鑽石加持的LED︰COB of DLC LED on DLC PCB

刊登日期:2012/6/1
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DLC可紓解介面應力
藍光LED GaN 的外延磊晶(Epitaxy)為「陽衰陰盛」的半導體。所謂「陽衰」指P層(正極)電洞不足,而「陰盛」則N 層(負極)電子過多。GaN 的電洞常靠Mg 原子的植入生成,但因Mg 原子比晶格大很多,故常造成缺陷。也因如此, P 層的電阻偏大,需透明電極幫助分布電流。更有甚者, P 層乃在磊晶的後期形成,因此離藍寶石介面較遠。當藍寶石由長晶的溫度(如1,000°C)冷卻後收縮,因其收縮量比GaN大,介面的GaN(即N 層)會被壓緊,但離介面稍遠的P 層則因N 層壓縮而張開。


圖二、優越的熱傳導率及適中的熱膨脹率使DLC成為提升LED 性能最好的材料。藍光LED 的GaN可以DLC降低溫度及紓解應力使LED更亮及更持久

LED 的溫度傷害
LED 的白光主要乃由LED 的藍光激發螢光粉的黃光組合生成,而色溫乃由兩者的強度決定。LED 發光最大的傷害來自晶片生熱使溫度上升。電流產生的電阻發熱不僅使LED不夠亮,更可能使其逐漸暗淡。通常LED發光6,000 小時後亮度會減少6% ,但隨著電流的增加,光衰的速率會加快(圖六)。

LED 的封裝
LED 的封裝有三種型式(圖七),其中水平式乃以生長GaN 的藍寶石為襯底。這種傳統設計已大量外移至中國大陸生產。因藍寶石為熱阻材料,水平式LED 發光的溫度偏高,所以光衰快速,故通常以便宜的小晶片銷售。近年來LED 改以覆晶方式(Flip Chip)連接散熱較快的AlN 做為襯底(Submount) ( 圖八及圖九)。較大的晶片(大功率)則宜以垂直的封裝直接軟銲(如Au-Au 或Au-Sn)在矽基材上。


圖九、C Company覆晶複雜的設計,具有孔洞電極,以致成本不易降低

倒裝的LED 設計
先進的LED 公司乃開發下一代的產品,包括倒裝晶片(Flip Chip)或稱覆晶(圖十一),乃至大面積的垂直LED (VLED) (圖十二)。倒裝LED 的優點包括電極不遮光,而且沒有金線。垂直LED 仍保留一個電極,但因晶片面積較大,所以一顆高功率(如10W)的LED 亮度可抵多顆小面積(如1 mm2)的晶片。

DLC VLED
DLC LED 不僅可製成覆晶,也能做出VLED ,同樣具有優越性能。DLC VLED 的優越效果可由外部加熱造成破壞而驗證。沒有DLC 介面的VLED在加熱後會破裂, 而DLC 紓解應力的VLED 則完好如初(圖十三)。

DLC LED 的成本
若LED 的溫度可以DLC 抑制,光衰會更小,這樣就可以加大電流,一顆DLC LED 就可抵多顆傳統LED 。這是降低LED光擎成本的良方(圖廿七)。COB 為降低LED 成本的有效方法。傳統的LED 需先製成發光源(Emitter),增加製程的複雜度, COB DLC LED 可不用昂貴的陶瓷襯底,所以成本最低……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:宋健民、甘明吉、蔡百揚 / 錸鑽科技,宋思齊 / 鑫鑽科技
★本文節錄自「工業材料雜誌304、305期」,更多資料請見:
http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10247
http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10318


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