引言随着商业照明逐渐向大电流、高亮度、多集成方向发展，对高密度电流驱动LED的关注与日俱增。为了突破传统LED的限制，科研工作者提出了阵列式高压交/直流LED的概念[1-5]。阵列式高压交/直流LED是指在芯片制作过程中，通过多个LED微晶粒的串并联来实现交流高压供电。与传统封装高压LED相比，阵列式高压LED更节省空间，大大减小了LED的封装成本。在电流分布方面，高压LED芯片能够解决电流拥挤效应，使电流分布更均匀，从而抑制光效下降 [6]。高密度电流驱动LED的最佳结构为倒装结构，即将正装结构的芯片倒扣在高热导率的支撑衬底上，从而改善LED的散热性能。 共晶焊是倒装LED常用的两种封装方法之一，是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象。共晶物直接从固态变到液态，不经过塑性阶段[7]。共晶焊芯片属于面面接触，与传统线焊技术和倒装焊技术相比，能够进一步提高热传导效率及机械强度。此外，共晶焊芯片无需制作凸点，工艺复杂度得到降低。 本文介绍了共晶焊制作倒装高压LED的制作工艺，制备由10颗LED微晶粒串联而成的共晶焊倒装高压LED，并且通过相关实验、Trace-pro光模拟及ANSYS热模拟，对共晶焊与倒装焊高压 LED 芯片的电学、光学及热学性能进行详尽地分析比较。 1 实验概况共晶焊倒装HV LED的制作流程如图1所示。首先使用ICP刻蚀暴露出n-GaN层用以制作N型接触，然后在此基础上，使用5 μm厚的光刻胶及900 nm厚的SiO2作为掩膜，刻蚀至蓝宝石衬底层来隔离各个LED微晶粒，实现微晶粒间的电隔离。随后制作P型反射电极，选用电子束蒸发法沉积Ni/Ag/Pt/Au(厚度为7/4 000/500/2 000 Å)，金属薄膜覆盖整个p-GaN层，从而最大限度地提高光提取。蒸镀后为了形成良好的欧姆接触，在550 ℃空气气氛下对反射电极进行5 min的热退火。之后对PECVD沉积1 μm 的SiO2层对芯片进行钝化处理，从而防止后续N电极与P电极之间的短路。随后制作PN加厚电极Cr/Pt/AuSn(厚度为100/400/20 000 Å)。在我们的LED芯片中，P、N电极的高度差在1.9 μm左右，为了保险起见，N电极延伸至p-GaN层上，与P电极之间使用钝化层隔离开来，P加厚电极的目的是将P电极引出，使得P、N电极高度处于同一平面。这种结构对N电极的面积无特殊要求，仅需要考虑电流扩展问题。芯片制作完成后便是倒装支撑衬底的制作。基板制作完成后，采用共晶焊技术将两者键合，采用的焊料是AuSn (金80%，锡20%)。至此，共晶焊倒装HV LED器件制作完成。  图1 共晶焊倒装HV LED 工艺流程示意图 为了验证共晶焊倒装HV LED的性能，我们采用倒装焊LED与之进行对比，具体工艺流程如图2所示。首先进行ICP刻蚀暴露出n-GaN层、深刻蚀隔离以及P型欧姆接触的制作。接着制作N电极，N电极选用Cr/Pt/Au(厚度为100/400/14 400 Å)。之后PECVD沉积500 nm的SiO2层对芯片进行钝化处理，避免杂质原子的吸附，从而减少LED的漏电流。最后对蓝宝石衬底进行减薄划裂。倒装焊的工艺流程一般包括倒装基板金属化、金属凸点的制作以及芯片倒装三个步骤。Cr/Pt/Au(厚度为100/400/14 400 Å)金属体系作为互连电极被蒸发在AlN陶瓷基板上。电极制作完成后，采用植球机在电极表面植金球，金球直径为75 μm。LED芯片及Sub-mount制作完成后，采用超声倒装焊技术将两者键合 [8, 9]。至此，倒装焊高压 LED器件制作完成。 共晶焊高压LED的制备过程中，我们使用的共晶焊设备为HYBOND公司的UDB141半自动共晶贴片机。而在倒装焊高压LED的制备过程中，我们采用EB方法来实现倒装基板的金属化，采用PALOMAR 8000全自动晶圆植球机实现金属凸点的制作，采用台湾旭东机械工业有限公司的FC001实现倒装焊工艺。  