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CSP登上LED舆论风口 是炒作还是颠覆?

2018-11-13 来源:网络
如果你最近有跟三星、隆达、东芝、晶元、首尔等巨头对话,或者你参加了光
如果你最近有跟三星、隆达、东芝、晶元、首尔等巨头对话,或者你参加了光亚展,你会发现,去年高调不起来的CSP封装,今年已经登上各大展台及舆论风口,巨头们都在兴致勃勃高谈阔论此技术,并且俨然一副整装待发的姿态。   不过,此时,也有业内人士“不识趣”地泼了盆冷水——CSP的产品形式将会如同过去几款重要的封装形式一样,在未来几年横扫市场,是非常重要的发展趋势,但从本质上看,这种所谓的创新知识,仍旧处于原有提升lm$的轨迹上,无非还是抢占了其它封装的市场份额,一没有拓展行业生存空间,二也没有降低行业竞争压力,即使实现了2500lm$,然而也并没有什么卵用。   那么我们就来聊聊现在很火的CSP到底有什么用,给LED封装行业带来了什么,在照明应用中又存在哪些可能性,它是否能起到颠覆作用并开启新的照明时代。   What is CSP?   虽然业内人士都大概知道CSP的定义,但各类翻译和说法不一,简单地说,CSP(Chip Scale Package),翻译成中的意思是芯片尺寸封装,或者叫芯片级封装。CSP是最新一代的内存芯片封装技术,其技术性主要体现为让芯片面积与封装面积之比超过1:1.14,与理想情况的1:1相当接近;相对LED产业而言,CSP封装是基于倒装技术而存在的,CSP器件是指将封装体积与倒装芯片体积控制至相同或封装体积不大于倒装芯片体积的20%,主要有三种结构类型(如下图所示)。   从以上定义可以获取几个关键性特点:1、面积大约是芯片面积的1.2倍或者更小;2、没有金线和支架3、目前只能采用倒装芯片技术来实现;4、生产工艺及设备精度要求高。   优在哪?   1、有效缩减封装体积,小、薄而轻,迎合了目前LED照明应用微小型化的趋势,设计应用更加灵活,打破了传统光源尺寸给设计带来的限制;   2、在光通量相等的情况,减少发光面可提高光密度,同样器件体积可以提供更大功率;   3、无需金线、支架、固晶胶等,减少中间环节中的热层,可耐大电流,安全性、可靠性、尤其是性价比更高。(此处的成本优势指量产后,不包括前期技术优化的研发成本)   难在哪?   体积小→生产工艺要求高→对生产设备的精度以及操控人员的水平要求随之升高→生产设备价格的高低决定了精度的高低→量产良率和成本为最大考量。   在整个CSP生产工艺流程中,每一个工艺步骤,对技术、设备、人才都有较高的要求,而以下几个难点值得一提:1、芯片与芯片之间的距离控制;2、芯片与衬底之间的位置匹配度控制;3、外延芯片波长范围的掌控;4、荧光粉厚度的均匀性控制;5、点胶控制技术;6、密封性。   谁在解决?   先来看看晶圆级封装(即芯片尺寸封装)发展的背景。   据IBTResearch所整理的资料显示,晶圆级封装技术基于倒装芯片,由IBM率先启动开发。1964年,美国IBM公司在其M360计算器中最先采用了FCOB焊料凸点倒装芯片器件。1969年,美国Delco公司在汽车中使用了焊料凸点器件。二十世纪70年代,NEC、日立等日本公司开始在一些计算器和超级计算器中采用FCOB器件。到了二十世纪90年代,世界上成立了诸如KulickeandSoffa’s FlipChipDivision、Unitive、FujitsuTohokuElectronics、ICInterconnect等众多晶圆凸点的制造公司拥有的基础技术是电镀工艺与焊膏工艺,这些公司利用凸点技术和薄膜再分布技术开发了芯片级封装技术。FCD公司和富士通公司的超级CSP(UltraCSP与SupperCSP)器件是首批进入市场的芯片尺寸封装产品。   1999年,晶圆凸点的制造公司开始给主要的封装配套厂家发放技术许可证。这样,倒装芯片和芯片尺寸封装也就逐渐在世界各地推广开来。例如,台湾的ASE公司和Siliconware公司以及韩国的Amkor公司就是按照FCD公司的技术授权来制造超级CSP(UltraCSP)的。   所以晶圆级封装的核心技术基本上就掌握在以上几个企业手中,主要应用于消费性IC的封装领域。   也就是说,CSP在LED领域的技术还不算成熟,但是在IC行业应用已久,所以,在了解专利情况时,需要判断LED行业中的CSP技术是否已经被IC行业的CSP专利覆盖了。据LED产业专利联盟工程师张亚菲透露,目前CSP专利有4000余项(包括LED相关在内),针对CSP专利部分,后续GSC君将联合LED产业专利联盟再作具体的解读。   