硅衬底完败蓝宝石衬底，芯片结构已玩不出新花样？

基于氮化镓的蓝/白光LED的芯片结构强烈依赖于所用的衬底材料。目前大部分厂商采用蓝宝石作为衬底材料，芯片结构主要分为4类，如图1所示：

正装芯片结构

这类芯片广泛被中低功率的封装产品所采用，优点是价格低；缺点是由于蓝宝石导热性能差，所以芯片散热较差，P型材料的导电性也较差，因此注入电流受到限制。此外，芯片是五面发光的，通常需要将将芯片置于支架内，如图2所示，反光杯的开口面积远大于芯片发光面积，导致单位面积光通量低，芯片表面颜色均匀性非常差，芯片正上方偏蓝，而外圈偏黄。这就是在使用中，如射灯、平板灯等，出现黄圈的原因。

倒装结构

为了克服传统正装结构散热较差、注入电流受限等缺陷，有科学家提出了倒装结构。热可以由芯片直接传递到如陶瓷等基底材料上，而不用通过导热能力较差的蓝宝石衬底，因此注入电流可以显著提高；单位面积的光通量也可以显著提升。缺点是芯片是五面发光的，给需要精确二次光学设计的场合，如小角度射灯、手机闪光灯、车灯、超薄背光及平板灯等带来了诸多的不便，此外，也存在正装五面出光芯片所面临的颜色不均匀的问题。

薄膜倒装结构

为了解决倒装结构存在的问题，有人提出了薄膜倒装结构，在倒装芯片的基础上，通过用激光剥离技术去除了蓝宝石衬底，得到单面发光的薄膜芯片。薄膜芯片具有出光效率高、出光集中于芯片正上方，利于二次光学设计，此外也具体非常好的表面颜色均匀性。但是要用到工艺复杂的激光剥离技术，成本高、良率低，芯片本身也容易存在缺陷，另外，由于是倒装结构，在芯片和(陶瓷)衬底之间有间隙，一定程度上降低了芯片的导热能力；同时，由于芯片非常薄，在使用中容易出现芯片裂痕、漏电等问题。

垂直结构

与薄膜倒装结构相对应的，还有垂直结构芯片，类似于倒装芯片、蓝宝石衬底被剥离后，在芯片底部镀上高反的材料后再加上导电导热的衬底材料，这样芯片在具有单面发光芯片的优点同时，还具有很好的导热、导电能力，可靠性也非常高。垂直结构是目前应用最为广泛的薄膜芯片结构，但由于蓝宝石衬底需要采用激光剥离，良率低、成本高，限制了垂直结构芯片更为广泛的应用。

硅衬底LED技术项目组声称，相比于传统的蓝宝石衬底，硅衬底LED有以下优点：

（1）不仅在生长时，衬底成本远低于蓝宝石材料，而且可以采用化学腐蚀的方法来剥离衬底，在效率和良率上，都远高于必须采用激光剥离方法的蓝宝石衬底，从而得到高质量、低成本的垂直结构芯片。

（2）结合白光芯片工艺，一方面减小发光面积，另一方面达到更高的性能，包括单位面积光通量以及芯片表面颜色均匀性。

（3）垂直结构的芯片，不仅可以采用陶瓷封装工艺，也可以采用更为廉价的支架封装方式，进一步降低客户的使用成本，如图3所示，这为高品质照明提供了无限的可能。利用硅衬底LED芯片，可实现照明品质更佳、系统成本更低、设计方案更灵活、更具创新性的LED照明解决方案。