共晶芯片数及芯片位置对陶瓷共晶封装LED发光性能的影响
发布时间：2020-12-20 03:56
在大小为5.80 mm×2.55 mm×0.50 mm的8芯陶瓷封装基板上分别共晶了8颗和4颗1.125 mm×1.125 mm(45 mil×45 mil)的倒装蓝光LED芯片,在4.15 mm×2.55 mm×0.50 mm的6芯基板上共晶了6颗和3颗同规格芯片。在部分样品芯片侧边涂围了高反射白墙胶,研究了涂覆白墙胶对器件光功率的影响。在部分涂围了白墙胶样品的芯片顶面涂覆荧光粉硅胶混合层制备了白光器件,研究了共晶芯片数及共晶位置对蓝光/白光器件光功率、光通量和色温的影响。结果表明,共晶芯片的数量(额定功率)与陶瓷基板面积的匹配程度、陶瓷基板热电分离金属层与芯片共晶位置的匹配度会显著影响陶瓷封装LED的发光性能。
【文章来源】：发光学报. 2020年11期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
样品实物图
陶瓷基板正反面金属线路层及芯片共晶位置图
从图3(a)和图3(b)对比可以看出:(1)4种蓝光样品在围白胶前后光功率均有所下降,且下降幅度基本一致(约5%);(2)两种规格的陶瓷板,在芯片数减少一半后,其蓝光光功率均明显提高,且光饱和现象得到明显改善;(3)针对芯片数减少一半对蓝光光功率提高的幅度,热电分离不匹配的6芯陶瓷基板(单芯1 A时,围白胶6.1%,无白胶5.5%;1.2 A时,围白胶8.9%,无白胶8.2%)小于热电分离匹配的8芯片陶瓷基板(单芯1 A时,围白胶9.1%,无白胶8.5%;1.2 A时,围白胶12.1%,无白胶11.1%);涂围白墙胶样品稍大于无白墙胶样品(约1%)。上述结果的分析如下:倒装蓝光芯片是五面出光的器件,芯片侧边的出光会影响其白光LED光色参数空间分布的均匀性,因此在LED汽车前大灯等要求比较严格的应用场合,一般均在倒装芯片四个侧边涂围高反射白墙胶,使蓝光仅从芯片顶面出光,从而便于控制光色参数空间分布均匀性[6]。如图3所示,4种蓝光样品(8芯陶瓷共晶8颗和4颗芯片,6芯陶瓷共晶6颗和3颗芯片)在围白墙胶后光功率均有所下降,且下降幅度基本一致,光强损失均为5%左右。芯片侧边围白墙胶后,各种样品光强损失基本一致,原因是光强损失仅与白墙胶的反射特性和芯片侧边面积有关,各种样品的芯片均为同种规格芯片,因而每颗芯片的侧边光反射和吸收情况相同,因此光强损失也相同。围白墙胶后光强损失5%左右为现有报道的较好水平,说明本文制备样品时选择的白墙胶与整体工艺制程较为匹配。同规格陶瓷共晶不同数量芯片时,器件工作时的发热量不同,而它们围白墙胶前后光损失基本相同,说明白墙胶对芯片的发热量不敏感,正常工作时的芯片发热不会影响白墙胶与芯片侧边界面的光反射和吸收性能。这一结果为后续分析光强发生变化的原因排除了干扰。如图3所示,两种规格的陶瓷板,在芯片数减少一半后,折合成同电流密度和芯片数比较,其发光强度均明显提高,且电流越大光功率提高越明显,I-L曲线更不容易光饱。当8芯陶瓷共晶4颗芯片时,其单颗芯片1 A正向电流时,蓝光光功率无白墙胶的提高8.5%,有白墙胶的提高9.1%;1.2 A正向电流时,蓝光光功率无白墙胶的提高11.1%,有白墙胶的提高12.1%。当6芯陶瓷共晶3颗芯片,其单颗芯片1 A正向电流时,蓝光光功率无白墙胶的提高5.5%,有白墙胶的提高6.1%;1.2 A电流时无白墙胶的提高8.2%,有白墙胶的提高8.9%。造成这一现象的原因是当两个规格的陶瓷基板共晶8或6颗芯片时,其陶瓷基板与芯片的面积比是共晶4颗或3颗芯片的一半,陶瓷基板是芯片散热的第一个通道,基板与芯片的面积比减小导致芯片散热不充分,从而导致蓝光芯片的电光转换效率下降,驱动电流越大,芯片发热越严重,热导致光强下降越明显,也即I-L曲线的光饱和趋势越明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超薄氮化镓基LED悬空薄膜的制备及表征（英文）[J]. 李欣,沙源清,蒋成伟,王永进. 中国光学. 2020(04)
