大功率LED照明产品及散热技术分解
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然后将金属化凸点的AlGaInN芯片倒装焊接在具有防静 电保护二极管（ESD）的硅载体上。
(3) 陶瓷底板倒装法: 先利用LED晶片通用设备制备出具有适合共晶焊接电
极结构的大出光面积的LED芯片和相应的陶瓷底板，并在 陶瓷底板上制作出共晶焊接导电层及引出导电层，然后利 用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与陶瓷底板焊接在一起。 这样的结构既考虑了出光问题也考虑到了散热问题，并且 采用的陶瓷底板为高导热陶瓷板，散热效果非常理想，价 格又相对较低，所以为目前较为适宜的底板材料，并可为 将来的集成电路一体化封装预留空间。
10W 模组,9 颗芯片 (芯片尺寸:40mil),3并3串,电流1050mA,电压9.0-10.5V
10W 模组,36颗芯片(芯片尺寸:18mil),6并6串,电流500mA,电压18-21V 25W 模组,25颗芯片 (芯片尺寸:40mil),5并5串,电流1750mA,电压15-17.5V
LED大功率的实现方法
(1)加大尺寸法: 通过增大单体LED的有效发光面积和尺寸，促使流经TCL
层的电流均匀分布，以达到预期的光通量。但是，简单地增大 发光面积无法解决散热问题和出光问题，并不能达到预期的光 通量和实际应用效果。 (2)硅底板倒装法:
首先制备出适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备出 相应尺寸的硅底板，并在硅底板上制作出供共晶焊接用的金导 电层及引出导电层（超声金丝球焊点），再利用共晶焊接设备 将大尺寸LED芯片与硅底板焊接在一起。这样的结构较为合理， 既考虑了出光问题又考虑到了散热问题，这是目前主流的大功 率LED的生产方式。
• 现有的功率型LED的设计采用了倒装焊新结构来提高芯 片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面 积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获 得较高的发光通量。除了芯片外，器件的封装技术也举 足轻重。关键的封装技术工艺有：
几种整合模式
3W模组,9颗芯片(芯片尺寸:18mil),3并3串, 电流300mA,电压9.6-10.5V 5W模组,4颗芯片 (芯片尺寸:40mil),2并2串,电流700mA,电压6.2-7.0V
2. 倒装芯片说明 (1) 倒装芯片尺寸与材料
外观图
材料说明 芯片衬底 蓝宝石
外延材料 氮化镓
基体材料
硅
电极材料
金
凸点材料
金
尺寸说明
芯片尺寸
1325μm ×1325μm
基板尺寸
1995μm ×1775μm
电极尺寸 99 μm ×304μm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
芯片厚度 基板厚度 总厚度
115±5μm 250±5μm 390±10μm
• 一是封装结构要有高的取光效率； • 二是热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性
能和可靠性。
何为大功率芯片?
大功率LED广义上说就是单颗LED光源功率大于 0.35W(含0.35W)的，拥有大额定工作电流的发光二极 管。普通LED功率一般为0.05W、工作电流为20mA， 而大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦，工作电 流可以是几十毫安到几百毫安不等。由于目前大功率 LED在光通量、转换效率和成本等方面的制约，因此决 定了大功率白光LED短期内的应用主要是一些特殊领域 的照明，中长期目标才是通用照明。
大功率LED技术、照明产品及 其散热技术
主要内容 功率型ＬＥＤ芯片技术原理 大功率ＬＥＤ技术结构设计
功率型ＬＥＤ散热技术 结束语
功率型ＬＥＤ芯片技术原理
• LED的应用面不断扩大，首先进入特种照明的市场领域， 并向普通照明市场迈进。由于LED芯片输入功率的不断 提高，对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要求。 功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：
项目
符号
APT-B5501AB-V WWW LL
美国Lumileds公司于2001年研制出了AlGaInN功率型倒装 芯片（FCLED）结构，其制造流程是：
首先在外延片顶部的P型GaN上淀积厚度大于500A的 NiAu层，用于欧姆接触和背反射；
再采用掩模选择刻蚀掉P型层和多量子阱有源层，露出N 型层；
经淀积、刻蚀形成N型欧姆接触层，芯片尺寸为 1mm×1mm,P型欧姆接触为正方形，N型欧姆接触以梳状 插入其中，这样可缩短电流扩展距离，把扩展电阻降至最小；
(2) 光电参数说明 (测试环境温度TA=25℃)
项目 正向电压 (VF) 主波长 (WLD) 辐射功率 (LOP)
