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LED倒裝芯片知識 全方位解析
時間：2017-05-23 瀏覽次數(shù)：108
什么是LED倒裝芯片?近年來，在芯片領(lǐng)域，倒裝芯片技術(shù)正異軍突起，特別是在大功率、戶外照明的應(yīng)用市場上更受歡迎。但由于發(fā)展較晚，很多人不知道什么叫LED倒裝芯片，LED倒裝芯片的優(yōu)點(diǎn)是什么?今天慧聰LED屏網(wǎng)編輯就為你做一個簡單的說明。先從LED正裝芯片為您講解LED倒裝芯片，以及LED倒裝芯片的優(yōu)勢和普及難點(diǎn)。
要了解LED倒裝芯片，先要了解什么是LED正裝芯片
LED正裝芯片是最早出現(xiàn)的芯片結(jié)構(gòu)，也是小功率芯片中普遍使用的芯片結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)，電極在上方，從上至下材料為：P-GaN，發(fā)光層，N-GaN，襯底。所以，相對倒裝來說就是正裝。
LED倒裝芯片和癥狀芯片圖解
為了避免正裝芯片中因電極擠占發(fā)光面積從而影響發(fā)光效率，芯片研發(fā)人員設(shè)計了倒裝結(jié)構(gòu)，即把正裝芯片倒置，使發(fā)光層激發(fā)出的光直接從電極的另一面發(fā)出(襯底最終被剝?nèi)ィ酒牧鲜峭该鞯?，同時，針對倒裝設(shè)計出方便LED封裝廠焊線的結(jié)構(gòu)，從而，整個芯片稱為倒裝芯片(Flip Chip)，該結(jié)構(gòu)在大功率芯片較多用到。
正裝 、倒裝、垂直 LED芯片結(jié)構(gòu)三大流派
倒裝技術(shù)并不是一個新的技術(shù)，其實(shí)很早之前就存在了。倒裝技術(shù)不光用在LED行業(yè)，在其他半導(dǎo)體行業(yè)里也有用到。目前LED芯片封裝技術(shù)已經(jīng)形成幾個流派，不同的技術(shù)對應(yīng)不同的應(yīng)用，都有其獨(dú)特之處。
目前LED芯片結(jié)構(gòu)主要有三種流派，最常見的是正裝結(jié)構(gòu)，還有垂直結(jié)構(gòu)和倒裝結(jié)構(gòu)。正裝結(jié)構(gòu)由于p，n電極在LED同一側(cè)，容易出現(xiàn)電流擁擠現(xiàn)象，而且熱阻較高，而垂直結(jié)構(gòu)則可以很好的解決這兩個問題，可以達(dá)到很高的電流密度和均勻度。未來燈具成本的降低除了材料成本，功率做大減少LED顆數(shù)顯得尤為重要，垂直結(jié)構(gòu)能夠很好的滿足這樣的需求。這也導(dǎo)致垂直結(jié)構(gòu)通常用于大功率LED應(yīng)用領(lǐng)域，而正裝技術(shù)一般應(yīng)用于中小功率LED。而倒裝技術(shù)也可以細(xì)分為兩類，一類是在藍(lán)寶石芯片基礎(chǔ)上倒裝，藍(lán)寶石襯底保留，利于散熱，但是電流密度提升并不明顯;另一類是倒裝結(jié)構(gòu)并剝離了襯底材料，可以大幅度提升電流密度。
LED倒裝芯片的優(yōu)點(diǎn)
一是沒有通過藍(lán)寶石散熱，可通大電流使用;二是尺寸可以做到更小，光學(xué)更容易匹配;三是散熱功能的提升，使芯片的壽命得到了提升;四是抗靜電能力的提升;五是為后續(xù)封裝工藝發(fā)展打下基礎(chǔ)。
什么是LED倒裝芯片
據(jù)了解，倒裝芯片之所以被稱為“倒裝”是相對于傳統(tǒng)的金屬線鍵合連接方式(Wire Bonding)與植球后的工藝而言的。傳統(tǒng)的通過金屬線鍵合與基板連接的晶片電氣面朝上，而倒裝晶片的電氣面朝下，相當(dāng)于將前者翻轉(zhuǎn)過來，故稱其為“倒裝芯片”。
