澄清:NCSP並非CSP WICOP也是CSP

說起CSP,最初進入LED市場目光的是「免封裝」概念,而這個最早時候的CSP僅僅只有應用在一些LED閃光燈市場,如今在背光市場逐漸起量。而所謂的免封裝並不是真正省去封裝環節,而是將部分封裝製程提前到晶片製程階段完成,即採用倒裝晶片直接封焊到封裝底部的焊盤,無金線,無支架,簡化生產流程,降低生產成本,封裝尺寸可以做得更小,而同樣的封裝尺寸可以提供更大的功率,也就是晶片級封裝(簡稱CSP,此定義文章太多,此處不加贅述)。

CSP-LED器件封裝截面圖

如果你一直有關注CSP的發展,你就會發現當CSP這個概念逐漸受熱,像免封裝、CSP、NCSP以及WiCop這些詞彙瞬間博得大多數人的眼球,但是他們究竟是什麼呢?每個名詞之間存在著怎樣的聯繫呢? 

NCSP是什麼?

過去幾年,大功率LED的國際巨頭紛紛著力改進原有陶瓷封裝技術,憑藉其先進的大功率倒裝晶片或垂直結構晶片,逐漸使封裝小型化,以降低由於昂貴的陶瓷基板及較低的生產效率帶來的成本壓力,並提升晶片承受大電流密度的能力。

結果是在不降低、甚至提高光通量的前提下,他們讓從原來的3535的封裝變到2525,再縮小到到1616甚至更小,使得LED的尺寸趨近了晶片本身的尺寸,因為接近CSP,故而取名Near Chip Scale Package,簡稱NCSP。

NCSP-LED器件封裝截面圖

對此,天電光電敬奕程經理表示,CSP是指無支架封裝,如首爾的WiCop,封裝大小就是晶片大小,而NCSP指的是比實際晶片還會大20%以內,有碗杯或者支架。

自進入2015年以來,LED行業的CSP風一度一浪高過一浪,被認為是LED封裝的革命產品。當LED風向開始偏移的時候,很多企業開始紛紛佈局CSP,但是不是所有的企業都有資本下決心佈局的,為什麼這麼說呢?

作為封裝企業來說,之前一直發力正裝LED,在製程上取得了很大進步,在現有的市場上也一直有不錯的業績。當CSP概念來臨時,一些大的上市企業紛紛踏足,搶佔先機,不想錯失。而作為一部分的中小型正裝企業,本來營收有限,如果冒然投入CSP,佈局設備,不論是資金還是產品拓展上都存在很大的風險和不確定性。

而且目前CSP的發展還是處在初級階段,優勢還並未很明顯。對此鴻利光電雷利寧也表示,雖然CSP和WiCop都被炒得火熱,但是對比目前的很多封裝形式來看,CSP的封裝形式主要存在幾個焦灼點,首先光效設計對比傳統正裝製程不具有性價比優勢,比如同功率同光效下,正裝晶片由於良率和成熟度更有優勢,在同光效同光通量輸出時,正裝亦有優勢;其次還包括燈具廠家對CSP的SMT等使用的諸多問題。

NCSP與CSP是什麼關係?

NCSP技術依靠倒裝結構的晶片(Flip Chip),將倒裝晶片通過共晶焊技術銲接在陶瓷或柔性基板上,再將螢光粉層塗覆在作為出光窗口的藍寶石及晶片四周側壁上,形成五面發光型光源。由於其單位面積的光通量最大化(高光密度)以及晶片與封裝成本最大比(低封裝成本),使其有望在性價比上打開顛覆性的突破口。

當陶瓷基板的尺寸做到和晶片尺寸幾乎一樣大時,其逐漸失去輔助LED散熱的功能。相反,如果去掉陶瓷基板,則會去掉一層熱界面,有利於熱量快速傳導到外線路板。同時,隨著倒裝晶片的成熟,陶瓷基板作為絕緣材料對PN電極線路的再分佈(re-distribution)的功能已不再需要。除了在機械結構和熱膨脹失配上對LED起到一定保護作用外,陶瓷基板對晶片的電隔離和熱傳導的重要功能已基本喪失。因此,免基板的CSP封裝技術應運而生。

NCSP可以說是基於CSP技術的未成熟性以及市場需求的過渡性而產生的。從LED目前發展來看,一方面,由於價格戰的加劇,企業通過紛紛降低尺寸減少才材料成本,而推出更高性價比的產品,使得產品尺寸日趨小化,另一方面,新的產品CSP被認為是最新一代高性價比產品,而目前技術暫未成熟,從而催生出過渡性產品NCSP。

當然對於任何一款新的技術或者產品走向成熟,其必定要經歷一個週期,最終走向成熟。如果說CSP是免基板的,那麼在免基板的CSP成熟之前,NCSP或許也有其存在的必要性。

對於帶基板的CSP,德豪潤達莫慶偉博士表示,其已經失去開發這款技術的初衷了。因為CSP技術最初出現的背景就是為了精簡製程,減少製程的。如果還存在基板,則與當初的推崇理念是相悖的。

Wicop是什麼?

