個問題。

　　其它方面的難點，還期待更多技術(shù)專家給予更為專業(yè)的解答?！?/p>

圖1：FCCSP

圖2：WL-CSP(來源：東芝)

圖3：新型均勻擴張的擴晶機

　　再來看看LED國際巨頭在CSP方面的進展。

　　隆達電子曾于“2014法蘭克福燈光照明暨建筑物自動化展(Light+Building)”中，發(fā)布首款無封裝白光LED芯片，主要系瞄準(zhǔn)50瓦LED照明，如U10投射燈、水晶蠟燭燈及燈管等應(yīng)用，并于第二季已小量試產(chǎn)。今年光亞展上，隆達聲稱發(fā)布業(yè)界最小CSP無封裝UV LED封裝產(chǎn)品，法人指出，隆達因背光CSP產(chǎn)品已獲歐、日、陸系客戶采用，預(yù)計今年出貨量可望放大挹注背光業(yè)績，今年營運在背光業(yè)績維持成長下，產(chǎn)品營收比重背光約占60%、照明40%。

　　東芝則于2014年推出一款行業(yè)最小的白光芯片級封裝LED(CSP-LED)，尺寸僅為0.65 x 0.65 mm，產(chǎn)品可用于照明。東芝在白色LED業(yè)務(wù)領(lǐng)域起步較晚。2014年市場份額還不到1%，所以，當(dāng)時計劃將其擅長的半導(dǎo)體技術(shù)運用到白色LED上，從而挽回頹勢。但是目前成效如何還不得而知。

　　日亞化的研發(fā)和推廣力度似乎更大，宣布將投資數(shù)十億日圓建置覆晶封裝(FCCSP)產(chǎn)線，預(yù)估今年10月即可開出每月達數(shù)千萬顆的初期產(chǎn)能，目標(biāo)在未來3～5年內(nèi)將覆晶封裝LED推上市場主流。

　　而首爾，據(jù)其產(chǎn)品經(jīng)理劉欣近期透露，首爾半導(dǎo)體所研發(fā)的1.9*1.9mm以及1.5*1.5mm的CSP芯片已實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

　　三星今年光亞展則展出了三款倒裝芯片技術(shù)的新產(chǎn)品，包括全新倒裝芯片技術(shù)中功率LED器件(LM301A);全新COB產(chǎn)品(極小發(fā)光面，高光色質(zhì)量);第二代芯片級封裝器件CSP。其中，第二代CSP LED產(chǎn)品，使LED器件的外型更加緊湊，達到1.2mm*1.2mm。這些尺寸較第一代CSP縮小30%，同時性能卻提高了10%。此外，第二代CSPLED器件還可以提供2×2和3×3的CSP陣列，可降低熱阻，提高光效，帶來更多的設(shè)計靈活性，二次配光更加簡單易行。

　　同樣是今年6月，廣東朗能董事長鄧超華以30%股權(quán)進入立體光電公司。立體光電據(jù)稱也是全國第一家能夠?qū)o封裝芯片批量使用的企業(yè)。據(jù)了解，目前立體光電的CSP設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn)，預(yù)計今年銷售達300臺。首推的無封裝光源封裝產(chǎn)品，已進行量產(chǎn)，月量產(chǎn)能達到5kk。而三星、晶元、德豪都是其戰(zhàn)略合作伙伴。

　　再看臺積電，5月底在美國ECTC上，分享了“WLCSP封裝可靠性”的內(nèi)容，透露出臺積電不僅從事半導(dǎo)體前工序，還在向晶圓級封裝領(lǐng)域擴大業(yè)務(wù)，其技術(shù)水平也值得關(guān)注。

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　　需要說明的是，以上信息基本來自官方，GSC君在采訪各巨頭時，問及目前CSP的良率及成本控制情況，多是三緘其口。但這同時表明一個信息：他們的確在力促加速商用，聲勢也是扶搖直上，但只是蓄勢待發(fā)期，未及大張旗鼓之時。

　　革了封裝廠的命?

　　在各大廠商及媒體宣傳CSP封裝時，多數(shù)繞不開這樣一段話——傳統(tǒng)LED照明生產(chǎn)分為芯片、封裝、燈具三個環(huán)節(jié)，使用CSP封裝后，可省去封裝環(huán)節(jié)，芯片廠可直接和燈具廠進行無縫對接，大幅簡化產(chǎn)出工藝和降低成本——這字里行間似乎都在表達封裝環(huán)節(jié)從此將被剔除，封裝廠將無活路。但事實并非如此。

　　先來普及一個概念，所謂的“芯片級封裝”，或者“無封裝”、“免封裝”其實正解是采用倒裝芯片直接封焊到封裝底部的焊盤，無金線、無支架、簡化生產(chǎn)流程、降低生產(chǎn)成本，這可使得封裝尺寸更小，即同樣的封裝尺寸下可以提供更大的功率。

　　用晶元光電協(xié)理林依達的話說——“芯片級封裝并不是沒有封裝，至少看來還是沒有辦法做到免封裝，所以不可能革掉傳統(tǒng)封裝的命，而且從LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，并沒有一項封裝技術(shù)完完全全替代另一項封裝技術(shù)。”

　　那么，究竟在什么情況下，芯片廠可不顧封裝廠的感受，直接與燈具廠進行無縫對接?

