深度剖析：LED芯片/封装/照明技术关键待破问题

　　两种共晶方法均需支架可承受金锡融化温度(大于320℃)，要求基板表面的镀金层粗糙度小于2微米，否则会造成熔融共晶材料不能完全填充界面不平的地方，不仅仅会增大器件的热阻，甚至使得芯片与基板的结合不稳固，影响封装质量等。

　　此外，新固晶材料也随之出现了。2014年1月，Dexerials展示了导电接着剂，导电粒子只有5微米大小，使用导电胶，强力接着在基板上后，使得P/N极完全绝缘，最后导电粒子破裂后，完成电流导通。目前的Au/Sn合金的共晶需要300℃以上的操作温度，而使用LEP导电胶，操作温度控制在180℃附近，所以导热基板的选择性更多，可使用玻璃基板与PET基板。因此，从晶片、基板与设备各阶段都可以节省成本，而LED厂商仅需购买热压机搭配LEP导电胶，预估整体成本将比Au/Sn共晶的方式降低约30%。

　　2001年，覆晶LED由Wierer等人首次提出，其光提取效率提高到了正装结构的1.6倍。2006年Shchekin等人在倒装AlGaInN LED芯片的基础上制作出薄膜倒装结构的LED芯片，该结构采用激光剥离技术去除蓝宝石衬底并减薄了n-GaN下方的本征GaN材料，LED芯片的光输出功率较普通倒装结构提升了两倍，在350mA电流驱动下，该结构的外量子效率达到36%。围绕了提高光提取效率、提高散热性能、倒装焊技术等方面，GaN基倒装LED做了很多学术方面的研究工作。

　　同时，产业界也在紧密跟进。部分厂家以倒装技术为基础，推出了晶片级CSP封装产品。如：台湾晶电推出了最新的无封装晶片技术ELC、台湾台积固态照明的无封装PoD模组、Philips Lumileds推出的LUXEO NFlip Chip、LUXEONQ、CREE的XQ-B，XQ-ELED产品等。三星最近推出最新的覆晶产品，包括有中功率型LM131A、高功率型LH141A以及筒灯模块等。

　　研究方法及技术路线

　　基本研究思路是：LED模型的设计——散热能力的软件模拟、分析及优化——LED的一次光学设计——倒装芯片的焊接——涂覆荧光粉——LED产品成型。

　　(1)材料的选取标准。相关材料的选择应根据需要须满足一定的物理特性：如焊接材料的焊接稳定性、导热及导电能力，封装材料的透光性、热稳定性、抵抗外力能力及硬度、密度、折射率均匀性及稳定性、吸水性、混浊度、最高长期工作温度、防静电等。

　　(2)封装支架的设计及制备

　　①高导热率的导热基板材料，可供选择的材料有铝板(导热系数为231W/m.K)，铜板(385W/m.K)，陶瓷材料氮化铝(320W/m.K)，硅(191W/m.K)等;

　　②为避免两电极在共晶时熔合，根据芯片的大小及电极位置设计一个具有合适高度和大小的绝缘中间阻挡层。

　　(3)LED产品模型结构散热情况的软件模拟、分析及结构参数的优化。根据设计的样品模型，采用相关的模拟软件分析模拟结果，通过改变结构参数对LED模型进行优化，以获得具有极佳散热能力的优化LED产品模型。

　　(4)对LED进行一次光学设计。采用光学设计模拟软件(如TracePro等)针对倒装芯片、封装支架、模粒、出光透镜等进行设计。目的是实现最佳的出光效率。

　　(5)倒装芯片的共晶焊接技术

　　①在封装支架的底部，将焊锡膏黏结于外接电路的正、负极上，在阻挡层位置处黏结具有一定高度的绝缘层，以避免两者的熔合，其高度要高于焊锡膏的高度。

　　②将倒装芯片的正负两极精确对准封装支架的电路并黏结于支架底部，通过共晶焊工艺，控制温度，将倒装芯片牢固地焊接在支架上。

　　(6)荧光粉的喷涂涂覆技术。考虑到平面荧光粉涂覆工艺可以实现荧光粉土层的浓度、厚度及形状的可控性。实现出光光斑空间分布的均匀性及管间色度、亮度的均匀性等。

　　(7)Molding或者透镜成型、成产品。根据一次光学设计结构，采用透明环氧树脂或硅树脂在芯片的出光上方molding成弧行透镜，以增加光提取效率。

　　需要解决的关键问题

　　(1)将覆晶芯片牢固地通过共晶焊接技术焊接在基板上成为关键技术之一。具体涉及到电极的对准、共晶过程中的温度控制、固晶力度、芯片及基板表面的粗糙程度等。

　　(2)保证正、负电极在工艺过程中不会熔合成为一个关键问题。具体涉及到如何设计及制备中间阻挡层以实现正负电极的有效阻隔。

　　(3)荧光粉的喷涂技术，主要是荧光粉涂覆的均匀性、厚度及形状等。

　　(4)出光效率，是技术上很重要的一个关键，避免在制造过程中，特别是焊接温度对覆晶芯片量子阱的损伤，导致出光效率的降低。

编辑：BOBER