倒装芯片研究

倒装芯片研究

1.为什么倒装？

（1）由于P型GaN传导性能不佳，为获得良好的电流扩展，需要通过蒸镀技术在P区表面形成一层ITO层。P区引线通过该ITO膜引出。为获得好的电流扩展，ITO层就不能太薄。为此，器件的发光效率就会受到很大影响，通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素。但无论在什麼情况下，ITO膜的存在，总会使透光性能变差。此外，引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响。采用GaN LED倒装芯片的结构可以从根本上消除上面的问题。而且p电极也会遮挡住部分光，限制了LED芯片的出光效率。

采用倒装结构的LED芯片，不但可以同时避开P电极上导电层吸收光和电极垫遮光的问题，还可以通过在p-GaN表面设置低欧姆接触的反光层来将往下的光线引导向上，这样可同时降低驱动电压及提高光强。另一方面，图形化蓝宝石衬底(PSS)技术和芯片表面粗糙化技术同样可以增大LED芯片的出光效率50%以上。

（2）散热更好。LED是靠电子在能带间跃迁产生光的，其光谱中不含有红外部分，所以LED的热量不能靠辐射散发。一旦LED的温度超过最高临界温度(跟据不同外延及工艺，芯片温度大概为150℃)，往往会造成LED永久性失效。与传统正装结构以蓝宝石衬底作为散热通道相比，垂直及倒装焊芯片结构有着较佳的散热能力。垂直结构芯片直接采用铜合金作为衬底，有效地提高了芯片的散热能力。倒装焊(Flip-Chip)技术通过共晶焊将LED芯片倒装到具有更高导热率的硅衬底上(导热系数约120W/mK，传统正装芯片蓝宝石导热系数约20W/mK)，芯片与衬底间的金凸点和硅衬底同时提高了LED芯片的散热能力，保障LED的热量能够快速从芯片中导出。

（3）防静电能力增强。抗静电释放(ESD)能力是影响LED芯片可靠性的另一因素。对于InGaN/AlGaN/GaN 双异质结,InGaN 活化簿层厚度仅几十纳米，对静电的承受能力有限，很容易被静电击穿，使器件失效。可以在LED芯片中加入齐纳保护电路防止静电。通常需要在封装过程中通过金线并联一颗齐纳芯片以提高ESD防护能力，不仅增加封装成本和工艺难度，可靠性也有较大的风险。通过在硅衬底内部集成齐纳保护电路的方法，可以大大提高LED芯片的抗静电释放能力(ESDHBM=4000~8000V)，同时节约封装成本，简化封装工艺，并提高产品可靠性。

（4）在封装过程中通过焊线(Wire-bonding)的方式实现芯片与支架的电路连接，而焊接过程中瓷嘴对LED的芯片的冲击是导致LED漏电、虚焊等主要原因，传统正装和垂直结构LED，电极位于芯片的发光表面，因此焊线过程中瓷嘴的正面冲击极易造成发光区和电极金属层等的损伤，在LED芯片采取倒装结构中，电极位于硅基板上，焊线过程中不对芯片进行冲击，极大地提高封装可靠性和

生产良率。