在掌握可靠的专利信息之前,我们先从可捕捉到的表面信息来反观国内白光LED产业。最先将倒装技术应用于白光LED的是具有成熟的IC倒装技术的江苏长电,但后因不明原因此技术并没有得以成功推广,而真正开创倒装无金线封装新潮流的是广州晶科电子。晶科也正是由于在倒装芯片领域掌握较为核心的技术,才能于2014年得到GiantPowerLtd、台湾晶元光电、中华南沙(霍英东基金集团成员)等投资人联合广东省粤科财政投资基金的大规模投资。所以,纵观国内倒装芯片的发展历程,晶科电子宣称“是国内最早将倒装焊接技术成功应用于LED芯片上的企业,并将多项倒装焊技术在美国及中国申请了核心专利并得到授权”这一说法的确是有据考证的。不过这里需要注意的是,这属于CSP里核心环节倒装技术的核心专利,并不能完全等同于CSP技术核心专利。今年光亚展上,晶科电子以“中国芯,晶科梦”为主题展示了最新推出的CSP产品。   再回头看看以上工艺流程中的五个难点,GSC君认为,降低整个制造成本,首先需要开发一些新工艺、新技术、新材料。在此特别需要说明的是目前有两种主流技术可以实现CSP封装,一种是覆晶芯片尺寸封装(FCCSP)(如图1所示),一种是晶圆级芯片尺寸封装(WL-CSP)(如2图所示),前者效率较低,后者效率较高,但是后者的技术难度高于前者。据GSC君了解,针对第一个难点——芯片与芯片之间的距离控制问题,目前有一种新型的均匀扩张的扩晶机(如图3所示)可以有效解决这问题。这一设备适用于WL-CSP,可解决芯片与芯片之间的距离控制问题。一般情况下芯片之间只允许存在几十微米的误差,如果误差过大,不但芯片与衬底之间的位置匹配度难以控制,而且还会造成荧光粉分布不均,色温不一。所以对设备精度和切割工艺要求极高,而保证芯片之间的距离的一致性是生产工艺过程中的基础。据了解,在不增加成本和工艺难度的基础上,目前这种均匀扩张的扩晶机能较好解决这个问题。   其它方面的难点,还期待更多技术专家给予更为专业的解答。    图1:FCCSP    图2:WL-CSP(来源:东芝)    图3:新型均匀扩张的扩晶机   再来看看LED国际巨头在CSP方面的进展。   隆达电子曾于“2014法兰克福灯光照明暨建筑物自动化展(Light+Building)”中,发布首款无封装白光LED芯片,主要系瞄准50瓦LED照明,如U10投射灯、水晶蜡烛灯及灯管等应用,并于第二季已小量试产。今年光亚展上,隆达声称发布业界最小CSP无封装UVLED封装产品,法人指出,隆达因背光CSP产品已获欧、日、陆系客户采用,预计今年出货量可望放大挹注背光业绩,今年营运在背光业绩维持成长下,产品营收比重背光约占60%、照明40%。   东芝则于2014年推出一款行业最小的白光芯片级封装LED(CSP-LED),尺寸仅为0.65 x 0.65mm,产品可用于照明。东芝在白色LED业务领域起步较晚。2014年市场份额还不到1%,所以,当时计划将其擅长的半导体技术运用到白色LED上,从而挽回颓势。但是目前成效如何还不得而知。   日亚化的研发和推广力度似乎更大,宣布将投资数十亿日圆建置覆晶封装(FCCSP)产线,预估今年10月即可开出每月达数千万颗的初期产能,目标在未来3~5年内将覆晶封装LED推上市场主流。   而首尔,据其产品经理刘欣近期透露,首尔半导体所研发的1.9*1.9mm以及1.5*1.5mm的CSP芯片已实现批量生产。   三星今年光亚展则展出了三款倒装芯片技术的新产品,包括全新倒装芯片技术中功率LED器件(LM301A);全新COB产品(极小发光面,高光色质量);第二代芯片级封装器件CSP。其中,第二代CSPLED产品,使LED器件的外型更加紧凑,达到1.2mm*1.2mm。这些尺寸较第一代CSP缩小30%,同时性能却提高了10%。此外,第二代CSPLED器件还可以提供2×2和3×3的CSP阵列,可降低热阻,提高光效,带来更多的设计灵活性,二次配光更加简单易行。   同样是今年6月,广东朗能董事长邓超华以30%股权进入立体光电公司。立体光电据称也是全国第一家能够将无封装芯片批量使用的企业。据了解,目前立体光电的CSP设备已经量产,预计今年销售达300台。首推的无封装光源封装产品,已进行量产,月量产能达到5kk。而三星、晶元、德豪都是其战略合作伙伴。   再看台积电,5月底在美国ECTC上,分享了“WLCSP封装可靠性”的内容,透露出台积电不仅从事半导体前工序,还在向晶圆级封装领域扩大业务,其技术水平也值得关注。   ……   需要说明的是,以上信息基本来自官方,GSC君在采访各巨头时,问及目前CSP的良率及成本控制情况,多是三缄其口。