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       深圳市拓升光電有限公司（簡稱：拓升光電，英文簡稱TOOSEN）是專業(yè)從事LED廣告屏,LED電子屏,LED大屏幕,全彩LED顯示屏相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)于一體的產(chǎn)品廠家，同時也是目前國內(nèi)*大的LED產(chǎn)品應(yīng)用系統(tǒng)解決方案服務(wù)廠家之一。

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戶外全彩LED顯示屏規(guī)格有：P3.91、P4、P4.81、P5、P6、P8、P10等室內(nèi)全彩LED顯示屏規(guī)格有：P1.25、P1.5、P1.667、P1.875、P1.923、P2、P2.5、P3、P3.91、P4、P4.81、P5、P6、P7.62、P10.等
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拓升產(chǎn)品售后保障：
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    正裝封裝結(jié)構(gòu)的缺陷
    目前，商業(yè)化的LED很多采用金線將芯片的PN結(jié)與支架正負(fù)極連接的正裝封裝結(jié)構(gòu)。然而，隨著輸出功率的不斷提高，制約大功率LED發(fā)展的光衰較大和光淬滅等失效問題相繼涌現(xiàn)。
    淬滅失效的主要原因是金線斷裂。在金線引線連接過程中，受到金純度、鍵合溫度、金線彎曲度、焊接機(jī)精度和鍵合工藝等多重因素影響，造成金線斷開而淬滅。其次，混合熒光粉的硅膠涂覆在芯片表面，起到光轉(zhuǎn)化作用和保護(hù)金線等雙重作用，當(dāng)芯片通電后溫度上升，由于硅膠熱脹冷縮等原因?qū)鹁€和焊點產(chǎn)生沖擊，焊點脫焊，造成淬滅。
    光衰較大失效的主要原因是硅膠的黃化或透過率降低。正裝結(jié)構(gòu)LED p、n電極在LED的同一側(cè)，電流須橫向流過n-GaN層，導(dǎo)致電流擁擠，局部發(fā)熱量高，限制了驅(qū)動電流；其次，由于藍(lán)寶石襯底導(dǎo)熱性差，嚴(yán)重阻礙了熱量的散失。在長時間使用過程中，因為散熱不好而導(dǎo)致的高溫，影響到硅膠的性能和透過率，從而造成較大的光輸出功率衰減。=
     采用相同尺寸1.16 mm GaN基藍(lán)光芯片制備了倒裝結(jié)構(gòu)LED和垂直結(jié)構(gòu)LED，用STC4000快速光譜儀和恒流電源測試了兩種LED在不同驅(qū)動電流條件下的光通量、發(fā)光效率和色溫等發(fā)光特性，發(fā)現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)LED在超過1 200 mA電流時出現(xiàn)發(fā)光性能失效，而倒裝LED的發(fā)光性能失效的電流值在1 550 mA。倒裝結(jié)構(gòu)LED失效電流值的增加，使得LED的可靠性能增加，提高了LED的使用壽命。
    因此，為了改善正裝封裝LED的金線易斷裂和散熱不好等問題，業(yè)內(nèi)研究者們相繼發(fā)明了垂直結(jié)構(gòu)LED和倒裝結(jié)構(gòu)LED。
    相較于正裝LED，垂直結(jié)構(gòu)采用高熱導(dǎo)率的襯底(Si、Ge和Cu等襯底)取代藍(lán)寶石襯底，在很大程度上提高散熱效率；垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側(cè)，通過n電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層，橫向流動的電流極少，可以避免局部高溫。但是目前垂直結(jié)構(gòu)制備工藝中，藍(lán)寶石剝離工藝較難，制約了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。
