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LED行业爆炒“免封装” CSP、NCSP及WiCop对比

2020-09-13 10:41:46

说起CSP,最初进入LED眼中并炒的火热的是“免封装”概念,而这个最早时候的CSP仅仅只有应用在一些闪光市场,如今在背光市场逐渐起量。而所谓的免封装并不是真正省去封装环节,而是将部分封装工序提前到芯片工艺阶段完成,即采用倒装芯片直接封焊到封装底部的焊盘,无金线,无支架,简化生产流程,降低生产成本,封装尺寸可以做得更小,而同样的封装尺寸可以提供更大的功率,也就是芯片级封装(简称CSP,此定义文章太多,此处不加赘述)。

CSP-LED器件封装截面图

如果你一直有关注CSP的发展,你就会发现当CSP这个概念逐渐受热,像免封装、CSP、NCSP以及WiCop这些词汇瞬间博得大多数人的眼球,但是他们究竟是什么呢?每个名词之间存在着怎样的联系呢?

NCSP是什么?

过去几年,的国际巨头纷纷着力改进原有陶瓷封装技术,凭借其先进的大功率倒装芯片或垂直结构芯片,逐渐使封装小型化,以降低由于昂贵的陶瓷基板及较低的生产效率带来的成本压力,并提升芯片承受大电流密度的能力。

结果是在不降低、甚至提高光通量的前提下,他们让从原来的3535的封装变到2525,再缩小到到1616甚至更小,使得LED的尺寸趋近了芯片本身的尺寸,因为接近CSP,故而取名Near Chip Scale Package,简称NCSP。

NCSP-LED器件封装截面图

对此,天电光电敬奕程经理表示,CSP是指无支架封装,如首尔的WiCop,封装大小就是芯片大小,而NCSP指的是比实际芯片还会大20%以内,有碗杯或者支架。

自进入2015年以来,LED行业的CSP风一度一浪高过一浪,被认为是LED封装的革命产品。当LED风向开始偏移的时候,很多企业开始纷纷布局CSP,但是不是所有的企业都有资本下决心布局的,为什么这么说呢?

作为封装企业来说,之前一直发力正装LED,在工艺上取得了很大进步,在现有的市场上也一直有不错的业绩。当CSP概念来临时,一些大的上市企业纷纷踏足,抢占先机,不想错失。而作为一部分的中小型正装企业,本来营收有限,如果冒然投入CSP,布局设备,不论是资金还是产品拓展上都存在很大的风险和不确定性。

而且目前CSP的发展还是处在初级阶段,优势还并未很明显。对此鸿利光电雷利宁也表示,虽然CSP和WiCop都被炒得火热,但是对比目前的很多封装形式来看,CSP的封装形式主要存在几个焦灼点,首先光效设计对比传统正装工艺不具有性价比优势,比如同功率同光效下,正装芯片由于良率和成熟度更有优势,在同光效同光通量输出时,正装亦有优势;其次还包括灯具厂家对CSP的SMT等使用的诸多问题。

NCSP与CSP是什么关系?

NCSP技术依靠倒装结构的芯片(Flip Chip),将倒装芯片通过共晶焊技术焊接在陶瓷或柔性基板上,再将荧光粉层涂覆在作为出光窗口的蓝宝石及芯片四周侧壁上,形成五面发光型光源。由于其单位面积的光通量最大化(高光密度)以及芯片与封装成本最大比(低封装成本),使其有望在性价比上打开颠覆性的突破口。

当陶瓷基板的尺寸做到和芯片尺寸几乎一样大时,其逐渐失去辅助LED散热的功能。相反,如果去掉陶瓷基板,则会去掉一层热界面,有利于热量快速传导到外线路板。同时,随着倒装芯片的成熟,陶瓷基板作为绝缘材料对PN电极线路的再分布(re-distribution)的功能已不再需要。除了在机械结构和热膨胀失配上对LED起到一定保护作用外,陶瓷基板对芯片的电隔离和热传导的重要功能已基本丧失。因此,免基板的CSP封装技术应运而生。

NCSP可以说是基于CSP技术的未成熟性以及市场需求的过渡性而产生的。从LED目前发展来看,一方面,由于价格战的加剧,企业通过纷纷降低尺寸减少才材料成本,而推出更高性价比的产品,使得产品尺寸日趋小化,另一方面,新的产品CSP被认为是最新一代高性价比产品,而目前技术暂未成熟,从而催生出过渡性产品NCSP。

当然对于任何一款新的技术或者产品走向成熟,其必定要经历一个周期,最终走向成熟。如果说CSP是免基板的,那么在免基板的CSP成熟之前,NCSP或许也有其存在的必要性。

对于带基板的CSP,德豪润达莫庆伟博士表示,其已经失去开发这款技术的初衷了。因为CSP技术最初出现的背景就是为了精简工艺,减少工序的。如果还存在基板,则与当初的推崇理念是相悖的。

Wicop是什么?

