《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件

蘇永道教授濟南大學理學院封裝技術LED2022/12/61《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!§2.1LED芯片結(jié)構(gòu)

LED的封裝工藝有其自己的特點。對LED封裝前首先要做的是控制原物料。因為許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)瞎點現(xiàn)象，所以注意對原物料品質(zhì)的控制顯得尤其重要。LED芯片是半導體發(fā)光器件LED的核心部件，它主要由砷(AS)、鋁(AL)、鎵(Ga)、銦(IN)、磷(P)、氮(N)、鍶(Ｓi)這幾種元素中的若干種組成。2022/12/62《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!

＆

芯片按發(fā)光亮度分類可分為：☆一般亮度：R(紅色GAaAsP655nm)、H

(

高紅GaP697nm

)、G

(

綠色GaP565nm

)、Y

(

黃色GaAsP/GaP585nm

)、E(桔色GaAsP/

GaP635nm

)等；☆高亮度：VG(較亮綠色GaP565nm)、VY(較亮黃色GaAsP/

GaP585nm)、SR(較亮紅色GaA/AS660nm)；☆超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等。

＆

芯片按組成元素可分為：☆二元晶片(磷﹑鎵)：H﹑G等；☆三元晶片(磷﹑鎵﹑砷)：SR(較亮紅色GaA/AS660nm)、HR

(超亮紅色GaAlAs660nm)、UR(最亮紅色GaAlAs660nm)等；2022/12/63《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!☆四元晶片(磷﹑鋁﹑鎵﹑銦)：SRF(

較亮紅色

AlGalnP

)、HRF(超亮紅色

AlGalnP)、URF(最亮紅色AlGalnP630nm)、VY(較亮黃色GaAsP/GaP585nm)、HY(超亮黃色AlGalnP595nm)、UY(最亮黃色AlGalnP595nm)、UYS(最亮黃色AlGalnP587nm)、UE(最亮桔色AlGalnP620nm)、HE(超亮桔色AlGalnP620nm)、UG(最亮綠色AIGalnP574nm)LED等。＆發(fā)光二極管芯片制作方法和材料的磊晶種類：1.LPE：

液相磊晶法

GaP/GaP；2.VPE：

氣相磊晶法

GaAsP/GaAs；3.MOVPE：有機金屬氣相磊晶法)AlGaInP、GaN；2022/12/64《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!§2.1.1LED單電極芯片圖2.1單電極芯片結(jié)構(gòu)示意圖DEFCAHIBAGGJ電極直徑Jn型結(jié)晶基板E電極厚度In層D芯片高度Hp層C芯片尺寸（長×寬）G發(fā)光區(qū)Bn極金屬層Fp極金屬層A說明代碼說明代碼

單電極芯片結(jié)構(gòu)代碼含義2022/12/65《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!n極電極直徑Np極金屬層Gp極電極直徑M透明導電層F電極厚度Lp型接觸E芯片高度K發(fā)光層D芯片尺寸（寬）Jn型接觸CJHIGMNGABCEDFKLHL雙電極芯片結(jié)構(gòu)示意圖2022/12/66《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!§2.1.4LED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。應該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設備和LED器件的要求進行選擇?！?/p>

藍寶石（Al2O3）◆

硅

（Si）◆

碳化硅（SiC）一、藍寶石襯底藍寶石襯底有許多的優(yōu)點：

1.生產(chǎn)技術成熟、器件質(zhì)量較好

;2.穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中;3.機械強度高，易于處理和清洗。

三種襯底材料：2022/12/67《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!二、硅襯底

硅是熱的良導體，所以器件的導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)

L接觸(水平接觸)

V電極芯片L電極芯片采用藍寶石襯底和碳化硅襯底的LED芯片2022/12/68《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!好高好良-1.4490碳化硅(SiC)好低好良5~20150硅(Si)一般中差一般1.946藍寶石(Al2O3)抗靜電能力成本導熱性穩(wěn)定性膨脹系數(shù)(×10-6)導熱系數(shù)(W/m·K)襯底材料

三種襯底材料的性能比較

除了以上三種常用的襯底材料之外，還有GaAS、AlN、ZnO等材料也可作為襯底，通常根據(jù)設計的需要選擇使用。

2022/12/69《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!磊晶加熱干式刻蝕分離透明層P電極連接主要目的由加熱來打斷磊晶時產(chǎn)生的Mg-H鍵結(jié)﹐使P-GaN活性化﹔實驗證實在730℃氮氣環(huán)境下加熱20分鐘可有良好效果。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。因P-GaN阻抗大﹐造成電流散布不佳﹐增加透明層可改善P-GaN的電流散布﹐進而提高亮度﹐目前制造使用之透明電極為Ni/Au=30/70A,可與P-GaN有良好的歐姆接觸。制作電極以供打線用﹐目前使用Ni/Au=0.3/6kA為接觸電極﹐可有良好的歐姆接觸。某芯片廠家藍光LED的上游制作流程如下：2022/12/610《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!§2.1.6制作LED磊芯片方法的比較

