基于多芯片内连接的高压led芯片封装关键技术 >> 行业新闻-j9九游会登录入口

(文章来源：嘉峪检测网）

一、led封装现状和发展趋势

led封装处于led产业的中游，介于led外延芯片和led照明应用2个产业环节之间，具有关键的桥梁纽带作用。随着led半导体照明终端应用产品的拓展和普及，以及消费者在led半导体照明光源舒适、健康、可靠等方面的更高需求，白光led封装的封装形态、光色特性、可靠性面临着新的发展需求。led封装企业在不断探索新的led封装技术、封装结构、封装材料（金属基板材料、硅胶材料、激发荧光粉材料）等，以满足下游半导体照明应用需求。新型白光led封装技术的整体趋势是在更小的发光面积里产生更多的光通量，因此，高取光效率、低热阻、高可靠性的封装技术是led封装产业发展的必由之路。

目前，大功率、高亮度的白光led封装器件已经成为了照明领域的发展热点，产品功率主要为0.5～1w，产品结构主要为贴片式结构，封装技术有多颗小功率芯片正装集成封装、单颗1w大功率led芯片正装及单颗1w filp chip led芯片无引线倒装等技术并存，各有优缺点。多颗小功率芯片正装集成封装发光效率较高，但对芯片的一致性要求较高，且多根芯片电极连接线影响产品的可靠性；单颗1w大功率led芯片正装led封装器件发光效率相对较低，且对支架的散热性能要求较高，增加支架成本；单颗1w filp chip led芯片无引线封装led器件发光效率介于上述2者之间，但芯片的成本有所偏高。

2017年，我国功率型白光led产业化光效达180lm/w，离其理论值250lm/w尚有一定的差距，因此进一步提高其发光效率成为功率型白光led器件的一个关键技术问题；另外，提高散热能力也成为了功率型白光led器件发展的另一个关键技术问题。

一般来说，提高led的发光效率有2种途径，分别是提高其内量子效率和光提取效率。其中内量子效率提升主要依托led外延芯片制造，光提取效率提升主要依托led封装企业。在终端提升产品性能、降低成本和优化供应链的压力下，led封装企业被倒逼进行技术创新，csp芯片级封装、倒装led封装、去电源化模组封装等新的封装技术不断出现，以适应市场需要。

根据led半导体照明光源高光效、高可靠、低成本及健康照明的要求及led封装技术发展趋势，研究基于多芯片内连接的高压led芯片封装技术，以提高白光led封装器件的发光效率、可靠性及批生产合格率，降低白光led器件封装产业化生产工艺繁杂度及控制难度。

二、多芯片内连接高压直流led 封装方法

1. 产品方案设计

现阶段led日光灯、led面板灯等室内照明灯具及液晶电视、电脑显示器用led背光源等商业上使用最多的led为正装smd中小功率白光led，功率为0.2w、0.5w、1.0w，均采用蓝光led芯片激发黄色荧光粉合成白光，其蓝光led芯片使用数量、正向电压、正向电流等情况如表1所示。

产品结构尺寸按照照明应用产品线路板要求和装配空间，有2835(长：3.5mm×宽：2.8mm×高：0.7mm)、3 014(长：3.0mm ×宽：1.4mm ×高：0 . 8 mm )、3 5 2 8 ( 长: 3.5 mm 宽:2.8m m ×高:1.0mm )、5060(长：5.4mm×宽：5.0mm×高：1.6mm)、4014(长：4.0mm×宽：1.45mm×高：0.8mm)、5 730(长：5.7mm×宽：3.0mm×高：0.8mm)等结构，如图1所示。

表1所述1.0w smd白光led的芯片装配及电路连接如图2所示，工艺繁杂、工效及成本对比如表2所示。为兼容表2所述３类白光led优点，提高led封装工效和出光效率，降低下游应用成本及可靠性，设计了一款小电流（100ma）、高电压(9.0 ～9.6v )smd白光led封装器件。单颗功率约为1w，采用单颗蓝光led芯片激发黄色荧光粉合成白光，其装配支架为贴片式top2835结构，发光芯片为单颗晶片级3芯片集成内连接高压led蓝光芯片，晶片级3芯片集成内连接高压led芯片是指在led芯片制造环节，通过刻蚀深沟槽的方式将外延片分割为3个独立的芯粒。在3个独立芯粒之间蒸镀电极连接桥，将3个芯粒以串联的方式连接起来而构成的单颗发光二极管芯片，由于单个芯粒的电压在100ma电流驱动下约为3v，3个芯粒串联后的单颗发光二极管芯片的电压约为9v。产品结构示意图如图3所示。

