在CSP的介紹文章中,從CSP的結(jié)構(gòu)類型、優(yōu)點(diǎn)、難點(diǎn)、與封裝之間的關(guān)系以及LED國際巨頭的動(dòng)作等角度進(jìn)行了科普式的解讀,從而得出了——CSP是新技術(shù)和好技術(shù),是芯片和封裝領(lǐng)域間取得的突破性進(jìn)展,不容小覷但也不必神化的結(jié)論。由此也明確了,未來,CSP將會在LED產(chǎn)業(yè)掀起不小的波瀾。
既然肯定了CSP技術(shù)存在的合理性,那么如何優(yōu)化CSP技術(shù),提高其發(fā)光效率?想必是業(yè)界首要關(guān)心的問題。為此,我與相關(guān)的技術(shù)及專利人員進(jìn)行了交流,并存其精華。所以,本文將投讀者所好,把焦點(diǎn)放在CSP的不足之處上,再提出幾種提高CSP發(fā)光效率的改進(jìn)方案,希望這一拙見能給讀者帶來一定的啟示。
先來看看目前存在的兩種CSP基本結(jié)構(gòu)。
目前,LED生長襯底有兩類:透明(例如藍(lán)寶石)和非透明(例如硅)。采用透明襯底的CSP(如圖一),此類不要求必須剝離襯底;采用非透明襯底的CSP(如圖二),此類必須剝離襯底。
如將這兩種不同結(jié)構(gòu)的CSP進(jìn)行比較,可得出以下結(jié)論:
1、透明結(jié)構(gòu)(例如藍(lán)寶石)(圖一)的CSP的生產(chǎn)效率比較低,因?yàn)樗谏a(chǎn)過程中,需要將芯片逐個(gè)進(jìn)行倒裝。(代表性企業(yè)有三星、lumileds、德豪潤達(dá)、晶元等)
2、非透明結(jié)構(gòu)(例如硅)(圖二)的CSP的生產(chǎn)效率則相對較高,因?yàn)樗谏a(chǎn)過程中很容易進(jìn)行晶圓級的CSP制造工藝。(代表性企業(yè):東芝、三星)
那么如何改進(jìn)透明結(jié)構(gòu)的CSP生產(chǎn)效率?事實(shí)上,在之前的文章中,我曾提及的新型均勻擴(kuò)張的擴(kuò)晶機(jī)一定程度上可以解決這一問題。
重點(diǎn)來了,解決完生產(chǎn)效率后,如何解決CSP發(fā)光效率?
首先需要找到出光效率低的原因,其實(shí)很簡單,主要是因?yàn)榉庋b尺寸與芯片尺寸幾乎相同,不能把芯片作為點(diǎn)光源,這造成了嚴(yán)重的全反射。
[NT:PAGE]那么,什么是全反射?
上圖一CSP的全反射方式為:外延層→ 藍(lán)寶石→熒光粉→空氣:總共有3次全反射。
上圖二的CSP的全反射方式:外延層→熒光粉→空氣:總共有2次全反射。
那么如何改進(jìn)的CSP結(jié)構(gòu),從而不會因全反射問題而導(dǎo)致出光效率低?表面粗化可以解決這個(gè)問題。
下面繼續(xù)用圖說話,看看幾個(gè)表面粗化的方案——
圖三是對圖一CSP進(jìn)行表面粗化,圖四則是對圖二的CSP進(jìn)行表面粗化。當(dāng)然,也可以進(jìn)行部分表面粗化,請看下面四張圖(圖五六七八),分別在透明襯底、外延層、熒光粉表面進(jìn)行粗化技術(shù)處理。據(jù)光學(xué)模擬顯示,這一技術(shù)至少能將出光效率提升30%。
在提高出光效率的同時(shí),還有一個(gè)問題仍須考慮——如何進(jìn)一步降低成本?
從結(jié)構(gòu)上考慮,外延層是必須存在的,熒光粉(對于發(fā)白光)也是必須的。那么,只有金屬化支撐襯底并不是必須的,所以可以從這方面做考慮,去掉金屬化支撐襯底。
先來看沒有支撐襯底的CSP(見圖九、圖十)。
但是,去掉原本起支撐和固定作用的襯底后,拿什么來做支撐?
事實(shí)上,為了增加CSP的機(jī)械強(qiáng)度,起到支撐和固定作用,可以在最外面包一層用低廉材料制成的透明支持層,如下:
當(dāng)然,在這些結(jié)構(gòu)中,包括透明支持層在內(nèi),仍然要進(jìn)行上面提到的表面粗化。
總結(jié):事實(shí)上,通過表面粗化技術(shù)提高CSP發(fā)光效率和去支撐襯底加透明支持層來降低制造成本,都只是解決問題的方式之一,但至少是目前可見的有效途徑。在采用該技術(shù)生產(chǎn)時(shí),仍然存在諸多難點(diǎn)需要攻克,尤其是最后面提到的增加透明支持層這一方法,存在一個(gè)不可忽視的難點(diǎn),即密封性問題——我們把這一難題留給技術(shù)界的牛人。