LED芯片知識(shí)大解密
文章來(lái)源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2014-03-31
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1,、 LED芯片的制造流程是怎樣的?
LED芯片制造主要是為了制造有效可靠的低歐姆接觸電極,，并能滿足可接觸材料之間最小的壓降及提供焊線的壓墊，同時(shí)盡可能多地出光,。 渡膜工藝一般用真空蒸鍍方法,，其主要在1.33×10?4Pa高真空下，用電阻加熱或電子束轟擊加熱方法使材料熔化,，并在低氣壓下變成金屬蒸氣沉積在半導(dǎo)體材料表面,。一般所用的P型接觸金屬包括AuBe、AuZn等合金,，N面的接觸金屬常采用AuGeNi合金,。鍍膜后形成的合金層還需要通過(guò)光刻工藝將發(fā)光區(qū)盡可能多地露出來(lái)，使留下來(lái)的合金層能滿足有效可靠的低歐姆接觸電極及焊線壓墊的要求,。光刻工序結(jié)束后還要通過(guò)合金化過(guò)程,，合金化通常是在H2或N2的保護(hù)下進(jìn)行。合金化的時(shí)間和溫度通常是根據(jù)半導(dǎo)體材料特性與合金爐形式等因素決定,。當(dāng)然若是藍(lán)綠等芯片電極工藝還要復(fù)雜,，需增加鈍化膜生長(zhǎng)、等離子刻蝕工藝等,。
2,、 LED芯片制造工序中，哪些工序?qū)ζ涔怆娦阅苡休^重要的影響?
一般來(lái)說(shuō),，LED外延生產(chǎn)完成之后她的主要電性能已定型,，芯片制造不對(duì)其產(chǎn)甞核本性改變，但在鍍膜,、合金化過(guò)程中不恰當(dāng)?shù)臈l件會(huì)造成一些電參數(shù)的不良,。比如說(shuō)合金化溫度偏低或偏高都會(huì)造成歐姆接觸不良，歐姆接觸不良是芯片制造中造成正向壓降VF偏高的主要原因,。 在切割后,，如果對(duì)芯片邊緣進(jìn)行一些腐蝕工藝，對(duì)改善芯片的反向漏電會(huì)有較好的幫助,。這是因?yàn)橛媒饎偸拜喌镀懈詈�,，芯片邊緣�?huì)殘留較多的碎屑粉末，這些如果粘在LED芯片的PN結(jié)處就會(huì)造成漏電，甚至?xí)袚舸┈F(xiàn)象,。另外，如果芯片表面光刻膠剝離不干凈,，將會(huì)造成正面焊線難與虛焊等情況,。如果是背面也會(huì)造成壓降偏高。 在芯片生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)表面粗化,、劃成倒梯形結(jié)構(gòu)等辦法可以提高光強(qiáng),。
3、LED芯片為什么要分成諸如8mil,、9 mil,、…，13∽22 mil,，40 mil等不同尺寸?尺寸大小對(duì)LED光電性能有哪些影響?
LED芯片大小根據(jù)功率可分為小功率芯片,、中功率芯片和大功率芯片。根據(jù)客戶要求可分為單管級(jí),、數(shù)碼級(jí),、點(diǎn)陣級(jí)以及裝飾照明等類別。至于芯片的具體尺寸大小是根據(jù)不同芯片生產(chǎn)廠家的實(shí)際生產(chǎn)水平而定,，沒有具體的要求,。只要工藝過(guò)關(guān)，芯片小可提高單位產(chǎn)出并降低成本,，光電性能并不會(huì)發(fā)生根本變化,。芯片的使用電流實(shí)際上與流過(guò)芯片的電流密度有關(guān)，芯片小使用電流小,，芯片大使用電流大,，它們的單位電流密度基本差不多。如果10mil芯片的使用電流是20mA的話,，那么40mil芯片理論上使用電流可提高16倍,，即320mA。但考慮到散熱是大電流下的主要問(wèn)題,，所以它的發(fā)光效率比小電流低,。另一方面，由于面積增大,，芯片的體電阻會(huì)降低,，所以正向?qū)妷簳?huì)有所下降。
4,、 LED大功率芯片一般指多大面積的芯片?為什么?
用于白光的LED大功率芯片一般在市場(chǎng)上可以看到的都在40mil左右,，所謂的大功率芯片的使用功率一般是指電功率在1W以上。由于量子效率一般小于20?大部分電能會(huì)轉(zhuǎn)換成熱能，所以大功率芯片的散熱很重要,，要求芯片有較大的面積,。
5、 制造GaN外延材料的芯片工藝和加工設(shè)備與GaP,、GaAs,、InGaAlP相比有哪些不同的要求?為什么?
