LED晶圓厚度對其亮度的影響

任黎 魏萍

摘 要：提升LED晶圓亮度的方法主要有調整外延層結構、改變生長外延時的工藝參數、調整ITO的厚度、改變SiO2厚度、倒裝結構、垂直結構、光子晶體、ODR，DBR、調整芯片厚度、降低晶圓背面粗糙度、改變切割方式等。文章主要介紹小功率產品通過調整厚度從而實現亮度提升，同時驗證厚度調整是否會對芯片的其他性能產生影響。

關鍵詞：厚度;亮度提升;封裝;可靠性

目前，隨著LED的競爭日趨激烈，提高LED產品的亮度可以增加產品的市場競爭力。提高LED產品亮度的方法[1]主要有調整外延層結構、改變生長外延時的工藝參數、調整ITO的厚度、改變SiO2厚度、倒裝結構[2]、垂直結構、光子晶體、ODR[3]，DBR，調整芯片厚度、降低晶圓背面粗糙度、改變切割方式[4]等。

1? ? LED產品亮度工藝

本文主要介紹提高LED產品亮度的一種方式：調整晶圓厚度。晶圓的厚度調整方向由目前加工工藝厚度向厚調整。晶圓的厚度增加之后，從光學角度來講，可以有效地提高LED的內量子效應。但一種工藝的實施不能僅考慮亮度，還需要考慮是否與其他工藝相匹配，不能產生不利的影響。調整產品的厚度之后，因為厚度提升，在切割的過程中有可能導致晶圓無法切割開，從而導致整片報廢或者是一部分開裂一部分未開裂，影響產品的良率，因此厚度的調整只能在合理的范圍內進行調整，并不是越厚越好。另外，還需考慮封裝效果與可靠性。

2? ? 試驗過程

小功率芯片的厚度分為5組實驗。實驗1厚度：80 μm;實驗2厚度：90 μm;實驗3厚度：100 μm;實驗4厚度：110 μm;實驗5厚度：120 μm。

2.1? 厚度調整實驗驗證

對5組實驗先進行切割實驗。當5組不同厚度的晶圓經過研磨拋光后達到實驗所需要的厚度后流轉至切割工序，在切割4組不同厚度的晶圓時，由切割工序的工藝人員進行切割參數的調整，保證晶圓的順利切割。因為80 μm是原有工藝，因此不需進行切割工藝調整。

對其余4組進行切割、裂片后發現，當厚度在110、120 μm時，芯片的外觀情況較差，晶圓部分無法劃裂開，并且芯片的外觀較差，120 μm的芯片外觀比110 μm的外觀差，甚至出現切到發光區的情況。在劃裂片后芯片是絕對不可以有切傷發光區的情況，否則會導致芯片無法使用。因為產品厚度太厚，激光劃片機在切割時炸裂的痕跡延伸較短未達到芯片分離的要求，因此，晶圓裂片時在受到外力的影響下，芯片無法按照切割痕跡進行分離導致切傷發光區。

通過以上5組不同厚度的劃裂片實驗可知，小功率晶圓的厚度最佳狀態是100 μm。

2.2? 亮度實驗驗證

對上述厚度調整實驗驗證劃裂開的3組80、90、100 μm的晶圓進行亮度對比實驗，具體實驗數據如表1所示。因實驗數據較多，因此數據只摘錄了其中的典型值。

通過表1中的數據可以看出，80 μm的亮度衰減為﹣19.44%，90 μm的亮度衰減為﹣16.20%，100 μm的亮度衰減為﹣12.08%。芯片從COT經過研磨拋光后，COW的亮度會降低，會有一定程度的亮度衰減。芯片從COT到COW的亮度衰減值越小越好，厚度為100 μm的亮度衰減最小，因此亮度實驗驗證說明小功率晶圓的厚度最佳狀態是100 μm。

