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      鄭州華晶金剛石股份有限公司

      從芯片結構分析硅襯底PK藍寶石襯底的勝負

      關鍵詞 芯片結構 , 硅襯底 , 藍寶石襯底|2016-02-22 10:18:10|來源 中國超硬材料網
      摘要 基于氮化鎵的藍/白光LED的芯片結構強烈依賴于所用的襯底材料。目前大部分廠商采用藍寶石作為襯底材料,芯片結構主要分為4類,如圖1所示:正裝芯片結構這類芯片廣泛被中低功率的封裝產品所...
        基于氮化鎵的藍/白光LED的芯片結構強烈依賴于所用的襯底材料。目前大部分廠商采用藍寶石作為襯底材料,芯片結構主要分為4類,如圖1所示:
        正裝芯片結構
        這類芯片廣泛被中低功率的封裝產品所采用,優點是價格低;缺點是由于藍寶石導熱性能差,所以芯片散熱較差,P型材料的導電性也較差,因此注入電流受到限制。此外,芯片是五面發光的,通常需要將將芯片置于支架內,如圖2所示,反光杯的開口面積遠大于芯片發光面積,導致單位面積光通量低,芯片表面顏色均勻性非常差,芯片正上方偏藍,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。熱可以由芯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。缺點是芯片是五面發光的,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芯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,在倒裝芯片的基礎上,通過用激光剝離技術去除了藍寶石襯底,得到單面發光的薄膜芯片。薄膜芯片具有出光效率高、出光集中于芯片正上方,利于二次光學設計,此外也具體非常好的表面顏色均勻性。但是要用到工藝復雜的激光剝離技術,成本高、良率低,芯片本身也容易存在缺陷,另外,由于是倒裝結構,在芯片和(陶瓷)襯底之間有間隙,一定程度上降低了芯片的導熱能力;同時,由于芯片非常薄,在使用中容易出現芯片裂痕、漏電等問題。
        垂直結構
        與薄膜倒裝結構相對應的,還有垂直結構芯片,類似于倒裝芯片、藍寶石襯底被剝離后,在芯片底部鍍上高反的材料后再加上導電導熱的襯底材料,這樣芯片在具有單面發光芯片的優點同時,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芯片結構,但由于藍寶石襯底需要采用激光剝離,良率低、成本高,限制了垂直結構芯片更為廣泛的應用。

        硅襯底LED技術項目組聲稱,相比于傳統的藍寶石襯底,硅襯底LED有以下優點:
        (1)不僅在生長時,襯底成本遠低于藍寶石材料,而且可以采用化學腐蝕的方法來剝離襯底,在效率和良率上,都遠高于必須采用激光剝離方法的藍寶石襯底,從而得到高質量、低成本的垂直結構芯片。
        (2)結合白光芯片工藝,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芯片表面顏色均勻性。
        (3)垂直結構的芯片,不僅可以采用陶瓷封裝工藝,也可以采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。利用硅襯底LED芯片,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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