硅襯底完敗藍寶石襯底，芯片結構已玩不出新花樣？

基于氮化鎵的藍/白光LED的芯片結構強烈依賴于所用的襯底材料。目前大部分廠商采用藍寶石作為襯底材料，芯片結構主要分為4類，如圖1所示：

正裝芯片結構

這類芯片廣泛被中低功率的封裝產品所采用，優點是價格低；缺點是由于藍寶石導熱性能差，所以芯片散熱較差，P型材料的導電性也較差，因此注入電流受到限制。此外，芯片是五面發光的，通常需要將將芯片置于支架內，如圖2所示，反光杯的開口面積遠大于芯片發光面積，導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，而外圈偏黃。這就是在使用中，如射燈、平板燈等，出現黃圈的原因。

倒裝結構

為了克服傳統正裝結構散熱較差、注入電流受限等缺陷，有科學家提出了倒裝結構。熱可以由芯片直接傳遞到如陶瓷等基底材料上，而不用通過導熱能力較差的藍寶石襯底，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。缺點是芯片是五面發光的，給需要精確二次光學設計的場合，如小角度射燈、手機閃光燈、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。

薄膜倒裝結構

為了解決倒裝結構存在的問題，有人提出了薄膜倒裝結構，在倒裝芯片的基礎上，通過用激光剝離技術去除了藍寶石襯底，得到單面發光的薄膜芯片。薄膜芯片具有出光效率高、出光集中于芯片正上方，利于二次光學設計，此外也具體非常好的表面顏色均勻性。但是要用到工藝復雜的激光剝離技術，成本高、良率低，芯片本身也容易存在缺陷，另外，由于是倒裝結構，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熱能力；同時，由于芯片非常薄，在使用中容易出現芯片裂痕、漏電等問題。

垂直結構

與薄膜倒裝結構相對應的，還有垂直結構芯片，類似于倒裝芯片、藍寶石襯底被剝離后，在芯片底部鍍上高反的材料后再加上導電導熱的襯底材料，這樣芯片在具有單面發光芯片的優點同時，還具有很好的導熱、導電能力，可靠性也非常高。垂直結構是目前應用最為廣泛的薄膜芯片結構，但由于藍寶石襯底需要采用激光剝離，良率低、成本高，限制了垂直結構芯片更為廣泛的應用。

硅襯底LED技術項目組聲稱，相比于傳統的藍寶石襯底，硅襯底LED有以下優點：

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

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

（3）垂直結構的芯片，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，進一步降低客戶的使用成本，如圖3所示，這為高品質照明提供了無限的可能。利用硅襯底LED芯片，可實現照明品質更佳、系統成本更低、設計方案更靈活、更具創新性的LED照明解決方案。