图2 倒装HV LED芯片工艺流程示意图 2 结果与分析1)芯片外观。两种LED芯片的示意图如图3所示，其具体参数可参照表1。共晶焊HV LED的有效出光面积为1.09 mm2，是倒装焊高压LED的110%。倒装焊LED的金球凸点在压焊后直径扩展为100 μm左右，所以微晶粒N电极的尺寸只有超过100 μm，才能避免漏电的产生，这导致了过多有源区的损失。并且由于电极设计不合理，倒装焊LED电流分布非常不均匀。此外，由于倒装微晶粒的大小限制，每颗微晶粒仅有一个N pad与倒装基板通过金球连接，连接可靠性会影响整个倒装高压芯片。共晶焊高压LED的面面连接很好地解决了相关问题，因此它的有效出光面积得到了提升。此外，共晶焊高压LED相比倒装焊高压LED，侧壁长度更短，其侧壁出光面积是倒装焊高压LED的87.8%。 2)光提取模拟。我们使用Trace-pro光学追迹软件对倒装焊高压LED及共晶焊倒装HV LED的光提取进行了模拟。在建模过程中，我们忽略电极形貌及外延质量的差异，所建模型如图4所示。从光提取照片可以看出，与倒装焊高压LED相比，共晶焊结构的倒装HV LED光提取效率低了1.3%，这主要归因于此结构侧壁出光面积略小。  图3 两种LED芯片的结构对比 表1 倒装焊高压芯片与共晶焊高压芯片参数对比  参数倒装焊高压共晶焊高压有效出光面积/ mm20.991.09侧壁长度/mm19.0116.70  图4 倒装焊高压LED及共晶焊倒装HV LED 所建模型和光提取模拟  图5 倒装焊及共晶焊高压LED的伏安特性曲线及光强分布图 3)光电特性分析。我们通过伏安特性曲线对封装后的倒装焊及共晶焊高压LED进行了光电特性分析，结果如图5所示。倒装高压LED的开启电压基本上等于16颗微晶粒开启电压之和，在20 mA注入电流下，其单颗微晶粒的工作电压为3.1 V，总电压为49.8 V。共晶焊倒装HV LED的伏安特性显示，在20 mA注入电流下，共晶焊倒装HV LED的工作电压为30.0 V。 奥利司他对比二甲双胍降低超体质量或肥胖患者体质量疗效和安全性的Meta分析 ……………………… 刘永健等（5）：690 为了探索电极设计结构对LED光学特性的影响，我们使用LED光形分布量测仪对这两种结构的光强分布进行了检测。图5给出了两种芯片在1 W电注入功率下的光强分布照片。从光强分布图可以看出，共晶焊高压LED光强分布均匀，而倒装焊高压LED光强分布较为不均匀。由此可以推断，共晶焊高压LED具有比较均匀的电流扩展，几乎无电流拥挤效应。而倒装HV LED存在很明显的电流拥挤效应，电流拥挤现象出现在N电极边缘，这说明n-GaN的电流扩展存在一定的问题，问题的主要原因在于n-GaN层方阻与Ni/Ag电极电阻差异过大。 据悉，青海引导非公有制企业建立住房公积金制度，着重推进规模以上非公有制企业、重点企业和其他规模较大企业缴存扩面，发挥大型企业的典型示范作用。对确有困难的中小微企业，有针对性地进行政策引导，可在管理人员和有稳定劳动关系的职工中先行建立住房公积金制度，逐步实现全员覆盖。 4)光输出功率及外量子效率的下降特性。随后，我们对这两种结构的光输出功率(LOP)特性进行了对比，如图6(a)所示。在1 W电注入功率下，共晶焊倒装高压 LED的光输出功率为340.6 mW，相比倒装焊HV LED提高了10.5%，这主要归因于共晶焊LED更均匀的电流扩展特性。同时，共晶焊倒装HV LED具有更好的饱和特性，光特性的饱和来源于热效应的积累，说明共晶焊HV LED具有更好的散热特性。此外，我们还对这两种结构的外量子效率(EQE)及峰值波长随电流密度的变化进行了表征，如图6(b)所示。从归一化的外量子效率曲线中可以明显观察到，在1 000 mA/mm2注入电流密度(J)下，共晶焊高压 LED的外量子效率只下降了26.2%，而倒装焊高压LED的外量子效率下降了32.2%。  图6 倒装焊及共晶焊倒装HV LED 的LOP及发光效率下降特性 5)热分布模拟。