MiniLED倒裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成高良率之路上的首道關(guān)卡 大角度方案仍存挑戰(zhàn)

對(duì)MiniLED這類小間距顯示芯片來(lái)說(shuō)，倒裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是業(yè)界通往高良率之路上的首道關(guān)卡。與普遍應(yīng)用于LED芯片領(lǐng)域最主流的正裝技術(shù)不同，倒裝技術(shù)由于無(wú)需在電極上打金線，能夠節(jié)約很多成本，因此非常適合MiniLED這類超小空間密布的應(yīng)用需求。

除此之外，采用倒裝結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)MiniLED芯片也有很多其他優(yōu)勢(shì)，華立森光電股份有限公司技術(shù)總監(jiān)童曉楠表示：“倒裝芯片飽和電流高，電流增加以后相對(duì)亮度上可以持續(xù)到2安培才飽和，但是一般的正裝芯片在1安培時(shí)就飽和了，在亮度、電流增加的時(shí)候VF越低越好，而倒裝芯片的VF是最低的。綜合亮度跟VF，它的亮度飽和度高，VF又比較低，因此倒裝芯片的Droop現(xiàn)象也是最少的。而且，在相同1000lm輸出的情況下，倒裝芯片的成本只有正裝芯片的一半，特別是在高電流下，可以很好地展現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。”

也正因此，業(yè)界在MiniLED芯片的設(shè)計(jì)上一律采用了倒裝芯片的結(jié)構(gòu)。其中，藍(lán)綠光倒裝LED芯片因技術(shù)較為成熟，良率也比較高，如今已不再是MiniLED芯片提升良率及可靠性的瓶頸。因此，現(xiàn)階段MiniLED倒裝芯片的良率問(wèn)題主要還是聚焦在紅光倒裝芯片領(lǐng)域。童曉楠告訴記者：“紅光倒裝LED芯片的技術(shù)難度比藍(lán)綠光的都要高，因?yàn)榧t光倒裝芯片一般需要進(jìn)行襯底轉(zhuǎn)移以及固晶焊接，而芯片在轉(zhuǎn)移以及固晶焊接的過(guò)程中，由于工藝環(huán)境以及各種不可控因素的影響，產(chǎn)品的良率和可靠性幾乎很難保證?！?/p>

典型的比如固晶焊接問(wèn)題，目前很多工廠一般都是采用錫膏來(lái)代替黃金作為材料的焊接方式，雖同樣是使用回流焊工藝，但卻容易造成錫膏溢到芯片側(cè)面產(chǎn)生漏電，良率普遍不高。謝志國(guó)表示：“目前，無(wú)論是點(diǎn)錫膏或刷錫膏也好，都無(wú)法精確控制錫膏用量，這很容易導(dǎo)致芯片焊接出現(xiàn)漂移或偏位、孔洞率大以及失效等問(wèn)題。對(duì)此，我們主要是通過(guò)引進(jìn)高精度的錫膏印刷機(jī)、高精度高速芯片排列機(jī)進(jìn)行芯片以及基板的雙重矯正，來(lái)專門(mén)解決這個(gè)偏位的問(wèn)題；另外，我們也開(kāi)發(fā)了錫電極芯片以及固晶用助焊劑來(lái)解決高精度的焊接問(wèn)題，從而保證倒裝芯片在固晶過(guò)程中的良率，并提高芯片的可靠性。”

對(duì)于紅光倒裝芯片廣泛存在的襯底轉(zhuǎn)移痛點(diǎn)，童曉楠告訴記者：“解決該問(wèn)題現(xiàn)階段主要有兩種技術(shù)路線，一種是通過(guò)采用DBR與ITO組合做反光導(dǎo)電層，而另一種則是采用金屬反光技術(shù)，比如Ag銀。而通過(guò)總結(jié)過(guò)去幾年在倒裝技術(shù)領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)相比目前很多友商采用的以銀等金屬作反光層的方案，采用以DBR與ITO組合作為反光導(dǎo)電層的方案能夠更好的解決襯底轉(zhuǎn)移等芯片倒裝過(guò)程中的低良率問(wèn)題。經(jīng)過(guò)多次的產(chǎn)品試制，我們估算”DBR＋I(xiàn)TO“反光技術(shù)方案能夠使MiniLED芯片的成品良率大約提升28.4％左右，而且能夠做到更好的出光性及可靠性，同時(shí)芯片在工作電壓下穩(wěn)定性也會(huì)更高。”

不過(guò)，有受訪者也對(duì)此表示質(zhì)疑：“就MiniLED紅光倒裝芯片的良率提升問(wèn)題業(yè)界已經(jīng)爭(zhēng)論了很久，由于各家采取的倒裝芯片設(shè)計(jì)方案略有不同，各方案對(duì)芯片良率提升的實(shí)際效果廠商們也是各執(zhí)一詞。因?yàn)槟壳拔覀儾](méi)有看到任何一家廠商在MiniLED產(chǎn)品上真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)交貨，基本大家都只是停留在產(chǎn)品預(yù)熱階段，各方案對(duì)倒裝芯片良率提升的實(shí)際效果也并沒(méi)有真正得到量產(chǎn)驗(yàn)證，孰好孰壞暫時(shí)還不能夠妄下定論?！?/p>