符号 VF λd IV
3. 特性测试 注1
测试电流 If = 350 mA
最小值 2.8 450 250
最大值 3.4 465 370
单位 V nm
mW
(3) 最大额定值 (测试环境温度TA = 25℃) 注1
30W模组,81颗芯片(芯片尺寸:18mil),9并9串,电流1000mA,电压27-31.5V
1W 氮化镓蓝光LED倒装芯片
1. 产品优势与应用领域
产品特点 专利倒装技术 专利模组技术 超高出光效率 高效散热设计 超高可靠性能 便于客户封装
应用领域 普通照明领域 道路照明领域 车用照明领域 景观照明领域 高级闪光灯领域 特殊照明领域
(4)蓝宝石衬底过渡法。按照传统的InGaN芯片制造方法在蓝 宝石衬底上生长出PN结后，将蓝宝石衬底切除，再连接上传 统的四元材料，制造出上下电极结构的大尺寸蓝光LED芯片。
(5) AlGaInN碳化硅（SiC）背面出光法。美国Cree公司是 全球唯一采用SiC衬底制造AlGaInN超高亮度LED的厂家，几 年来其生产的AlGaInN/SiCa芯片结构不断改进，亮度不断提 高。由于P型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部，采用单 引线键合，兼容性较好，使用方便，因而成为AlGaInNLED 发展的另一主流产品。
大功率ＬＥＤ技术结构设计
• 半导体LED若要作为照明光源，常规产品的光通量与白 炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。LED要在 照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至 现有照明光源的等级。
• 功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技 术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高， 但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低。
(3) 陶瓷底板倒装法: 先利用LED晶片通用设备制备出具有适合共晶焊接电
极结构的大出光面积的LED芯片和相应的陶瓷底板，并在 陶瓷底板上制作出共晶焊接导电层及引出导电层，然后利 用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与陶瓷底板焊接在一起。 这样的结构既考虑了出光问题也考虑到了散热问题，并且 采用的陶瓷底板为高导热陶瓷板，散热效果非常理想，价 格又相对较低，所以为目前较为适宜的底板材料，并可为 将来的集成电路一体化封装预留空间。
10W 模组,9 颗芯片 (芯片尺寸:40mil),3并3串,电流1050mA,电压9.0-10.5V
10W 模组,36颗芯片(芯片尺寸:18mil),6并6串,电流500mA,电压18-21V 25W 模组,25颗芯片 (芯片尺寸:40mil),5并5串,电流1750mA,电压15-17.5V
LED大功率的实现方法
(1)加大尺寸法: 通过增大单体LED的有效发光面积和尺寸，促使流经TCL
层的电流均匀分布，以达到预期的光通量。但是，简单地增大 发光面积无法解决散热问题和出光问题，并不能达到预期的光 通量和实际应用效果。 (2)硅底板倒装法:
首先制备出适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备出 相应尺寸的硅底板，并在硅底板上制作出供共晶焊接用的金导 电层及引出导电层（超声金丝球焊点），再利用共晶焊接设备 将大尺寸LED芯片与硅底板焊接在一起。这样的结构较为合理， 既考虑了出光问题又考虑到了散热问题，这是目前主流的大功 率LED的生产方式。
• 现有的功率型LED的设计采用了倒装焊新结构来提高芯 片的取光效率，改善芯片的热特性，并通过增大芯片面 积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获 得较高的发光通量。除了芯片外，器件的封装技术也举 足轻重。关键的封装技术工艺有：
几种整合模式
3W模组,9颗芯片(芯片尺寸:18mil),3并3串, 电流300mA,电压9.6-10.5V 5W模组,4颗芯片 (芯片尺寸:40mil),2并2串,电流700mA,电压6.2-7.0V
2. 倒装芯片说明 (1) 倒装芯片尺寸与材料
外观图
材料说明 芯片衬底 蓝宝石
外延材料 氮化镓
基体材料
硅
电极材料
金
凸点材料
金
尺寸说明
芯片尺寸
1325μm ×1325μm
基板尺寸
1995μm ×1775μm
电极尺寸 99 μm ×304μm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
芯片厚度 基板厚度 总厚度
115±5μm 250±5μm 390±10μm
• 一是封装结构要有高的取光效率； • 二是热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性
能和可靠性。
何为大功率芯片?
