大功率照明級LED的封裝技能、質(zhì)料

從現(xiàn)實運(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LED的光能才能達(dá)到設(shè)計要求，但帶來的缺點是線路異常復(fù)雜、散熱不暢，為了平衡各個LED之間的電流、電壓關(guān)系，必須設(shè)計復(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)期的光通量和實際應(yīng)用效果。

　?、诠璧装宓寡b法。首先制備出適合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同時制備出相應(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)，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。

　　美國某公司于2001年研制出了功率型倒裝芯片(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。美國某公司是全球采用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。