硅襯底LED芯片主要制造工藝解析

　　(1)通過設(shè)計(jì)新型陶瓷封裝結(jié)構(gòu)，減少了全反射，使器件獲得高取光效率和合適的光學(xué)空間分布。

　　(2)采用電熱隔離封裝結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的熱沉設(shè)計(jì)，以適合薄膜芯片的封裝要求。

　　(3)采用高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬支架，選用導(dǎo)熱導(dǎo)電膠粘結(jié)芯片，獲得低熱阻的良好散熱通道，使產(chǎn)品光衰≤5％(1 000 h)。

　　(4)采用高效、高精度的熒光膠配比及噴涂工藝，保證了產(chǎn)品光色參數(shù)可控和一致性。

　　(5)多層復(fù)合封裝，降低了封裝應(yīng)力，實(shí)施SSB鍵合工藝和多段固化制程，提高了產(chǎn)品的可靠性。

　　(6)裝配保護(hù)二極管，使產(chǎn)品ESD靜電防護(hù)提高到8 000 V。

　　3、產(chǎn)品測試結(jié)果

　　3.1 Si襯底LED芯片

　　通過優(yōu)化Si襯底表面的處理和緩沖層結(jié)構(gòu)，成功生長出可用于大功率芯片的外延材料。采用Pt電極作為反射鏡，成功實(shí)現(xiàn)大功率芯片的薄膜轉(zhuǎn)移。采用銀作為反射鏡，大大提高了反射效率，通過改進(jìn)反射鏡的設(shè)計(jì)并引入粗化技術(shù)，提高了光輸出功率。改進(jìn)了Ag反射鏡蒸鍍前p型GaN表面的清洗工藝和晶片焊接工藝，改善了銀反射鏡的歐姆接觸，量子阱前引入緩沖結(jié)構(gòu)，提高了芯片發(fā)光效率，優(yōu)化量子阱／壘界面生長工藝，發(fā)光效率進(jìn)一步提高，通過改進(jìn)焊接技術(shù)，減少了襯底轉(zhuǎn)移過程中芯片裂紋問題，芯片制備的良率大幅度提高，且可靠性獲得改善。通過上述多項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和改進(jìn)，成功制備出尺寸1 mm×1 mm，350 mA下光輸出功率大于380 mW的藍(lán)色發(fā)光芯片，發(fā)光波長451 nm，工作電壓3.2 V，完成課題規(guī)定的指標(biāo)。表1為芯片光電性能參數(shù)測試結(jié)果。

表1 LED芯片電性能參數(shù)測試結(jié)果

　　注：測試條件為350 mA直流，Ta=25℃恒溫。

　　3.2 Si襯底LED封裝

　　根據(jù)LED的光學(xué)結(jié)構(gòu)及芯片、封裝材料的性能，建立了光學(xué)設(shè)計(jì)模型和軟件仿真手段，優(yōu)化了封裝的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過封裝工藝技術(shù)改進(jìn)，減少了光的全反射，提高了產(chǎn)品的取光效率。改進(jìn)導(dǎo)電膠的點(diǎn)膠工藝方式，并對裝片設(shè)備工裝結(jié)構(gòu)與精度進(jìn)行了改進(jìn)，采用電熱隔離封裝結(jié)構(gòu)和優(yōu)化的熱沉設(shè)計(jì)，降低了器件熱阻，提高了產(chǎn)品散熱性能。采用等離子清洗工藝，改善了LED封裝界面結(jié)合及可靠性。針對照明應(yīng)用對光源的光色特性的不同要求，研究暖白、日光白、冷白光LED顏色的影響因素：芯片參數(shù)、熒光粉性能、配方、用量，并通過改進(jìn)熒光膠涂覆工藝，提高了功率LED光色參數(shù)的控制能力，生產(chǎn)出與照明色域規(guī)范對檔的產(chǎn)品。藍(lán)光和白光LED封裝測試結(jié)果見表2。表中：φ為光通量；K為光效；P為光功率；R為熱阻；μ為光衰；I為飽和電流。

表2 藍(lán)光與白光LED封裝測試結(jié)果

　　4、結(jié)語

　　Si襯底的GaN基LED制造技術(shù)是國際上第三條LED制造技術(shù)路線，是LED三大原創(chuàng)技術(shù)之一，與前兩條技術(shù)路線相比，具有四大優(yōu)勢：

第一，具有原創(chuàng)技術(shù)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品可銷往國際市場，不受國際專利限制；

　　第二，具有優(yōu)良的性能，產(chǎn)品抗靜電性能好，壽命長，可承受的電流密度高；

　　第三，器件封裝工藝簡單，芯片為上下電極，單引線垂直結(jié)構(gòu)，在器件封裝時(shí)只需單電極引線，簡化了封裝工藝，節(jié)約了封裝成本；

　　第四，由于Si襯底比前兩種技術(shù)路線使用的藍(lán)寶石和SiC價(jià)格便宜得多，而且將來生產(chǎn)效率更高，因此成本低廉。

　　經(jīng)過三年的科技攻關(guān)，課題申請發(fā)明專利12項(xiàng)、實(shí)用新型專利7項(xiàng)，該技術(shù)成功突破了美國、日本多年在半導(dǎo)體發(fā)光芯片(LED)方面的專利技術(shù)壁壘，打破了目前日本日亞公司壟斷藍(lán)寶石襯底和美國CREE公司壟斷SiC襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)的局面，形成了藍(lán)寶石、SiC、Si襯底半導(dǎo)體照明技術(shù)方案三足鼎立的局面。因此采用Si襯底GaN的LED產(chǎn)品的推出，對于促進(jìn)我國擁有知識產(chǎn)權(quán)的半導(dǎo)體LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重大意義。