普通的LED紅黃芯片和高亮四元紅黃芯片的基板都采用GaP 、GaAs等化合物半導(dǎo)體材料,，一般都可以做成N型襯底,。采用濕法工藝進(jìn)行光刻，最后用金剛砂輪刀片切割成芯片,。GaN材料的藍(lán)綠芯片是用的藍(lán)寶石襯底,，由于藍(lán)寶石襯底是絕緣的,，所以不能作為L(zhǎng)ED的一個(gè)極,，必須通過(guò)干法刻蝕的工藝在外延面上同時(shí)制作P/N兩個(gè)電極并且還要通過(guò)一些鈍化工藝。由于藍(lán)寶石很硬,，用金剛砂輪刀片很難劃成芯片,。它的工藝過(guò)程一般要比GaP ,、GaAs材料的LED多而復(fù)雜。
6,、“透明電極”芯片的結(jié)構(gòu)與它的特點(diǎn)是什么?
所謂透明電極一是要能夠?qū)щ�,，二是要能夠透光。這種材料現(xiàn)在最廣泛應(yīng)用在液晶生產(chǎn)工藝中,，其名稱叫氧化銦錫,，英文縮寫ITO，但它不能作為焊墊使用,。制作時(shí)先要在芯片表面做好歐姆電極,，然后在表面覆蓋一層ITO再在ITO表面鍍一層焊墊。這樣從引線上下來(lái)的電流通過(guò)ITO層均勻分布到各個(gè)歐姆接觸電極上,，同時(shí)ITO由于折射率處于空氣與外延材料折射率之間,，可提高出光角度，光通量也可增加,。
7,、 用于半導(dǎo)體照明的芯片技術(shù)的發(fā)展主流是什么?
隨著半導(dǎo)體LED技術(shù)的發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多,，特別是白光LED的出現(xiàn),，更是成為半導(dǎo)體照明的熱點(diǎn)。但是關(guān)鍵的芯片,、封裝技術(shù)還有待提高,，在芯片方面要朝大功率,、高光效和降低熱阻方面發(fā)展。提高功率意味著芯片的使用電流加大,，最直接的辦法是加大芯片尺寸,，現(xiàn)在普遍出現(xiàn)的大功率芯片都在1mm×1mm左右，使用電流在350mA,。由于使用電流的加大,，散熱問(wèn)題成為突出問(wèn)題，現(xiàn)在通過(guò)芯片倒裝的方法基本解決了這一文題,。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)面臨一個(gè)前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn),。
8,、 什么是“倒裝芯片(Flip?Chip)”?它的結(jié)構(gòu)如何?有哪些優(yōu)點(diǎn)?
藍(lán)光LED通常采用Al2O3襯底，Al2O3襯底硬度很高,、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率低,，如果采用正裝結(jié)構(gòu)，一方面會(huì)帶來(lái)防靜電問(wèn)題,，照明產(chǎn)品,，另一方面，在大電流情況下散熱也會(huì)成為最主要的問(wèn)題,。同時(shí)由于正面電極朝上,，會(huì)遮掉一部分光，發(fā)光效率會(huì)降低,。大功率藍(lán)光LED通過(guò)芯片倒裝技術(shù)可以比傳統(tǒng)的封裝技術(shù)得到更多的有效出光,。
現(xiàn)在主流的倒裝結(jié)構(gòu)做法是：首先制備出具有適合共晶焊接電極的大尺寸藍(lán)光LED芯片，同時(shí)制備出比藍(lán)光LED芯片略大的硅襯底,，并在上面制作出供共晶焊接的金導(dǎo)電層及引出導(dǎo)線層(超聲金絲球焊點(diǎn)),。然后，利用共晶焊接設(shè)備將大功率藍(lán)光LED芯片與硅襯底焊接在一起,。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是外延層直接與硅襯底接觸,，硅襯底的熱阻又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于藍(lán)寶石襯底，所以散熱的問(wèn)題很好地解決了,。由于倒裝后藍(lán)寶石襯底朝上,，成為出光面，藍(lán)寶石是透明的,，因此出光問(wèn)題也得到解決,。
LED基礎(chǔ)知識(shí)
1、LED的基本特征是什么?何為L(zhǎng)ED的伏安特性?LED的電功率是如何計(jì)算的?
