V型电极的LED芯片倒装封装
2007年11月26日
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。
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