MIP プロセス技術はどのようにして超 HD ファインピッチ LED ディスプレイのブレークスルーを実現するのでしょうか?

屋内LEDディスプレイ市場の急速な発展に伴い、近年、超高解像度の小ピッチLEDディスプレイ技術が有力なソリューションとして台頭しています。商業施設、セキュリティ監視システム、指令センター、教育機関、エネルギー／放送施設、会議室など、幅広い用途で活用されています。

P2.5、P1.8、P1.5、さらにはP1.2などのピクセルピッチが普及し、幅広く利用されるようになり、視聴距離の短縮と高解像度に対する市場の需要は着実に増加し続けています。

さらに、LED技術は、次のような多様なディスプレイへの応用が拡大すると期待されています。

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•  カーエレクトロニクス
•  医療機器
• 3C家電

小型化に向けたSMDパッケージ

フルカラー LED ディスプレイ技術は、赤 (R)、緑 (G)、青 (B) の 3 色 LED チップを採用し、電気駆動の回路接続を通じて発光出力と豊かな色再現を生み出します。

ピクセルピッチが縮小し続け、ピクセル密度が増加するにつれて、チップパッケージングプロセスは大きく進歩しました。

従来のP2.5 LEDディスプレイでは2121（2.1mm×2.1mm）SMD LEDパッケージが使用されていましたが、ファインピッチ技術の時代では、P1010 LEDディスプレイにはより小さな1.0（1.0mm×1.2mm）パッケージが採用されています。

この小型化により、屋内用LEDディスプレイの合理的な設計が可能になりました。現在、業界では、高解像度化とピクセルピッチの縮小化という不可逆的なトレンドが認識されています。

このような背景から、P0.9、P0.7、P0.4、さらにはP0.1未満のLEDディスプレイは、多様な用途において徐々に新たな領域を形成しつつあります。これらの技術進歩は、ディスプレイ技術のさらなる革新を推進するだけでなく、より優れた視覚体験を提供することになるでしょう。

COBテクノロジーの誕生

表示面積の縮小に伴い、画素密度の要件が高まるにつれ、LEDエミッターのサイズも画素ピッチの微細化に合わせて縮小する必要が生じています。このトレンドに対応するため、COB（Chip on Board）技術が適切なソリューションとして登場しました。フリップチップ部品と共通カソード構造を採用したCOBは、P1.0ピッチからLEDディスプレイに大きな進歩をもたらしました。

従来のSMDプロセスはワイヤボンディングに依存していましたが、COBではこの工程を完全に排除することで、歩留まりの向上と製造コストの削減につながります。従来の表面実装パッケージに代わる保護フィルムでモジュール全体を封止することで、COBの採用は画期的です。このコーティングは、防水性、防塵性、耐衝撃性に加え、多層ブラックベース設計により光漏れを防ぎ、デバイスの信頼性と表示性能をさらに向上させます。

しかし、マイクロピッチ領域（P1.0未満）への移行は新たな課題をもたらします。従来のHDI PCB設計は、特定の線幅、間隔、銅厚、層数を特徴としており、マイクロピッチ回路の要求を満たすのが困難です。この課題に対処するために、MSAP（Modified Semi-Additive Process）技術が採用されています。これには、イメージ転写、銅めっき、フラッシュエッチングなどが含まれており、垂直回路構造を実現することで全体的な生産歩留まりを向上させます。しかしながら、マイクロピッチ設計の各回路線は厳格な品質基準を満たす必要があり、製造プロセスはより複雑で、許容範囲が狭くなります。

COBには超高密度PCBが必要であり、必然的に製造コストが増加します。さらに、ダイボンディングなどのバックエンドプロセスでは、歩留まりの低下や量産効率の低下が懸念されます。ダイボンダーを用いてチップを実装する場合、パッドサイズ（W）を大きくし、ギャップ（GAP）を広くすることで、直接接合の成功率が大幅に向上します。しかし、チップサイズの小型化とピッチ要件の厳格化が進むにつれ、従来の垂直金ワイヤを用いたワイヤボンディングは時代遅れになりつつあります。フリップチップ設計はより小型化を目指しており、パッドとギャップはさらに小さくなっています。

チップとPCB基板間の熱膨張率の不一致、ダイボンディング時のわずかなずれ、パッド位置のずれなどにより、接合歩留まりはさらに低下します。高密度に詰め込まれたマイクロパッドが表面の大部分を占める超微細ピッチの実装環境では、わずかなずれでもスループットの大幅な低下、製造コストの上昇、製造サイクルの長期化につながる可能性があります。

MIP技術のブレークスルー

マイクロピッチLEDディスプレイに伴う技術的およびコスト関連の課題に対処するため、MIPテクノロジーは革新的なチップレベルパッケージングアーキテクチャを導入します。このアプローチは、多層半導体回路設計を活用し、電極パッドを拡大し、それらの間隔を広げることで、ダイボンディングの歩留まりを大幅に向上させます。

50ミクロン（1ミルは25.4μmに相当）未満のマイクロLEDチップにおいて、MIPはPCB設計上の制約を50μm未満の線幅と間隔から100μm程度まで緩和することで画期的な成果をもたらします。これにより、小さなオンチップパッドをより大きなパッドに容易に接続できるだけでなく、パッド間隔を広げることで短絡リスクを低減します。

