1、大功率LED芯片的封裝（共晶焊）及倒裝芯片（flip chip） 美國GREE公司的1W大功率芯片（L型電極），它的上下各有一個電極。其碳化硅（SiC）襯底的底層首先鍍一層金屬，如金錫合金（一般做芯片的廠家已鍍好），然后在熱沉上也同樣鍍一層金錫合金。將LED芯片底座上的金屬和熱沉上的金屬熔合在一起，稱為共晶焊接，如圖1所示。 對于這種封裝方式，一定要注意當led芯片與熱沉一起加熱時，二者接觸要好，最好二者之間加有一定壓力，而且二者接觸面一定要受力均勻，兩面平衡?？刂坪媒鸷湾a的比例，這樣焊接效果才好。這種方法做出來的LED的熱阻較小、散熱較好、光效較高。 這種封裝方式是上、下兩面輸入電流。如果與

2、熱沉相連的一極是與熱沉直接導電的，則熱沉也成為一個電極。因此連接熱沉與散熱片時要注意絕緣，而且需要使用導熱膠把熱沉與散熱片粘連好。使用這種LED要測試熱沉是否與其接觸的一極是零電阻，若為零電阻則是相通的，故與熱沉相連加裝散熱片時要注意與散熱片絕緣。 共晶點 加熱溫度也稱為共晶點。溫度的多少要根據金和錫的比例來定： ·AuSn（金80%，錫20%）：共晶點為282，加熱時間控制在幾秒鐘之內。 ·AuSn（金10%，錫90%）：共晶點為217，加熱時間控制在幾秒鐘之內。 ·AgSn（銀3.5%，錫96.5%）：共晶點為232，加熱時間控制在幾秒鐘之內。1、倒裝（Fli

3、p chip） 1998年Lumileds公司封裝出世界上第一個大功率LED（1W LUXOEN器件），使LED器件從以前的指示燈應用變成可以替代傳統照明的新型固體光源，引發了人類歷史上繼白熾燈發明以來的又一場照明革命。1WLUXOEN器件使LED的功率從幾十毫瓦一躍超過1000毫瓦，單個器件的光通 量也從不到1個lm飛躍達到十幾個lm。大功率LED由于芯片的功率密度很高，器件的設計者和制造者必須在結構和材料等方面對器件的熱系統進行優化設計。 目前GaN基外延襯底材料有兩大類：一類是以日本日亞化學為代表的藍寶石；一類是美國CREE公司為代表的SiC襯底。傳統的藍寶石襯底GaN芯片結構， 電極剛

4、好位于芯片的出光面。在這種結構中，小部分p-GaN層和"發光"層被刻蝕，以便與下面的n-GaN層形成電接觸。光從最上面的p-GaN層取出。 p-GaN層有限的電導率要求在p-GaN層表面再沉淀一層電流擴散的金屬層。這個電流擴散層由Ni和Au組成，會吸收部分光，從而降低芯片的出光效率。 為了減少發射光的吸收，電流擴展層的厚度應減少到幾百納米。厚度的減少反過來又限制了電流擴散層在p-GaN層表面均勻和可靠地擴散大電流的能力。因此這 種p型接觸結構制約了LED芯片的工作功率。同時這種結構pn結的熱量通過藍寶石襯底導出 去，導熱路徑較長，由于藍寶石的熱導系數較金屬低（為35W/mK

5、），因此，這種結構的LED芯片熱阻會較大。此外，這種結構的p電極和引線也會擋住部分 光線，所以，這種正裝LED芯片的器件功率、出光效率和熱性能均不可能是最優的。為了克服正裝芯片的這些不足，Lumileds公司發明了倒裝芯片 （Flipchip）結構。在這種結構中，光從藍寶石襯底取出，不必從電流擴散層取出。由于不從電流擴散層出光，這樣不透光的電流擴散層可以加厚，增加 Flipchip的電流密度。同時這種結構還可以將pn結的熱量直接通過金屬凸點導給熱導系數高的硅襯底（為145W/mK），散熱效果更優；而且在pn 結與p電極之間增加了一個反光層，又消除了電極和引線的擋光，因此這種結構具有電、光、熱等

6、方面較優的特性。2、基于Flip chip的大功率LED熱分析我們知道，表征系統熱性能的一個主要參數是系統的熱阻。熱阻的定義為：在熱平衡的條件下，兩規定點（或區域）溫度差與產生這兩點溫度差的熱耗散功率之比。熱阻符號：R或Rth；熱阻單位：K/W或/W一般倒裝型大功率LED表面貼裝到金屬線路板，也可以再安裝外部熱沉，增加散熱效果。大功率LED芯片電極上焊接的數個BUMP（金球）與Si襯底上對應的BUMP通過共晶焊接在一起，Si襯底通 過粘接材料與器件內部熱沉粘接在一起。為了有較好的出光效果，熱沉上制作有一個聚光杯，芯片安放在杯的中央，熱沉選用高導熱系數的金屬材料如銅或鋁。3、襯底粘接材料對大功率

7、LED熱特性的影響LED倒裝芯片被粘在管座（器件內部熱沉）里，可以通過三種方式：導熱膠粘貼、導電型銀漿粘貼和錫漿粘貼。導熱膠的硬化溫度一般低于150，甚至可以在室溫下固化，但導熱膠的熱導率較小，導熱特性較差。導電型銀漿粘貼的硬化溫度一般低于 200，既有良好的熱導特性，又有較好的粘貼強度。錫漿粘貼的熱導特性是三種方式中最優的，一般用于金屬之間焊接，導電性能也非常優越。在大功率LED 器件的封裝中，生產廠家容易忽略襯底粘接材料對器件熱導特性的影響。其實襯底粘接材料在影響器件熱導特性因素中是一個比較重要的因素，如果處理不好，將使得LED的熱阻過大，導致在額定工作條件下器件的結溫過高，導致器件的出光

8、效率下降、可靠性降低。當選用鉛錫焊料63Sn/37Pb，=39W/mK， 同時其厚度等于20m時，RAttach等于0.026（K/W），即使其厚度為100m，RAttach也只等于0.131（K/W）；當選用熱沉粘接膠Ablefilm5020K，=0.7W/mK，同時其厚度等于20m時， RAttach等于1.457（K/W），當其厚度為100m時，RAttach等于7.286（K/W）；當我們選用導電型芯片粘接膠 Ablebond84-1LMISR4，=2.5W/m?K，同時其厚度等于20m時，RAttach等于0.408（K/W），當其厚度為 100m時，RAttach等于2.041（K/W）。因此，選用不同的粘接材料對其熱阻存在很大的影響，同時，在印刷或涂敷芯片粘接材料時，如何降低材料厚度也十分重要。4、小結LED芯片結溫最高允許125，如果其最差工作環境溫度為65，則對一個1W的大功率 LED來說，考慮到從大功率器件外部熱沉的熱阻一般為40（K/W），器件pn結至器件的熱阻應小于20（K/W）。而對一個5W的大功率LED來說，如 果其最差工作環境溫度為65，則從pn結至環境的熱阻要小于12K/W才能保證芯片結溫不超過125，而如果選用Ablefilm502