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    從倒裝到晶圓級封裝 教你如何分辨技術差異

    來源:中圖科技   發布時間:2015-10-12   點擊:1552 次

    【高工LED綜合報道】 【文 | 馥珅光電 楊秋忠博士】現在的倒裝LED名稱應正名爲晶圓級封裝 LED。


            什麼是晶圓級封裝LED(Wafer Level Chip Scale Package LED,簡稱WLCSP LED,或WLP LED),簡單說它是以倒裝的方式應用、而晶片作為LED封裝元件,并具備解決:機(機構)、電(電性)、熱(導熱)的功能,但他的封裝是在整片外延片完成後再切割成一粒粒晶片,可直接上錫膏或共晶(共金)、導電膠等可做成CSP、DOB(COB)等各種封裝方式。

            與2009年前的倒裝LED(覆晶LED,Flip Chip LED)有什麼不一樣,就要從封裝技術理論定義來説明如下:
      
      一、封裝的目的:
      
      1.提供乘載與機構保護的功能,保護LED免於物理性質的破壞或化學物質的侵蝕。
      
      2.提供能量的傳遞路徑與晶片的訊號分布。
      
      3.避免訊號延遲的產生,影響系統的運作。
      
      4.提供散熱的途徑,增加晶片散熱能力。
      
      二、封裝的技術層級區分:
      
      1.第零層級封裝(晶片層級界面接合) (簡稱L0):系指LED晶片上的電路設計與制造,又常稱為晶片制程。
      
      2.第一層級封裝(單晶片或多晶片模組) (簡稱L1):系指將LED晶片黏結於一封裝導線架中,并完成其中的機構密封保護(機)與電路連線(電)、導熱(熱)於導線架之制程,使晶片層級成為元件層級封裝,又常稱為封裝制程。
      
      3.第二層級封裝(印刷電路板、PCB)(簡稱L2):系指將第一層級封裝完成的元件組合於一電路板上的制程,又常稱為模組(Module)或SMT制程。
      
      4.第三層級封裝(母板)(簡稱L3):系指將數個電路板組合於一主機板上使成為一次系統的制程,或將數個次系統組合成為一完整的電子產品,又常稱為產品制程。
      
      整理如下圖:

      
      三、倒裝LED(覆晶LED,Flip Chip LED,FC LED)技術:
      
      倒裝(覆晶FC)封裝技術它約於1960年由美國IBM公司所開發,在Pad上沈積錫鉛球,而後將晶片翻轉、加熱,使錫鉛球軟化再與基板相結合,它屬於平列式(Area Array)的接合而非打線接合,Philips Lumileds最早引入LED高功率封裝,在2009年以前的倒裝LED(覆晶LED)特徵是有一轉接板(substrate),專利幾乎都是此技術。
      
      四、晶圓層級封裝LED(Wafer Level Chip Scale Package LED)技術:
      
      所謂晶圓層級封裝LED(WLCSP LED)乃是以直接在外延片(磊晶片)上達到直接積層的封裝方式,也就是直接將整片外延片進行封裝,所以晶圓級封裝LED的晶片已是L1層級LED,亦稱免封裝LED因已直接做積層封裝方式,然後切割成單顆LED晶片。

            而倒裝LED的晶片是L0層級,2010年以後LED界所使用的覆晶LED、倒裝LED、Flip Chip led、FC led、免封裝LED,指的就是這個晶圓層級封裝LED(WLCSP  LED)才是正確的名稱。
      
      WLCSP  LED封裝法擁有最短的訊號導線及能量的傳遞路徑,具有下列優點:
      
      1.以倒裝的方式應用并具備晶片尺寸型封裝(CSP)。
      
      2. 薄型封裝。
      
      3. 封裝成本較傳統法低。
      
      4. 可靠性(Reliability)高。
      
      5. 散熱性佳(熱傳導路徑短)。
      
      6. 電性優良(封裝的走線短,使得電感及電容低)。
      
      7. 可運用現有的SMT設備。
      
      8. 組裝上板快速等優點。
      
      要分辨倒裝LED(Flip Chip LED)輿晶圓級封裝LED(WLCSP LED)的差別,除了前面提到可省去轉接板(substrate)外,由前面封裝的目的、封裝的技術層級區分說明,傳統倒裝LED晶片是L0層級,而晶圓級封裝LED的晶片是L1層級LED(晶圓級封裝LED沒有L0層級產品),晶片是L1層級同LED封裝元件具備解決:機(機構)、電(電性)、熱(導熱)的功能,而傳統倒裝LED晶片是L0層級沒有具備解決機、電、熱的功能,必需再做L1才能具備解決機(機構)、電(電性)、熱(導熱)的功能。

