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芯片的三種封裝結構:正裝、垂直、倒裝工藝解析

發布日期:2022-06-24 瀏覽量13

半導體LED芯片也被稱為LED發光芯片,是LED燈的核心組件,其主要材料為單晶硅,也就是將單晶硅經過切割而成的晶片附在一個支架上并封裝起來。其中晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它里面空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子,這兩種半導體連接在一起就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴復合,然后就會以光子的形式發出能量,這就是LED發光的原理。

據了解,目前LED芯片結構主要有:正裝、倒裝、垂直三種流派,其中正裝結構因低價優勢而占據主要市場。然而,隨著輸出功率的不斷提高,制約大功率LED發展的光衰較大等問題相繼涌現。

正裝結構由于p,n電極在LED同一側,容易出現電流擁擠現象,并且由于藍寶石襯底導熱性差,嚴重阻礙了熱量的散失。在長時間使用過程中,因為散熱不好而導致的高溫,影響到硅膠的性能和透過率,從而造成較大的光輸出功率衰減。

相較于正裝LED,垂直芯片結構采用高熱導率的襯底(Si、Ge和Cu等襯底)取代藍寶石襯底,在很大程度上提高散熱效率;垂直結構的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側,通過n電極,使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層,橫向流動的電流極少,可以避免局部高溫。但是目前垂直結構制備工藝中,藍寶石剝離工藝較難,制約了產業化發展進程。

而倒裝技術可以細分為兩類,一類是在藍寶石芯片基礎上倒裝,藍寶石襯底保留,利于散熱,但是電流密度提升并不明顯;另一類是倒裝結構并剝離了襯底材料,可以大幅度提升電流密度。

倒裝技術最早出現于2007年,由封裝公司首先進行產品運用,并最先運用在照明領域。而倒裝芯片之所以被稱為“倒裝”則是相對于傳統的金屬線鍵合連接方式(Wire Bonding)與植球后的工藝而言的。傳統的通過金屬線鍵合與基板連接的芯片電氣面朝上,而倒裝芯片的電氣面朝下,相當于將前者翻轉過來,故稱其為“倒裝芯片”。

由于P型GaN傳導性能不佳,為獲得良好的電流擴展,需要通過蒸鍍技術在P區表面形成一層Ni-Au組成的金屬電極層。P區引線通過該層金屬薄膜引出。為獲得好的電流擴展,Ni-Au金屬電極層就不能太薄。為此,器件的發光效率就會受到很大影響,通常要同時兼顧電流擴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,引線焊點的存在也使器件的出光效率受到影響。采用GaNLED倒裝芯片的結構可以從根本上消除上面的問題。

近年來,隨著LED芯片價格和毛利率的下跌,LED芯片投資回報率逐漸降低,國外LED芯片大廠擴產趨于謹慎,國外芯片供給增長有限,國內廠商借助地方政府的支持政策,依靠資金、規模等方面的優勢積極擴產,全球LED芯片產能逐漸向中國大陸轉移。對于LED芯片企業而言,擴產可搶占規?;瘍瀯?,利用大規模制造降低生產成本,因而在2017年各大LED芯片廠商紛紛購買設備擴大生產規模。然而,這也導致LED芯片行業競爭越發激烈。但LED芯片的制造技術和對應的封裝技術共同決定了LED未來的應用前景,因此,發展倒裝LED芯片必將成為了大勢所趨。



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