进一步，我们使用有限元模拟分析方法对这两种LED 进行了热模拟，芯片的产热功率均设定为0.7 W。表2为模拟中所用材料的热导率及厚度。芯片产生的热量通过热传导到管壳再到散热体，最终通过对流或辐射释放到环境中。管壳选用半径为2 mm的铜制圆柱体，散热体为半径10 mm的铝基板。倒装结构中采用导热陶瓷作为倒装基板，其尺寸为1.6 mm×1.6 mm×0.4 mm。边界条件为：与空气的对流系数为15，环境温度为25 ℃。 这么儒雅英俊的中年大叔，雨鸾师父是修了多少辈子，才跟他结成夫妻的呀，当然，人家雨鸾师父也是沉鱼落雁，花容月貌，当年七秀坊七秀之一，配上他这个由金水镇来的穷小子，也是绰绰有余地。 模拟中所用的倒装焊LED器件的结构模型如图7(a)所示，右下角是倒装芯片与基板之间的侧视图。整个LED系统的温度场分布如图7(b)所示。从模拟结果来看，倒装焊HV LED的最高温度为89.3 ℃。 叶子成绩拔尖，因此身边也围绕着一群人中翘楚。每天，我侧着身体透过人群偷看她，有时会惊喜地发现她也在看我，便赶紧在0.1秒之间收回目光，佯装无所事事地转动手中的铅笔，但铅笔很不给面子，总是一次次地掉在地上。下了晚自习后，我独自骑行在深夜的街道，不断回味着白天和叶子的交集，飞速掠过的街景是模糊的，叶子的音容笑貌却是鲜活生动的。 图8(a)是共晶焊倒装LED系统的模型，右下角是倒装芯片与基板之间的侧视图。可以看到，共晶焊倒装芯片属于面面接触。图8(b)显示了共晶焊倒装LED系统的温度场分布。系统最高温度为85.4 ℃，比倒装焊HV LED的最高温度低3.9 ℃，证实了共晶焊倒装LED具有更好的散热特性。 表2 模拟中所用材料的热导率及厚度  材料热导率/(W·m-1·K-1)材料厚度/μmGaN1306Sapphire35200银胶2100Cu3982 000Al2371 500Au31730AuSn574导热陶瓷220400  图7 倒装焊倒装高压 LED系统模型和温度场分布  图8 共晶焊倒装HV LED系统模型和温度场分布 图9给出了倒装焊以及共晶焊倒装基板表面的温度分布。倒装焊高压 LED中，芯片与基板通过32个Au凸点连接。从图9(a)中可以看到，倒装焊基板的温度场分布不均匀，凸点位置的温度相对更高。相对倒装基板四周而言，基板中心位置的温度更高，说明中心位置的热量更难释放出去。然而，共晶焊倒装HV LED中，芯片与基板通过金属电极连接。倒装基板表面温度分布均匀，见图9(b)，说明面面接触增加了LED的散热通道，从而提高了倒装芯片的散热能力，使其更适合于大电流的操作。  图9 倒装焊和共晶焊HV LED倒装基板表面温度分布 3 结论我们对共晶焊工艺进行了探索，制备了由10颗LED微晶粒串联而成的共晶焊倒装高压 LED。通过与倒装焊高压LED的性能对比，证实共晶焊倒装高压LED在1 W电注入下光功率提升10.5%，光效下降现象得到进一步的缓解。同时，ANSYS热模拟结果表明共晶焊倒装结构由于面面接触，与点面接触的倒装焊高压LED相比，增加了散热通道，具有更好的散热特性，更适合大电流驱动。 1.2 方法 所有MRI扫描都在西门子Spectra 3.0T上进行，使用12通道头线圈，仰卧位进床扫描。扫描序列为轴位T1 flair、轴位T2 flair、轴位DWI及轴位SWI检查。SWI扫描参数为GRE序列：TR/TE:28/20ms，FOV：200，VOI：0.8×0.8×2.0mm，激励次数1NEX。扫描时间约12 min，并通过重建获取相位、幅值及MIP-SWI图像。 参考文献 [1] CHYI J I, YEH W Y, YEN H H, et al.The development of monolithic alternating current light-emitting diode[J]. 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