§2.1LED芯片結(jié)構(gòu)

1、<2Imldo Uftit EmHl PF<2bM 第2章LED的封裝原物料LED的封裝工藝有其自己的特點(diǎn)。對LED封裝前首先要做 的是控制原物料。因?yàn)樵S多場合需要戶外使用，環(huán)境條件往往 比較惡劣，不是長期在高溫下工作就是長期在低溫下工作，而 且長期受雨水的腐蝕，如LED的信賴度不是很好，很容易出現(xiàn) 瞎點(diǎn)現(xiàn)象，所以注意對原物料品質(zhì)的控制顯得尤其重要。§ 2.1 LED芯片結(jié)構(gòu)LED芯片是半導(dǎo)體發(fā)光器件LED的核心部件，它主要由 碑(AS)、鋁(AL)、稼(Ga)、錮(IN)、磷(P)、氮(N)、鋰(Si)這 幾種元素中的若干種組成。&芯片按發(fā)光亮度分類可分為：般亮

2、度：R（紅色GAaAsP655nm）> H （高紅GaP697nm）、 G （綠色GaP565nm）、Y （黃色GaAsP/GaP 585nm ）、E（桔色 GaAsP/ GaP 635nm ）等；高亮度：VG（較亮綠色GaP565nm）、VY（較亮黃色GaAsP/ GaP 585nm ）、SR（較亮紅色GaA/AS 660nm ）；超高亮度：UG. UY. UR. UYS> URF、UE等。二元晶片（磷.稼）:H. G等;三元晶片（磷.錫.碑）:SR（較亮紅色 GaA/AS 660nm）、（超亮紅色GaAlAs 660mn）、UR（最亮紅色GaAlAs660nm）等;四元晶片（磷

3、、鋁.掾.錮）:SRF（較亮紅色 AlGalnP）.HRF（超亮紅色 AlGalnP）、URF（最亮紅色 AlGalnP 630nm）、VY（較亮黃色GaAsP/GaP585nm） HY（超亮黃色AlGalnP595nm）、UY（最亮黃色 AlGalnP 595nm）、UYS（最亮黃色 AlGalnP 587nm） UE（最亮桔色 AlGalnP620nm） HE（超亮桔 色 AlGalnP 620mn）、UG （最亮綠色 AlGalnP 574nm） LED等。1-LPE：液相磊晶法GaP/GaP；2. VPE:氣相磊晶法 GaAsP/GaAs ；3. MOVPE：有機(jī)金屬氣相磊晶法）AlG

4、alnP、GaN；4.SH：單異型結(jié)構(gòu) GaAlAs/GaAs；5.DH：雙異型結(jié)構(gòu) GaAlAs/GaAs；6.DDH：雙異型結(jié)構(gòu) GaAlAs/GaAlAso不同LED芯片，其結(jié)構(gòu)大同小異，有外延用的芯片基板（藍(lán) 寶石基板、碳化硅基板等）和摻雜的外延半導(dǎo)體材料及透明金屬 電極等構(gòu)成。tttt障£ED邯J封裝原物料WIIIIII£【 § 2.1.1 LED單電極芯片圖2.1單電極芯片結(jié)構(gòu)示意圖單電極芯片結(jié)蘋J代碼含義代碼說明代碼說明Ap極金屬層Fn極金屬層B發(fā)光區(qū)G芯片尺寸（長X寬）CP層H芯片高度D口層1電極厚度En型結(jié)晶基板J電極直徑bM 第2章LED的封裝

5、原物料§ 2.1.2 LED雙電極芯片bM 第2章LED的封裝原物料bM 第2章LED的封裝原物料雙電極芯片結(jié)構(gòu)代碼含義代碼說明代碼說明A藍(lán)寶石基板Hn極金屬層B低溫緩沖層I芯片尺寸（長）bM 第2章LED的封裝原物料bM 第2章LED的封裝原物料M0bM 第2章LED的封裝原物料 IT嘉賓'普翹彥隨Cn型接觸J芯片尺寸（寬）D發(fā)光層K芯片高度Ep型接觸L電極厚度F透明導(dǎo)電層MP極電極直徑Gp極金屬層Nn極電極直徑雙電極芯片結(jié)構(gòu)示意圖bM 第2章LED的封裝原物料§ 2.1.3 LED晶粒種類簡介晶粒種類類別顏色波長結(jié)構(gòu)|可見光紅645nm-655nmAlGaAs/

