基于Si衬底的功率型GaN基LED制造技术

，使器件获得了较高的出光效率。

　　(9)解决了GaN表面粗化深度不够且粗化不均匀的问题，解决了粗化表面清洗不干净的难题并优化了N电极的金属结构，在粗化的N极性n-GaN表面获得了低阻且稳定的欧姆接触。

　　2 Si衬底LED封装技术

　　2.1 技术路线

　　采用蓝光LED激发YAG／硅酸盐／氮氧化物多基色体系荧光粉，发射黄、绿、红光，合成白光的技术路线。

　　工艺流程：在金属支架／陶瓷支架上装配蓝光LED芯片(导电胶粘结工艺)→键合(金丝球焊工艺)→荧光胶涂覆(自动化图形点胶／自动喷射工艺)→Si胶封装(模具灌胶工艺)→切筋→测试→包装。

　　2.2 主要封装工艺

　　Si衬底的功率型GaN基LED封装采用仿流明的支架封装形式，其外形有朗柏型、矩形和双翼型。其制作过程为：使用导热系数较高的194合金金属支架，先将LED芯片粘接在金属支架的反光杯底部，再通过键合工艺将金属引线连接LED芯片与金属支架电极，完成电气连接，最后用有机封装材料(如Si胶)覆盖芯片和电极引线，形成封装保护和光学通道。这种封装对于取光效率、散热性能、加大工作电流密度的设计都是最佳的。其主要特点包括：热阻低(小于10 ℃／W)，可靠性高，封装内部填充稳定的柔性胶凝体，在-40～120℃范围，不会因温度骤变产生的内应力，使金丝与支架断开，并防止有机封装材料变黄，引线框架也不会因氧化而沾污；优化的封装结构设计使光学效率、外量子效率性能优异，其结构见图2。

　　2.3 关键技术及创新性

　　功率型LED的热特性直接影响到LED的工作温度、发光效率、发光波长、使用寿命等，现有的Si衬底的功率型GaN基LED芯片设计采用了垂直结构来提高芯片的取光效率，改善了芯片的热特性，同时通过增大芯片面积，加大工作电流来提高器件的光电转换效率，从而获得较高的光通量，也因此给功率型LED的封装设计、制造技术带来新的课题。功率LED封装重点是采用有效的散热与不劣化的封装材料解决光衰问题。为达到封装技术要求，在大量的试验和探索中，分析解决相关技术问题，采用的关键技术和创新性有以下几点。

　　(1)通过设计新型陶瓷封装结构，减少了全反射，使器件获得高取光效率和合适的光学空间分布。

　　(2)采用电热隔离封装结构和优化的热沉设计，以适合薄膜芯片的封装要求。

　　(3)采用高导热系数的金属支架，选用导热导电胶粘结芯片，获得低热阻的良好散热通道，使产品光衰≤5％(1 000 h)。

　　(4)采用高效、高精度的荧光胶配比及喷涂工艺，保证了产品光色参数可控和一致性。

　　(5)多层复合封装，降低了封装应力，实施SSB键合工艺和多段固化制程，提高了产品的可靠性。

　　(6)装配保护二极管，使产品ESD静电防护提高到8 000 V。

　　3 产品测试结果

　　3.1 Si衬底LED芯片

　　通过优化Si衬底表面的处理和缓冲层结构，成功生长出可用于大功率芯片的外延材料。采用Pt电极作为反射镜，成功实现大功率芯片的薄膜转移。采用银作为反射镜，大大提高了反射效率，通过改进反射镜的设计并引入粗化技术，提高了光输出功率。改进了Ag反射镜蒸镀前p型GaN表面的清洗工艺和晶片焊接工艺，改善了银反射镜的欧姆接触，量子阱前引入缓冲结构，提高了芯片发光效率，优化量子阱／垒界面生长工艺，发光效率进一步提高，通过改进焊接技术，减少了衬底转移过程中芯片裂纹问题，芯片制备的良率大幅度提高，且可靠性获得改善。通过上述多项技术的应用和改进，成功制备出尺寸1 mm×1 mm，350 mA下光输出功率大于380 mW的蓝色发光芯片，发光波长451 nm，工作电压3.2 V，完成课题规定的指标。表1为芯片光电性能参数测试结果。

　　注：测试条件为350 mA直流，Ta=25℃恒温。

　　3.2 Si衬底LED封装

　　根据LED的光学结构及芯片、封装材料的性能，建立了光学设计模型和软件仿真手段，优化了封装的光学结构设计。通过封装工艺技术改进，减少了光的全反射，提高了产品的取光效率。改进导电胶的点胶工艺方式，并对装片设备工装结构与精度进行了改进，采用电热隔离封装结构和优化的热沉设计，降低了器件热阻，提高了产品散热性能。采用等离子清洗工艺，改善了LED封装界面结合及可靠性。针对照明应用对光源的光色特性的不同要求，研究暖白、日光白、冷白光LED颜色的影响因素：芯片参数、荧光粉性能、配方、用量，并通过改进荧光胶涂覆工艺，提高了功率LED光色参数的控制能力，生产出与照明色域规范对档的产品。蓝光和白光LED封装测试结果见表2。表中：φ为光通量；K为光效；P为光功率；R为热阻；μ为光衰；I为饱和电流。

　　4 结语

Si衬底的GaN基LED制造技术是国际上第三条LED制造技术路线，是LED三大原创技术之一，