大功率LED广义上说就是单颗LED光源功率大于 0.35W(含0.35W)的，拥有大额定工作电流的发光二极 管。普通LED功率一般为0.05W、工作电流为20mA， 而大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦，工作电 流可以是几十毫安到几百毫安不等。由于目前大功率 LED在光通量、转换效率和成本等方面的制约，因此决 定了大功率白光LED短期内的应用主要是一些特殊领域 的照明，中长期目标才是通用照明。
大功率LED技术、照明产品及 其散热技术
主要内容 功率型ＬＥＤ芯片技术原理 大功率ＬＥＤ技术结构设计
功率型ＬＥＤ散热技术 结束语
功率型ＬＥＤ芯片技术原理
• LED的应用面不断扩大，首先进入特种照明的市场领域， 并向普通照明市场迈进。由于LED芯片输入功率的不断 提高，对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要求。 功率型LED封装技术主要应满足以下两点要求：
项目
符号
APT-B5501AB-V WWW LL
美国Lumileds公司于2001年研制出了AlGaInN功率型倒装 芯片（FCLED）结构，其制造流程是：
首先在外延片顶部的P型GaN上淀积厚度大于500A的 NiAu层，用于欧姆接触和背反射；
再采用掩模选择刻蚀掉P型层和多量子阱有源层，露出N 型层；
经淀积、刻蚀形成N型欧姆接触层，芯片尺寸为 1mm×1mm,P型欧姆接触为正方形，N型欧姆接触以梳状 插入其中，这样可缩短电流扩展距离，把扩展电阻降至最小；
(2) 光电参数说明 (测试环境温度TA=25℃)
项目 正向电压 (VF) 主波长 (WLD) 辐射功率 (LOP)
符号 VF λd IV
3. 特性测试 注1
测试电流 If = 350 mA
最小值 2.8 450 250
最大值 3.4 465 370
单位 V nm
mW
(3) 最大额定值 (测试环境温度TA = 25℃) 注1
30W模组,81颗芯片(芯片尺寸:18mil),9并9串,电流1000mA,电压27-31.5V
1W 氮化镓蓝光LED倒装芯片
1. 产品优势与应用领域
产品特点 专利倒装技术 专利模组技术 超高出光效率 高效散热设计 超高可靠性能 便于客户封装
应用领域 普通照明领域 道路照明领域 车用照明领域 景观照明领域 高级闪光灯领域 特殊照明领域
(4)蓝宝石衬底过渡法。按照传统的InGaN芯片制造方法在蓝 宝石衬底上生长出PN结后，将蓝宝石衬底切除，再连接上传 统的四元材料，制造出上下电极结构的大尺寸蓝光LED芯片。
(5) AlGaInN碳化硅（SiC）背面出光法。美国Cree公司是 全球唯一采用SiC衬底制造AlGaInN超高亮度LED的厂家，几 年来其生产的AlGaInN/SiCa芯片结构不断改进，亮度不断提 高。由于P型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部，采用单 引线键合，兼容性较好，使用方便，因而成为AlGaInNLED 发展的另一主流产品。
大功率ＬＥＤ技术结构设计
• 半导体LED若要作为照明光源，常规产品的光通量与白 炽灯和荧光灯等通用性光源相比，距离甚远。LED要在 照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至 现有照明光源的等级。
• 功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生长技 术和多量子阱结构，虽然其内量子效率还需进一步提高， 但获得高发光通量的最大障碍仍是芯片的取光效率低。