一种增光型Top-view CSP及其工艺研究

By | 2020年7月24日

  择要:最近几年来,LED行业的迅猛倒退使患上LED的封装构造出现出多样化的倒退趋向。正在体积小型化标的目的,CSP LED应运而生。倒退进程中,Top-view
CSP的市场逐步构成,但白墙围挡限度了其光萃取率。本文从工艺构造上进行剖析改良,提出了一种增光型单面发光CSP,将原本的围挡侧光转换为反射侧光的办法,疏导出光,进步CSP光萃取效率。并从工艺制程上剖析了其可行性。

  要害词: CSP;单面发光;增光型;构造工艺;LED;光萃取效率

  1. 引言

  CSP作为一款简洁型LED封装产物正在近几年不断炒患上风起云涌。存眷点一开端是落正在其免基板、无键合线的特性上。这类封装构造能够年夜年夜缩减封装工艺流程以及资料老本。四四方方的外形以及厚度分歧的荧光胶层决议了CSP产物优异的出光分歧性。玲珑的体积使CSP正在使用端可以领有灵敏多变的设计特性,而且能够餍足高集成度的设计要求。因而,CSP吸引了泛滥投资者、钻研机构以及公司的存眷[1,2]。

  而其外形也跟着使用端需要开收回了没有同的构造以及形状特性。最后来的CSP是从传统单面发光的PLCC以及QFN封装形状向五面发光CSP倒退而来。五面发光CSP产物光效高、光损少,近场发光角靠近180°,实用于照明畛域。但正在背光畛域,针对五面发光CSP的透镜设计艰难,且五面CSP底部漏蓝影响背光成果。为顺应使用需要,扩大性能构造,CSP的倒退又转向了缩小发光面的趋向,从而呈现了单面发光CSP形状。然而跟着白墙胶对CSP周围出光的遮挡,CSP侧面出光效率会降落10-15%。本文旨正在提出一种Top-view
CSP的构造形状以及制造办法,使单面发光CSP光萃取效率取得晋升。

  

  图1 五面发光CSP及配光曲线模仿图

  2. Top-view CSP的构造倒退

  最先的一类单面发光CSP起源于芯片端,是正在倒装芯片晶圆上实现荧光胶涂覆解决后切割实现的。因为芯片正面齐全不解决,正面漏蓝非常重大。鉴于此成绩,市道市情上这种产物的使用也是寥寥可数。

  

  图2 第一阶段Top-view CSP

  第二阶段的Top-view
CSP,间接采纳白墙胶对倒装LED芯片正面进行遮挡,造成为了出光效率偏偏低的成绩。尤为是a类构造,是基于第一阶段单面发光CSP倒退而来,因为荧光胶的正面也存正在遮挡,因而光萃取效率年夜打扣头;而b、c类产物荧光胶齐全压正在芯片以及白墙胶上方,实际上是一种没有齐全的单面发光CSP构造,尽管荧光胶层仅0.1-0.17妹妹,但正在程度角标的目的依然会有漏光景象。

  

  图3 第二阶段Top-view CSP

  第三阶段的Top-view
CSP是今朝市道市情上最为常见的一类,韩国、台湾、年夜陆均有这类形状的产物。此类产物是从五面发光CSP根底上衍生而来。因为从芯片侧面以及正面收回的光都可间接进入荧光胶进行激起,从而进步了肯定的白光转换效率,使光效晋升。但此产物被竖直的白墙胶侧壁四面突围,正在光萃取上依然存正在很年夜的晋升空间。

  

  图4 第三阶段Top-view CSP

  3. 一种增光型Top-view CSP

  以往的Top-view CSP仅仅思考将侧光围挡,并未从构造设计大将这种光进行标的目的疏导并提掏出来。此增光型Top-view
CSP产物做了白墙内壁解决,形状上是CSP向QFN封装的一种构造回归[3]。以下图所示:

  

  图5 增光型Top view CSP

  基于第三类Top-view
CSP,咱们将白墙胶解决成有启齿歪斜角度之后的构造,加之出光外表图形化解决,出光效率便可取得显著的晋升。本来荧光胶激起的程度标的目的局部光子会正在白墙、荧光粉颗粒、芯片以及胶体内重复反射、折射,终极被排汇转换成热量,而正在这种构造下则能够经过歪斜的白墙侧壁导向出光面。

  将增光型Top-view
CSP辨别与三种没有同构造类型的CSP进行光学模仿比照。采纳相反的封装资料(包罗芯片、白墙胶、荧光胶),搭配相反的资料特点参数(CSP白墙设置为散射解决,白墙反射率:97%),模仿普通状况下的出光角度以及绝对光功率。