HB-LEDLDVCSELHBT成本較高良好率低原料取得不易磊晶純度佳磊晶薄度控制佳磊晶平整度佳將有機金屬以氣體形式擴散至基板促使晶格表面粒子凝結(jié)MOCVD傳統(tǒng)LED磊晶薄度及平整度控制不易磊晶長成速度快量產(chǎn)能力尚可以氣體或電漿材料傳輸至基板促使晶格表面粒子凝結(jié)或解離VPE傳統(tǒng)LED磊晶薄度控制差磊晶平整度差操作簡單磊晶長成速度快具量產(chǎn)能力以溶融態(tài)的液體材料直接和基板接觸而沉積晶膜LPE主要應用缺點優(yōu)點特色磊晶方法

制作磊芯片的幾種常用方法2022/12/611《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!3.帶角電極芯片012UY512UOL012UYG012IRA二、雙電極芯片＆幾種雙電極芯片

514GSB4713DC010BLTB024I2022/12/612《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!二、LED支架結(jié)構(gòu)說明上Bar以上稱功能區(qū)、上Bar及上Bar以下稱非功能區(qū)備注長度邊距腳中心距腳寬高度支架部位109876代碼碗PICH陰陽極寬段差陰陽極間隙焊點支架部位54321代碼LED支架代碼說明2022/12/613《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!四、LED支架材質(zhì)銀(Ag)銅(Cu)鎳(Ni)銅(Cu)2銀(Ag)銅(Cu)鎳(Ni)1外鍍鐵材(SPCC)、銅材(Cu)基材LED支架材料注：1.外度三層；2.外度四層；3.鐵才和銅材價格差別較大。五、支架電鍍知識（略）2022/12/614《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!§2.2.2常用支架外觀圖集2003D112003EL3-12002L3平頭

2002C有杯

2022/12/615《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!3009

2015-2

51B

20062022/12/616《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!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碗底或二焊焊臺有凹凸高低不平現(xiàn)象凹凸不平1.影響作業(yè)(嚴重時)2.影響成品光斑、角度、亮度。杯碗因受損而造成變形碗口變形1.影響LED外觀2.影響LED焊接有刮傷痕跡造成電鍍層脫落等(受損面積0.05×0.05mm)支架刮傷1.影響LED外觀2.對LED的組裝造成一定影響支架上Bar陰陽極或下Bar有壓傷痕跡(壓傷面積超過0.1mm×0.1mm，深度超出0.03mm)支架壓傷成品偏心支架陰陽極前后左右偏移大于0.05mm支架傾斜1.造成焊線跳高現(xiàn)象(虛焊)2.損傷磁嘴支架立于水平面上，量測底部與平面的間隙大于0.2mm支架扇形彎曲2022/12/617《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!1.造成成品亮度有差異2.烘烤變色造成外觀不良3.影響焊線支架表面鍍層厚度上Bar為100±10μm(上Bar橫檔以上1mm)。全鍍下Bar為75±10μm；半鍍下Bar不低于10μm支架電鍍過薄1.影響LED外觀2.影響LED組裝焊接支架上Bar以下腳上有發(fā)白現(xiàn)象者支架異物(腳及下Bar發(fā)白)1.影響LED外觀2.影響切腳作業(yè)支架上Bar及下Bar均有毛刺現(xiàn)象，上Bar毛邊大于0.03mm，下Bar毛邊大于0.05mm支架毛邊1.成品偏心2.嚴重者無法焊線支架杯及陰極有左右偏離或上下偏離(可由測繪儀量測)支架彎頭1.影響LED外觀2.對插件造成影響支架鍍層表面附著不規(guī)則多余銀物質(zhì)銀殘留1.粗糙過大造成無法焊線2.造成焊接不良支架陽極焊點面有粗糙現(xiàn)象大于1/3PAD者支架粗糙同上420℃/6s下有變色、氣泡、銀層脫落現(xiàn)象焊線耐熱試驗1.死燈(影響產(chǎn)品壽命)2.成品VF值增加3.變色造成外觀不良及焊接問題150℃/3h下有變色、氣泡、銀層脫落現(xiàn)象烘烤檢驗2022/12/618《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!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/GaAlAs。不同LED芯片，其結(jié)構(gòu)大同小異，有外延用的芯片基板(藍寶石基板、碳化硅基板等)和摻雜的外延半導體材料及透明金屬電極等構(gòu)成。2022/12/619《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!§2.1.2LED雙電極芯片JHIGMNGABCEDFKLHL雙電極芯片結(jié)構(gòu)示意圖芯片尺寸（長）I低溫緩沖層Bn極金屬層H藍寶石基板A說明代碼說明代碼雙電極芯片結(jié)構(gòu)代碼含義2022/12/620《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!§2.1.3LED晶粒種類簡介GaAs/GaAsAlGaAs/GaAsAlGaAs/AlGaAs850nm~940nm紅外線不可見光GaInN/Sapphire455nm~485nm高亮度藍GaInN/Sapphire490nm~540nm高亮度藍綠/綠AlGaInP/GaAs高亮度綠GaP/GaP555nm~560nm綠AlGaInP/GaAs高亮度黃綠GaP/GaP569nm~575nm黃綠AlGaInP/GaAs高亮度黃GaAsP/GaP585nm~600nm黃AlGaInP/GaAs高亮度橙GaAsP/GaP605nm~622nm橙AlGaInP/GaAs630nm~645nm高亮度紅AlGaAs/GaAs645nm~655nm紅可見光結(jié)構(gòu)波長顏色類別晶粒種類2022/12/621《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!藍寶石襯底存在的問題：1.晶格失配和熱應力失配，會在外延層中產(chǎn)生大量缺陷；2.藍寶石是一種絕緣體，在上表面制作兩個電極，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。

