任黎 魏萍
摘 要：提升LED晶圆亮度的方法主要有调整外延层结构、改变生长外延时的工艺参数、调整ITO的厚度、改变SiO2厚度、倒装结构、垂直结构、光子晶体、ODR，DBR、调整芯片厚度、降低晶圆背面粗糙度、改变切割方式等。文章主要介绍小功率产品通过调整厚度从而实现亮度提升，同时验证厚度调整是否会对芯片的其他性能产生影响。
关键词：厚度;亮度提升;封装;可靠性
目前，随着LED的竞争日趋激烈，提高LED产品的亮度可以增加产品的市场竞争力。提高LED产品亮度的方法[1]主要有调整外延层结构、改变生长外延时的工艺参数、调整ITO的厚度、改变SiO2厚度、倒装结构[2]、垂直结构、光子晶体、ODR[3]，DBR，调整芯片厚度、降低晶圆背面粗糙度、改变切割方式[4]等。
1 LED产品亮度工艺
本文主要介绍提高LED产品亮度的一种方式：调整晶圆厚度。晶圆的厚度调整方向由目前加工工艺厚度向厚调整。晶圆的厚度增加之后，从光学角度来讲，可以有效地提高LED的内量子效应。但一种工艺的实施不能仅考虑亮度，还需要考虑是否与其他工艺相匹配，不能产生不利的影响。调整产品的厚度之后，因为厚度提升，在切割的过程中有可能导致晶圆无法切割开，从而导致整片报废或者是一部分开裂一部分未开裂，影响产品的良率，因此厚度的调整只能在合理的范围内进行调整，并不是越厚越好。另外，还需考虑封装效果与可靠性。
2 试验过程
小功率芯片的厚度分为5组实验。实验1厚度：80 μm;实验2厚度：90 μm;实验3厚度：100 μm;实验4厚度：110 μm;实验5厚度：120 μm。
2.1 厚度调整实验验证
对5组实验先进行切割实验。当5组不同厚度的晶圆经过研磨抛光后达到实验所需要的厚度后流转至切割工序，在切割4组不同厚度的晶圆时，由切割工序的工艺人员进行切割参数的调整，保证晶圆的顺利切割。因为80 μm是原有工艺，因此不需进行切割工艺调整。
对其余4组进行切割、裂片后发现，当厚度在110、120 μm时，芯片的外观情况较差，晶圆部分无法划裂开，并且芯片的外观较差，120 μm的芯片外观比110 μm的外观差，甚至出现切到发光区的情况。在划裂片后芯片是绝对不可以有切伤发光区的情况，否则会导致芯片无法使用。因为产品厚度太厚，激光划片机在切割时炸裂的痕迹延伸较短未达到芯片分离的要求，因此，晶圆裂片时在受到外力的影响下，芯片无法按照切割痕迹进行分离导致切伤发光区。
通过以上5组不同厚度的划裂片实验可知，小功率晶圆的厚度最佳状态是100 μm。
2.2 亮度实验验证
对上述厚度调整实验验证划裂开的3组80、90、100 μm的晶圆进行亮度对比实验，具体实验数据如表1所示。因实验数据较多，因此数据只摘录了其中的典型值。
通过表1中的数据可以看出，80 μm的亮度衰减为﹣19.44%，90 μm的亮度衰减为﹣16.20%，100 μm的亮度衰减为﹣12.08%。芯片从COT经过研磨抛光后，COW的亮度会降低，会有一定程度的亮度衰减。芯片从COT到COW的亮度衰减值越小越好，厚度为100 μm的亮度衰减最小，因此亮度实验验证说明小功率晶圆的厚度最佳状态是100 μm。
2.3 不同封装形式光通量对比
将80、90、100 μm的芯片挑选相同的波长段、亮度段、电压段，并且控制到最严格的状态，确保各个厚度之间封装芯片的电性能基本一致。波长段范围控制在0.5 nm，亮度段范围控制在1 mW，电压段范围控制在0.05 V。将抓取的上述3种不同厚度的样品分别进行贴片式封装与直插式封装。贴片式封装与直插式封装如图1—2所示。
对比3组不同厚度的贴片式封装结果，发现100 μm的光通量最高。对比3组不同厚度的直插式封装结果，发现100 μm的光通量最高。具体如表2所示，数据均为各项光电参数的平均值。
通过不同封装形式光通量对比可知，小功率晶圆的厚度最佳状态是100 μm。
2.4 可靠性验证
对80、90、100 μm 3组不同厚度的产品分别进行可靠性实验，可靠性结果分别如表3—5和图3—5所示。
通过对比80、90、100 μm 3组不同厚度产品的可靠性结果可知，3组厚度的可靠性结果基本一致，说明产品厚度的改变并未对其可靠性产生影响。
3 结果与讨论
为了提升产品的亮度进而改变产品的厚度，在对产品调整厚度的同时，不能因厚度的调整影响切割裂片后的产品良率、亮度情况、成品灯珠的光通量、产品的可靠性，因此对切割、亮度、不同封装形式的光通量、可靠性4个方面进行了对比。
（1）将产品的厚度由原始工艺的80 μm调整至90、100、110、120 μm，通过4组的划裂片情况可知，厚度为80、90、100 μm的产品在经过划裂后外观无问题，满足工艺要求。厚度为110 μm的产品在经过划裂片后外观较差，晶圆部分划不开。厚度为120 μm的产品在经过划裂片后外观出现切伤发光区的问题，部分晶圆划不开。出现切伤发光区的问题主要是由于晶圆太厚导致激光穿透晶圆后无法完全炸裂，激光切割后晶圆的上下炸裂长度无法满足工艺要求因此无法裂开，导致晶圆在裂片的过程中没有按照切割痕迹进行裂开，而是靠外力无方向地裂开。
经过厚度调整的5组实验可知，厚度为90、100 μm可以满足厚度调整实验的需求，而110、120 μm的厚度无法满足实验需求。
（2）對80、90、100 μm 3种厚度进行了亮度对比实验，实验数据表明100 μm厚度的亮度衰减最小。
（3）对80、90、100 μm 3种厚度进行了贴片式封装和直插式封装实验，两种不同封装形式的结果表明100 μm厚度的光通量最大。
（4）对80、90、100 μm 3种厚度进行了可靠性实验，可靠性实验表明3种厚度的可靠性基本一致，厚度对产品的可靠性无影响。
通过以上4组对比实验可以得知，100 μm厚度的产品亮度高、光通量大、可靠性好，因此，可以将产品厚度由80 μm调整至100 μm。本文仅对小功率产品进行了一系列的实验，未对中功率产品、大功率产品进行厚度调整实验，对这两种产品的厚度调整实验后续需要进一步的完善，使整个产品体系更完整。
[参考文献]
[1]高伟，邹德恕，郭伟玲，等.AlGaInP发光二极管的全方位反射镜研究[J].固体电子学研究与进展，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]王贤洲.不同切割方式对GaN基LED芯片外量子效率影响的研究[D].西安：西安电子科技大学，2013.
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