led芯片結(jié)構(gòu)

1、倒裝結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的LED芯片采用正裝結(jié)構(gòu)，上面通常涂敷一層環(huán)氧樹(shù)脂，下面以藍(lán)寶石作為襯底。一方面，由于藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性較差，有源層產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)地釋放，而且藍(lán)寶石襯底會(huì)吸收有源區(qū)的光線，即使增加金屬反射層也無(wú)法完全解決吸收的問(wèn)題;另一方面，由于環(huán)氧樹(shù)脂的導(dǎo)熱能力很差，熱量只能靠芯片下面的引腳散出。因此前后兩方面都造成散熱的難題，影響了器件的性能和可靠性。鑒于此，LED的倒裝焊接技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2001年，LumiLeds研制出了AIGalnN功率型倒裝芯片結(jié)構(gòu)，LED芯片通過(guò)凸點(diǎn)倒裝連接到硅基上。這樣大功率LED產(chǎn)生的熱量不必經(jīng)由芯片的藍(lán)寶石襯底，而是直接傳到熱導(dǎo)率更高的硅或陶瓷襯底，再傳到金屬底座，由于其有源發(fā)熱區(qū)更接近于散熱體，可降低內(nèi)部熱沉熱阻。這種結(jié)構(gòu)的熱阻理論計(jì)算最低可達(dá)到1.34K/W，實(shí)際做到6-8K/W，出光率也提高了60%左右。但是，熱阻是與熱沉的厚度成正比的，由于受硅片機(jī)械強(qiáng)度與導(dǎo)熱性能所限，很難通過(guò)減薄硅片來(lái)進(jìn)一步降低內(nèi)部熱沉的熱阻，這就制約了其傳熱性能的進(jìn)一步提高。

2、垂直結(jié)構(gòu)

LED芯片有橫向和垂直兩種基本結(jié)構(gòu)。所謂的橫向結(jié)構(gòu)LED芯片是指芯片兩個(gè)電極在外延片的同側(cè)，由于電極在同一側(cè)，電流在n-和p-類型限制層中橫向流動(dòng)不利于電流的擴(kuò)散以及熱量的散發(fā)。相反，垂直結(jié)構(gòu)LED芯片是指兩個(gè)電極分布在外延片的異側(cè)，以圖形化電極和全部的p型限制層作為第二電極，使得電流幾乎全部垂直流過(guò)LED外延層，極少橫向流動(dòng)的電流。目前垂直結(jié)構(gòu)LED可以按材料分為GaP基LED、GaN基LED和ZnO基LED。LED的分別用紅色和黑色表示）分別與熱沉或PCB或電路板上的正、負(fù)極（分別用紅色和黑色表示）電聯(lián)接。外界電源與電路板上的“十”和“一”極相聯(lián)接。

由SemiLedS研發(fā)的以藍(lán)寶石為襯底的垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片從2005年11月開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。制造垂直結(jié)構(gòu)LED芯片有兩種基本方法：剝離生長(zhǎng)襯底和不剝離生長(zhǎng)襯底。相比橫向結(jié)構(gòu)的LED芯片，垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)：

（l）所有的制造工藝都是在晶片水平進(jìn)行的。

（2）抗靜電能力高。

（3）無(wú)需打金線，一方面封裝厚度薄，可用于制造超薄型的器件，如背光源，大屏幕顯示等;另一方面，良品率和可靠性均得以提高。

（4）在封裝前進(jìn)行老化，降低生產(chǎn)成本。

（5）可以采用較大直徑的通孔/金屬填充塞和多個(gè)的通孔/金屬填充塞進(jìn)一步提高襯底的散熱效率。這一特點(diǎn)對(duì)大功率LED尤其重要。

led芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