硅襯底完敗藍(lán)寶石襯底,芯片結(jié)構(gòu)已玩不出新花樣?
發(fā)布時(shí)間:2016-02-22 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】芯片是五面發(fā)光的,通常需要將將芯片置于支架內(nèi),反光杯的開口面積遠(yuǎn)大于芯片發(fā)光面積,導(dǎo)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(lán),而外圈偏黃。
基于氮化鎵的藍(lán)/白光LED的芯片結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈依賴于所用的襯底材料。目前大部分廠商采用藍(lán)寶石作為襯底材料,芯片結(jié)構(gòu)主要分為4類,如圖1所示:
正裝芯片結(jié)構(gòu)
這類芯片廣泛被中低功率的封裝產(chǎn)品所采用,優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低;缺點(diǎn)是由于藍(lán)寶石導(dǎo)熱性能差,所以芯片散熱較差,P型材料的導(dǎo)電性也較差,因此注入電流受到限制。此外,芯片是五面發(fā)光的,通常需要將將芯片置于支架內(nèi),如圖2所示,反光杯的開口面積遠(yuǎn)大于芯片發(fā)光面積,導(dǎo)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(lán),而外圈偏黃。這就是在使用中,如射燈、平板燈等,出現(xiàn)黃圈的原因。
倒裝結(jié)構(gòu)
為了克服傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)散熱較差、注入電流受限等缺陷,有科學(xué)家提出了倒裝結(jié)構(gòu)。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(dǎo)熱能力較差的藍(lán)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(diǎn)是芯片是五面發(fā)光的,給需要精確二次光學(xué)設(shè)計(jì)的場合,如小角度射燈、手機(jī)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(jié)構(gòu)
為了解決倒裝結(jié)構(gòu)存在的問題,有人提出了薄膜倒裝結(jié)構(gòu),在倒裝芯片的基礎(chǔ)上,通過用激光剝離技術(shù)去除了藍(lán)寶石襯底,得到單面發(fā)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(xué)設(shè)計(jì),此外也具體非常好的表面顏色均勻性。但是要用到工藝復(fù)雜的激光剝離技術(shù),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(jié)構(gòu),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(dǎo)熱能力;同時(shí),由于芯片非常薄,在使用中容易出現(xiàn)芯片裂痕、漏電等問題。
垂直結(jié)構(gòu)
與薄膜倒裝結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的,還有垂直結(jié)構(gòu)芯片,類似于倒裝芯片、藍(lán)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(dǎo)電導(dǎo)熱的襯底材料,這樣芯片在具有單面發(fā)光芯片的優(yōu)點(diǎn)同時(shí),還具有很好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電能力,可靠性也非常高。垂直結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最為廣泛的薄膜芯片結(jié)構(gòu),但由于藍(lán)寶石襯底需要采用激光剝離,良率低、成本高,限制了垂直結(jié)構(gòu)芯片更為廣泛的應(yīng)用。
硅襯底LED技術(shù)項(xiàng)目組聲稱,相比于傳統(tǒng)的藍(lán)寶石襯底,硅襯底LED有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)不僅在生長時(shí),襯底成本遠(yuǎn)低于藍(lán)寶石材料,而且可以采用化學(xué)腐蝕的方法來剝離襯底,在效率和良率上,都遠(yuǎn)高于必須采用激光剝離方法的藍(lán)寶石襯底,從而得到高質(zhì)量、低成本的垂直結(jié)構(gòu)芯片。
(2)結(jié)合白光芯片工藝,一方面減小發(fā)光面積,另一方面達(dá)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(jié)構(gòu)的芯片,不僅可以采用陶瓷封裝工藝,也可以采用更為廉價(jià)的支架封裝方式,進(jìn)一步降低客戶的使用成本,如圖3所示,這為高品質(zhì)照明提供了無限的可能。利用硅襯底LED芯片,可實(shí)現(xiàn)照明品質(zhì)更佳、系統(tǒng)成本更低、設(shè)計(jì)方案更靈活、更具創(chuàng)新性的LED照明解決方案。
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