            所以2009年以前的倒裝LED與2010以後的倒裝LED是不一樣的封裝技術,在學理上正確名稱是晶圓級封裝LED(WLCSP LED)。
      
      在專利實務上我們就以2005年到2014年馥珅光電在歐美、大陸、臺灣、韓國、等國申請被審核20案左右晶圓級封裝LED專利,依各國知識產權管理單位的實際核駁敘述説明:
      
      1.Philips Lumileds:業界都知道倒裝LED專利幾乎都是Philips Lumileds所布局,我們在各國知識產權管理機構的核駁案,確實大部分倒裝LED專利都是該公司的專利案,但沒看到該公司的晶圓級封裝LED專利案,2011我們曾送樣給該集團,2014年該公司才生產晶圓級封裝LED。
      
      2.Cree:我們在各國知識產權管理機構的核駁案,該公司最早倒裝LED專利是2007年的專利案。
      
      3.OSRAM:我們在各國知識產權管理機構的核駁案,沒遇到該公司的相關專利。
      
      4.日亜(日本):我們在各國知識產權管理機構的核駁案,遇到該公司倒裝LED專利更趨近於晶圓級封裝LED的專利案但還不具備晶圓級封裝LED的條件專利。
      
      5.晶電(臺灣):我們在各國知識產權管理機構的核駁案,沒遇過該公司的倒裝LED專利或晶圓級封裝LED專利案,2009年初跟我們要了一些晶圓級封裝LED專利資料。
      
      6.新世紀(臺灣):我們在各國知識產權管理機構的核駁案,沒遇過該公司的倒裝LED專利或晶圓級封裝LED專利案,2007年中跟我們要了一些晶圓級封裝LED專利資料。
      
      7.SamSung(韓國):我們在韓國及各國知識產權管理機構的核駁案,沒遇過該公司的倒裝LED專利或晶圓級封裝LED專利案,
      
      以上是對上位層級L0、L1制程、結構專利討論,也是馥珅光電這10年來專利申請的實際案例,當然這些主要LED廠是否有晶圓級封裝LED專利,是可以排除大部分,小部分有可能各國知識產權管理機構沒發現或解讀不同。
      
      當然原創晶圓級封裝LED專利技術是馥珅光電的多位博士研發團隊多年來的研發成果,WLCSP LED亮度比市售封裝LED平均可高5%以上,將來依理論應可提高到20%,再則我們愿意在專利上、商業上輿同業合作或代工元件、DOB(COB)光源模組、歡迎有興趣的上下游同業與我們接恰。
      
      參考資料:
      
      1、半導體電子元件構裝技術---------田民波編著(北京)----五南書局(臺灣)出版
      
      2、IC封裝制程與CAE應用--------鍾文仁、陳佑任編著------全華圖書公司(臺灣)印行
      
      3、半導體封裝工程-大塚寬治、宇佐美保原著郭嘉龍編譯-全華圖書公司(臺灣)印行
      
      4、Introduction to Semiconductor Manufacturing Technology  Hong Xiao著
      
      半導體制程技術導論--羅正忠張鼎張譯-------臺灣培生教育出版股份有限公司出版
      
      提煉亮點:
      
      1、晶圓級封裝LED沒有L0層級產品及可省去轉接板。
      
      2、晶圓級封裝LED晶片是L1層級、同LED封裝元件具備解決:機(機構)、電(電性)、熱(導熱)的功能。
      
      3、依各國知識產權管理機構實際核駁可看到,國際大廠的專利都是傳統倒裝LED晶片是L0層級,而不是晶圓級封裝LED的晶片是L1層級LED。


           4、現在的倒裝LED名稱應正名爲晶圓級封裝 LED,原創晶圓級封裝LED專利技術是馥珅光電的多位博士研發團隊多年來的研發成果。

     

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