  

  表1 光学模仿后果

  由上表可知,传统的Top-view
CSP比五面发光CSP正在侧面出光上缩小了16.23%,全体光萃取效率升高了39.38%。白墙胶内壁歪斜解决后的Top-view
CSP正在侧面出光上比五面发光CSP进步了42.61%,但全体的光萃取效率仍低于五面发光CSP。再添加出光面图形化解决后,Top-view
CSP全体光萃取效率相比五面发光CSP晋升了8.4%,侧面出光效率比五面发光CSP进步了44.58%。

  

   图a 仿真NO.2样品、近场光散布成果与配光曲线模仿图

  

  图b 仿真NO.3样品与近场光散布成果与配光曲线模仿图

  

  图c 仿真NO.4样品与近场光散布成果与配光曲线模仿图

  图6 仿真样品表示图与近场光散布成果

  由光学模仿的近场光散布以及配光曲线可知,五面发光CSP构造倒退至惯例Top-view CSP,发光角度呈现显著降落,而歪斜杯壁的Top-view
CSP构造使发光角度愈加集中,从NO.3的配光曲线上看光散布最为锋利。经过外表图形化解决后,近场光斑趋于平均,配光曲线中心稍微平缓,发光角度增至125°。

  4. 增光型Top-view CSP工艺制程与可行性

  此类Top-view
CSP的制造工艺复杂度依然以及第三类相差没有年夜,仅仅添加了两次翻膜的工序。工艺特性上,咱们采纳了一种非凡成型的切割刀片,作为碗杯成型的要害。以下图:

  

  图5 增光型单面发光CSP工艺制程简介

  总体工艺分为:①布晶、②荧光胶模压、③翻膜、④杯型切割、⑤翻膜、⑥白墙胶模压、⑦外表去皮与图形化解决、⑧精密切割、⑨分选包装。工艺难点正在于高精度布晶、真空热压技巧以及高精度切割。而今朝,固晶机精度可达到±30um,切割机精度高达±5um/150times,足以餍足以上工艺成型要求。

  5. 总结

  本文从构造工艺上提出了Top-view
CSP的增光计划。实际上,还能从制程工艺上晋升CSP出光效率,包罗荧光薄膜笼罩、荧光薄膜印刷、荧光胶喷涂、荧光胶真空蒸镀等技巧[4,5]。但是制程工艺扭转,对设施要求或资料要求都比拟高。初始投入以及老本要求也会相应添加。而本文提出的增光型Top-view
CSP相比第三阶段Top-view
CSP产物仅需更改一款切割成型刀片,初始投入较小。并能完成全体光萃取效率相比五面发光CSP晋升8.4%,侧面出光效率比惯例Top-view
CSP晋升72.6%。以上钻研效果均由深圳市瑞丰光电子公司提供。瑞丰光电自2013年开端正在LED封装使用畛域研发CSP产物,正在2014年先后已对CSP产物做了片面专利规划。

  另外,咱们也留意到,此类构造仍存正在底部漏光成绩。尽管经过进步设施以及治具精度可进一步减少底部荧光胶圈的漏光面,但不克不及齐全处理漏光成绩。今朝,市道市情上也有一类底部封白墙胶的CSP构造设计能够处理底部漏光,但倒装芯片发光层位于芯片底部接近电极的地位,必将会遮蔽发光层正面,影响肯定的出光效率。因而可知,今朝各种Top-view
CSP的构造都各具劣势,而且其倒退依然存正在许多欠缺以及晋升的空间。(作者:深圳市瑞丰光电子股分无限公司李成驰,裴小明,游志)

  参考文献:

  [1] 唐国庆,刘圆圆,CSP,开启照明新时代 [C],海峡两岸第二十二届照明科技与营销研讨会专题陈诉暨论文集 ,2015.11.19.

  [2] 周学军,CSP——因应照明市场需要的LED封装改革 [C],2014年中国照明论坛——LED照明产物设计、使用与翻新论坛论文集
,2014.09.11.

  [3] 曹宇星. 芯片级封装LED的封装构造 [P],CN201420401596.1,2014.07.18.

  [4] 谭晓华,韩颖,冯亚凯. 芯片级封装的倒装LED白光芯片的制备办法 [P],CN201510245273.7,2015.05.14.

  [5] Kazumasa Igarashi, Megumu Nagasawa, Satoshi Tanlgawa, et al. Chip scale
package type of semiconductor device [P], US005990546A, Dec.29, 1995.