近幾年,CSP(Chip Scale Package)一直是LED業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。除了在封裝環(huán)節的極大簡(jiǎn)化,CSP在應用上還有高功率、極小發(fā)光面、散熱優(yōu)異等獨特的優(yōu)勢。很多國際大廠(chǎng)都一直致力于推動(dòng)CSP的產(chǎn)業(yè)化。目前,CSP在手機閃光燈、電視背光、車(chē)用照明等應用上迅速鋪開(kāi)。中國CSP起步相對較晚,2017年被很多業(yè)界人士看作是中國CSP元年,甚至在車(chē)用照明領(lǐng)域出現供貨比較緊張的局面。
由于封裝結構的極簡(jiǎn)化,熒光粉墻和熒光粉面成為CSP封裝工藝中更加關(guān)鍵的一個(gè)物料,目前常常通過(guò)熒光粉片的形式并入到CSP器件(其他封裝制程other viable Packaging Processes,不在此討論)。根據分散體系的不同,熒光粉片的技術(shù)又分陶瓷玻璃熒光片和樹(shù)脂熒光片,這兩個(gè)技術(shù)的快速突破和對CSP量產(chǎn)的大力助力充分表現了材料技術(shù)的多樣性、創(chuàng )造性及材料的使能重要性(Enabling Technology)。
光和熱對于LED是最關(guān)鍵的,光和熱的更好管理也是LED技術(shù)和產(chǎn)品不斷提升的基礎和保證。封裝材料的選擇也需要著(zhù)重考慮這兩個(gè)問(wèn)題。陶瓷玻璃熒光片屬于無(wú)機材料,是最好的耐溫材料之一,其優(yōu)異的耐熱、耐光熱(例如不黃變)性能是有機材料所不能企及的。與此同時(shí),陶瓷和玻璃具有高導熱性能及良好的可加工性(包括機械加工、激光切割、蝕刻等)。雖然電子材料的單個(gè)物理性能是非常重要的考量因素,但是其在LED器件中的整體表現才更為重要,只有和其他物料及組件的匹配性合適才能發(fā)揮其物理屬性。如果存在不匹配性,再好的材料也不能發(fā)揮出其性能優(yōu)勢,更有甚者會(huì )在可靠性出現問(wèn)題,這是一個(gè)系統問(wèn)題。同時(shí),可制造性Manufacturability也是一個(gè)需要重視的問(wèn)題,材料必須能和設備、制程工藝有機組合。
熱固樹(shù)脂Thermosets經(jīng)常使用于半導體封裝中,根據固化的進(jìn)度和程度,可以分成A-stage,B-stage,C-stage。B-stage is the stage wherein the thermosets are almost insoluble but are thermoplastic. They can remain in the molten state for only a short period, because the elevated temperatures not only promote flow, but also cause the final cross-linking of the material. 熒光粉樹(shù)脂膠膜被很多韓國CSP技術(shù)領(lǐng)先的公司所采用。
B-stage熒光粉膠膜的可形變性和流動(dòng)性,對于其和CSP芯片的粘接性至關(guān)重要。陶瓷玻璃由于不具有形變和流動(dòng)能力,很多工藝采用了涂層來(lái)實(shí)現粘接(遠程熒光應用除外),其實(shí)還是又引入了有機材料(散熱、耐熱的薄弱環(huán)節);夾在陶瓷片和CSP芯片(兩者都是剛性體,且CTE非常低)之間的有機粘合劑由于高的熱膨脹系數CTE,在冷熱沖擊時(shí),可能產(chǎn)生更嚴重的應力問(wèn)題,甚至影響器件的可靠性。另一方面,熱固樹(shù)脂具有優(yōu)異的可配粉性,可以混合多種、不同的熒光粉。陶瓷熒光片由于需要高溫燒結,很難實(shí)現多粉單片產(chǎn)品,紅粉尤其為難。同時(shí),有機材料有非常好的厚度控制,均一性易于實(shí)現。有機材料一直由于多樣的可加工性、成熟的配套設備、和制程工藝的良好匹配(很多半導體工藝有成熟的膜配套設備)及最低的成本,成為半導體工業(yè)的優(yōu)選材料之一。
在二十多年的電子材料工作中,接觸過(guò)的大多數歐美日韓臺半導體工程師,都非常重視物料的綜合檢測。因為在器件和制程中的重要性能指數常常有很多,很多工程師經(jīng)常利用score card來(lái)對比不同,而不只是單個(gè)技術(shù)指標的硬性對比。另外,不要忘了,散熱才是LED車(chē)燈的關(guān)鍵。功率越高,產(chǎn)生的熱也越多,不能解決散熱問(wèn)題,LED依舊會(huì )出現問(wèn)題,不應該本末倒置。作為從事高分子材料的來(lái)說(shuō),個(gè)人傾向于采用B-stage熒光粉膠膜。
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