蘭州LED顯示屏芯片端的解決方案

1.尺寸縮小芯片尺寸縮小

表面上看，就是版圖設(shè)計(jì)的問(wèn)題，似乎只要根據(jù)需要設(shè)計(jì)更小的版圖就能解決。但是，芯片尺寸的縮小是否能無(wú)限的進(jìn)行下去呢?答案是否定的。有如下幾個(gè)原因制約著芯片尺寸縮小的程度：

(1)封裝加工的限制。封裝加工過(guò)程中，兩個(gè)因素限制了芯片尺寸的縮小。一是吸嘴的限制。固晶需要吸取芯片，芯片短邊尺寸必須大于吸嘴內(nèi)徑。目前有性?xún)r(jià)比的吸嘴內(nèi)徑為80um左右。二是焊線(xiàn)的限制。首先是焊線(xiàn)盤(pán)即芯片電極必須足夠大，否則焊線(xiàn)可靠性不能保證，業(yè)內(nèi)報(bào)道最小電極直徑45um。

(2)芯片加工的限制。芯片加工過(guò)程中，也有兩方面的限制。其一是版圖布局的限制。除了上述封裝端的限制，電極大小，電極間距有要求外，電極與MESA距離、劃道寬度、不同層的邊界線(xiàn)間距等都有其限制，芯片的電流特性、SD工藝能力、光刻的加工能力決定了具體限制的范圍。通常，P電極到芯片邊緣的最小距離會(huì)限定在14μm以上。

其二是劃裂加工能力LED顯示屏規(guī)格的限制。SD劃片+機(jī)械裂片工藝都有極限，LED顯示屏大小芯片尺寸過(guò)小可能無(wú)法裂片。當(dāng)晶圓片直徑從2英寸增加到4英寸、或未來(lái)增加到6英寸時(shí)，劃片裂片的難度是隨之增加的，也就是說(shuō)，可加工的芯片尺寸將隨之增大。以4寸片為例，如果芯片短邊長(zhǎng)度小于90μm，長(zhǎng)寬比大于1.5：1的，良率的損失將顯著增加。

基于上述原因，芯片尺寸縮小到17mil2后，芯片設(shè)計(jì)和工藝加工能力接近極限，基本再無(wú)縮小空間，除非芯片技術(shù)方案有大的突破。

2.亮度提升

亮度提升是芯片端永恒的主題。芯片廠(chǎng)通過(guò)外延程式優(yōu)化提升內(nèi)量子效應(yīng)，通過(guò)芯片結(jié)構(gòu)調(diào)整提升外量子效應(yīng)。

不過(guò)，一方面芯片尺寸縮小必然導(dǎo)致發(fā)光區(qū)面積縮小，芯片亮度下降。另一方面，小間距顯示屏的點(diǎn)間距縮小，對(duì)單芯片亮度需求有下降。兩者之間是存在互補(bǔ)的關(guān)系，但要留有底線(xiàn)。目前芯片端為了降低成本，主要是在結(jié)構(gòu)上做減法，這通常要付出亮度降低的代價(jià)，因此，如何權(quán)衡取舍是業(yè)者要注意的問(wèn)題。

3.小電流下的一致性

所謂的小電流，是相對(duì)常規(guī)戶(hù)內(nèi)、戶(hù)外芯片試用的電流來(lái)說(shuō)的。如下圖所示的芯片I-V曲線(xiàn)，常規(guī)戶(hù)內(nèi)、戶(hù)外芯片工作于線(xiàn)性工作區(qū)，電流較大。而小間距LED芯片需要工作于靠近0點(diǎn)的非線(xiàn)性工作區(qū)，電流偏小。

在非線(xiàn)性工作區(qū)，LED芯片受半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)閾值影響，芯片間的差異更明顯。對(duì)大批量芯片進(jìn)行亮度和波長(zhǎng)的離散性的分析，容易看到非線(xiàn)性工作區(qū)的離散性遠(yuǎn)大于線(xiàn)性工作區(qū)。這是目前芯片端的固有挑戰(zhàn)。

應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題的辦法首先是外延方向的優(yōu)化，以降低線(xiàn)性工作區(qū)下限為主;其次是芯片分光上的優(yōu)化，將不同特性芯片區(qū)分開(kāi)來(lái)。

4.寄生電容一致性

目前芯片端沒(méi)有條件直接測(cè)量芯片的電容特性。電容特性與常規(guī)測(cè)量項(xiàng)目之間的關(guān)系尚不明朗，有待業(yè)者去總結(jié)。芯片端優(yōu)化的方向一是外延上調(diào)整，一是電性分檔上的細(xì)化，但成本很高，不推薦。

5.可靠性

芯片端可靠性可以用芯片封裝和老化過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)描述。但總的說(shuō)來(lái)，芯片上屏以后的可靠性的影響因素，重點(diǎn)在ESD和IR兩項(xiàng)。

ESD是指抗靜電能力。據(jù)IC行業(yè)報(bào)道，50%以上芯片的失效與ESD有關(guān)。要提高芯片可靠性，必須提升ESD能力。但是，在相同外延片，相同芯片結(jié)構(gòu)的條件下，芯片尺寸變小必然帶來(lái)ESD能力的削弱。這是與電流密度和芯片電容特性直接相關(guān)的，無(wú)法抗拒。

IR是指反向漏電，通常是在固定反向電壓下測(cè)量芯片的反向電流值。IR反映的是芯片內(nèi)部缺陷的數(shù)量。IR值越大，則說(shuō)明芯片內(nèi)部缺陷越多。

要提升ESD能力和IR表現(xiàn)，必須在外延結(jié)構(gòu)和芯片結(jié)構(gòu)方面做出更多優(yōu)化。在芯片分檔時(shí)，通過(guò)嚴(yán)格的分檔標(biāo)準(zhǔn)，可以有效的把ESD能力和IR表現(xiàn)較弱的芯片剔除掉，從而提升芯片上屏后的可靠性。