美Verticle进一步缩小Mini-LED尺寸及边缘距离,切片效率提高8倍

CINNO · 2020-07-24

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美Verticle进一步缩小Mini-LED尺寸及边缘距离,切片效率提高8倍

近几年mini-LED的概念逐渐充斥了整个显示市场。Mini-LED是LCD背光的一个非常有趣的发展,不过目前还有许多问题要解决,比如该技术还需要进一步降低灯珠的成本,这样LCD背光才可以大量使用。我们认为基于Mini-LED的显示器在不久的未来有望能够获得更多的市场份额。

据外媒报道,一家总部位于硅谷并从事LED领域工作的公司Verticle,虽然已有16年的发展历史,但好像一直都处于一种隐身模式。除了专利列表之外,网上很少能找到其他可以加深对该公司认识的资料,但该公司正在开发的一项Mini LED切片技术引发关注。

降低成本

近些年,Mini-LED以及Micro-LED概念和技术慢慢出现在大众眼前,一时成为现下OLED技术强有力的竞争对手。Micro-LED真正市场化尚需要时间,不过主打液晶显示器背板应用的Mini-LED技术已经开始进入市场。设计人员使用mini-LED制作分区背光进而实现局部调光,这样可以极大提高传统液晶显示器的动态对比度进而改善图像质量。

不过为了获得满意的分区效果和视频质量,Mini-LED背光一般会用到非常多的LED芯片。例如,目前市场上传言会使用Mini-LED背光的下一代iPad Pro(12.9英寸)屏幕就会用到10,000数量级的LED芯片。实际上,目前Mini-LED芯片的应用成本还因为芯片良率、波长均齐和转移良率等因素居高不下,所以,降低Mini-LED芯片的成本将是Mini-LED显示器商业化的主要问题之一。

Verticle公司指出,缩小芯片尺寸是降低Mini-LED制造成本的最有效方法之一。不过该公司同时也表示,由于芯片良率(工艺损伤)和极长的处理时间,当前的芯片分离技术(例如,工业标准的隐形激光切割工艺)限制了芯片尺寸的进一步缩小。这对于尺寸小于100μm的Micro-LED芯片更是如此。

针对这一限制的存在,该公司提出了一种创新的芯片分割技术“化学切割(Chemical Dicing)”。据介绍,这种技术可以在大幅度减小mini-LED芯片尺寸的同时而不会损坏芯片。该公司表示,使用“化学切割”工艺,他们可以通过极大增加每个晶圆的芯片产出数量来大幅降低整个芯片的制造成本。此外,如表1所示,这种技术同时还会带来更窄的芯片街道划片宽度(Street Scribe Width)。

表1. 化学切割方法通过减小芯片尺寸和街道宽度极大增加了芯片的DPW

这种化学切割技术对芯片的无损性质非常重要,因为它通过湿法化学的方式蚀刻出芯片街道进而实现裂片。相比较于传统的热或机械方式,它不会产生额外的热或声冲击波,所以也就不会产生传统方式会带来的芯片损失。使用化学切割方法,芯片切屑边缘周围不会出现损伤,按Verticle说,这意味着有效区域和芯片切割边缘的距离可以做到小于2 微米。也就是说,这种方案可以扩大晶圆的有效面积,这让相同尺寸的LED芯片可以发出更多的光,当然,这也就意味着会降低成本。

如表1所示,与传统基于倒装芯片技术的mini-LED工艺相比,新方案下芯片尺寸和街道宽度的缩小让晶圆的DPW(Die per Wafer,每块晶圆上产出的芯片)增加接近8倍。实际上,传统基于倒装芯片技术的mini-LED工艺下的芯片尺寸较大且芯片街道宽度更宽。

为什么LED应该是矩形的?

Verticle公司指出,除了上述使用化学切割方法,他们还可以通过设计芯片切割形状来进一步增加芯片的DPW。与传统只能在直线方向上分离芯片(即只能分离出正方形或矩形这样的芯片)的常规芯片切割方法不同,化学切割方法还可以实现自由形状的芯片(例如正六边形)成型和切割。由于提高了分块效率(Tiling Efficiency)并增加了可用晶圆面积,基于化学切割方法制作的正六边形芯片方案可以让芯片的DPW进一步增大20%以上(如图1所示)。

图1. 化学切割方法通过芯片形状的设计和芯片街道宽度的减小增加了芯片的DPW

Verticle公司说,使用这种独特的化学切割方法,他们在世界上首次实现了正六边形芯片(如图2所示)的制造。据他们声称,这种六边形芯片所具有的对称性可以帮助芯片更好地分散电流,减少电流拥挤效应。正因为此,与传统方形或矩形芯片相比,这种正六边形形状的芯片可以产生更高的光输出。

另外,在封装之后,六角形形状芯片的光输出同样还会进一步增强。这种六角形芯片产生的光束轮廓非常接近光学设计中使用的圆形透镜的圆形形状,这样可以让芯片的发光轮廓在圆形透镜矫正后依旧保持不变。相反,当与圆形透镜组合使用时,常见方形或矩形芯片原来产生的光束轮廓通常会在通过透镜后失真。

图二:Vertical利用化学切割方式在世界上首次实现正六边形芯片的制作

最后,Verticle还告诉我们,他们还可以同时蚀刻一批次中的多个晶圆,这样可以让芯片切割的吞吐量进一步提高,这一数量比隐形激光切割方式大500倍(如表2)所示。

表2:与传统隐形激光划片(Stealth Laser Dicing)相比,化学切割划片方式所具有的优点

关于Verticle公司

Verticle公司成立于2004年,总部位于美国加利福尼亚的硅谷,一直专注于LED和显示技术的研发。Verticle目前已经拥有多项关键的LED相关专利,另外他们研发和制造芯片方面拥有超过15年的经验。

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