CSP火爆背后的尴尬,尴尬背后的价值

  今天,又提CSP,为了与各位达成统一认知,先不厌其烦地先对CSP下定义:是一种封装形式,即:Chip Scale Package 芯片级别封装,传统定义为封装体积与LED晶片相同,或是体积不大于LED晶片 20%,且功能完整的封装元件。

  业界人都知道,CSP曾经很火爆,只是最近略显尴尬,为此,我决定不吝笔墨,来写写我眼中的CSP的现在和未来。

  CSP封装目的

  为了缩小封装体积、提升晶片可靠度、改善晶片散热:

  1、有效缩减封装体积,小、薄而轻,迎合了目前LED照明应用微小型化的趋势,设计应用更加灵活,打破了传统光源尺寸给设计带来的限制。不同的芯片的尺寸可以随意设计芯片级封装的外形大小,不需要在外形上面进行严格的限制。

  2、在光通量相等的情况,减少发光面可提高光密度,同样器件体积可以提供更大功率;所以在很多很多高光密度的方案采用CSP方案或者倒装芯片COB方案。

  3、无需金线、支架、固晶胶等,减少中间环节中的热层,可耐大电流,安全性、可靠性,半年到一年快速发展,性价比就上来了。

  CSP五大应用领域

  个人认为,CSP有以下值得一说的五大应用领域:

  1、闪光灯:需要光补偿电子设备,比如手机相机等。

  2015年全球智能手机14.329亿部,如果每台手机至少用1pcs,一般使用2pcs正白暖白相互光补偿,提高照相质量。相机也有更高的要求,虽然数量和手机差异很大,好在定位高端,毛利率会相对不错。全世界每年的智能手机市场几乎都在递增,前景也是一片光明。CSP在手机领域是最先应用的领域。现在高端市场主要是日本光源,中端市场主要是台韩光源,中低端主要是大陆科技创新企业。虽然相对照明是一个比较小众市场,但胜在智能设备的持续增长,市场相对是蓝海。(注:手机出货数据来源于IDC去年公布数据)

  2、车灯照明领域:内饰灯或者改装车灯(非前大灯)、摩托车、自行车夜行灯。

  说起汽车照明,大家都想到的可能是Osram、lumileds以及TG。但是今天我要说的是内饰和外饰灯、或者改装的汽车外置灯具。每台汽车里面在前排或者后排均有照明用的内饰车灯,部分汽车有日间行车灯,越野车户外工作灯。同样摩托车以及自行车均可以应用类似方案。

  3、背光领域:电视背光、手机背光、显示器背光以及很多仪器仪表背光。

  说到电视背光领域,不得不说直下式方案,目前很多厂商都采用CSP做直下式方案取代现在的3030直下式电视背光方案。虽然现在对比SMD方案只有微弱的性能价格优势,但我相信在未来半年到一年的时间内,随着倒装芯片价格的降低以及光电参数的优化,CSP的优势就会马上体现出来。届时光学配套件更加成熟与快速发展,相信很快就到取代SMD方案,不论是直下或者侧入式背光方案。

  4、照明领域:面板灯、阵列式(可取代COB)、灯泡、灯管、DOB引擎光源等等。

  这个血海一片的市场,也是LED最大蛋糕市场。COB都是白菜价格了,SMD LED是白菜中的白菜价格。CSP一直在这个领域蠢蠢欲动,就是没有找到好的切入契机。首先价格昂贵,其次新东西技术需要改善(后面谈瓶颈的时候再具体说这个问题)。

  但是我非常看好CSP在照明的应用,首先现在只要是LED chip公司都在研发倒装芯片技术,稍等时日,很多问题就会迎刃而解,价格也会像蓝宝石水平结构的正装芯片那样变成廉价。

  CSP有点像俄罗斯方块那样,凭借小巧的身材以及高功率,随便进行数量和功率拼接。CSP灯具设计更适合个性化以及多功能化。

  在很小的MCPCB上面组合正白、暖白,完成调光调色的技术方案布局,或者几个CSP布局成一个紧密的方形发光面,直接取代COB;

