V型電極的LED芯片倒裝封裝
傳統(tǒng)正裝的led
藍寶石襯底的藍光芯片電極在芯片出光面上的位置如圖1所示。由于p型GaN摻雜困難,當前普遍采用p型GaN上制備金屬透明電極的方法,從而使電流擴散,以達到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極要吸收30%~40%的光,因此電流擴散層的厚度應減少到幾百nm。厚度減薄反過來又限制了電流擴散層在p型GaN層表面實現(xiàn)均勻和可靠的電流擴散。因此,這種p型接觸結構制約了LED芯片的工作電流。同時,這種結構的pn結熱量通過藍寶石襯底導出,由于藍寶石的導熱系統(tǒng)為35W/(m·K)(比金屬層要差),因此導熱路徑比較長。這種LED芯片的熱阻較大,而且這種結構的電極和引線也會擋住部分光線出光。
圖1 傳統(tǒng)藍寶石襯底的GaN芯片結構示意圖
總之,傳統(tǒng)正裝的LED芯片對整個器件的出光效率和熱性能而言不是最優(yōu)的。為了克服正裝的不足,美國Lumileds Lighting 公司發(fā)明了Flipchip(倒裝芯片)技術,如圖2 所示。
圖2 倒裝芯片示意圖
這種封裝法首先制備具有適合共晶焊接的大尺寸LED芯片,同時制備相應尺寸的硅底板,并在其上制作共晶焊接電極的金導電層和引出導電層(超聲波金絲球焊點)。然后,利用共晶焊接設備將大尺寸LED芯片與硅底板焊在一起。
目前,市場上大多數(shù)產(chǎn)品是生產(chǎn)芯片的廠家已經(jīng)倒裝焊接好的,并裝上防靜電保護二極管。封裝廠家將硅底板與熱沉用導熱膠粘在一起,兩個電極分別用一根φ3mil金絲或兩根φ1mil金絲。
綜上所述,在做好倒裝芯片的基礎上,在封裝時應考慮三個問題:
·由于LED是W級芯片,那么應該采用直徑多大的金絲才合適?
·二是怎樣把倒裝好的芯片固定在熱沉上,是用導熱膠還是用共晶焊接?
·三是考慮在熱沉上制作一個聚光杯,把芯片發(fā)出的光能聚集成光束。
根據(jù)熱沉底板不同,目前市場上常見有兩種熱沉底板的倒裝法:一是上述介紹的利用共晶焊接設備,將大尺寸W級LED芯片與硅底板焊接在一起,這稱為硅底板倒裝法。還有一種是陶瓷底板倒裝法。首先,制備具有適合共晶焊接電極結構和大出光面積的LED芯片,并在陶瓷底板制作共晶焊接導電層和引出導電層。然后,利用共晶焊接設備將大尺寸LED芯片與陶瓷底板焊接在一起。
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