针对倒装芯片(Flipchip)大功率发光二极管器件,描述了大功率领导器件的热阻特性,建立了Flipchip衬底粘接材料的厚度和热导系数与粘接材料热阻的关系曲线,以三类典型粘接材料为例计算了不同厚度下的热阻,得出了Flipchip衬底粘接材料选择的不同对大功率领导的热阻存在较大影响的结论。 (\>'yW{f
?关键词: [0#hgGO]P
倒装芯片;粘接材料;?大功率领导;?热阻? .U%"oD
中图分类号: d~8~RT2m
TN305.94;TN15?文献标识码:A?文章编号:1003-353X(2005)06-0049-03?1? 0z#kV}wE
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引言? XCriZ|s
1998年美国Lumileds?照明公司封装出世界上第一个大功率领导(1W?LUXOEN?器件),使领导器件从以前的指示灯应用变成可以替代传统照明的新型固体光源,引发了人类历史上继白炽灯发明以来的又一场照明革命。1W?LUXOEN器件使领导的功率从几十毫瓦一跃超过1000毫瓦,单个器件的光通量也从不到1个?lm飞跃达到十几个lm。大功率领导由于芯片的功率密度很高,器件的设计者和制造者必须在结构和材料等方面对器件的热系统进行优化设计。?目前GaN基外延衬底材料有两大类[1]?:一类是以日本“日亚化学”为代表的蓝宝石;一类是美国CREE公司为代表的原文如此衬底。传统的蓝宝石衬底GaN芯片结构如图1所示,电极刚好位于芯片的出光面。在这种结构中,小部分p-GaN层和“发光”层被刻蚀,以便与下面的n-GaN层形成电接触。光从最上面的p-GaN层取出。p-GaN层有限的电导率要求在p-GaN层表面再沉淀一层电流扩散的金属层。这个电流扩散层由Ni和Au组成,会吸收部分光,从而降低芯片的出光效率。为了减少发射光的吸收,电流扩展层的厚度应减少到几百纳米。厚度的减少反过来又限制了电流扩散层在p-GaN层表面均匀和可靠地扩散大电流的能力。因此这种p型接触结构制约了LED芯片的工作功率。同时这种结构pn结的热量通过蓝宝石衬底导出去,导热路径较长,由于蓝宝石的热导系数较金属低(为35W/m•K),因此,这种结构的LED芯片热阻会较大。此外,这种结构的p电极和引线也会挡住部分光线进入器件封装,所以,这种正装LED芯片的器件功率、出光效率和热性能均不可能是最优的。为了克服正装芯片的这些不足,Lumileds Lighting公司发明了倒装芯片(Flipchip)结构,如图2所示。在这种结构中,光从蓝宝石衬底取出,不必从电流扩散层取出。由于不从电流扩散层取光,这样不透光的电流扩散层可以加厚,增加Flipchip的电流密度。同时这种结构还可以将pn结的热量直接通过金属凸点导给热导系数高的硅衬底(为145W/m•K),散热效果更优;而且在pn 结与p电极之间增加了一个反光层,又消除了电极和引线的挡光,因此这种结构具有电、光、热等方面最优的特性。本文仅对蓝宝石GaN倒装芯片的衬底粘接材料对大功率LED器件热特性的影响进行分析。 .&