  如果把CSP电压设计为6V,完全可以取代3030,对比3030有更高的功率上升空间,以及更小的结构需求;

  若把CSP设计成9V,又可以取代2835。通过把6V和9V的CSP进行阵列排布,直接可以拼接能36V等典型电压的COB模块,还可以自己拼接9V/12V等MR16和GU10小定向类低压射灯;

  而且CSP发光面同比COB小很多,可以做成更小的角度,比如6-8°,12°等小角度。那是COB和SMD(拼接)都能实现的设计。

  现在1W高端CSP价格和中高端3030的价格接近,但是对比成熟的3030,光效亟待提成,但是差异也不会太大。与9V1W的2835价格会有点差异,但是后续倒装芯片下来以后,我相信快直接取代SMD LED。

  5、舞台灯领域、投影领域、手电领域等特殊应用领域。

  这些领域要求LED侧面不发光面,所以我们需要对倒装芯片侧面进行钝化处理,让光直接从正面出来,再在芯片上面涂布荧光粉,让它们成为白光、绿光、红光,或者不涂布直接为蓝光,通过RGB混色原理进行舞台灯、投影领域的光机设计。通过对倒装芯片表面进行二次moding成形为透镜,直接可以用于手电筒领域,取代现在的XPG等方案。

  火爆背后的尴尬

  应用领域广泛,也曾火爆,但没有实质性的产品很好地体现,为什么?我认为有如下原因:

  1、首先是价值,价值决定价格。如果用CSP来取代现在最便宜的2835和3030,那么的它的价值就是和SMD接近,价格也就接近。但是目前SMD LED已经是价格血海茫茫,用CSP去取代低附加值的产品,尚待时日。但是目前倒装芯片价格与水平结构的芯片越来越接近。而且没有了支架、金线和减少胶水用量、已经封装程序大大减少了制造成本随之大大减少,所以CSP取代SMD已经是趋势,也是它的存在和发展的价值所在。我认为在以后的1年内CSP一定会快速发展,逐步取代现在的SMD LED。

  2、CSP完全可以由芯片厂商设计生产制造,但芯片厂商会考虑是否会影响现有产业布局,增加固定资产和人员投入。而封装公司也会有类似顾虑, 封装大厂和应用大厂目前也在观望,下级市场反馈不利,就导致上游市场没有前进的动力。应用大厂一定是采购最成熟和最具有性价比的LED,不管SMD还是CSP。所以应用大厂一直默默地关注此事的发展,和封装大厂一样先做技术储备与应用储备,想方设法使价格下来和性能大幅度提成,并将信息反馈给芯片制造商和外延制造商,共同推动性价比的发展。

  另外很多封装大厂,购买了很多设备,如果全部CSP以后,很多设备就不用了,完全搁置和浪费了,这样可能面临产业转型风险,或现倒闭潮。所以他们的现在的心情还是很矛盾的,但是挡不出市场发展的趋势。CSP只是时间和契机问题。

  3、配套设备和配套光电套件、结构条件还不完善。CSP的SMT作业,需要专门的封装固晶机才能精确定位,否则应用工厂的SMT设备是达不到芯片级的SMT精确度的。但是封装固晶机价格昂贵,现有SMT设备就会浪费,所以如何能解决这个工艺应用问题,就需要设备厂商发力了,能便宜精确的SMT设备应该是现在遇到的实际难题之一。同理,CSP配套的MCPCB,以及光学套件现在还需要丰富,要不客户仍旧需要定制透镜。所以这一步需要边缘厂商共同推进。随着市场的推动,我认为同样只是时间早晚的问题。科技进步的太快,配套也需要快速发展。

  4、CSP很多技术瓶颈尚待解决:

  1)CSP制作精度要求非常高、工艺控制水准要求也是十分严苛、生产设备成本昂贵;体积小→生产工艺要求高→对生产设备的精度以及操控人员的水平要求随之升高→生产设备价格的高低决定了精度的高低→量产良率和成本为最大考量。在整个CSP生产工艺流程中,每一个工艺步骤,对技术、设备、人才都有较高的要求,而以下几个难点值得一提:A、芯片与芯片之间的距离控制;B、芯片与衬底之间的位置匹配度控制;C、外延芯片波长范围的掌控;D、荧光粉厚度的均匀性控制;E、点胶控制技术;F、密封性。

  2)CSP制作完成以后,我们发现光效与理论值相差甚远。对比最廉价的水平结构封装的3030或者2835在同功率下都不能表现出优势。目前行业人士一直就倒装芯片进行优化,现在光效越来越高(除了本身CSP电压低以外,光通量一直在持续增长)。这个过程就像高亮度蓝光芯片在市场推动下,对比前几年出现了翻天覆地的变化。我认为这是一个新产品的必经之路。稍假时日,就会在各项参数上面表现出极大的优势。

  3)前面我们说CSP高可靠性等,其实就有一个前提,即确保CSP在应用的时候材料匹配、SMT工艺可靠性等应用技术细节必须是完美的。但是目前CSP与共晶焊料,还有下面的MCPCB在热匹配上亟待加强:或者从芯片结构角度进行加强,或者从材料过度特性进行加强。否则就有可能在热态和冷态交替时芯片裂开,或者出现芯片内部结构暗伤。另外就是对CSP进行贴片作业时,精度影响可靠性,轻微的移动就可能导致CSP出现虚焊等。还有CSP过完共晶焊接(低端的可能就是回流焊)芯片与下面MCPCB的连接是否存在空洞率,目前也是一个难点。高端产品通过X-RAY去检测。低端产品可能成本制约,只能看运气,做成灯具后老化进行初步检测。所以这个环节,我们要保证期高可靠性,从材料和工艺上面,还有检测手段上面进行优化。

  4)最后就是专利问题。目前LED专利大战已经爆发,日亚和亿光相互厮杀,到处烽烟起。所以中国LED相关企业都比较谨慎,不敢大力推广专利全新的领域,避免专利之战殃及池鱼。我觉得CSP有可能直接就绕过基于蓝宝石的GaN、AG荧光粉等现在LED的核心专利。但是现在倒装技术核心专利主要还是在lumileds以及另外一家韩国芯片厂。好在我们落后不算太晚,尽量快速布局中国以及发达国家的核心专利,争取倒装CSP能昂首挺胸走出国门。

  尴尬背后的价值

  虽然遇冷,但CSP有巨大的潜在市场和价值:

  1、首先是一种趋势。越小越亮越便宜,就是LED一种趋势,谁也拦不住。从技术和产品演化角度来看,CSP就是一种终端,必然会取代朗伯型封装和SMD封装。CSP应运而生,是天意也是趋势,是必然。

  2、既然是最终趋势,肯定是SMD LED和POWER LED全部的市场,那么这个市场就是如今的几千亿的LED市场份额。这个是半导体企业必须争取的市场,CSP逐步成为霸主以及垄断的角色。

  3、CSP应用太广阔了,几乎可以囊括所有LED应用领域,其实其它封装形式所不能达到的。所以越来越多的领域会逐步使用CSP,照明、背光、Flash、显示等等。

  4、CSP对于整个LED产业链都简化了很多,比较适合规模化和自动化。首先对于外延和芯片来说,这个设备变化不大,不需要投入太多的资本。但是封装这个产业链来说,设备投入少了一大截,所以我觉得封装这个环节就如LED前几年那么一样,雨后春笋的林立起来。对于应用来说,越小越省材料和成本,更适合自动化生产,推动LED普及。

  总之,技术一直在进步,成本一直在优化,而且发展速度极快,CSP的性能与价格优势,在2016年以后就会逐步取代现有方案,成为主流中的一员。我们期待这一天的到来。

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