2.3? 不同封裝形式光通量對比

將80、90、100 μm的芯片挑選相同的波長段、亮度段、電壓段，并且控制到最嚴格的狀態，確保各個厚度之間封裝芯片的電性能基本一致。波長段范圍控制在0.5 nm，亮度段范圍控制在1 mW，電壓段范圍控制在0.05 V。將抓取的上述3種不同厚度的樣品分別進行貼片式封裝與直插式封裝。貼片式封裝與直插式封裝如圖1—2所示。

對比3組不同厚度的貼片式封裝結果，發現100 μm的光通量最高。對比3組不同厚度的直插式封裝結果，發現100 μm的光通量最高。具體如表2所示，數據均為各項光電參數的平均值。

通過不同封裝形式光通量對比可知，小功率晶圓的厚度最佳狀態是100 μm。

2.4? 可靠性驗證

對80、90、100 μm 3組不同厚度的產品分別進行可靠性實驗，可靠性結果分別如表3—5和圖3—5所示。

通過對比80、90、100 μm 3組不同厚度產品的可靠性結果可知，3組厚度的可靠性結果基本一致，說明產品厚度的改變并未對其可靠性產生影響。

3? ? 結果與討論

為了提升產品的亮度進而改變產品的厚度，在對產品調整厚度的同時，不能因厚度的調整影響切割裂片后的產品良率、亮度情況、成品燈珠的光通量、產品的可靠性，因此對切割、亮度、不同封裝形式的光通量、可靠性4個方面進行了對比。

（1）將產品的厚度由原始工藝的80 μm調整至90、100、110、120 μm，通過4組的劃裂片情況可知，厚度為80、90、100 μm的產品在經過劃裂后外觀無問題，滿足工藝要求。厚度為110 μm的產品在經過劃裂片后外觀較差，晶圓部分劃不開。厚度為120 μm的產品在經過劃裂片后外觀出現切傷發光區的問題，部分晶圓劃不開。出現切傷發光區的問題主要是由于晶圓太厚導致激光穿透晶圓后無法完全炸裂，激光切割后晶圓的上下炸裂長度無法滿足工藝要求因此無法裂開，導致晶圓在裂片的過程中沒有按照切割痕跡進行裂開，而是靠外力無方向地裂開。

經過厚度調整的5組實驗可知，厚度為90、100 μm可以滿足厚度調整實驗的需求，而110、120 μm的厚度無法滿足實驗需求。

（2）對80、90、100 μm 3種厚度進行了亮度對比實驗，實驗數據表明100 μm厚度的亮度衰減最小。

（3）對80、90、100 μm 3種厚度進行了貼片式封裝和直插式封裝實驗，兩種不同封裝形式的結果表明100 μm厚度的光通量最大。

（4）對80、90、100 μm 3種厚度進行了可靠性實驗，可靠性實驗表明3種厚度的可靠性基本一致，厚度對產品的可靠性無影響。

通過以上4組對比實驗可以得知，100 μm厚度的產品亮度高、光通量大、可靠性好，因此，可以將產品厚度由80 μm調整至100 μm。本文僅對小功率產品進行了一系列的實驗，未對中功率產品、大功率產品進行厚度調整實驗，對這兩種產品的厚度調整實驗后續需要進一步的完善，使整個產品體系更完整。

[參考文獻]

[1]高偉，鄒德恕，郭偉玲，等.AlGaInP發光二極管的全方位反射鏡研究[J].固體電子學研究與進展，2008（28）：537-539.

[2]WIERER J J，STEIGERWALD D A，KRAMESETAL M R. High-power AlGaInN flip-chip light-emitting diodes[J].Applied Physics Letters，2001（22）：3379-3381.

[3]GESSMANN T H，SCHUBER E F.High-efficiency AlGaInP light-emitting diodes for solid-state lighting applications[J].Journal of Applied Physics，2004（5）：2203-2216.

[4]王賢洲.不同切割方式對GaN基LED芯片外量子效率影響的研究[D].西安：西安電子科技大學，2013.