Wicop来由首尔半导体提出的名称,取自英文Wafer Level Integrated Chip On PCB的缩写。该技术是一种突破了目前常说的CSP的限制,实现了真正的无封装LED新概念的产品。由于将芯片直接同PCB相连接, 无需传统LED封装工艺需要的固晶、焊线等工程,又因没有中间基板,使芯片尺寸与封装尺寸100%相同,是超小型、高效率的产品,显示出极高的光密度和热传导率。

Wicop-LED器件封装截面图

这种新产品的问世完全颠覆了传统LED封装生产模式,不再需要LED封装(Package)生产的固晶(Die Bonding),焊金线(Wire Bonding)等生产工艺,也不再需要作为LED封装主要构成部件的支架(Lead frame)、金线(Gold wire)等材料的新概念WiCop新产品。

对此,鸿利光电雷利宁表示,其实裸晶型CSP简单的分为两大类,第一大类是成品芯片封装型;第二大类外延级封装型。芯片封装型的特点是芯片厂家已经经过测试分档上膜包装的产品再经过一道固晶工序(芯片排列机),然后经过白光工艺(喷涂、Molding、压膜等),再进行后段切割分包等;第二大类就是外延级封装型,有些也定义为WiCop,就是在wafer上的一种封装技术。但是就“免封装”的这种说法,其表示,不过是拥有芯片生产线资源或设备资源的厂家渲染的噱头罢了。

对此,德豪润达副总裁莫庆伟表示,WiCop究其根本也不是什么新技术,其实只是在外延级别上的CSP而已。而且目前外延级别的CSP还存在很多技术上的挑战。

由此可见,真正的CSP封装技术,是不再需要额外的次级基板(sub-mount)或是导线架,直接贴合在载板上,因此业界还称之为白光芯片。免去封装基板后,封装体面积进一步缩小,提高出光角度和光密度;不仅如此,还把传统倒装芯片封装技术中固晶工艺所需的金锡(Au-Sn)共晶焊接变为低成本的无铅焊锡焊接,进一步降低封装成本。但是,就目前封装厂技术来看,完全免基板暂时不易实现,因此当前绝大部分封装企业在生产CSP产品时,多会采用带基板的倒装焊技术。因此,从严格意义上分析,市场上大部分CSP可以归结于NCSP产品,现有的CSP封装是基于倒装技术而存在的。

对此,德豪润达莫庆伟博士也表示,对于无基板的CSP,就其目前知道的也就是首尔半导体,德豪润达、三星和lumileds。

CSP、Wicop是什么关系?

对于WiCop,首尔半导体此前表示,WiCop是相对CSP更为简化的一种设计,没有支架,固晶,金线等工艺的wafer级封装的LED,其只需在芯片上面压结荧光膜就可以了。但是其与CSP是什么关系,首尔半导体用“CSP≠WiCop”这个公式表示了。

但是德豪润达副总裁莫庆伟表示,从CSP的结构来看,其实WiCop也就是免基板的CSP。只是它是基于外延圆片上的封装,而CSP是基于单颗成品芯片的封装,虽然工艺有所不同,但是只是不同的csp结构而已。而且CSP企业所用的结构也有所不同,每家的工艺也不同,而且因应用领域的不同,所用的结构也会有所不同。

实际上,CSP白光的实现方式有很多种,市面上主流技术路线是把圆片切割后,在方片上进行荧光粉涂布,再测试、编带。核心工艺是围绕着荧光粉的涂覆技术,包括旋涂,喷胶,封模,印刷、及荧光膜贴片等多种方式,各工艺都有其优势与挑战。此过程与传统封装工艺较为相似,适合制作五面发光型CSP。

还有就是单面发光型CSP是将荧光粉涂覆在晶圆(Wafer)上进行大多数或是全部的封装测试程序,之后再进行切割(Singulation)制成单颗组件。这种封装过程又称晶圆级封装(Wafer Level Package,WLP)。然而,采取这样工艺实现的荧光粉涂覆,只覆盖的上表面,蓝光透过蓝宝石从四周漏出,影响封装后的整体色空间分布的均匀性。

无论是那种工艺来看,CSP都并不会革掉封装企业的命。对此,鸿利光电雷利宁也表示, WiCop是外延级封装的CSP,但是无论是哪一个级别的封装,封装厂都可以做封装,只是看去买成品芯片还是买整片圆片来封装。

总之,未来不论是NCSP、CSP亦或是WiCop,不管能否起到革命的作用,但是其的确省略掉原有技术的一些环节,它是一种技术的进步。也正如德豪润达莫庆伟所说,不要把csp当作洪水猛兽,它也不会一剑封喉,它的出现是一场LED产业的革新,也是一场挑战,但同时更是新机遇!


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