矽襯底完敗藍寶石襯底,晶片結構已玩不出新花樣?

2020-12-08 電子發燒友

矽襯底完敗藍寶石襯底，晶片結構已玩不出新花樣？

發表於 2016-11-05 08:19:15

晶片是五面發光的，通常需要將將晶片置於支架內，反光杯的開口面積遠大於晶片發光面積，導致單位面積光通量低，晶片表面顏色均勻性非常差，晶片正上方偏藍，而外圈偏黃。

基於氮化鎵的藍/白光LED的晶片結構強烈依賴於所用的襯底材料。目前大部分廠商採用藍寶石作為襯底材料，晶片結構主要分為4類，如圖1所示：

正裝晶片結構

這類晶片廣泛被中低功率的封裝產品所採用，優點是價格低；缺點是由於藍寶石導熱性能差，所以晶片散熱較差，P型材料的導電性也較差，因此注入電流受到限制。此外，晶片是五面發光的，通常需要將將晶片置於支架內，如圖2所示，反光杯的開口面積遠大於晶片發光面積，導致單位面積光通量低，晶片表面顏色均勻性非常差，晶片正上方偏藍，而外圈偏黃。這就是在使用中，如射燈、平板燈等，出現黃圈的原因。

倒裝結構

為了克服傳統正裝結構散熱較差、注入電流受限等缺陷，有科學家提出了倒裝結構。熱可以由晶片直接傳遞到如陶瓷等基底材料上，而不用通過導熱能力較差的藍寶石襯底，因此注入電流可以顯著提高；單位面積的光通量也可以顯著提升。缺點是晶片是五面發光的，給需要精確二次光學設計的場合，如小角度射燈、手機閃光燈、車燈、超薄背光及平板燈等帶來了諸多的不便，此外，也存在正裝五面出光晶片所面臨的顏色不均勻的問題。

薄膜倒裝結構

為了解決倒裝結構存在的問題，有人提出了薄膜倒裝結構，在倒裝晶片的基礎上，通過用雷射剝離技術去除了藍寶石襯底，得到單面發光的薄膜晶片。薄膜晶片具有出光效率高、出光集中於晶片正上方，利於二次光學設計，此外也具體非常好的表面顏色均勻性。但是要用到工藝複雜的雷射剝離技術，成本高、良率低，晶片本身也容易存在缺陷，另外，由於是倒裝結構，在晶片和(陶瓷)襯底之間有間隙，一定程度上降低了晶片的導熱能力；同時，由於晶片非常薄，在使用中容易出現晶片裂痕、漏電等問題。

垂直結構

與薄膜倒裝結構相對應的，還有垂直結構晶片，類似於倒裝晶片、藍寶石襯底被剝離後，在晶片底部鍍上高反的材料後再加上導電導熱的襯底材料，這樣晶片在具有單面發光晶片的優點同時，還具有很好的導熱、導電能力，可靠性也非常高。垂直結構是目前應用最為廣泛的薄膜晶片結構，但由於藍寶石襯底需要採用雷射剝離，良率低、成本高，限制了垂直結構晶片更為廣泛的應用。

矽襯底LED技術項目組聲稱，相比於傳統的藍寶石襯底，矽襯底LED有以下優點：

（1）不僅在生長時，襯底成本遠低於藍寶石材料，而且可以採用化學腐蝕的方法來剝離襯底，在效率和良率上，都遠高於必須採用雷射剝離方法的藍寶石襯底，從而得到高質量、低成本的垂直結構晶片。

（2）結合白光晶片工藝，一方面減小發光面積，另一方面達到更高的性能，包括單位面積光通量以及晶片表面顏色均勻性。

（3）垂直結構的晶片，不僅可以採用陶瓷封裝工藝，也可以採用更為廉價的支架封裝方式，進一步降低客戶的使用成本，如圖3所示，這為高品質照明提供了無限的可能。利用矽襯底LED晶片，可實現照明品質更佳、系統成本更低、設計方案更靈活、更具創新性的LED照明解決方案。

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