【摘 要】
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随着发光二极管（Light Emitting Diode,LED）芯片在照明市场中占据的份额逐渐提高,照明市场对LED芯片功率的需求也在逐步增加,单颗小功率的LED芯片已经远远不能满足LED照明市场的胃口。由于芯片良率的限制,目前大功率LED芯片通常是将多颗小功率LED芯片通过阵列排布的方式获得的,然而增加单颗LED芯片面积是一种更为直接有效的方法。大功率倒装单片集成LED具有高光输出功率、高功率
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随着发光二极管（Light Emitting Diode,LED）芯片在照明市场中占据的份额逐渐提高,照明市场对LED芯片功率的需求也在逐步增加,单颗小功率的LED芯片已经远远不能满足LED照明市场的胃口。由于芯片良率的限制,目前大功率LED芯片通常是将多颗小功率LED芯片通过阵列排布的方式获得的,然而增加单颗LED芯片面积是一种更为直接有效的方法。大功率倒装单片集成LED具有高光输出功率、高功率密度、较低的后续封装成本及优越的散热性能和较高的光取出效率,有望成为未来LED照明领域的主流发展方向。本论文将围绕大功率倒装单片集成LED器件展开研究。本论文首先提出了自隔离键合技术,该技术可以解决大功率倒装单片集成LED芯片散热与绝缘不能同时得到解决的问题。芯片内部采用串并联拓扑结构,并设计了18W插指型、18W圆孔型大功率倒装单片集成LED芯片和72W插指型、72W圆孔型大功率倒装单片集成LED芯片四款芯片,并对制备的芯片进行了良率统计,四款芯片的最大功率密度可达3W/mm2。基于自隔离键合技术的原理设计了隔离金属岛陶瓷基板版图,并通过微纳加工工艺制备隔离金属岛陶瓷基板,设计并制备封装夹具对芯片与基板进行键合。在200m A的驱动电流下,18W大功率单片集成LED芯片正向电压为7.1V;当输入电流为2A时,18W大功率单片集成LED芯片的输入功率为20W,此时芯片表面的最大温升仅为16.1℃,最大热阻约为1.11K/W,平均热阻约为1.02K/W。通过18W插指型和18W圆孔型大功率倒装单片集成LED的蓝光功率对比,圆孔型芯片相较插指型芯片的插墙效率提升约为10%;在100m A的驱动电流下,72W大功率单片集成LED芯片正向电压为30.6V;当输入电流为2A时,72W大功率单片集成LED芯片的输入功率为74W,此时芯片的最高表面温度约为74.5℃,最高热阻为0.86K/W,平均热阻约为0.72K/W。将18W圆孔型芯片与普通倒装LED小芯片进行蓝光效率对比,前者的插墙效率仅同比下降约4%。
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