    而另一項發(fā)明的倒裝結(jié)構(gòu)LED，因其可以集成化、批量化生產(chǎn)，制備工藝簡單，性能優(yōu)良，逐漸得到了照明行業(yè)的廣泛重視。倒裝結(jié)構(gòu)采用將芯片PN結(jié)直接與基板上的正負(fù)極共晶鍵合，沒有使用金線，而*大限度避免了光淬滅問題。此外，共晶鍵合結(jié)構(gòu)對散熱問題有了很大的改善。在大功率LED使用過程中，不可避免大電流沖擊現(xiàn)象，在此情況下，如果燈具的大電流抗沖擊穩(wěn)定性不好，很容易降低燈具的使用壽命。
白光發(fā)光二極管(LED)因其節(jié)能、環(huán)保、可靠性高和設(shè)計靈活等優(yōu)點在照明領(lǐng)域得到廣泛開發(fā)和應(yīng)用。為了滿足日益增長的照明需求，較大輸出功率LED的研發(fā)和技術(shù)改進(jìn)得到了廣泛開展。
    因此，本文對比研究了垂直結(jié)構(gòu)LED和倒裝結(jié)構(gòu)LED隨著電流增大的光輸出變化規(guī)律，并且與普通正裝LED進(jìn)行了比較，得出了倒裝結(jié)構(gòu)LED具有更好的抗大電流沖擊穩(wěn)定性和光輸出性能。
    2、樣品制備與測試方法
    2.1 樣品制備
    P2LED電子有幾個檔次*便宜的多少錢一平米三種封裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中正裝LED采用藍(lán)寶石襯底峰值波長448 nm芯片，倒裝芯片采用藍(lán)寶石襯底峰值波長447 nm芯片，垂直結(jié)構(gòu)芯片采用硅襯底峰值波長446 nm芯片。三種芯片大小均為1.16 mmx1.16 mm，工作電流350 mA，硅膠采用普瑞森公司的0967型號，熒光粉采用威士波爾的YAG-4。正裝結(jié)構(gòu)芯片的正負(fù)極通過金線引線鍵合焊接在支架的正負(fù)極上；垂直結(jié)構(gòu)芯片的正極是通過金線引線鍵合焊接在支架的正極上，負(fù)極是通過金球共晶鍵合在支架的負(fù)極上；倒裝芯片的正負(fù)極是通過金球共晶鍵合在支架的正負(fù)極上。
   2.2 測試方法
    光通量、發(fā)光效率和色溫采用杭州遠(yuǎn)方公司生產(chǎn)的STC4000快速光譜儀，測試原理如圖2所示。被測LED采用固定夾具放在積分球中心，LED發(fā)射經(jīng)積分球內(nèi)部白色漫反射層，漫反射一部分光線通過積分球表面的窄通光孔徑光纖傳輸?shù)轿⑿投嗤ǖ拦庾V儀，光譜儀采集的數(shù)據(jù)通過USB接口發(fā)送到計算機(jī)進(jìn)行處理和顯示。光源采用恒流源供電。
   3、結(jié)果與討論
    3.1 光通量隨電流變化關(guān)系
    圖3標(biāo)出了在驅(qū)動電流從50 mA到2 000 mA條件下，倒裝封裝LED、垂直結(jié)構(gòu)封裝LED和正裝封裝LED的光通量隨電流增加的變化趨勢曲線。從圖3中可以看出，隨著電流的逐漸增大，三種結(jié)構(gòu)LED的光通量都隨著電流的增加而增加，但是增長幅度逐漸減小。
    在驅(qū)動電流達(dá)到1 200 mA時，垂直結(jié)構(gòu)LED首先達(dá)到光通量飽和點，而此電流條件下的倒裝LED的光通量比正裝LED的光通量高出14.7％，比垂直結(jié)構(gòu)LED的光通量高出25.9％。隨著電流的繼續(xù)增大，垂直結(jié)構(gòu)LED的光通量變化顯示其已接近失效，倒裝LED的光通量在電流1 550 mA時達(dá)到了飽和，比垂直結(jié)構(gòu)LED飽和電流值增加了350 mA。光通量的測試結(jié)果表明，倒裝結(jié)構(gòu)PN結(jié)溫低、散熱好。
    因此得出，倒裝LED比其他兩種結(jié)構(gòu)LED的可靠性高，尤其是抵抗大電流沖擊可靠性高，這一項性能有利于提高LED在實際應(yīng)用中的使用壽命。
    3.2 發(fā)光效率隨電流變化關(guān)系
