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LED照明产业技术冲击:如何将CSP发光效率提升30%?
发布日期 2015-08-06 |
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  此前,在CSP的介绍文章中,从CSP的结构类型、优点、难点、与封装之间的关系以及LED国际巨头的动作等角度进行了科普式的解读,从而得出了——CSP是新技术和好技术,是芯片和封装领域间取得的突破性进展,不容小觑但也不必神化的结论。由此也明确了,未来,CSP将会在LED产业掀起不小的波澜。

  既然肯定了CSP技术存在的合理性,那么如何优化CSP技术,提高其发光效率?想必是业界首要关心的问题。为此,我与相关的技术及专利人员进行了交流,并存其精华。所以,本文将投读者所好,把焦点放在CSP的不足之处上,再提出几种提高CSP发光效率的改进方案,希望这一拙见能给读者带来一定的启示。

  先来看看目前存在的两种CSP基本结构。

  目前,LED生长衬底有两类:透明(例如蓝宝石)和非透明(例如硅)。采用透明衬底的CSP(如图一),此类不要求必须剥离衬底;采用非透明衬底的CSP(如图二),此类必须剥离衬底。

  如将这两种不同结构的CSP进行比较,可得出以下结论:

  1、透明结构(例如蓝宝石)(图一)的CSP的生产效率比较低,因为它在生产过程中,需要将芯片逐个进行倒装。(代表性企业有三星、lumileds、德豪润达、晶元等)

  2、非透明结构(例如硅)(图二)的CSP的生产效率则相对较高,因为它在生产过程中很容易进行晶圆级的CSP制造工艺。(代表性企业:东芝、三星)

  那么如何改进透明结构的CSP生产效率?事实上,在之前的文章中,我曾提及的新型均匀扩张的扩晶机一定程度上可以解决这一问题。

  重点来了,解决完生产效率后,如何解决CSP发光效率?

  首先需要找到出光效率低的原因,其实很简单,主要是因为封装尺寸与芯片尺寸几乎相同,不能把芯片作为点光源,这造成了严重的全反射。

  那么,什么是全反射?

  上图一CSP的全反射方式为:外延层→ 蓝宝石→荧光粉→空气:总共有3次全反射。

  上图二的CSP的全反射方式:外延层→荧光粉→空气:总共有2次全反射。

  那么如何改进的CSP结构,从而不会因全反射问题而导致出光效率低?表面粗化可以解决这个问题。

  下面继续用图说话,看看几个表面粗化的方案——

  图三是对图一CSP进行表面粗化,图四则是对图二的CSP进行表面粗化。当然,也可以进行部分表面粗化,请看下面四张图(图五六七八),分别在透明衬底、外延层、荧光粉表面进行粗化技术处理。据光学模拟显示,这一技术至少能将出光效率提升30%。

  或者

  在提高出光效率的同时,还有一个问题仍须考虑——如何进一步降低成本?

  从结构上考虑,外延层是必须存在的,荧光粉(对于发白光)也是必须的。那么,只有金属化支撑衬底并不是必须的,所以可以从这方面做考虑,去掉金属化支撑衬底。

  先来看没有支撑衬底的CSP(见图九、图十)。

  但是,去掉原本起支撑和固定作用的衬底后,拿什么来做支撑?

  事实上,为了增加CSP的机械强度,起到支撑和固定作用,可以在最外面包一层用低廉材料制成的透明支持层,如下:

  当然,在这些结构中,包括透明支持层在内,仍然要进行上面提到的表面粗化。

  总结:事实上,通过表面粗化技术提高CSP发光效率和去支撑衬底加透明支持层来降低制造成本,都只是解决问题的方式之一,但至少是目前可见的有效途径。在采用该技术生产时,仍然存在诸多难点需要攻克,尤其是最后面提到的增加透明支持层这一方法,存在一个不可忽视的难点,即密封性问题——我们把这一难题留给技术界的牛人。

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