重要なのは、MIPは既存のHDI PCB材料および製造プロセスとの互換性を確保し、より複雑でコストのかかるMSAPベースのPCBへの依存を排除​​できることです。メーカーは既存の生産ラインと設備を維持することで、安定した歩留まり、一貫したプロセス効率、そして拡張性の向上を実現できます。これにより、マイクロLEDディスプレイの量産実現可能性が大幅に向上します。

MIP技術はPCBとの互換性に加え、ガラス基板にも適用できるため、基材コストの削減にも貢献します。さらに、シリコン上の量子ドット変換と組み合わせることで、青色チップを用いたフルカラーRGB発光も可能になります。これにより、MIPの適用範囲は、0202や0101といった超小型チップを用いた次世代ディスプレイへと拡大します。その結果、MIPは新たなブルーオーシャン市場の開拓において重要な役割を果たすことが期待されています。

MIP の拡大されたパッド ブリッジングおよび間隔設計の概略図。  

プロセスの観点から見ると、MIPは超小型フリップチップLED向けに特別に設計された半導体型の封止技術を採用しています。これにより、チップの電極を回路層まで延長することができ、パッド間の間隔を広げ、ボンディングプロセスを簡素化できます。

これらのチップは既存のダイボンダーとHDI PCBを用いて実装できるため、完全なマイクロピッチLEDディスプレイモジュールが完成します。後工程またはテスト中にはんだ接合部の不良が見つかった場合でも、不良品のみを交換すれば済みます。これにより、製品の歩留まりが向上し、メンテナンスコストと製造の複雑さが軽減されます。

MIP の電極延長とパッド間隔の最適化。

マイクロピッチ LED ディスプレイの製造において、MIP 製造プロセスは従来の COB 技術の高度な反復を表しています。

MIP は、チップ製造の前段階から中段階にかけて、フォトリソグラフィー、絶縁層コーティング、電極メタライゼーション、回路エッチングなどの追加の半導体プロセスを組み込み、電極領域を拡大して回路レイアウトを最適化し、それによって量産歩留まりを向上させます。

中期から後期の工程では、ダイシング、テスト、ソーティング、そしてブルーテープへの直接転写が行われます。このモジュール式のアプローチにより、既存のダイボンディング装置、マストランスファー技術、そして封止成形を活用しながら、バックエンドプロセスを柔軟に調整し、多様な製品要件に対応できます。

その結果、合理化された高効率の生産ワークフローが実現し、製品の品質、歩留まり率、スループットが向上するだけでなく、既存のプロセスへのシームレスな統合も可能になります。

MIP の汎用性により、より幅広い産業用途への可能性がさらに広がります。  

MIP と COB の製造プロセス フロー。  

LED技術が狭ピッチからマイクロピッチディスプレイへと移行するにつれ、従来のSMD LEDは、リード線が露出しており耐環境性が弱いため、屋内用途にはますます不向きになってきています。今後のトレンドは、P0.9未満の超微細ピッチに焦点が当てられるでしょう。具体的には、以下のようなものが挙げられます。  

• – 標準0.7K解像度テレビの場合P2
• – 0.3K解像度システムの場合、P4
• – 8K LEDディスプレイ
• – ウェアラブルデバイス（スマートウォッチ、AR/VRグラス）および自動車用パネル。  

これらのアプリケーションは、未開拓の巨大な市場を代表しています。屋内用マイクロピッチおよび超高密度LEDディスプレイの場合、優れた表示品質（ドット抜けゼロ）、堅牢な環境保護、そして最適化された熱管理が重要な成功要因となります。

MIP の設計革新はこれらの要求に対応し、新興産業全体にわたる次世代の超高解像度小型ディスプレイの基礎技術としての地位を確立しています。  

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Doitvision はマイクロピッチ ディスプレイ技術の先駆者であり、超高精細 8K+ 物理解像度を絶えず追求しています。

Doitvisionは、既存のビデオソース規格と伝送の限界を克服することで、比類のない視覚体験を提供することを目指しています。このコミットメントが、完璧で高品質なディスプレイ画面の創造を推進しています。  

Doitvision は深センに本社を置き、独自の製造施設を運営し、社内研究開発と最先端の製品設計を専門としています。

同社は上流のチップ製造業者や中流のパッケージング/モジュール供給業者と緊密に協力し、商用アプリケーション向けにカスタマイズされた LED ディスプレイを提供しています。

Doitvision は、プロジェクトベース、エンジニアリング、チャネル パートナーシップなどの多様な販売モデルを通じて、LED ディスプレイ業界を変革しています。  

高性能LEDディスプレイのサプライヤーとして、Doitvisionは3つの主要分野で技術革新を続けています。

• – 標準化された寸法と解像度  
• -エネルギー効率と故障率の低減
• – 簡素化された設置/メンテナンス

Doitvision は、MIP テクノロジーを活用した 55 インチ 2K マイクロピッチ ディスプレイをリリースし、超高精細ビジュアル ソリューションにおけるリーダーシップをさらに強化しました。

まとめ：

MIPプロセス技術について詳細にご紹介しました。成熟したマイクロピッチLEDディスプレイメーカーとして、当社は様々な高精細HDディスプレイソリューションをご提供しています。ご要望がございましたら、いつでもお気軽にお問い合わせください。