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2023-06-26
晶片到芯片：制造科技的进步与应用
【摘要】：如今，芯片是在直径大至100mm、甚至200mm的晶片上生产的。两种类型的LED芯片具有横向结构，即普通芯片和倒装芯片，它们的两个接触位于同一侧。如果芯片是黏合型的，晶片的背面通常覆盖一层几百纳米厚的薄金属层；个别情况下，如果芯片是焊接型的，背面为几微米厚的焊接层。随后芯片用标准的钻石锯切法或激光切片法从晶片上独立出来，然而，蓝宝石非常坚硬且需要特殊的切片条件：高速旋转的刀片、车床卡盘的低前进速度以及大功率激光。
如今，芯片是在直径大至100mm、甚至200mm的晶片上生产的。电接触结构和发光方向制约着LED的封装。图5-3为垂直和横向二极管结构示意图。为了简单起见，将二极管的主要半导电成分称为“GaN”。两种类型的LED芯片具有横向结构，即普通芯片和倒装芯片，它们的两个接触位于同一侧。在普通结构中，光是由接触所在侧发出的，而倒装芯片的光由相反的一侧发出（见图5-3）。
图5-3 垂直横向及倒装结构LED芯片（见彩页）
在垂直结构LED中，主衬底基是导电的，通常掺杂了硅或锗。如果芯片是黏合型的，晶片的背面通常覆盖一层几百纳米厚的薄金属层；个别情况下，如果芯片是焊接型的，背面为几微米厚的焊接层。可用某些金属构成双层，如Ti/Ni、Ti/TiW、Ti/TiN、TiN/W、Ti/WN等。第一层为粘合层，用于和衬底粘合；第二层为扩散势垒区，阻止可与LED有源层发生反应的焊接合金进入。多数情况下还使用第3个层，即起保护作用的薄金属层，用于阻止金属连接的氧化。焊接层一般为80/20金-锡，这种合金的熔点为280℃，高于大多数其他典型的无铅合金（锡-银、锡-银-铜等）的熔点，也高于用于焊接母板元件的锡-铅合金的熔点。如要了解焊接合金的更详细信息，请参阅文献[JAC 93]。在横向结构LED中，衬底基通常为生长衬底，即蓝宝石。在普通结构芯片中，蓝宝石的背面可以包覆金属层或未包覆。然而在倒装芯片中，蓝宝石的背面一定是未包覆金属层的，因为这一面为发射面。在某些先进的芯片中，用激光剥离技术将蓝宝石移除（薄膜倒装技术，见第4章）。
随后芯片用标准的钻石锯切法或激光切片法从晶片上独立出来，然而，蓝宝石非常坚硬且需要特殊的切片条件：高速旋转的刀片、车床卡盘的低前进速度以及大功率激光。为了使光提取最大化，最好使芯片侧面具有削边，这一点将在5.4节中再次讨论。
封装技术的发展从常规LED开始，向大功率或高亮度LED器件发展，不仅受尺寸的影响，还要考虑散热和光提取（见表5-1）。
表5-1 对封装有影响的LED芯片主要特性的发展
下一节讨论LED封装的主要类型。
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