出光角決定芯片核心性能 大角度方案仍存挑戰(zhàn)

除了MiniLED芯片的倒裝方案設(shè)計(jì)外，出光角度控制方案的設(shè)計(jì)也是橫亙?cè)诹悸侍嵘飞系牧硪蛔按笊健?。?jù)編者了解，出光角的大小將直接決定芯片的多項(xiàng)光學(xué)性能表現(xiàn)，比如RGB品質(zhì)、光學(xué)效率以及高亮高飽和等特性。為了能夠獲得具備大角度出光能力、混光度均勻的MiniLED芯片，各廠商也都使出了渾身解數(shù)，通過(guò)一系列優(yōu)化芯片厚度、襯底甚至電極結(jié)構(gòu)的方案，以求能更進(jìn)一步增大MiniLED芯片出光角度。

只有具備很好的出光性，才能達(dá)到應(yīng)用端規(guī)定的良品標(biāo)準(zhǔn)，否則在實(shí)際應(yīng)用中很容易出現(xiàn)出光不均勻以及顯示效果差的情況，謝志國(guó)告訴記者：“目前，業(yè)界對(duì)MiniLED芯片的要求是在比較小的OD距離下能夠獲得一個(gè)更大的均勻光。在芯片層面，現(xiàn)在常規(guī)出光角度一般在120度左右，由于混光距離高，因此對(duì)芯片數(shù)量的需求比較多。但目前，各家廠商也都在研究如何設(shè)計(jì)芯片的出光角度，從而突出器件的關(guān)鍵性能并提升良率。”

針對(duì)這一塊，國(guó)星光電在MiniLED芯片上也做了一些針對(duì)性的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，國(guó)星光電白光器件事業(yè)部副總經(jīng)理謝志國(guó)告訴記者：“比如我們?cè)谛酒暮穸确矫孢M(jìn)行了一些改進(jìn)，從而增加其側(cè)面的出光；同時(shí)，我們也在PSS襯底形貌上進(jìn)行了一些優(yōu)化，增加了大角度出光特性，從而獲得更大角度出光的MiniLED芯片。不過(guò)，厚度增加之后也帶來(lái)了高度的增加，從而提升了后續(xù)裂片生產(chǎn)工藝上的問(wèn)題，因此還需要在后端工藝上進(jìn)行一些調(diào)整?！?/p>

童曉楠也表示：“針對(duì)芯片的出光角的設(shè)計(jì)，業(yè)界各大廠商都有不同的解決方案，比如有的廠商主張?jiān)谛酒c電極間加入后窗口層，有效擴(kuò)大光引出角錐來(lái)提高出光率和出光角度；或者采用表面粗糙化或者芯片側(cè)面的粗糙化的方式，通過(guò)散射光的方向來(lái)減少反射并增加透射率；有的也偏向于采用剝離與透明襯底技術(shù)，通過(guò)減少襯底吸收作用的方法來(lái)開(kāi)拓芯片向下引出角錐，從而很大程度上提升芯片的出光效率及角度。不過(guò)，真正能夠既做到大角度出光又能保持高混光均勻度的方案難度非常高，目前業(yè)界廠商都還處于探索當(dāng)中，很多方案僅僅只是停留在Demo層面，未來(lái)在量產(chǎn)實(shí)施過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)很多難以預(yù)測(cè)的問(wèn)題?！?/p>

總而言之，供應(yīng)商們一致認(rèn)同的MiniLED大規(guī)模放量時(shí)期已漸行漸近，為了兌現(xiàn)這一莊重“承諾”，業(yè)界各大廠商也都在快馬加鞭，競(jìng)相研發(fā)各種創(chuàng)新方案去解決MiniLED芯片量產(chǎn)的良率問(wèn)題。但在編者看來(lái)，無(wú)論是在紅光倒裝結(jié)構(gòu)還是大角度出光性設(shè)計(jì)上，目前各大廠商都還未給出真正得到大規(guī)模量產(chǎn)驗(yàn)證的解決方案，MiniLED芯片的良率問(wèn)題將會(huì)在未來(lái)一段時(shí)間里繼續(xù)存在。而受制于芯片端的良率影響，MiniLED技術(shù)導(dǎo)入各應(yīng)用端的成本仍然會(huì)居高不下，因此編者也預(yù)計(jì)模組及背光顯示屏在明年的量產(chǎn)及出貨情況可能也并不會(huì)如預(yù)期那般景氣，MiniLED與終端市場(chǎng)將會(huì)持續(xù)一段相當(dāng)長(zhǎng)的“磨合期”。