硅衬底PK蓝宝石衬底,胜负几何?

硅衬底PK蓝宝石衬底,胜负几何?

2021-11-10 10:01:11 0

来源:电子工程世界

基于氮化镓的蓝/白光LED的芯片结构强烈依赖于所用的衬底材料。目前大部分厂商采用蓝宝石作为衬底材料,芯片结构主要分为4类,如图1所示:

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(点击看大图)

  正装芯片结构

  这类芯片广泛被中低功率的封装产品所采用,优点是价格低;缺点是由于蓝宝石导热性能差,所以芯片散热较差,P型材料的导电性也较差,因此注入电流受到限制。此外,芯片是五面发光的,通常需要将将芯片置于支架内,如图2所示,反光杯的开口面积远大于芯片发光面积,导致单位面积光通量低,芯片表面颜色均匀性非常差,芯片正上方偏蓝,而外圈偏黄。这就是在使用中,如射灯、平板灯等,出现黄圈的原因。

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  倒装结构

  为了克服传统正装结构散热较差、注入电流受限等缺陷,有科学家提出了倒装结构。热可以由芯片直接传递到如陶瓷等基底材料上,而不用通过导热能力较差的蓝宝石衬底,因此注入电流可以显著提高;单位面积的光通量也可以显著提升。缺点是芯片是五面发光的,给需要精确二次光学设计的场合,如小角度射灯、手机闪光灯、车灯、超薄背光及平板灯等带来了诸多的不便,此外,也存在正装五面出光芯片所面临的颜色不均匀的问题。

  薄膜倒装结构

  为了解决倒装结构存在的问题,有人提出了薄膜倒装结构,在倒装芯片的基础上,通过用激光剥离技术去除了蓝宝石衬底,得到单面发光的薄膜芯片。薄膜芯片具有出光效率高、出光集中于芯片正上方,利于二次光学设计,此外也具体非常好的表面颜色均匀性。但是要用到工艺复杂的激光剥离技术,成本高、良率低,芯片本身也容易存在缺陷,另外,由于是倒装结构,在芯片和(陶瓷)衬底之间有间隙,一定程度上降低了芯片的导热能力;同时,由于芯片非常薄,在使用中容易出现芯片裂痕、漏电等问题。

  垂直结构

  与薄膜倒装结构相对应的,还有垂直结构芯片,类似于倒装芯片、蓝宝石衬底被剥离后,在芯片底部镀上高反的材料后再加上导电导热的衬底材料,这样芯片在具有单面发光芯片的优点同时,还具有很好的导热、导电能力,可靠性也非常高。垂直结构是目前应用最为广泛的薄膜芯片结构,但由于蓝宝石衬底需要采用激光剥离,良率低、成本高,限制了垂直结构芯片更为广泛的应用。
 

  硅衬底LED技术项目组声称,相比于传统的蓝宝石衬底,硅衬底LED有以下优点:

  (1)不仅在生长时,衬底成本远低于蓝宝石材料,而且可以采用化学腐蚀的方法来剥离衬底,在效率和良率上,都远高于必须采用激光剥离方法的蓝宝石衬底,从而得到高质量、低成本的垂直结构芯片。

  (2)结合白光芯片工艺,一方面减小发光面积,另一方面达到更高的性能,包括单位面积光通量以及芯片表面颜色均匀性。

  (3)垂直结构的芯片,不仅可以采用陶瓷封装工艺,也可以采用更为廉价的支架封装方式,进一步降低客户的使用成本,如图3所示,这为高品质照明提供了无限的可能。利用硅衬底LED芯片,可实现照明品质更佳、系统成本更低、设计方案更灵活、更具创新性的LED照明解决方案。

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