LED芯片的三种结构

LED是一种半导体，通电即会发光。凭借其高效率、长寿命和其他突出的特点，成为LCD液晶显示模组的核心材料，为LCD的背光模组提供足够的光源；其应用场景如下图所示：

1 LED封装的概述

封装的必要性：

LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，需加入电流之后它才会发光。

在制作工艺上，除了要对LED芯片的两个电极进行焊接，从而引出正极负极之外，同时还需要对LED芯片和两个电极进行保护。

封装的作用：

研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路。

LED技术大都是在半导体分离器件封装技术基础上发展与演变而来的。将普通二极管的管芯密封在封装体内，起作用是保护芯片和完成电气互连

封装的目的：

LED的封装是为了维护本身的气密性，并保护不受周围环境中湿度与温度的影响，以及防止组件受到机械振动、冲击产生破损而造成组件特性的变化。因此，封装的目的有下列几点:

(1)防止湿气等由外部侵入

(2)以机械方式支持导线

(3) 有效地将内部产生的热排出

(4)提供能够手持的形体

2 LED芯片主要的三种流派结构介绍

LED正装芯片是较早出现的芯片结构，也是小功率芯片中普遍使用的芯片结构。该结构，电极在上方，从上至下材料为：P-GaN，发光层，N-GaN，衬底。所以，相对倒装来说就是正装。

为了避免正装芯片中因电极挤占发光面积从而影响发光效率，芯片研发人员设计了倒装结构，即把正装芯片倒置，使发光层激发出的光直接从电极的另一面发出(衬底被剥去，芯片材料是透明的)，同时，针对倒装设计出方便LED封装厂焊线的结构，从而，整个芯片称为倒装芯片(Flip Chip)，该结构在大功率芯片较多用到。

正装结构由于p，n电极在LED同一侧，容易出现电流拥挤现象，而且热阻较高，而垂直结构则可以很好的解决这两个问题，可以达到很高的电流密度和均匀度。未来灯具成本的降低除了材料成本，功率做大减少LED颗数显得尤为重要，垂直结构能够很好的满足这样的需求。这也导致垂直结构通常用于大功率LED应用领域，而正装技术一般应用于中小功率LED。

3 LED芯片正装结构介绍

优缺点：

该结构简单，制作工艺相对成熟。然而正装结构LED有两个明显的缺点，首先正装结构LED p、n电极在LED的同一侧，电流须横向流过N-GaN层，导致电流拥挤，局部发热量高，限制了驱动电流;其次，由于蓝宝石衬底的导热性差，严重的阻碍了热量的散失。

应用现状：

蓝宝石衬底的正装结构LED以工艺简单、成本相对较低一直是GaN基LED的主流结构目前大多数企业仍采用这种封装结构，在我国LED生产技术较国际水平仍有一定差距的情况下，多数企业为节约生产与研发成本，仍在采用正装封装技术，正装结构LED在国内市场上仍有很大的市场

4 LED芯片倒装结构介绍

优点:

1、没有通过蓝宝石散热，从芯片PN极上的热量通过金丝球焊点传到Si热沉，Si(硅)是散热的良导体，其散热效果远好于靠蓝宝石来散热。故可通大电流使用

2、尺寸可以做到更小，密度更高，能增加单位面积内的I/O数量;光学更容易匹配:

3、是散热功能的提升，使芯片的寿命得到了提升;

4、是抗静电能力的提升

5、是为后续封装工艺发展打下基础

缺点:

1、倒装LED 技术目前在大功率的产品上和集成封装的优势更大，在中小功率的应用上，成本竞争力还不是很强。

2、倒装LED颠覆了传统LED 工艺，从芯片一直到封装，这样会对设备要求更高，就拿封装才说能做倒装芯片的前端设备成本肯定会增加不少，这就设置了门槛让一些企业根本无法接触到这个技术。

应用现状：

目前，做此类芯片的厂商还很少对制造设备的要求比较刻，制造成本还比较高。因此，在市场应用还不是很广泛，但应用前景较广阔。

5 LED芯片垂直结构介绍

优缺点：

1、目前，现有的所有颜色的垂直结构LED：红光LED、绿光LED、蓝光LED及紫外光LED，都可以制成通孔垂直结构LED有极大的应用市场。

2、所有的制造工艺都是在芯片( wafer )水平进行的。

3、由于无需打金线与外界电源相联结，采用通孔垂直结构的 LED 芯片的封装的厚度降低。因此，可以用于制造超薄型的器件，如背光源等。

4、抗静电能力强

5、可以采用较大直径的通孔/金属填充塞和多个的通孔/金属填充塞进一步提高衬底的散热效率。这一特点对大功率LED尤其重要。

应用现状：

垂直结构的蓝光芯片是在正装的基础上产生的，这种芯片是将传统蓝宝石衬底的芯片倒过来键合在导热能力较好的硅衬底或金属等衬底上，再将蓝宝石衬底激光剥离。这种结构的芯片解决了散热瓶颈问题，但工艺复杂，特别是衬底转换这个过程实现难度大，生产合格率也较低。目前在市场上发展的一直不温不火。

6 结束语

随着LED功率化、高效化、低成本、高可靠性的不断发展，对封装技术的要求将越来越苛刻，尤其是封装材料和封装工艺。封装技术比较复杂，需要综合考虑光学、热学、电学、结构等方面的因素，同时低热阻、稳定好的封装材料和新颖优异的封装结构仍是LED封装技术的关键。在新的封装材料与新的封装结构完美的结合下，舒适、美观和智能化的LED照明产品将不断涌现。

　　审核编辑：汤梓红