倒裝LED芯片，通過MOCVD技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上生長GaN基LED結(jié)構(gòu)層，由P/N結(jié)發(fā)光區(qū)發(fā)出的光透過上面的P型區(qū)射出。由于P型GaN傳導(dǎo)性能不佳，為獲得良好的電流擴(kuò)展，需要通過蒸鍍技術(shù)在P區(qū)表面形成一層Ni- Au組成的金屬電極層。P區(qū)引線通過該層金屬薄膜引出。為獲得好的電流擴(kuò)展，Ni-Au金屬電極層就不能太薄。為此，器件的發(fā)光效率就會受到很大影響，通常要同時兼顧電流擴(kuò)展與出光效率二個因素。但無論在什麼情況下，金屬薄膜的存在，總會使透光性能變差。此外，引線焊點(diǎn)的存在也使器件的出光效率受到影響。 采用GaN LED倒裝芯片的結(jié)構(gòu)可以從根本上消除上面的問題。
在倒裝芯片的技術(shù)基礎(chǔ)上，有廠家發(fā)展出了LED倒裝無金線芯片級封裝。
什么是LED倒裝無金線芯片級封裝
倒裝無金線芯片級封裝，基于倒裝焊技術(shù)，在傳統(tǒng)LED芯片封裝的基礎(chǔ)上，減少了金線封裝工藝，省掉導(dǎo)線架、打線，僅留下芯片搭配熒光粉與封裝膠使用。作為新封裝技術(shù)產(chǎn)品，倒裝無金線芯片級光源完全沒有因金線虛焊或接觸不良引起的不亮、閃爍、光衰大等問題。相比于傳統(tǒng)封裝工藝，芯片級光源的封裝密度增加了16倍，封裝體積卻縮小了80%，燈具設(shè)計空間更大。倒裝無金線芯片憑借更穩(wěn)定的性能、更好的散熱性、更均勻的光色分布、更小的體積，受到越來越多LED燈具企業(yè)和終端產(chǎn)品應(yīng)用企業(yè)的青睞。
LED倒裝芯片普及的難點(diǎn)：
1、倒裝LED技術(shù)目前在大功率的產(chǎn)品上和集成封裝的優(yōu)勢更大，在中小功率的應(yīng)用上，成本競爭力還不是很強(qiáng)。
2、倒裝LED顛覆了傳統(tǒng)LED工藝，從芯片一直到封裝，這樣會對設(shè)備要求更高，就拿封裝才說，能做倒裝芯片的前端設(shè)備成本肯定會增加不少，這就設(shè)置了門檻，讓一些企業(yè)根本無法接觸到這個技術(shù)。
在剛剛過去的2014年，“倒裝芯片”無疑是LED行業(yè)熱詞榜上的一員，倒裝無金線芯片憑借更穩(wěn)定的性能、更好的散熱性、更均勻的光色分布、更小的體積，受到了LED上中下游企業(yè)的一致追捧。
過去的幾年里，倒裝芯片在技術(shù)上取得了重大的突破，其在效率、性能、可靠性和穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來，使其得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，倒裝芯片已經(jīng)滲入到大功率LED照明產(chǎn)品、COB球泡燈和LED燈絲燈等領(lǐng)域，從2014下半年開始大量的導(dǎo)入電視背光應(yīng)用，看似即將對LED行業(yè)造成席卷之勢。
就目前來說，倒裝芯片在中小功率的通用照明領(lǐng)域優(yōu)勢并不突出，究其原因，首先倒裝芯片的加工過程工藝更加復(fù)雜，雖然省掉了焊線這一工序，但是對固晶這段工藝的精度要求較高，一般很難達(dá)到較高的良率，其次，倒裝芯片封裝設(shè)備有一些要求，能做倒裝芯片的前端設(shè)備成本肯定會增加不少，這些原因直接導(dǎo)致了其成本比傳統(tǒng)正裝芯片高，據(jù)了解，市場上同等尺寸的倒裝芯片與正裝芯片的價格差距在2-8倍左右。
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