　　業(yè)內(nèi)皆知，LED封裝就是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。回顧LED封裝歷史，主要可分為直插式封裝(LAMP)、貼片式封裝(SMD)、數(shù)碼管封裝(Display)、功率型封裝(POWER)、集成式封裝(COB)。

　　重點來了，目前最主流的封裝形式為SMD、POWER和COB，而CSP封裝欲革掉的正是這些主流封裝的命，即可以替代目前主流的LED2835、3528、5050等。所以，需要注意的是，它影響的并非整個封裝行業(yè)，而是目前封裝行業(yè)中的主流形式。它屬于芯片環(huán)節(jié)的技術(shù)更新，而不屬于封裝世界。

　　封裝龍頭企業(yè)鴻利光電總經(jīng)理雷利寧近日坦誠：“我們必須直視和面對CSP的來臨，我們也在做技術(shù)突破和努力。CSP封裝技術(shù)還面臨著諸多技術(shù)難點，包括封裝工藝的難易度、選取工藝等，如何實現(xiàn)一個標(biāo)準(zhǔn)化的推廣，是否存在更具有突破性的工藝等這一系列的問題，還等待我們?nèi)ソ鉀Q。而這也正將給SMD、COB等產(chǎn)品帶來更多的變化。比如COB目前占有率可能只達15%—20%，但是CSP的到來會給COB帶來不同的轉(zhuǎn)變?！?/p>

　　所以，封裝廠仍舊有它存在的價值，并且在CSP產(chǎn)品的良率和成本問題還未得到解決之前，在照明領(lǐng)域，SMD封裝等這一性價比極高的技術(shù)仍將會是主流。當(dāng)然，這并不代表封裝廠可以高枕有憂，而更應(yīng)該趁勢做到繼續(xù)未雨綢繆。

　　開照明新時代?

　　針對本文開篇中，某業(yè)內(nèi)人士提出的CSP技術(shù)“一沒有拓展行業(yè)生存空間，二也沒有降低行業(yè)競爭壓力，即使實現(xiàn)了2500lm/$，然而也并沒有什么卵用?！边@一說法，在此也表達了一下GSC君的觀點：1、掌握新技術(shù)，趕超很多公司，目的肯定不是為了降低他人的競爭壓力，而是降低自己的競爭壓力。2、CSP技術(shù)未來存在無限可能性，將會出現(xiàn)很多未知新應(yīng)用，拓展空間將是必然。

　　目前，相比總的照明市場和封裝市場，CSP封裝產(chǎn)品的比重還很小，更多應(yīng)用于背光源領(lǐng)域。并且，大部分的商業(yè)照明還是偏向以中小功率為主，而CSP目前還是主要集中在大功率，截止目前，只有東芝等極少公司推出中小功率的CSP，且技術(shù)難度大，良品率未知。所以，也不排除技術(shù)突破下，未來能更多應(yīng)用于中小功率。所以，未來CSP在照明領(lǐng)域產(chǎn)生的可能性尚屬未知?？其J中國區(qū)總經(jīng)理邵嘉平則在公開場合表示，目前CSP無封裝芯片已應(yīng)用到背光屏幕、通用性照明等領(lǐng)域，相信隨著CSP不斷創(chuàng)新完善，未來將在閃光燈、汽車燈、顯示屏等領(lǐng)域擁有更大的發(fā)展空間，創(chuàng)造出更大的價值。

　　德豪潤達芯片事業(yè)部副總裁莫慶偉也認(rèn)為：“當(dāng)初2835或者5630就是當(dāng)時韓國電視機背光把它簡化到了極致，大批量的生產(chǎn)，最終這個技術(shù)滲透和占領(lǐng)照明市場，CSP很有可能走同樣的路。因為目前CSP在電視背光上已得到大規(guī)模的應(yīng)用，可靠性提高，成本降低，照明市場很有可能繼續(xù)重演此戲。”

　　所以，可以想見，CSP勢必會在一定程度上給LED部分環(huán)節(jié)帶來一定的沖擊，但是力度如何，還不得而知。

　　綜上所述，CSP封裝技術(shù)的確稱得上是新技術(shù)和好技術(shù)，是芯片尺寸封裝的一個突破性進展，不容小覷，但它再好，還是原來的“芯片”，所以也無須神化它。

　　如今巨頭們都在開始發(fā)力，那么按照新技術(shù)發(fā)展的正常邏輯，最快半年，良率和成本問題將會得到解決，最慢也只需要一年。未來，不排除封裝和芯片之間的邊界，以及封裝與組裝工藝之間的邊界會日漸模糊，而整個LED行業(yè)的格局將愈加清晰，風(fēng)云再起，請各位看官自行捕捉信號，判斷自身發(fā)展步伐，伺機而動。