LED是一個(gè)由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管,，它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一種,，因此其電壓?電流之間的相互作用關(guān)系,，一般稱為伏特和安培特性(簡(jiǎn)稱V?I特性)。 當(dāng)LED上施加了規(guī)定的電壓Vf和電流If后,，可以用下式求出LED上的電功率Pe： Pe=Vf×If
2,、何為L(zhǎng)ED的電?光轉(zhuǎn)換?如何表述電光轉(zhuǎn)換效率?
當(dāng)在LED的PN結(jié)兩端加上正向偏置時(shí)，PN兩端就有電流流過(guò),。此時(shí),，在PN結(jié)中，受激發(fā)的電子從N型層向PN結(jié)(過(guò)渡層)移動(dòng),，而P型層中受激發(fā)的空穴也會(huì)向PN結(jié)移動(dòng),，電子與空穴在結(jié)中復(fù)合，產(chǎn)生載流子,。由于這是一種從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷,，復(fù)合載流子會(huì)產(chǎn)生光子，形成發(fā)光,，這就是人們稱之為的電?光轉(zhuǎn)換,。 通常，將這種電能到光能的轉(zhuǎn)換,，用百分比來(lái)表示它的轉(zhuǎn)換效率,。假設(shè)施加到LED上的電功率為Pe=Vf×If，此時(shí)LED產(chǎn)生的光的功率PLight為,，則用下式定義它的電?光轉(zhuǎn)換效率： ηeL=(Plight/Pe)×100% 當(dāng)ηeL<100%時(shí),，說(shuō)明有相當(dāng)部分復(fù)合載流子并沒有產(chǎn)生光子而損耗，成為PN中的熱能,。LED電?光轉(zhuǎn)換效率越高,，PN結(jié)上因加置電功率后引起的熱量越低，而目前LED的電光轉(zhuǎn)換效率并不是很高,，因此仍遇到LED的PN發(fā)熱和由這一熱量引起的種種問(wèn)題,。
3、在通用照明領(lǐng)域,，LED取代傳統(tǒng)光源從目前來(lái)看還須克服哪些障礙?
�,、虐l(fā)光效率障礙。目前白光LED的光效一般為50lm/W,，與熒光燈的效率相比還有一定差距,，白光LED用于局部照明，節(jié)能效果有限,。只有白光LED的發(fā)光效率高于熒光燈,，達(dá)到100lm/W，才會(huì)有明顯的節(jié)能效果,。
�,、苾r(jià)格障礙,。目前LED光源的價(jià)格每流明高于0.1美元，是白熾燈價(jià)格的100多倍,。
�,、枪β蔐ED制作技術(shù)。其基本關(guān)鍵技術(shù)包括： ①提高外研片內(nèi)量子效率,。 ②提高大尺寸芯片的外量子效率,。 ③提高封裝的取光效率。 ⑷熒光粉的制作和涂敷技術(shù),。熒光粉是LED實(shí)現(xiàn)白光照明的關(guān)鍵材料,，效率高、顯色性好,、性能穩(wěn)定的熒光粉能提高白光LED的出光率和產(chǎn)品質(zhì)量,。
4、什么是半導(dǎo)體?
根據(jù)物質(zhì)的導(dǎo)電性,，固態(tài)材料可分為絕緣體、半導(dǎo)體,、導(dǎo)體,。電導(dǎo)率介于10-8?103S/cm(S：西門子 電導(dǎo)的單位)之間或是電阻率介于108?10-3Ω*cm(Ω：歐姆 電阻的單位)的固態(tài)材料稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體分元素半導(dǎo)體(如硅,、鍺等)和化合物半導(dǎo)體,。化合物半導(dǎo)體有二元化合物半導(dǎo)體(如SiC,、AlP,、GaS)、三元化合物半導(dǎo)體(如AlGaAs,、GaInP),、四元化合物半導(dǎo)體(如AlGaInP、GaInAsP)等,。能用作LED的半導(dǎo)體材料只有化合物半導(dǎo)體,，元半導(dǎo)體不能用LED作的材料。
5,、哪些產(chǎn)業(yè)是LED產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成部分?
LED產(chǎn)業(yè)鏈大致可分為五部分：
�,、僭牧�;
②LED上游產(chǎn)業(yè),，主要包括外延材料和芯片制造;
�,、跮ED中游產(chǎn)業(yè)，主要包括各種LED器件的封裝;
�,、躄ED下游產(chǎn)業(yè),，主要包括LED的應(yīng)用產(chǎn)品;
�,、轀y(cè)試儀器和生產(chǎn)設(shè)備。
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