[2]多芯CSP-LED芯片间距对热拥堵的影响[J]. 刘倩,熊传兵,汤英文,李晓珍,王世龙. 发光学报. 2020(03)
[3]半导体黄光发光二极管新材料新器件新设备[J]. 江风益,刘军林,张建立,徐龙权,丁杰,王光绪,全知觉,吴小明,赵鹏,刘苾雨,李丹,王小兰,郑畅达,潘拴,方芳,莫春兰. 物理学报. 2019(16)
[4]一种LED灯串故障自检测电路的设计与实现[J]. 杨彦卿,郭晨. 液晶与显示. 2019(04)
[5]大功率高可靠电子封装研究发展趋势[J]. 陈寰贝,王子良,庞学满,程凯. 真空电子技术. 2018(04)
[6]简析我国半导体照明产业经济发展[J]. 郑彦涛. 照明工程学报. 2017(02)
[7]大功率LED封装基板研究进展[J]. 王文君,王双喜,张丹,黄永俊,李少杰. 材料导报. 2016(17)
[8]硅衬底GaN基LED薄膜芯片的应力调制[J]. 汤英文,熊传兵,王佳斌. 发光学报. 2016(08)
[9]硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管[J]. 江风益,刘军林,王立,熊传兵,方文卿,莫春兰,汤英文,王光绪,徐龙权,丁杰,王小兰,全知觉,张建立,张萌,潘拴,郑畅达. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(06)
[10]白光LED远程荧光粉技术研究进展与展望[J]. 周青超,柏泽龙,鲁路,钟海政. 中国光学. 2015(03)
本文编号：2927162
【文章来源】：发光学报. 2020年11期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
样品实物图
陶瓷基板正反面金属线路层及芯片共晶位置图
从图3(a)和图3(b)对比可以看出:(1)4种蓝光样品在围白胶前后光功率均有所下降,且下降幅度基本一致(约5%);(2)两种规格的陶瓷板,在芯片数减少一半后,其蓝光光功率均明显提高,且光饱和现象得到明显改善;(3)针对芯片数减少一半对蓝光光功率提高的幅度,热电分离不匹配的6芯陶瓷基板(单芯1 A时,围白胶6.1%,无白胶5.5%;1.2 A时,围白胶8.9%,无白胶8.2%)小于热电分离匹配的8芯片陶瓷基板(单芯1 A时,围白胶9.1%,无白胶8.5%;1.2 A时,围白胶12.1%,无白胶11.1%);涂围白墙胶样品稍大于无白墙胶样品(约1%)。上述结果的分析如下:倒装蓝光芯片是五面出光的器件,芯片侧边的出光会影响其白光LED光色参数空间分布的均匀性,因此在LED汽车前大灯等要求比较严格的应用场合,一般均在倒装芯片四个侧边涂围高反射白墙胶,使蓝光仅从芯片顶面出光,从而便于控制光色参数空间分布均匀性[6]。如图3所示,4种蓝光样品(8芯陶瓷共晶8颗和4颗芯片,6芯陶瓷共晶6颗和3颗芯片)在围白墙胶后光功率均有所下降,且下降幅度基本一致,光强损失均为5%左右。