问答 微间距时代,原有二氧化硅包覆电极方案效果趋弱,华灿有高招吗?

华灿光电 · 2021-04-27 · 阅读 3400

微间距时代,对LED芯片提出的要求是极致的可靠性和画质。而芯片尺寸缩小,会出现的一个问题二氧化硅保护电极能力削弱,影响LED芯片的可靠性。针对于此,华灿光电提出了Self-Cover技术。

关于Self-Cover技术,应从小间距时代的二氧化硅电极保护方案说起。

LED显示刚进入小间距时代就面临一大难以克服的问题——高扫描的屏在高温高湿的情况下容易失效。为了克服这一问题,整个产业都在行动:LED屏厂的方案是对显示屏进行提前预热、LED驱动厂则推出了抑制扫描反压方案、LED封装厂的方案是提高灯珠气密性。华灿光电作为LED芯片厂商,针对LED芯片在高温高湿环境下高扫描易失效的问题,也对症下药,提出了针对性的解决方案。

传统的LED芯片电极结构是焊线层、保护层、粘附层的叠层结构。当存在水汽的时候,电极底部的粘附层,会和水汽在电场的作用下发生镉的电化学腐蚀,如果粘附层被腐蚀掉,上面的焊线层和保护层就会脱落,最终导致芯片的失效。

针对失效机理,华灿光电提出了解决方案——用二氧化硅把电极的侧面包覆起来,防止水汽对电极的腐蚀。这一方法看似朴素但很有效。增加了二氧化硅的结构,LED芯片在高温高湿反压的情况下,直接提升了8倍的性能。同时结合国星发明的“85℃&85RH&-7V”流程,在业内首次实现LED光源的可靠性突破800小时。

但是近两年产业逐步迈入微间距时代,随着芯片尺寸的缩小,由于短板效应,失效时间越来越短,电极的耐腐蚀性越来越差。原来芯片大的时候,焊球远小于电极面积,但是随着芯片越来越小,电极也越来越小,与焊球的面积相当,焊球在震动的过程中不可避免的导致边缘二氧化硅的破损,二氧化硅破损,不可避免造成水汽对粘附层造成腐蚀,这就是短板效应的机制。此外,随着芯片缩小,二氧化硅对电极的包覆还会影响电极的可焊面积和芯片的光效。如果没有二氧化硅的包覆,电极的可焊面积可以增加32%,芯片光效可增加10%。

二氧化硅在芯片尺寸缩小的情况下有如上的弊端,那么可否不对电极进行包覆呢?不行。如果不包覆,电极就会存在可靠性问题。但是,可以不采用二氧化硅对电极包覆。

华灿光电经过研究,提出了Self-Cover结构的解决方案。Self-Cover结构的底部先是粘附层,上面叠加保护层,然后保护层盖住粘附层。接着往上是焊线层,用焊线层盖住保护层。在这样的电极结构下,虽然少了二氧化硅的保护,但是保护层和焊线层作为电极自身的结构,已经能保护粘附层不被水汽腐蚀。这种结构叫做核壳结构,即用电极的壳,保护电极的核,实现电极的自保护。

华灿光电的工程师在光刻工艺、加工冶具、蒸镀流程等方面做了诸多细节的创新,通过努力,最终实现了Self-Cover结构。

Self-Cover结构在性能上规避了原包覆方案在焊线后可靠性降低的弱点,同时也衍生出了同样尺寸芯片面积下,可焊性更好、光效更好的优势。此外值得一提的是,Self-Cover结构实现了微间距时代LED光源800小时可靠性的回归。