但这同时表明一个信息:他们的确在力促加速商用,声势也是扶摇直上,但只是蓄势待发期,未及大张旗鼓之时。   革了封装厂的命?   在各大厂商及媒体宣传CSP封装时,多数绕不开这样一段话——传统LED照明生产分为芯片、封装、灯具三个环节,使用CSP封装后,可省去封装环节,芯片厂可直接和灯具厂进行无缝对接,大幅简化产出工艺和降低成本——这字里行间似乎都在表达封装环节从此将被剔除,封装厂将无活路。但事实并非如此。   先来普及一个概念,所谓的“芯片级封装”,或者“无封装”、“免封装”其实正解是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,这可使得封装尺寸更小,即同样的封装尺寸下可以提供更大的功率。   用晶元光电协理林依达的话说——“芯片级封装并不是没有封装,至少看来还是没有办法做到免封装,所以不可能革掉传统封装的命,而且从LED产业发展至今,并没有一项封装技术完完全全替代另一项封装技术。”   那么,究竟在什么情况下,芯片厂可不顾封装厂的感受,直接与灯具厂进行无缝对接?   业内皆知,LED封装就是将外引线连接到LED芯片的电极上,同时保护好LED芯片,并且起到提高光取出效率的作用。回顾LED封装历史,主要可分为直插式封装(LAMP)、贴片式封装(SMD)、数码管封装(Display)、功率型封装(POWER)、集成式封装(COB)。   重点来了,目前最主流的封装形式为SMD、POWER和COB,而CSP封装欲革掉的正是这些主流封装的命,即可以替代目前主流的LED2835、3528、5050等。所以,需要注意的是,它影响的并非整个封装行业,而是目前封装行业中的主流形式。它属于芯片环节的技术更新,而不属于封装世界。   封装龙头企业鸿利光电总经理雷利宁近日坦诚:“我们必须直视和面对CSP的来临,我们也在做技术突破和努力。CSP封装技术还面临着诸多技术难点,包括封装工艺的难易度、选取工艺等,如何实现一个标准化的推广,是否存在更具有突破性的工艺等这一系列的问题,还等待我们去解决。而这也正将给SMD、COB等产品带来更多的变化。比如COB目前占有率可能只达15%—20%,但是CSP的到来会给COB带来不同的转变。”   所以,封装厂仍旧有它存在的价值,并且在CSP产品的良率和成本问题还未得到解决之前,在照明领域,SMD封装等这一性价比极高的技术仍将会是主流。当然,这并不代表封装厂可以高枕有忧,而更应该趁势做到继续未雨绸缪。   开照明新时代?   针对本开篇中,某业内人士提出的CSP技术“一没有拓展行业生存空间,二也没有降低行业竞争压力,即使实现了2500lm$,然而也并没有什么卵用。”这一说法,在此也表达了一下GSC君的观点:1、掌握新技术,赶超很多公司,目的肯定不是为了降低他人的竞争压力,而是降低自己的竞争压力。2、CSP技术未来存在无限可能性,将会出现很多未知新应用,拓展空间将是必然。   目前,相比总的照明市场和封装市场,CSP封装产品的比重还很小,更多应用于背光源领域。并且,大部分的商业照明还是偏向以中小功率为主,而CSP目前还是主要集中在大功率,截止目前,只有东芝等极少公司推出中小功率的CSP,且技术难度大,良品率未知。所以,也不排除技术突破下,未来能更多应用于中小功率。所以,未来CSP在照明领域产生的可能性尚属未知。科锐中国区总经理邵嘉平则在公开场合表示,目前CSP无封装芯片已应用到背光屏幕、通用性照明等领域,相信随着CSP不断创新完善,未来将在闪光灯、汽车灯、显示屏等领域拥有更大的发展空间,创造出更大的价值。   德豪润达芯片事业部副总裁莫庆伟也认为:“当初2835或者5630就是当时韩国电视机背光把它简化到了极致,大批量的生产,最终这个技术渗透和占领照明市场,CSP很有可能走同样的路。因为目前CSP在电视背光上已得到大规模的应用,可靠性提高,成本降低,照明市场很有可能继续重演此戏。”   所以,可以想见,CSP势必会在一定程度上给LED部分环节带来一定的冲击,但是力度如何,还不得而知。   综上所述,CSP封装技术的确称得上是新技术和好技术,是芯片尺寸封装的一个突破性进展,不容小觑,但它再好,还是原来的“芯片”,所以也无须神化它。   如今巨头们都在开始发力,那么按照新技术发展的正常逻辑,最快半年,良率和成本问题将会得到解决,最慢也只需要一年。未来,不排除封装和芯片之间的边界,以及封装与组装工艺之间的边界会日渐模糊,而整个LED行业的格局将愈加清晰,风云再起,请各位看官自行捕捉信号,判断自身发展步伐,伺机而动。 ,或()。