    圖4標(biāo)出三種LED結(jié)構(gòu)電流與發(fā)光效率的關(guān)系曲線。從圖4中可以看出，當(dāng)電流從50 mA增加到2 000 mA時，三種LED的發(fā)光效率都呈下降趨勢，倒裝LED的發(fā)光效率在整個電流變化區(qū)間內(nèi)均高于其他兩種LED的發(fā)光效率。而垂直結(jié)構(gòu)LED在電流大于1 200 mA，發(fā)光效率迅速下降，顯示光輸出異常，這與光通量的測試結(jié)果吻合。在三種LED的工作電流350 mA時，倒裝LED的發(fā)光效率比垂直結(jié)構(gòu)LED的發(fā)光效率高出8 lm/W，比正裝結(jié)構(gòu)LED高出31 lm/W。
    倒裝LED的光通量和發(fā)光效率的提高，可能原因有：
    (1)倒裝LED的外量子效率高。三種封裝結(jié)構(gòu)的折射率分布如圖5所示。其中圖5a所示為倒裝封裝結(jié)構(gòu)的折射率分布圖；圖5b所示為垂直封裝結(jié)構(gòu)和正裝封裝結(jié)構(gòu)的折射率分布圖。根據(jù)Snell定律，倒裝LED光從GaN到藍(lán)寶石的全反射臨界角θ=sin-1 (n藍(lán)寶石/n GaN)=44.5°，藍(lán)寶石到封裝硅膠的臨界角為θ=sin-1 (n硅膠/n藍(lán)寶石)=57.4°；而垂直結(jié)構(gòu)和正裝LED的光從GaN直接傳輸?shù)椒庋b硅膠層，其全反射臨界角為θ=sin-1 (n硅膠/n GaN)=36.2°，小于倒裝的光傳輸界面的臨界角。較大的臨界角可使更多的光輸出，因此，倒裝結(jié)構(gòu)相較于正裝和垂直結(jié)構(gòu)LED有更高的外量子效率，從而得到了較高的白光發(fā)光效率。
    (2)倒裝PN結(jié)到環(huán)境熱阻低。隨著電流的增加，由于熱阻原因芯片溫度隨之升高，從而增加了載流子的非輻射復(fù)合幾率，降低了輻射復(fù)合幾率，造成發(fā)光效率下降。熱阻越高，芯片升溫越高，發(fā)光效率下降越快。倒裝的PN結(jié)與支架的正負(fù)極采用共晶焊接，熱傳輸距離短，散熱面積大，更利于熱傳導(dǎo)，因此可以得到較低的熱阻值，降低PN結(jié)溫，從而減慢光效下降速度。這與光通量隨電流變化實驗結(jié)果吻合。
   3.3 色溫測試
    色溫是光源光譜質(zhì)量*通用的指標(biāo)。對于LED光源的需求色溫多數(shù)都是比較低的，并且對于同一批次的產(chǎn)品而言，色溫偏差越小，質(zhì)量越優(yōu)。對色溫的控制研究，一直都是企業(yè)滿足顧客需求的關(guān)鍵參數(shù)。

    三種封裝結(jié)構(gòu)LED的電流色溫曲線對比圖。通過實驗測試，隨著驅(qū)動電流的升高，三種封裝結(jié)構(gòu)LED色溫都隨著電流的增加而升高，而倒裝LED的色溫升高斜率*小約為0.40，正裝LED的色溫升高斜率約為0.67，而垂直結(jié)構(gòu)LED在電流小于1 200 mA(光通量飽和點)時色溫增加斜率約為0.84，超過1 200 mA時，色溫參數(shù)接近失效，這與光通量測試和發(fā)光效率測試結(jié)果吻合。倒裝LED的色溫飽和點約為1 600 mA，比垂直結(jié)構(gòu)LED的色溫飽和點高出400 mA。說明倒裝LED在較大電流沖擊情況下，光輸出特性比垂直結(jié)構(gòu)LED穩(wěn)定。
對于制作LED芯片來說，襯底材料的選用是首要考慮的問題。應(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)備和led器件的要求進(jìn)行選擇。目前市面上一般有三種材料可作為襯底：
·藍(lán)寶石（Al2O3）
·硅 (Si)
·碳化硅（SiC）
  藍(lán)寶石襯底
  通常，GaN基材料和器件的外延層主要生長在藍(lán)寶石襯底上。藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點：首先，藍(lán)寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好；其次，藍(lán)寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；*后，藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍(lán)寶石作為襯底。圖1示例了使用藍(lán)寶石襯底做成的LED芯片。
 藍(lán)寶石作為襯底的LED芯片
