硅襯底完敗藍(lán)寶石襯底，芯片結(jié)構(gòu)已玩不出新花樣？

基于氮化鎵的藍(lán)/白光LED的芯片結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈依賴于所用的襯底材料。目前大部分廠商采用藍(lán)寶石作為襯底材料，芯片結(jié)構(gòu)主要分為4類，如圖1所示：

正裝芯片結(jié)構(gòu)

這類芯片廣泛被中低功率的封裝產(chǎn)品所采用，優(yōu)點(diǎn)是價格低；缺點(diǎn)是由于藍(lán)寶石導(dǎo)熱性能差，所以芯片散熱較差，P型材料的導(dǎo)電性也較差，因此注入電流受到限制。此外，芯片是五面發(fā)光的，通常需要將將芯片置于支架內(nèi)，如圖2所示，反光杯的開口面積遠(yuǎn)大于芯片發(fā)光面積，導(dǎo)致單位面積光通量低，芯片表面顏色均勻性非常差，芯片正上方偏藍(lán)，而外圈偏黃。這就是在使用中，如射燈、平板燈等，出現(xiàn)黃圈的原因。

倒裝結(jié)構(gòu)

為了克服傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)散熱較差、注入電流受限等缺陷，有科學(xué)家提出了倒裝結(jié)構(gòu)。熱可以由芯片直接傳遞到如陶瓷等基底材料上，而不用通過導(dǎo)熱能力較差的藍(lán)寶石襯底，因此注入電流可以顯著提高；單位面積的光通量也可以顯著提升。缺點(diǎn)是芯片是五面發(fā)光的，給需要精確二次光學(xué)設(shè)計的場合，如小角度射燈、手機(jī)閃光燈、車燈、超薄背光及平板燈等帶來了諸多的不便，此外，也存在正裝五面出光芯片所面臨的顏色不均勻的問題。

薄膜倒裝結(jié)構(gòu)

為了解決倒裝結(jié)構(gòu)存在的問題，有人提出了薄膜倒裝結(jié)構(gòu)，在倒裝芯片的基礎(chǔ)上，通過用激光剝離技術(shù)去除了藍(lán)寶石襯底，得到單面發(fā)光的薄膜芯片。薄膜芯片具有出光效率高、出光集中于芯片正上方，利于二次光學(xué)設(shè)計，此外也具體非常好的表面顏色均勻性。但是要用到工藝復(fù)雜的激光剝離技術(shù)，成本高、良率低，芯片本身也容易存在缺陷，另外，由于是倒裝結(jié)構(gòu)，在芯片和(陶瓷)襯底之間有間隙，一定程度上降低了芯片的導(dǎo)熱能力；同時，由于芯片非常薄，在使用中容易出現(xiàn)芯片裂痕、漏電等問題。

垂直結(jié)構(gòu)

與薄膜倒裝結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的，還有垂直結(jié)構(gòu)芯片，類似于倒裝芯片、藍(lán)寶石襯底被剝離后，在芯片底部鍍上高反的材料后再加上導(dǎo)電導(dǎo)熱的襯底材料，這樣芯片在具有單面發(fā)光芯片的優(yōu)點(diǎn)同時，還具有很好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電能力，可靠性也非常高。垂直結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最為廣泛的薄膜芯片結(jié)構(gòu)，但由于藍(lán)寶石襯底需要采用激光剝離，良率低、成本高，限制了垂直結(jié)構(gòu)芯片更為廣泛的應(yīng)用。

硅襯底LED技術(shù)項(xiàng)目組聲稱，相比于傳統(tǒng)的藍(lán)寶石襯底，硅襯底LED有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）不僅在生長時，襯底成本遠(yuǎn)低于藍(lán)寶石材料，而且可以采用化學(xué)腐蝕的方法來剝離襯底，在效率和良率上，都遠(yuǎn)高于必須采用激光剝離方法的藍(lán)寶石襯底，從而得到高質(zhì)量、低成本的垂直結(jié)構(gòu)芯片。

（2）結(jié)合白光芯片工藝，一方面減小發(fā)光面積，另一方面達(dá)到更高的性能，包括單位面積光通量以及芯片表面顏色均勻性。

（3）垂直結(jié)構(gòu)的芯片，不僅可以采用陶瓷封裝工藝，也可以采用更為廉價的支架封裝方式，進(jìn)一步降低客戶的使用成本，如圖3所示，這為高品質(zhì)照明提供了無限的可能。利用硅襯底LED芯片，可實(shí)現(xiàn)照明品質(zhì)更佳、系統(tǒng)成本更低、設(shè)計方案更靈活、更具創(chuàng)新性的LED照明解決方案。