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簡析LED芯片倒裝工藝原理以及發(fā)展趨勢

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):86
核心提示:

倒裝晶片所需具備的條件:

基材材是硅;  、陔姎饷婕昂竿乖谠卤砻; ③組裝在基板后需要做底部填充。

倒裝晶片的定義:

其實(shí)倒裝晶片之所以被稱為“倒裝”是相對于傳統(tǒng)的金屬線鍵合連接方式(Wire Bonding)與植球后的工藝而言 的。傳統(tǒng)的通過金屬線鍵合與基板連接的晶片電氣面朝上,而倒裝晶片的電氣面朝下,相當(dāng)于將前者翻轉(zhuǎn)過來, 故稱其為“倒裝晶片”。

倒裝芯片的實(shí)質(zhì)是在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上,將芯片的發(fā)光區(qū)與電極區(qū)不設(shè)計(jì)在同一個(gè)平面這時(shí)則由電極區(qū)面朝向燈杯底部進(jìn)行貼裝,可以省掉焊線這一工序,但是對固晶這段工藝的精度要求較高,一般很難達(dá)到較高的良率。

倒裝芯片與與傳統(tǒng)工藝相比所具備的優(yōu)勢:

通過MOCVD技術(shù)在蘭寶石襯底上生長GaN基LED結(jié)構(gòu)層,由P/N結(jié)髮光區(qū)發(fā)出的光透過上面的P型區(qū)射出。由于P型GaN傳導(dǎo)性能不佳,為獲得良好的電流擴(kuò)展,需要通過蒸鍍技術(shù)在P區(qū)表面形成一層Ni-Au組成的金屬電極層。P區(qū)引線通過該層金屬薄膜引出。為獲得好的電流擴(kuò)展,Ni-Au金屬電極層就不能太薄。為此,器件的發(fā)光效率就會(huì)受到很大影響,通常要同時(shí)兼顧電流擴(kuò)展與出光效率二個(gè)因素。但無論在什麼情況下,金屬薄膜的存在,總會(huì)使透光性能變差。此外,引線焊點(diǎn)的存在也使器件的出光效率受到影響。采用GaN LED倒裝芯片的結(jié)構(gòu)可以從根本上消除上面的問題。

倒裝LED芯片技術(shù)行業(yè)應(yīng)用分析:

近年,世界各國如歐洲各國、美國、日本、韓國和中國等皆有LED照明相關(guān)項(xiàng)目推行。其中,以我國所推廣的“十城萬盞”計(jì)劃最為矚目。路燈是城市照明不可缺少的一部分,傳統(tǒng)路燈通常采用高壓鈉燈或金鹵燈,這兩種光源最大的特點(diǎn)是發(fā)光的電弧管尺寸小,可以產(chǎn)生很大的光輸出,并且具有很高的光效。但這類光源應(yīng)用在道路燈具中,只有約40%的光直接通過玻璃罩到達(dá)路面,60%的光通過燈具反射器反射后再從燈具中射出。因此目前傳統(tǒng)燈具基本存在兩個(gè)不足,一是燈具直接照射的方向上照度很高,在次干道可達(dá)到50Lx以上,這一區(qū)域?qū)倜黠@的過度照明, 而兩個(gè)燈具的光照交叉處的照度僅為燈下中心位置的照度的20%-40%,光分布均勻度低;二是此類燈具的反射器效率一般僅為50%-60%,因此在反射過程中有大量的光損失,所以傳統(tǒng)高壓鈉燈或金鹵燈路燈總體效率在70-80%,均勻度低,且有照度的過度浪費(fèi)。另外,高壓鈉燈和金鹵燈使用壽命通常小于6000小時(shí),且顯色指數(shù)小于30;LED有著高效、節(jié)能、壽命長(5萬小時(shí))、環(huán)保、顯色指數(shù)高(>75)等顯著優(yōu)點(diǎn),如何有效的將LED應(yīng)用在道路照明上成為了LED及路燈廠家現(xiàn)時(shí)最熱門的話題。一般而言,根據(jù)路燈的使用環(huán)境對LED的光學(xué)設(shè)計(jì)、壽命保障、防塵和防水能力、散熱處理、光效等方面均有嚴(yán)格的要求。作為LED路燈的核心,LED芯片的制造技術(shù)和對應(yīng)的封裝技術(shù)共同決定了LED未來在照明領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

1) LED芯片的發(fā)光效率提升

LED芯片發(fā)光效率的提高決定著未來LED路燈的節(jié)能能力,隨著外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)展,外延片的內(nèi)量子效率已有很大提高。要如何滿足路燈使用的標(biāo)準(zhǔn),很大程度上取決于如何從芯片中用最少的功率提取最多的光,簡單而言,就是降低驅(qū)動(dòng)電壓,提高光強(qiáng)。傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)的LED芯片,一般需要在p-GaN上鍍一層半透明的導(dǎo)電層使電流分布更均勻,而這一導(dǎo)電層會(huì)對LED發(fā)出的光產(chǎn)生部分吸收,而且p電極會(huì)遮擋住部分光,這就限制了LED芯片的出光效率。而采用倒裝結(jié)構(gòu)的LED芯片,不但可以同時(shí)避開P電極上導(dǎo)電層吸收光和電極墊遮光的問題,還可以通過在p-GaN表面設(shè)置低歐姆接觸的反光層來將往下的光線引導(dǎo)向上,這樣可同時(shí)降低驅(qū)動(dòng)電壓及提高光強(qiáng)。(見圖1)另一方面,圖形化藍(lán)寶石襯底(PSS)技術(shù)和芯片表面粗糙化技術(shù)同樣可以增大LED芯片的出光效率50%以上。PSS結(jié)構(gòu)主要是為了減少光子在器件內(nèi)全反射而增加出光效率,而芯片表面粗糙化技術(shù)可以減少光線從芯片內(nèi)部發(fā)射到芯片外部時(shí)在界面處發(fā)生反射的光線損失。目前,LED芯片采用倒裝結(jié)構(gòu)和圖形化技術(shù),1W功率芯片白光封裝后,5000K色溫下,光效最高達(dá)到134lm/W。

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