大功率倒装单片集成LED芯片的自隔离散热技术

提出采用自隔离散热技术解决大功率倒装单片集成LED芯片散热与绝缘之间的矛盾问题。基于自隔离散热技术原理,利用微纳加工技术,通过在AlN陶瓷基板上生长隔离金属岛制备自隔离散热基板。采用多胞串并联网络结构设计大功率倒装单片集成LED芯片,芯片尺寸为1.5 mm×4.5 mm。在200 mA的驱动电流下,大功率倒装单片集成LED芯片的正向电压为8.3 V,反向漏电流小于100 nA。当输入电流为2 A时,大功率倒装单片集成LED芯片的输入功率为20 W,其最大光输出功率为8.3 W,插墙效率为42.08%,峰值热阻约为1.23 K/W,平均热阻约为1.17 K/W。

基于超薄贴合技术的单片集成大功率倒装LED

采用超薄贴合技术,通过改进封装散热结构来解决大功率倒装发光二极管(LED)芯片散热和电学绝缘之间的矛盾。采用串并联的内部拓扑结构和三角电极原理开发了一款尺寸为5 mm×5 mm的单片集成大功率倒装LED芯片。使用起芯片电学延伸作用的金属片和绝缘导热凸台这一散热结构对LED芯片进行封装。在驱动电流为0.1 A时,芯片的开启电压为29 V,芯片可正常发光。在2 A的恒流电源驱动下,芯片到散热器的峰值热阻为0.44 K/W,平均热阻为0.38 K/W。加装透镜后,蓝光LED的插墙效率达到42%,白光LED的光效达到86.19 lm/W。使用超薄贴合技术成功地制备了75 W单片集成大功率倒装LED,为开发单片集成大功率LED提供了有效的途径。超薄贴合技术对单片集成大功率倒装LED的发展具有一定的推动作用。

反射层对倒装LED芯片性能的影响

对比研究了倒装LED芯片的银镜倒装和DBR倒装两种技术方案各自特点。结果表明:银镜倒装芯片具有高电流密度驱动的优势;DBR倒装芯片具有良好的机械强度及工艺成熟特点。DBR在垂直方向入射的反射率较高,但大角度掠射的反射效果略差。金属反射膜虽然整体的反射率低一些,但各个角度反射率保持得很好,可以弥补DBR斜角入射反光的不足。

高性能氧化锌透明电极制备关键技术及LED芯片应用

半导体照明产业是我国重要战略性新兴产业,2019年其产值为7,374亿元,LED芯片是半导体照明产业“卡脖子技术”。20世纪90年代,美国、日本、德国就已牢牢控制了LED芯片技术,并建立了严密的技术封锁体系。中国上百家LED企业曾遭受过美国对我国半导体照明产业发动的“337调查”。LED透明电极材料是LED芯片的关键技术,每一颗LED芯片都要用到透明电极。但是,第一代镍金(Ni/Au)透明材料透光较低、稳定性较低、可靠性较差;第二代氧化铟锡(ITO)透明材料含有稀有金属碲,有毒、稀缺,与LED核心材料氮化镓(GaN)晶格失配,成本越来越高,不可持续发展;并且Ni/Au透明材料和ITO透明材料分别被日本日亚(Nichia)公司和中国台湾工业技术研究院ITO透明材料牢牢占据。另外,传统ITO透明电极LED芯片存在耐大电流冲击能力差、耐高温抗静电能力不强、可靠性不高等缺点,不能满足LED芯片所需的高光效、高品质、低成本等持续发展的要求。