小间距led显示屏芯片端的解决方案

2018-08-22 09:35:28 华泽光电 181

    小间距LED显示屏产品相较于常规的户外显示产品而言,除了技术工艺要求高,在运输安装应用等各个环节都要高出许多。特别是价格方面,更非常规产品可以比拟,如此一来,小间距产品就更显得“金贵”了。作为LED显示屏核心的LED芯片,在小间距LED发展过程中起到了至关重要的作用。小间距LED显示屏目前的成就和未来的发展,都依赖于芯片端的不懈努力。今天带大家来了解一下小间距led显示屏的芯片端解决方案:

    1、led显示屏尺寸缩小芯片尺寸缩小.
    表面上看,就是版图设计的问题,似乎只要根据需要设计更小的版图就能解决。但是,芯片尺寸的缩小是否能无限的进行下去呢?答案是否定的。有如下几个原因制约着芯片尺寸缩小的程度:

    (1)led显示屏封装加工的限制。封装加工过程中,两个因素限制了芯片尺寸的缩小。一是吸嘴的限制。固晶需要吸取芯片,芯片短边尺寸必须大于吸嘴内径。目前有性价比的吸嘴内径为80um左右。二是焊线的限制。首先是焊线盘即芯片电极必须足够大,否则焊线可靠性不能保证,业内报道最小电极直径45um。;其次是电极之间的间距必须足够大,否则两次焊线间必然会相互干扰。

    (2)led显示屏芯片加工的限制。芯片加工过程中,也有两方面的限制。其一是版图布局的限制。除了上述封装端的限制,电极大小,电极间距有要求外,电极与MESA距离、划道宽度、不同层的边界线间距等都有其限制,芯片的电流特性、SD工艺能力、光刻的加工能力决定了具体限制的范围。通常,P电极到芯片边缘的最小距离会限定在14μm以上。

    其二是led显示屏划裂加工能力的限制。SD划片+机械裂片工艺都有极限,芯片尺寸过小可能无法裂片。当晶圆片直径从2英寸增加到4英寸、或未来增加到6英寸时,划片裂片的难度是随之增加的,也就是说,可加工的芯片尺寸将随之增大。以4寸片为例,如果芯片短边长度小于90μm,长宽比大于1.5:1的,良率的损失将显著增加。

    基于上述原因,笔者大胆预测,芯片尺寸缩小到17mil2后,芯片设计和工艺加工能力接近极限,基本再无缩小空间,除非芯片技术方案有大的突破。

     2、led显示屏亮度提升
    亮度提升是芯片端永恒的主题。led显示屏芯片厂通过外延程式优化提升内量子效应,通过led显示屏芯片结构调整提升外量子效应。

    不过,一方面led显示屏芯片尺寸缩小必然导致发光区面积缩小,芯片亮度下降。另一方面,小间距led显示屏的点间距缩小,对单芯片亮度需求有下降。两者之间是存在互补的关系,但要留有底线。目前芯片端为了降低成本,主要是在结构上做减法,这通常要付出亮度降低的代价,因此,如何权衡取舍是业者要注意的问题。

    3、led显示屏芯片小电流下的一致性
    所谓的小电流,是相对常规室内led显示屏、户外led显示屏芯片试用的电流来说的。如下图所示的芯片I-V曲线,常规户内led显示屏、户外led显示屏芯片工作于线性工作区,电流较大。而小间距led显示屏芯片需要工作于靠近0点的非线性工作区,电流偏小。

    在非线性工作区,led显示屏芯片受半导体开关阈值影响,芯片间的差异更明显。对大批量芯片进行亮度和波长的离散性的分析,容易看到非线性工作区的离散性远大于线性工作区。这是目前芯片端的固有挑战。

    应对这个问题的办法首先是外延方向的优化,以降低线性工作区下限为主;其次是芯片分光上的优化,将不同特性芯片区分开来。

    4、led显示屏芯片寄生电容一致性

    目前芯片端没有条件直接测量芯片的电容特性。电容特性与常规测量项目之间的关系尚不明朗,有待业者去总结。芯片端优化的方向一是外延上调整,一是电性分档上的细化,但成本很高,不推荐。

    5、led显示屏芯片可靠性
    芯片端可靠性可以用芯片封装和老化过程中的各项参数来描述。但总的说来,芯片上led显示屏以后的可靠性的影响因素,重点在ESD和IR两项。

    ESD是指抗静电能力。据IC行业报道,50%以上芯片的失效与ESD有关。要提高芯片可靠性,必须提升ESD能力。但是,在相同外延片,相同芯片结构的条件下,芯片尺寸变小必然带来ESD能力的削弱。这是与电流密度和芯片电容特性直接相关的,无法抗拒。

    IR是指反向漏电,通常是在固定反向电压下测量芯片的反向电流值。IR反映的是芯片内部缺陷的数量。IR值越大,则说明芯片内部缺陷越多。

    要提升ESD能力和IR表现,必须在外延结构和芯片结构方面做出更多优化。在芯片分档时,通过严格的分档标准,可以有效的把ESD能力和IR表现较弱的芯片剔除掉,从而提升芯片上屏后的可靠性。

    总的来说,小间距LED显示屏的发展,对芯片段提出的需求是:尺寸缩小,相对亮度提升,小电流下亮度一致性好,寄生电容一致性好,可靠性高。