LED芯片：三种核心结构解析

LED芯片：三种核心结构解析

在LED照明技术中，芯片的结构设计对于产品的光效、散热性能以及整体可靠性起着至关重要的作用。本文将深入分析三种主流的LED芯片结构：正装结构、倒装结构和垂直结构，探讨它们的设计特点、优势与局限，以及它们在实际应用中的表现。

正装芯片结构的分析

设计特点

正装LED芯片作为最早出现的LED结构，其层次结构由上至下依次为电极、P型半导体层、发光层、N型半导体层和衬底。在这种结构中，PN结产生的热量需要通过蓝宝石衬底传导至热沉，但蓝宝石的导热性能不佳，这限制了芯片的发光效率和可靠性。

优势与局限

• 优势：结构简单，生产工艺成熟。
• 局限：电流需要横向流过n-GaN层，导致电流拥挤和局部过热；蓝宝石衬底的导热性差，影响热量的散发；温度和湿度可能导致电极金属迁移，增加短路风险。

分类与制备流程

正装芯片根据功率大小可分为小功率、中功率和大功率芯片。小功率芯片通常采用三次光刻制程，中功率芯片在此基础上增加电流阻挡层和钝化光刻，而大功率芯片则采用全方位反射层。

应用现状

由于工艺简单、成本较低，正装结构LED仍然是GaN基LED的主流结构，被多数企业采用。

倒装LED芯片结构的详细探讨

设计特点

倒装芯片结构中，PN结产生的热量可以直接传导到热沉，无需经过衬底。此外，P电极和N电极均位于底面，减少了对出射光的遮挡，提高了出光效率。

优势与局限

• 优势：无需通过蓝宝石散热，散热效果好；尺寸小，密度高，光学匹配容易；散热功能提升，延长芯片寿命；抗静电能力提升；减少金属迁移导致的短路风险。
• 局限：制造设备和成本要求较高。

制备工艺

倒装LED芯片的制备工艺流程较为复杂，涉及多个步骤。

应用现状

虽然目前制造成本较高，但倒装芯片因其优异的性能，市场前景广阔。

垂直LED芯片结构的全面解析

设计特点

垂直LED芯片采用高热导率的衬底，如Si、Ge、Cu等，取代蓝宝石衬底，极大提高了芯片的散热能力。

优势与局限

• 优势：所有颜色的LED均可制成通孔垂直结构；制造工艺在芯片水平进行；无需打金线，降低封装厚度；抗静电能力强；可通过多个通孔/金属填充塞提高散热效率。
• 局限：工艺复杂，生产合格率较低。

制备工艺

制备GaN基垂直结构LED的工艺包括表面处理、台面蚀刻、钝化层沉积等步骤。

应用现状

垂直结构的蓝光芯片解决了散热问题，但由于工艺复杂，目前发展较为缓慢。

结论

三种LED芯片结构各有千秋，正装结构以其成熟工艺和低成本占据市场主流，倒装结构和垂直结构则以其优异的散热性能和光电特性展现出巨大的市场潜力。