国际汽车照明论坛(IFAL)

2019中国国际汽车照明论坛(IFAL)邀请函 V2.1版.pdf
1.11MB下载
中欧会议邀请册V1.0.pdf
1.76MB下载

技术文章 | 高功率密度的晶圆级芯片封装白光LED模块关键制造技术

原文标题:Key manufacturing technologies of high power density wafer level chip scale packaging white LED modules

作者:Gang Yang1,2*,Zhijiang Sun1,Shuchang Wang1

1RuGao Third-Generation Semiconductor Industrial Institute Co. LTD Nantong, Jiangsu 226500, China;
2Advanced Photonics Center, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 210096, China

编译:李奕帆 井硕

指导老师:林燕丹


一、介绍


与利用SMD或COB等封装结构的白光LED模块相比,CSP(晶圆级封装)的白光LED模块更加适用于汽车照明光源,其优点是体积较小,功率密度高,亮度高和使用寿命长。但由于其成本较高,单位体积发热量较大,在汽车照明行业的竞争力还不够强。为了使CSP白光LED适用于汽车照明灯具,有必要进一步降低CSP白光LED模块的生产成本和热量。

本文采用四个晶圆级封装(WLCSP)白光LED制作了白光LED模块。这种封装方式可以同时降低芯片的热阻和生产成本。在此基础上,比较了不同金属电极和表面纳米级抗反射结构对WLCSP白光LED的影响。



二、实验


每个白光LED模块由四个WLCSP白光LED组成。WLCSP白光LED芯片的制作步骤如下。第一步是对晶圆进行测试。第二步是切割晶圆。第三步是在切割完成的晶圆上涂抹一定浓度的荧光磷;第四步是烘烤固化。第五步是对已完成第一次封装的芯片进行重新排列。第六步是在经过分选和重新排列的芯片上涂抹荧光磷,然后烘烤固化。第七步是将胶片粘在芯片上,再将芯片进行切割,形成WLCSP白光LED芯片。此外,第一次涂抹的荧光磷层的浓度高于第二次涂抹的荧光磷层。单片WLCSP LED芯片及相应的白光LED模块的外观如图1所示。


01.png

图1:单片WLCSP LED芯片(a)及相应的白光LED模块(b)的外观

为了研究不同反射电极材料在GaN表层与反射电极界面的反射效果,我们准备了6个样品,分别命名为S1-S6。其中S1-S4样品是将不同的金属反射材料沉积在玻璃衬底上制备的;样品S5为蓝宝石衬底;在S5样品的基础上,将反射电极材料在GaN表层沉积获得S6样品。封装完成后,将4块WLCSP白光LED芯片焊接在铝基板上。这些芯片为的联接方式为串联。

为了研究纳米级抗反射结构的影响,准备了样品S7和S8。样品S7为未经处理的WLCSP白光LED模块,样品S8表面涂覆纳米级抗反射层。详细信息如表1所示。用紫外-可视分光光度计(UV)对样品的反射率进行了测试。

表1 S1-S8样本测试结果表

05.jpg



三、结果分析


样品S1、S2、S3、S4的UV结果如图2所示。比较S1,S2,S3和S4的结果,可得出,在450 nm和480 nm波长时,一层非常薄的连接层可以大大提高金属电极在玻璃表面的反射率,同时这种波长最适用于白色LED光源。除此之外,如果将S1、S3或S4、S4的UV结果进行比较,得出的结论是,以银为金属电极及钛钨作为保护层比以铝为金属电极及钛作为保护层的效率要高。有薄连接层和无连接层的反射率分别提高了4.62%和4.92%。


02.png

图2:样品S1、S2、S3、S4的实验结果。黑色的垂直虚线对应于500 nm波长的反射率。

另一组为S5和S6的对比实验。与之前的四个样品不同,样品S5、S6是用蓝宝石衬底替代了玻璃衬底。

样品S5和S6的UV结果如图3所示。为了避免实验的偶然性,每个样品的反射率都要测量两次。然而,测量结果并没有直接反映出每个样品的反射率,因为在紫外测试中,入射光需要经过外延层和衬底才能到达金属电极。因此,有必要对试验结果进行修正。在校正前,需要在测试过程中找出光路图,如图4所示。图中字母a表示入射光强度;字母x表示外延层光透过率;字母y表示金属电极的反射率;字母z表示外延层下表面的反射率;字母r表示外延层上表面的反射率。


03.png

图3:对样品S5和S6进行紫外分析。黑色的垂直虚线对应于500 nm波长的反射率。


04.png

图4:样品S5在测试过程中的光路图(a);样品S6在测试过程中的光路图(b)

通过已知的GaN折射率以及相应的计算,可以得出金属电极与外延层的光反射率高达93.9%。

样品S7和S8的光功率输出结果如表2所示。可见,表面纳米级的抗反射结构可以使光功率输出提高1.01%。

表2样品S7和S8的光功率输出结果

06.jpg


四、结论


综上所述,WLCSP白光LED与普通类型的CSP白光LED相比,更适用于大功率白光LED模块的制造。此外,在已知的金属电极中,最好的是银,连接层是一层薄薄的镍层。另一方面,制备表面纳米级的抗反射结构也是提高白光功率输出的有效途径。




文章转载自IFAL公众号


IFAL公众号.jpgIFAL网站.jpg