芯片侧边围白墙胶后,各种样品光强损失基本一致,原因是光强损失仅与白墙胶的反射特性和芯片侧边面积有关,各种样品的芯片均为同种规格芯片,因而每颗芯片的侧边光反射和吸收情况相同,因此光强损失也相同。围白墙胶后光强损失5%左右为现有报道的较好水平,说明本文制备样品时选择的白墙胶与整体工艺制程较为匹配。同规格陶瓷共晶不同数量芯片时,器件工作时的发热量不同,而它们围白墙胶前后光损失基本相同,说明白墙胶对芯片的发热量不敏感,正常工作时的芯片发热不会影响白墙胶与芯片侧边界面的光反射和吸收性能。这一结果为后续分析光强发生变化的原因排除了干扰。如图3所示,两种规格的陶瓷板,在芯片数减少一半后,折合成同电流密度和芯片数比较,其发光强度均明显提高,且电流越大光功率提高越明显,I-L曲线更不容易光饱。当8芯陶瓷共晶4颗芯片时,其单颗芯片1 A正向电流时,蓝光光功率无白墙胶的提高8.5%,有白墙胶的提高9.1%;1.2 A正向电流时,蓝光光功率无白墙胶的提高11.1%,有白墙胶的提高12.1%。当6芯陶瓷共晶3颗芯片,其单颗芯片1 A正向电流时,蓝光光功率无白墙胶的提高5.5%,有白墙胶的提高6.1%;1.2 A电流时无白墙胶的提高8.2%,有白墙胶的提高8.9%。造成这一现象的原因是当两个规格的陶瓷基板共晶8或6颗芯片时,其陶瓷基板与芯片的面积比是共晶4颗或3颗芯片的一半,陶瓷基板是芯片散热的第一个通道,基板与芯片的面积比减小导致芯片散热不充分,从而导致蓝光芯片的电光转换效率下降,驱动电流越大,芯片发热越严重,热导致光强下降越明显,也即I-L曲线的光饱和趋势越明显。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超薄氮化镓基LED悬空薄膜的制备及表征（英文）[J]. 李欣,沙源清,蒋成伟,王永进. 中国光学. 2020(04)
[2]多芯CSP-LED芯片间距对热拥堵的影响[J]. 刘倩,熊传兵,汤英文,李晓珍,王世龙. 发光学报. 2020(03)
[3]半导体黄光发光二极管新材料新器件新设备[J]. 江风益,刘军林,张建立,徐龙权,丁杰,王光绪,全知觉,吴小明,赵鹏,刘苾雨,李丹,王小兰,郑畅达,潘拴,方芳,莫春兰. 物理学报. 2019(16)
[4]一种LED灯串故障自检测电路的设计与实现[J]. 杨彦卿,郭晨. 液晶与显示. 2019(04)
[5]大功率高可靠电子封装研究发展趋势[J]. 陈寰贝,王子良,庞学满,程凯. 真空电子技术. 2018(04)
[6]简析我国半导体照明产业经济发展[J]. 郑彦涛. 照明工程学报. 2017(02)
[7]大功率LED封装基板研究进展[J]. 王文君,王双喜,张丹,黄永俊,李少杰. 材料导报. 2016(17)
[8]硅衬底GaN基LED薄膜芯片的应力调制[J]. 汤英文,熊传兵,王佳斌. 发光学报. 2016(08)
[9]硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管[J]. 江风益,刘军林,王立,熊传兵,方文卿,莫春兰,汤英文,王光绪,徐龙权,丁杰,王小兰,全知觉,张建立,张萌,潘拴,郑畅达. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(06)
[10]白光LED远程荧光粉技术研究进展与展望[J]. 周青超,柏泽龙,鲁路,钟海政. 中国光学. 2015(03)
本文编号：2927162
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