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。

 

　　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)?，芯片材料是透明?，同時，針對倒裝設計出方便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

 

　　倒裝技術并不是一個新的技術，其實很早之前就存在了。倒裝技術不光用在LED行業(yè)，在其他半導體行業(yè)里也有用到。目前LED芯片封裝技術已經(jīng)形成幾個流派，不同的技術對應不同的應用，都有其獨特之處。

 

　　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。這也導致垂直結(jié)構(gòu)通常用于大功率LED應用領域，而正裝技術一般應用于中小功率LED。而倒裝技術也可以細分為兩類，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(jié)構(gòu)并剝離了襯底材料，可以大幅度提升電流密度。

 

 

　　一是沒有通過藍寶石散熱，可通大電流使用；二是尺寸可以做到更小，光學更容易匹配；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。

 

　　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，相當于將前者翻轉(zhuǎn)過來，故稱其為“倒裝芯片”。
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　　倒裝LED芯片，通過MOCVD技術在藍寶石襯底上生長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(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。

 

　　在倒裝芯片的技術基礎上，有廠家發(fā)展出了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，在傳統(tǒng)LED芯片封裝的基礎上，減少了金線封裝工藝，省掉導線架、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)品應用企業(yè)的青睞。

 

　　LED倒裝芯片普及的難點：

 

　　1、倒裝LED技術目前在大功率的產(chǎn)品上和集成封裝的優(yōu)勢更大，在中小功率的應用上，成本競爭力還不是很強。

 

　　2、倒裝LED顛覆了傳統(tǒng)LED工藝，從芯片一直到封裝，這樣會對設備要求更高，就拿封裝才說，能做倒裝芯片的前端設備成本肯定會增加不少，這就設置了門檻，讓一些企業(yè)根本無法接觸到這個技術。

 

　　晶科電子作為國內(nèi)唯一一家成熟應用倒裝焊接（Flip-chip）技術的大功率LED集成芯片領導品牌，今年重拳出擊推出了“芯片級LED照明整體解決方案”，能在LED芯片制成工藝中，通過新型晶片級工藝，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--倒裝焊接技術，實現(xiàn)了單芯片及多芯片模組的無金線、無固晶膠封裝，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。

 

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

 

　　華燦光電作為國內(nèi)LED芯片的制造商之一，在對白光LED的研究與開發(fā)積累了相當多的經(jīng)驗并形成了自主知識產(chǎn)權(quán)的基礎上，對倒裝LED的工藝做了深入細致的研究，不斷提升外延和芯片工藝技術，目前倒裝芯片45mil產(chǎn)品試驗亮度為@1A，100lm/W，達到國內(nèi)領先水準。華燦光電的專業(yè)研發(fā)團隊致力于倒裝LED芯片的研究與開發(fā)，目前已研發(fā)成功，最終將實現(xiàn)倒裝LED芯片產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化。

   

    目前情況來看，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，這樣會對設備要求更高，就拿封裝才說，能做倒裝芯片的前端設備成本肯定會增加不少，這就設置了門檻，讓一些企業(yè)根本無法接觸到這個技術。