6、GaAs|高亮度紅630nm 645nmAlGalnP/GaAs|橙605nm622nmGaAsP/GaP高亮度橙AlGalnP/GaAs黃585nm-600nmGaAsP/GaP高亮度黃AlGalnP/GaAs黃綠569nm 575nmGaP/GaP|高亮度黃綠AlGalnP/GaAs綠555nm-560nmGaP/GaP|高亮度綠AlGalnP/GaAs高亮度藍(lán)綠/綠490nm540nmGalnN/Sapphire高亮度藍(lán)455nm485nmGalnN/Sapphire不可見光紅外線850nm 940nmGaAs/GaAsAlGaAs/GaAs AlGaAs/AlGaAs|bM 第2章LE

7、D的封裝原物料§ 2.1.4 LED襯底材料的種類對于制作LED芯片來說，襯底材料的選用是首要考慮的問 題。應(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)備和LED器件的要求進(jìn)行選擇。藍(lán)寶石（A12O3）三種襯底材料：硅（Si）I 碳化硅(SiC)一、藍(lán)寶石襯底廠1生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好;藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn):<2穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長過 程中；13機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。1晶格失配和熱應(yīng)力失配，會在外延層中產(chǎn) 生大量缺陷；藍(lán)寶石襯底存在的問題： 2.藍(lán)寶石是一種絕緣體，在上表面制作兩個(gè)電 極，造成了有效發(fā)光面積減少；、3增加了光刻、蝕刻工藝過程，制作成本高。藍(lán)寶石的硬度

8、非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石， 但是在LED器件的制作過程中卻需要對它進(jìn)行減薄和切割（從 400nin減到lOOrnn左右）。添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要 增加一筆較大的投資。藍(lán)寶石襯底導(dǎo)熱性能不是很好（在100°C約為25W/H1-K）,制 作大功率LED往往采用倒裝技術(shù)（把藍(lán)寶石襯底剝離或減?。?。2013-5-5南誤皤想曙隱1bM 第2章LED的封裝原物料二、硅襯底硅是熱的良導(dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從 而延長了器件的壽命硅襯底芯片電極采用兩種接觸方式：V接觸(垂直接觸)p CaN(Mg)p-GoN P AkmAiflu oNn-GaNn-AL rz?G

9、®n.*ti Nn-StC 孩化越彗疑L接觸(水平接觸bM 第2章LED的封裝原物料L電極芯片V電極芯片釆用藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底的LED芯片三、碳化硅襯底碳化硅襯底（CREE公司專門采用SiC材料作為襯底）的LED芯片，電極是L型電極，電流是縱向流動的。采用這種襯底制作的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。以上。碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為490W/mK,要比藍(lán)寶石襯底高出10倍碳化硅制造成本較高，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應(yīng)的成本。bM 第2章LED的封裝原物料除了以上三種常用的襯底材料之外，還有GaAS、AIN、ZnO 等材料也可作為襯底，通常根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選擇使

10、用。第2章LED的封裝原物料§ 2.1.5 LED芯片的制作流程等離子體刻蝕GaN劃片綠光晶粒樣品一巒丿11擴(kuò)散和鍵合Ci光刻檢驗(yàn)鍍金崩裂 M fcf < ai a a abM 第2章LED的封裝原物料2013-5-5W鬲氛ibM 第2章LED的封裝原物料某芯片廠家藍(lán)光LED的上游制作流程如下:磊晶加熱主要目的由加熱來打斷磊晶時(shí)產(chǎn)生的MgH鍵結(jié)，使 P-GaN活性化；實(shí)驗(yàn)證實(shí)在730C氮?dú)猸h(huán)境下加熱20 分鐘可有良好效果。干式刻蝕分離由干式蝕刻(RLE)將晶粒的一部份蝕刻到N-GaN,使 N旁邊露出表面以便連接。透明層因P-GaN阻抗大，造成電流散布不佳，增加透明層可 改善PG