2.芯片设计与制备

1w led芯片设计成高压直流led芯片，正向偏置电压设计为8.7～9.9v，工作电流设计为100ma，其结构为平行结构，由3颗小芯片串联集成的1颗芯片。笔者研究团队的直流高压led芯片结构包括：芯片底部全反射层、蓝宝石衬底、生长在蓝宝石衬底上的n-gan层、发光层mqw、p-gan层、电流扩展层（铟锡氧化物）、电极以及芯粒之间的沟道绝缘层（swpv）和电极连接桥。同时，为提高芯片的出光效率，在芯片背面设计dbr全反射膜。芯片外形尺寸设计为：长1200μm±30μm；宽450μm±30μm；厚度150μm±15μm，电极直径为70μm±10μm。直流高压led芯片的结构示意图如图4所示。

根据上述芯片的结构特点，在常规mocvd工艺中，增加隔离槽刻蚀、电极连接桥蒸镀及全反射层蒸镀工艺，制备上述多芯片内连接高压直流led芯片。

3.产品制备工艺流程

通常led封装工艺在点胶完成后，室温自然沉淀一段时间后进入烤箱固化成形，此种工艺因每片支架点胶先后顺序、烤前放置时间不一致，加之荧光粉比重较大，导致每颗led封装器件的自然荧光粉沉淀程度也不一样（沉淀差异性肉眼无法分辨），从而导致批色区良率较低。

为提升色区良率，在荧光粉点胶和封装胶固化成形2工艺之间增加荧光粉离心沉淀工艺，以提高白光led光色一致性。多芯片内连接高压直流白光led封装工艺流程图如图5所示。

三、多芯片内连接高压直流白光led特性分析

为比较多芯片内连接高压直流1w白光led封装技术与常规1w白光led（单颗芯片1w白光led、2颗芯片集成1w白光led、3颗芯片集成1w白光led）封装技术在光电参数、封装工艺繁简、批合格率、可靠性等方面的优劣势，开展了4批次1w白光led封装生产，支架投产数量为100片（每片可投产led器件576个）。

对投产的4批次产品从工艺繁简、生产耗时、批合格率、色区集中度、可靠性方面进行对比分析如下。

①工艺繁简：较常规产品封装，增加了一个离心沉淀工艺环节，增加了离心沉淀设备的一次性投入，但固晶、焊线工序较常规封装简单，且合格率高。

②生产耗时：由于多芯片内连接高压直流1w白光led使用单颗1w蓝光led芯片，且单颗产品的金线数量仅为2条，固晶和焊线工序耗时大大减少，从而节省人工成本及水电费等制造费用。

③多芯片内连接高压直流1w白光led的光通量维持率和色度维持率在投产的4批次产品中不是最佳，但综合性能最佳。

④多芯片内连接高压直流1w白光led是采用荧光粉离心沉淀技术生产的白光led器件，其97.84%产品分布在两个主色区范围内，色区集中度很高，大大提高了批量生产白光led的色品批合格率，降低了烤胶工艺控制难度。

四、结语

多芯片内连接高压直流1w白光led采用单颗内连接高压led芯片封装1w白光led，并且在批量生产过程中采用了荧光粉离心沉淀技术，具有发光效率高、工艺控制简单、色品集中度高、可靠性高等优点，但是还存在光通维持率和色品漂移的问题，还须进行改善和进一步研究。上述多芯片内连接高压led芯片功率仅为1w，可考虑延展扩大内连接高压led芯片的正向电压、功率，以拓展其应用范围；于荧光粉配制，在确保提升显色指数的同时，不降低发光效率；可研究全光谱白光led制备方法，提高白光led照明的舒适性，降低蓝光危害。（doi：10.19599/j.issn.1008-892x.2018.11.012）