V型電極的LED芯片倒裝封裝

傳統(tǒng)正裝的led

藍(lán)寶石襯底的藍(lán)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(dāng)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(kuò)散，以達(dá)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(kuò)散層的厚度應(yīng)減少到幾百nm。厚度減薄反過(guò)來(lái)又限制了電流擴(kuò)散層在p型GaN層表面實(shí)現(xiàn)均勻和可靠的電流擴(kuò)散。因此，這種p型接觸結(jié)構(gòu)制約了LED芯片的工作電流。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的pn結(jié)熱量通過(guò)藍(lán)寶石襯底導(dǎo)出，由于藍(lán)寶石的導(dǎo)熱系統(tǒng)為35W/(m·K)（比金屬層要差），因此導(dǎo)熱路徑比較長(zhǎng)。這種LED芯片的熱阻較大，而且這種結(jié)構(gòu)的電極和引線(xiàn)也會(huì)擋住部分光線(xiàn)出光。

圖1 傳統(tǒng)藍(lán)寶石襯底的GaN芯片結(jié)構(gòu)示意圖

倒裝封裝

總之，傳統(tǒng)正裝的LED芯片對(duì)整個(gè)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(guó)Lumileds Lighting 公司發(fā)明了Flipchip（倒裝芯片）技術(shù)，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(shí)制備相應(yīng)尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接電極的金導(dǎo)電層和引出導(dǎo)電層（超聲波金絲球焊點(diǎn)）。然后，利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸LED芯片與硅底板焊在一起。

目前，市場(chǎng)上大多數(shù)產(chǎn)品是生產(chǎn)芯片的廠(chǎng)家已經(jīng)倒裝焊接好的，并裝上防靜電保護(hù)二極管。封裝廠(chǎng)家將硅底板與熱沉用導(dǎo)熱膠粘在一起，兩個(gè)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(chǔ)上，在封裝時(shí)應(yīng)考慮三個(gè)問(wèn)題：

·由于LED是W級(jí)芯片，那么應(yīng)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(dǎo)熱膠還是用共晶焊接？

·三是考慮在熱沉上制作一個(gè)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(chǎng)上常見(jiàn)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(shè)備，將大尺寸W級(jí)LED芯片與硅底板焊接在一起，這稱(chēng)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(jié)構(gòu)和大出光面積的LED芯片，并在陶瓷底板制作共晶焊接導(dǎo)電層和引出導(dǎo)電層。然后，利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸LED芯片與陶瓷底板焊接在一起。