  使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，這會在外延層中產(chǎn)生大量缺陷，同時給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。藍(lán)寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大于1011Ω·cm，在這種情況下無法制作垂直結(jié)構(gòu)的器件；通常只在外延層上表面制作n型和p型電極（如圖1所示）。在上表面制作兩個電極，造成了有效發(fā)光面積減少，同時增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過程，結(jié)果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用在p型GaN上制備金屬透明電極的方法，使電流擴(kuò)散，以達(dá)到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極一般要吸收約30%~40%的光，同時GaN基材料的化學(xué)性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度較高，不容易對其進(jìn)行刻蝕，因此在刻蝕過程中需要較好的設(shè)備，這將會增加生產(chǎn)成本。
  藍(lán)寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在LED器件的制作過程中卻需要對它進(jìn)行減薄和切割（從400nm減到100nm左右）。添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要增加一筆較大的投資。
  藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不是很好（在100℃約為25W/（m·K））。因此在使用LED器件時，會傳導(dǎo)出大量的熱量；特別是對面積較大的大功率器件，導(dǎo)熱性能是一個非常重要的考慮因素。為了克服以上困難，很多人試圖將GaN光電器件直接生長在硅襯底上，從而改善導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。
  硅襯底
  目前有部分LED芯片采用硅襯底。硅襯底的芯片電極可采用兩種接觸方式，分別是L接觸（Laterial-contact ,水平接觸）和V接觸（Vertical-contact，垂直接觸），以下簡稱為L型電極和V型電極。通過這兩種接觸方式，LED芯片內(nèi)部的電流可以是橫向流動的，也可以是縱向流動的。由于電流可以縱向流動，因此增大了LED的發(fā)光面積，從而提高了LED的出光效率。因為硅是熱的良導(dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從而延長了器件的壽命。
  碳化硅襯底
   碳化硅襯底（美國的CREE公司專門采用SiC材料作為襯底）的LED芯片電極是L型電極，電流是縱向流動的。采用這種襯底制作的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。采用碳化硅襯底的LED芯片如圖2所示。
 采用藍(lán)寶石襯底與碳化硅襯底的LED芯片
  P2LED電子有幾個檔次*便宜的多少錢一平米碳化硅襯底的導(dǎo)熱性能（碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為490W/(m·K)）要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上。藍(lán)寶石本身是熱的不良導(dǎo)體，并且在制作器件時底部需要使用銀膠固晶，這種銀膠的傳熱性能也很差。使用碳化硅襯底的芯片電極為L型，兩個電極分布在器件的表面和底部，所產(chǎn)生的熱量可以通過電極直接導(dǎo)出；同時這種襯底不需要電流擴(kuò)散層，因此光不會被電流擴(kuò)散層的材料吸收，這樣又提高了出光效率。但是相對于藍(lán)寶石襯底而言，碳化硅制造成本較高，實現(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應(yīng)的成本。