基于Si襯底的功率型GaN基LED制造技術(shù)
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(1)采用多種在線控制技術(shù)，降低了外延材料中的刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)，改善了Si與GaN兩者之間的熱失配和晶格失配，解決了GaN單晶膜的龜裂問(wèn)題，獲得了厚度大于4 μm的無(wú)裂紋GaN外延膜。
(2)通過(guò)引入AIN，AlGaN多層緩沖層，大大緩解了Si襯底上外延GaN材料的應(yīng)力，提高了晶體質(zhì)量，從而提高了發(fā)光效率。
(3)通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)n-GaN層中Si濃度結(jié)構(gòu)及量子阱／壘之間的界面生長(zhǎng)條件，減小了芯片的反向漏電流并提高了芯片的抗靜電性能。
(4)通過(guò)調(diào)節(jié)p型層鎂濃度結(jié)構(gòu)，降低了器件的工作電壓；通過(guò)優(yōu)化p型GaN的厚度，改善了芯片的取光效率。
(5)通過(guò)優(yōu)化外延層結(jié)構(gòu)及摻雜分布，減小串聯(lián)電阻，降低工作電壓，減少熱產(chǎn)生率，提升了LED的工作效率并改善器件的可靠性。
(6)采用多層金屬結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼顧歐姆接觸、反光特性、粘接特性和可靠性，優(yōu)化焊接技術(shù)，解決了銀反射鏡與p-GaN粘附不牢且接觸電阻大的問(wèn)題。
(7)優(yōu)選了多種焊接金屬，優(yōu)化焊接條件，成功獲得了GaN薄膜和導(dǎo)電Si基板之間的牢固結(jié)合，解決了該過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋問(wèn)題。
(8)通過(guò)濕法和干法相結(jié)合的表面粗化，減少了內(nèi)部全反射和波導(dǎo)效應(yīng)引起的光損失，提高LED的外量子效率，使器件獲得了較高的出光效率。
(9)解決了GaN表面粗化深度不夠且粗化不均勻的問(wèn)題，解決了粗化表面清洗不干凈的難題并優(yōu)化了N電極的金屬結(jié)構(gòu)，在粗化的N極性n-GaN表面獲得了低阻且穩(wěn)定的歐姆接觸。
2 Si襯底LED封裝技術(shù)
2.1 技術(shù)路線
采用藍(lán)光LED激發(fā)YAG／硅酸鹽／氮氧化物多基色體系熒光粉，發(fā)射黃、綠、紅光，合成白光的技術(shù)路線。
工藝流程：在金屬支架／陶瓷支架上裝配藍(lán)光LED芯片(導(dǎo)電膠粘結(jié)工藝)→鍵合(金絲球焊工藝)→熒光膠涂覆(自動(dòng)化圖形點(diǎn)膠／自動(dòng)噴射工藝)→Si膠封裝(模具灌膠工藝)→切筋→測(cè)試→包裝。
2.2 主要封裝工藝
Si襯底的功率型GaN基LED封裝采用仿流明的支架封裝形式，其外形有朗柏型、矩形和雙翼型。其制作過(guò)程為：使用導(dǎo)熱系數(shù)較高的194合金金屬支架，先將LED芯片粘接在金屬支架的反光杯底部，再通過(guò)鍵合工藝將金屬引線連接LED芯片與金屬支架電極，完成電氣連接，最后用有機(jī)封裝材料(如Si膠)覆蓋芯片和電極引線，形成封裝保護(hù)和光學(xué)通道。這種封裝對(duì)于取光效率、散熱性能、加大工作電流密度的設(shè)計(jì)都是最佳的。其主要特點(diǎn)包括：熱阻低(小于10 ℃／W)，可靠性高，封裝內(nèi)部填充穩(wěn)定的柔性膠凝體，在-40～120℃范圍，不會(huì)因溫度驟變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使金絲與支架斷開，并防止有機(jī)封裝材料變黃，引線框架也不會(huì)因氧化而沾污；優(yōu)化的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使光學(xué)效率、外量子效率性能優(yōu)異，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。
2.3 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新性
功率型LED的熱特性直接影響到LED的工作溫度、發(fā)光效率、發(fā)光波長(zhǎng)、使用壽命等，現(xiàn)有的Si襯底的功率型GaN基LED芯片設(shè)計(jì)采用了垂直結(jié)構(gòu)來(lái)提高芯片的取光效率，改善了芯片的熱特性，同時(shí)通過(guò)增大芯片面積，加大工作電流來(lái)提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率，從而獲得較高的光通量，也因此給功率型LED的封裝設(shè)計(jì)、制造技術(shù)帶來(lái)新的課題。功率LED封裝重點(diǎn)是采用有效的散熱與不劣化的封裝材料解決光衰問(wèn)題。為達(dá)到封裝技術(shù)要求，在大量的試驗(yàn)和探索中，分析解決相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，采用的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新性有以下幾點(diǎn)。
(1)通過(guò)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。
評(píng)論