Wicop來由首爾半導體提出的名稱,取自英文Wafer Level Integrated Chip On PCB的縮寫。該技術是一種突破了目前常說的CSP的限制,實現了真正的無封裝LED新概念的產品。由於將晶片直接同PCB相連接, 無需傳統LED封裝製程需要的固晶、焊線等工程,又因沒有中間基板,使晶片尺寸與封裝尺寸100%相同,是超小型、高效率的產品,顯示出極高的光密度和熱傳導率。

Wicop-LED器件封裝截面圖

這種新產品的問世完全顛覆了傳統LED封裝生產模式,不再需要LED封裝(Package)生產的固晶(Die Bonding),焊金線(Wire Bonding)等生產製程,也不再需要作為LED封裝主要構成部件的支架(Lead frame)、金線(Gold wire)等材料的新概念WiCop新產品。

對此,鴻利光電雷利寧表示,其實裸晶型CSP簡單的分為兩大類,第一大類是成品晶片封裝型;第二大類晶圓級封裝型。晶片封裝型的特點是晶片廠家已經經過測試分檔上膜包裝的產品再經過一道固晶製程(晶片排列機),然後經過白光製程(噴塗、Molding、壓膜等),再進行後段切割分包等;第二大類就是晶圓級封裝型,有些也定義為WiCop,就是在wafer上的一種封裝技術。但是就「免封裝」的這種說法,其表示,不過是擁有晶片生產線資源或設備資源的廠家渲染的噱頭罷了。

對此,德豪潤達副總裁莫慶偉表示,WiCop究其根本也不是什麼新技術,其實只是在晶圓級別上的CSP而已。而且目前晶圓級別的CSP還存在很多技術上的挑戰。

由此可見,真正的CSP封裝技術,是不再需要額外的次級基板(sub-mount)或是導線架,直接貼合在載板上,因此業界還稱之為白光晶片。免去封裝基板後,封裝體面積進一步縮小,提高出光角度和光密度;不僅如此,還把傳統倒裝晶片封裝技術中固晶製程所需的金錫(Au-Sn)共晶銲接變為低成本的無鉛焊錫銲接,進一步降低封裝成本。但是,就目前封裝廠技術來看,完全免基板暫時不易實現,因此當前絕大部分封裝企業在生產CSP產品時,多會採用帶基板的倒裝焊技術。因此,從嚴格意義上分析,市場上大部分CSP可以歸結於NCSP產品,現有的CSP封裝是基於倒裝技術而存在的。

對此,德豪潤達莫慶偉博士也表示,對於無基板的CSP,就其目前知道的也就是首爾半導體,德豪潤達、三星和lumileds。

CSP、Wicop是什麼關係?

對於WiCop,首爾半導體此前表示,WiCop是相對CSP更為簡化的一種設計,沒有支架,固晶,金線等製程的wafer級封裝的LED,其只需在晶片上面壓結螢光膜就可以了。但是其與CSP是什麼關係,首爾半導體用「CSP≠WiCop」這個公式表示了。

但是德豪潤達副總裁莫慶偉表示,從CSP的結構來看,其實WiCop也就是免基板的CSP。只是它是基於晶圓圓片上的封裝,而CSP是基於單顆成品晶片的封裝,雖然製程有所不同,但是只是不同的csp結構而已。而且CSP企業所用的結構也有所不同,每家的製程也不同,而且因應用領域的不同,所用的結構也會有所不同。

實際上,CSP白光的實現方式有很多種,市面上主流技術路線是把圓片切割後,在方片上進行螢光粉塗布,再測試、編帶。核心製程是圍繞著螢光粉的塗覆技術,包括旋涂,噴膠,封模,印刷、及螢光膜貼片等多種方式,各製程都有其優勢與挑戰。此過程與傳統封裝製程較為相似,適合製作五面發光型CSP。

還有就是單面發光型CSP是將螢光粉塗覆在晶圓(Wafer)上進行大多數或是全部的封裝測試程序,之後再進行切割(Singulation)製成單顆組件。這種封裝過程又稱晶圓級封裝(Wafer Level Package,WLP)。然而,採取這樣製程實現的螢光粉塗覆,只覆蓋LED晶片的上表面,藍光透過藍寶石從四周漏出,影響封裝後的整體色空間分佈的均勻性。

無論是那種製程來看,CSP都並不會革掉封裝企業的命。對此,鴻利光電雷利寧也表示, WiCop是晶圓級封裝的CSP,但是無論是哪一個級別的封裝,封裝廠都可以做封裝,只是看去買成品晶片還是買整片圓片來封裝。

總之,未來不論是NCSP、CSP亦或是WiCop,不管能否起到革命的作用,但是其的確省略掉原有技術的一些環節,它是一種技術的進步。也正如德豪潤達莫慶偉所說,不要把csp當作洪水猛獸,它也不會一劍封喉,它的出現是一場LED產業的革新,也是一場挑戰,但同時更是新機遇。(文\LEDinside skavy;校對:德豪潤達莫慶偉博士)

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