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(shì)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(duì)倒裝來(lái)說(shuō)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(jì)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)?，芯片材料是透明?，同時(shí)，針對(duì)倒裝設(shè)計(jì)出方便LED封裝廠焊線的結(jié)構(gòu)，從而，整個(gè)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(gè)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(gè)流派，不同的技術(shù)對(duì)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(jiàn)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(gè)問(wèn)題，可以達(dá)到很高的電流密度和均勻度。未來(lái)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。

 

 

　　一是沒(méi)有通過(guò)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)。

 

　　據(jù)了解，倒裝芯片之所以被稱為“倒裝”是相對(duì)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(guò)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(guò)來(lái)，故稱其為“倒裝芯片”。
[page]

 

　　倒裝LED芯片，通過(guò)MOCVD技術(shù)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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(huì)受到很大影響，通常要同時(shí)兼顧電流擴(kuò)展與出光效率二個(gè)因素。但無(wú)論在什麼情況下，金屬薄膜的存在，總會(huì)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(wèn)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(wú)金線芯片級(jí)封裝。

 

 

　　倒裝無(wú)金線芯片級(jí)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(wú)金線芯片級(jí)光源完全沒(méi)有因金線虛焊或接觸不良引起的不亮、閃爍、光衰大等問(wèn)題。相比于傳統(tǒng)封裝工藝，芯片級(jí)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(jì)空間更大。倒裝無(wú)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(lái)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(shì)更大，在中小功率的應(yīng)用上，成本競(jìng)爭(zhēng)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(huì)對(duì)設(shè)備要求更高，就拿封裝才說(shuō)，能做倒裝芯片的前端設(shè)備成本肯定會(huì)增加不少，這就設(shè)置了門(mén)檻，讓一些企業(yè)根本無(wú)法接觸到這個(gè)技術(shù)。

 

　　晶科電子作為國(guó)內(nèi)唯一一家成熟應(yīng)用倒裝焊接（Flip-chip）技術(shù)的大功率LED集成芯片領(lǐng)導(dǎo)品牌，今年重拳出擊推出了“芯片級(jí)LED照明整體解決方案”，能在LED芯片制成工藝中，通過(guò)新型晶片級(jí)工藝，完成一部分傳統(tǒng)封裝工藝或者節(jié)省傳統(tǒng)封裝工藝環(huán)節(jié)，使LED最終封裝體積縮小，性能更加穩(wěn)定。其“易系列”和陶瓷基COB產(chǎn)品全部采用基于APT專利技術(shù)--倒裝焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單芯片及多芯片模組的無(wú)金線、無(wú)固晶膠封裝，具有高亮度、高光效、高可靠性、低熱阻、顏色一致性好等諸多優(yōu)點(diǎn)。

 

　　德豪潤(rùn)達(dá)“北極光”1A  LED照明級(jí)高驅(qū)動(dòng)電流倒裝芯片，該芯片在1A的電流驅(qū)動(dòng)下可實(shí)現(xiàn)310流明，在700ma電流驅(qū)動(dòng)下可達(dá)255流明LED芯片，除了單點(diǎn)光通量高，適合配光設(shè)計(jì)，演繹照明藝術(shù)；舒適的光色品質(zhì)，為高品質(zhì)照明環(huán)境專業(yè)設(shè)計(jì)；同時(shí)還具有客戶滿意的光效性能和性價(jià)比；業(yè)界領(lǐng)先的熱學(xué)性能；回流焊工藝（IPC/JEDEC J-STD-020C）；濕氣敏感等級(jí)1；耐靜電電壓8000V（人體模式）。倒裝芯片可以廣泛應(yīng)用于液晶背光、大功率LED照明產(chǎn)品，如路燈、汽車燈等。

 

　　華燦光電作為國(guó)內(nèi)LED芯片的制造商之一，在對(duì)白光LED的研究與開(kāi)發(fā)積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)并形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上，對(duì)倒裝LED的工藝做了深入細(xì)致的研究，不斷提升外延和芯片工藝技術(shù)，目前倒裝芯片45mil產(chǎn)品試驗(yàn)亮度為@1A，100lm/W，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水準(zhǔn)。華燦光電的專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)致力于倒裝LED芯片的研究與開(kāi)發(fā)，目前已研發(fā)成功，最終將實(shí)現(xiàn)倒裝LED芯片產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化。

   

    目前情況來(lái)看，LED倒裝芯片似乎很難普及，原因文中已經(jīng)提到，中小功率上價(jià)格仍舊是很大的難題，倒裝LED顛覆了傳統(tǒng)LED工藝，從芯片一直到封裝，這樣會(huì)對(duì)設(shè)備要求更高，就拿封裝才說(shuō)，能做倒裝芯片的前端設(shè)備成本肯定會(huì)增加不少，這就設(shè)置了門(mén)檻，讓一些企業(yè)根本無(wú)法接觸到這個(gè)技術(shù)。