藍寶石的硬度非常高,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行減薄和切割(從400nm減到100nm左右)。添置完成減薄和切割工藝的設備又要增加一筆較大的投資。

藍寶石襯底導熱性能不是很好(在100℃約為25W/m·K)，制作大功率LED往往采用倒裝技術(把藍寶石襯底剝離或減薄)。2022/12/622《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!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電和導熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。

碳化硅的導熱系數(shù)為490W/m·K，要比藍寶石襯底高出10倍以上。碳化硅制造成本較高，實現(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應的成本。

缺點優(yōu)點2022/12/623《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!§2.1.5LED芯片的制作流程擴散和鍵合晶粒光刻鍍金晶圓芯片拋光檢驗劃片崩裂等離子體刻蝕GaNLED芯片的制作流程綠光晶粒樣品2022/12/624《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!N電極連接測量襯底研磨劃片封裝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N-GaN有良好的歐姆接觸。做一般特性量測﹐主要有正向?qū)妷海╒F）﹐亮度﹐波長﹐方向擊穿電壓（VR）及良率量測﹐并將不良品淘汰。用鉆石研磨液對前站制作完成之芯片進行背面研磨﹐以便于切割及幫助散熱﹐目前大多研磨拋光至100μm,研磨良率可達91%。將晶粒封裝成LED,以便進行光的測試及靜電測試。將研磨完成的芯片裂成晶粒﹐生產(chǎn)良率可達到86%。2022/12/625《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!§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009UOV008RN010SOTK110DR2.方電極芯片010YGK009UYG113YGUM80SOU2022/12/626《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!§2.2lampLED支架介紹支架的作用：用來導電和支撐晶片。

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、鎳、銅、銀這五層所組成。一、LED支架圖2022/12/627《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!三、LED支架尺寸說明80-100um銀層厚度40-50um銅層厚度7.62mm杯中心距120-150um鎳層厚度鍍層管控厚度2.28mm02支架0.50×0.50mm厚度2.54mm03、04支架腳距152.4mm總長LED支架尺寸2022/12/628《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!六、支架供貨商管控相關條件上Bar80μm以上，下Bar45μm以上≧5g正常空氣中滯留3~7天管控條件銀層管控焊線拉力成品氧化項目420±10℃/5s420±10℃/6s500±10℃/3min170±10℃/3h管控條件焊接標準(06、07、09支架)焊接標準(03、04支架)短烤長烤項目LED支架供貨商管控條件2022/12/629《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!2003WA3-1

2004LD

2003S16P

2033-3A2022/12/630《LED芯片結(jié)構(gòu)》課件共33頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!§2.2.3LED支架進料檢驗內(nèi)容1.成品偏心2.造成焊線跨度距離過遠過近3.造成焊線滑球焊點及碗偏離中心軸線向前后左右偏移(支架彎曲管控：0.5mm)彎曲變形1.死燈(影響產(chǎn)品