11、aN的電流散布，進(jìn)而提高亮度，目前制造使 用之透明電極為N i/Au=30/70A,nT與PGaN有良好的 歐姆接觸。P電極連接制作電極以供打線用，目前使用Ni/Au=03/6kA為接 觸電極，可有良好的歐姆接觸。2013-5-5W鬲氛i:第2章LED的封裝原物料N電極連接將研磨完成的芯片裂成晶粒，生產(chǎn)良率可達(dá)到86%。制作電極以供打線用，目前使用Ti/Al=0.6/6kA為接觸 電極，可與NGaN有良好的歐姆接觸。用鉆石研磨液對前站制作完成之芯片進(jìn)行背面研磨， 以便于切割及幫助散熱，目前大多研磨拋光至lOOpg 研磨良率可達(dá)91 % o做一般特性量測，主要有正向?qū)妷海╒F）,亮 度，波長

12、，方向擊穿電壓（VR）及良率量測，并將 不良品淘汰。劃片封裝將晶粒封裝成LED,以便進(jìn)行光的測試及靜電測試。亠"步MM HMMM1 2013-5-5第2章EED的封裝原物料§ 2.1.6制作LED磊芯片方法的比較制作磊芯片的兒種常用方法磊晶方法特色優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)主要應(yīng)用LPE以溶融態(tài)的液體材料直 接和基板接觸而沉 積晶膜操作簡單磊晶長成速度快 具量產(chǎn)能力磊晶薄度控制差 磊晶平整度差傳統(tǒng)LEDVPE以氣體或電漿材料傳輸 至基板促使晶格表 而粒子凝結(jié)或解離磊晶長成速度快 量產(chǎn)能力尚可磊晶薄度及平整 度控制不易MOCVD將有機(jī)金屬以氣體形式 擴(kuò)散至基板促使晶 格表面粒子凝結(jié)磊晶純度佳

13、磊晶薄度控制佳 磊晶平整度佳成本較高良好率低 原料取得不易HB-LED LD VCSEL HBT第2章LED的封裝原物料§ 2.1.7常用芯片簡圖（在此只給出幾種）一、單電極芯片1圓電極芯片2方電極芯片72.bM 第2章LED的封裝原物料2013-5-572.bM 第2章LED的封裝原物料3.帶角電極芯片二、雙電極芯片&幾種雙電極芯片4713DC 514GSB 010BLTB024I2013-5-5bM 第2章 LED的封裝原物料§ 2.2 lamp LED支架介紹支架的作用：用來導(dǎo)電和支撐晶片。支架的組成：一般來說是由支架素材經(jīng)過電鍍而形成，由里 到外是素材、銅、

14、葆、銅、銀這五層所組成。一、LED支架圖"21bM 第2章丄ED的封裝原物料二、LED支架結(jié)構(gòu)說明bM 第2章丄ED的封裝原物料bM 第2章丄ED的封裝原物料LED支架代碼說明支架部位代碼焊點(diǎn)陰陽極間隙段差陰陽極寬碗 PICHbM 第2章丄ED的封裝原物料bM 第2章丄ED的封裝原物料10代碼bM 第2章丄ED的封裝原物料bM 第2章丄ED的封裝原物料支架部位高度腳寬腳中心距邊距長度bM 第2章丄ED的封裝原物料bM 第2章丄ED的封裝原物料備注±Bar以上稱功能區(qū)、上Bar及上Bar以下稱非功能區(qū)bM 第2章LED的封裝原物料bM 第2章LED的封裝原物料三、LED支架尺

15、寸說明LED支架尺寸總長152.4mm厚度0.50 X 0.50mm鐮層厚度120-150um鍍層髻厚銅層厚度杯中心距03、04支架2.54mm02支架2.28mm7.62mm腳距40-50 um80-100um忙切/另翹玄隨銀層厚度bM 第2章LED的封裝原物料四、LED支架材質(zhì)LED支架材料函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料基材鐵材(SPCC)、銅材(Cu)函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料銀(Ni)銅(Cu)銀(Ag)外鍍銀(Ag)銅(Cu)謀(Ni)銅(C

