V型电极的LED芯片倒装封装

V型电极的LED芯片倒装封装

传统正装的LED

蓝宝石衬底的蓝光芯片电极在芯片出光面上的位置如图1所示。由于p型GaN掺杂困难，当前普遍采用p型GaN上制备金属透明电极的方法，从而使电流扩散，以达到均匀发光的目的。但是金属透明电极要吸收30%~40%的光，因此电流扩散层的厚度应减少到几百nm。厚度减薄反过来又限制了电流扩散层在p型GaN层表面实现均匀和可靠的电流扩散。因此，这种p型接触结构制约了LED芯片的工作电流。同时，这种结构的pn结热量通过蓝宝石衬底导出，由于蓝宝石的导热系统为35W/(m·K)（比金属层要差），因此导热路径比较长。这种LED芯片的热阻较大，而且这种结构的电极和引线也会挡住部分光线出光。

图1 传统蓝宝石衬底的GaN芯片结构示意图

倒装封装

总之，传统正装的LED芯片对整个器件的出光效率和热性能而言不是最优的。为了克服正装的不足，美国Lumileds Lighting 公司发明了Flipchip（倒装芯片）技术，如图2 所示。

图2 倒装芯片示意图

这种封装法首先制备具有适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备相应尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层（超声波金丝球焊点）。然后，利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与硅底板焊在一起。

目前，市场上大多数产品是生产芯片的厂家已经倒装焊接好的，并装上防静电保护二极管。封装厂家将硅底板与热沉用导热胶粘在一起，两个电极分别用一根φ3mil金丝或两根φ1mil金丝。

综上所述，在做好倒装芯片的基础上，在封装时应考虑三个问题：

·由于LED是W级芯片，那么应该采用直径多大的金丝才合适？

·二是怎样把倒装好的芯片固定在热沉上，是用导热胶还是用共晶焊接？

·三是考虑在热沉上制作一个聚光杯，把芯片发出的光能聚集成光束。

根据热沉底板不同，目前市场上常见有两种热沉底板的倒装法：一是上述介绍的利用共晶焊接设备，将大尺寸W级LED芯片与硅底板焊接在一起，这称为硅底板倒装法。还有一种是陶瓷底板倒装法。首先，制备具有适合共晶焊接电极结构和大出光面积的LED芯片，并在陶瓷底板制作共晶焊接导电层和引出导电层。然后，利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与陶瓷底板焊接在一起。