從現(xiàn)實(shí)運(yùn)用的角度來看,安置利用簡略、體積相對較小的大功率LED器件在大部分的照明應(yīng)用中必將取代傳統(tǒng)的小功率led器件。由小功率LED組成的照明燈具為了滿足照明的需要,必須集中許多個(gè)LED的光能才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求,但帶來的缺點(diǎn)是線路異常復(fù)雜、散熱不暢,為了平衡各個(gè)LED之間的電流、電壓關(guān)系,必須設(shè)計(jì)復(fù)雜的供電電路。相比之下,大功率單體LED的功率遠(yuǎn)大于若干個(gè)小功率LED的功率總和,供電線路相對簡單,散熱結(jié)構(gòu)完善,物理特性穩(wěn)定。所以說,大功率LED器件的封裝方法和封裝材料并不能簡單地套用傳統(tǒng)的小功率LED器件的封裝方法與封裝材料。大的耗散功率、大的發(fā)熱量以及高的出光效率,給LED封裝工藝、封裝設(shè)備和封裝材料提出了新的更高的要求。
大功率LED芯片
要想得到大功率LED器件,就必須制備合適的大功率LED芯片。國際上通常的制造大功率LED芯片的方法有如下幾種:
?、偌哟蟪叽绶?。通過增大單體LED的有效發(fā)光面積和尺寸,促使流經(jīng)TCL層的電流均勻分布,以達(dá)到預(yù)期的光通量。但是,簡單地增大發(fā)光面積無法解決散熱問題和出光問題,并不能達(dá)到預(yù)期的光通量和實(shí)際應(yīng)用效果。
②硅底板倒裝法。首先制備出適合共晶焊接的大尺寸LED芯片,同時(shí)制備出相應(yīng)尺寸的硅底板,并在硅底板上制作出供共晶焊接用的金導(dǎo)電層及引出導(dǎo)電層(超聲金絲球焊點(diǎn)),再利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸LED芯片與硅底板焊接在一起。這樣的結(jié)構(gòu)較為合理,既考慮了出光問題又考慮到了散熱問題,這是目前主流的大功率LED的生產(chǎn)方式。
美國Lumileds公司于2001年研制出了AlGaInN功率型倒裝芯片(FCLED)結(jié)構(gòu),其制造流程是:首先在外延片頂部的P型GaN上淀積厚度大于500A的NiAu層,用于歐姆接觸和背反射;再采用掩模選擇刻蝕掉P型層和多量子阱有源層,露出N 型層;經(jīng)淀積、刻蝕形成N型歐姆接觸層,芯片尺寸為1mm×1mm,P型歐姆接觸為正方形,N型歐姆接觸以梳狀插入其中,這樣可縮短電流擴(kuò)展距離,把擴(kuò)展電阻降至小;然后將金屬化凸點(diǎn)的AlGaInN芯片倒裝焊接在具有防靜電保護(hù)二極管(ESD)的硅載體上。
?、厶沾傻装宓寡b法。先利用LED晶片通用設(shè)備制備出具有適合共晶焊接電極結(jié)構(gòu)的大出光面積的LED芯片和相應(yīng)的陶瓷底板,并在陶瓷底板上制作出共晶焊接導(dǎo)電層及引出導(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。這樣的結(jié)構(gòu)既考慮了出光問題也考慮到了散熱問題,并且采用的陶瓷底板為高導(dǎo)熱陶瓷板,散熱效果非常理想,價(jià)格又相對較低,所以為目前較為適宜的底板材料,并可為將來的集成電路一體化封裝預(yù)留空間。
?、芩{(lán)寶石襯底過渡法。按照傳統(tǒng)的InGaN芯片制造方法在藍(lán)寶石襯底上生長出PN結(jié)后,將藍(lán)寶石襯底切除,再連接上傳統(tǒng)的四元材料,制造出上下電極結(jié)構(gòu)的大尺寸藍(lán)光LED芯片。
?、軦lGaInN碳化硅(SiC)背面出光法。美國Cree公司是全球采用SiC襯底制造AlGaInN超高亮度LED的廠家,幾年來其生產(chǎn)的 AlGaInN/SiCa芯片結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn),亮度不斷提高。由于P型和N型電極分別位于芯片的底部和頂部,采用單引線鍵合,兼容性較好,使用方便,因而成為AlGaInNLED發(fā)展的另一主流產(chǎn)品。
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