16、u)函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料注：1 外度三層；2外度四層；3鐵才和銅材價(jià)格差別較大。函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料五、支架電鍍知識(略)函爲(wèi)矣,醪翅轡臆24bM 第2章LED的封裝原物料長烤短烤170±10°C/3h420±10°C/6s420 ±10 °C/5s焊線拉力銀層管控=5g500±10°C/3min焊接標(biāo)準(zhǔn)（03、04支架）焊接標(biāo)準(zhǔn)（06、07、09支架）正常

17、空氣中滯留37天成品氧化六、支架供貨商管控相關(guān)條件LED支架供貨商管控條件項(xiàng)目管髻項(xiàng)目管馨JlBar80jim 以上,下Bar45pm 以上bM 第2章LED的封裝原物料§ 222常用支架外觀圖集bM 第2章LED的封裝原物料bM 第2章LED的封裝原物料2002C有杯2002L3平頭2003D112003EL3-1d9lS£003VE-EEOZ t t t t 1151B20062015-23009第2章EED的封裝原物料283-5-5bM 第2章LED的封裝原物料§ 2.2.3 LED支架進(jìn)料檢驗(yàn)內(nèi)容LED封裝廠家對支架進(jìn)料時(shí)的檢驗(yàn)內(nèi)容不良說明項(xiàng)目數(shù)量短少混料

18、生銹變色鍍層起泡脫落彎曲變形對LED造成的影響1 死燈（影響產(chǎn)品壽命）2.成品Vf值增加1.成品偏心2 造成焊線跨度距離過遠(yuǎn)過近3 造成焊線滑球抽檢時(shí)每1K包裝內(nèi)少數(shù)或少整K數(shù)同批支架內(nèi)混有兩種或兩種以 上不同型號支架電鍍層氧化等造成生銹變色（特 別是功能區(qū)）經(jīng)150°C/3h烘烤或焊接實(shí)驗(yàn)后 鍍層有起泡或脫落露出銅層焊點(diǎn)及碗偏離屮心軸線向前后 左右偏移（支架彎曲管控：0.5 mm）1影響數(shù)量管控2.成本增加1. 影響產(chǎn)品特性2造成作業(yè)困擾，增加挑選 工時(shí)1固晶推力不足2. 打線拉力不足3. 成品Vf值增加4 水清產(chǎn)品造成外觀上不良bM 第2章LED的封裝原物料成品偏心杯碗因受損而造

19、成變形度。1. 影響LED外觀2. 影響LED焊接支架立于水平而上，量測底部 與平而的間隙大于0.2mm1造成焊線跳高現(xiàn)象（虛焊）2 損傷磁嘴支架扇形彎曲支架傾斜支架陰陽極前后左右偏移大于0.05mm支架壓傷支架刮傷碗口變形凹凸不平碗底或二焊焊臺有凹凸高低不 平現(xiàn)象支架上Bai陰陽極或下Bar有壓 傷痕跡（壓傷面積超過0mm X 0mm,深度超出0.03mm）有刮傷痕跡造成電鍍層脫落等 （受損而積0.05 X 0.05mm）1. 影響LED外觀2. 對LED的組裝造成一定影響1 影響作業(yè)（嚴(yán)重時(shí)）2影響成品光斑、角度、亮1 芯片傾斜造成固晶推力不 足、焊線掉晶2.芯片未固到底與碗底接觸 不良造成電性問題3 二焊不平造成虛焊bM 第2章LED的封裝原物料bM 第2章LED的封裝原物料陰陽極變形杯子或二焊偏離屮心點(diǎn)（陰陽極 位置不在一條直線上或同時(shí)往 一邊偏離）1.成品偏心不良2 造成焊線跨度距離過遠(yuǎn)過 近（嚴(yán)重造成粘固不牢形 成死燈）沖壓不良電鍍不均支架污染支架燒焦支架任何部位因沖壓過程造成 不規(guī)則變形者支架銀層有厚薄不一而造成銀 層顏色差異杯內(nèi)及二焊焊臺有殘留臟物或 水紋污染支架有燒黑燒糊狀物質(zhì)（因電鍍 廠商制程屮瞬間電流過高所致）尺寸不符，無法使用