LED芯片的制造工藝流程

LED芯片的制造工藝流程

外延生長的基本原理是：在一塊加熱至適當(dāng)溫度的襯底基片(主要有藍(lán)寶石和、SiC、Si)上，氣態(tài)物質(zhì)InGaAlP有控制的輸送到襯底表面，生長出特定單晶薄膜。目前LED外延片生長技術(shù)主要采用有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積方法。

MOCVD介紹：

金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，簡稱MOCVD)，1968年由美國洛克威爾公司提出來的一項制備化合物半導(dǎo)體單品薄膜的新技術(shù)。該設(shè)備集精密機(jī)械、半導(dǎo)體材料、真空電子、流體力學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、計算機(jī)多學(xué)科為一體，是一種自動化程度高、價格昂貴、技術(shù)集成度高的尖端光電子專用設(shè)備，主要用于GaN(氮化鎵)系半導(dǎo)體材料的外延生長和藍(lán)色、綠色或紫外發(fā)光二極管芯片的制造，也是光電子行業(yè)最有發(fā)展前途的專用設(shè)備之一。

LED芯片的制造工藝流程：

外延片→清洗→鍍透明電極層→透明電極圖形光刻→腐蝕→去膠→平臺圖形光刻→干法刻蝕→去膠→退火→SiO2沉積→窗口圖形光刻→SiO2腐蝕→去膠→N極圖形光刻→預(yù)清洗→鍍膜→剝離→退火→P極圖形光刻→鍍膜→剝離→研磨→切割→芯片→成品測試。

其實外延片的生產(chǎn)制作過程是非常復(fù)雜的，在展完外延片后，下一步就開始對LED外延片做電極(P極，N極)，接著就開始用激光機(jī)切割LED外延片(以前切割LED外延片主要用鉆石刀)，制造成芯片后，在晶圓上的不同位置抽取九個點做參數(shù)測試，如圖所示：

1、主要對電壓、波長、亮度進(jìn)行測試，能符合正常出貨標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的晶圓片再繼續(xù)做下一步的操作，如果這九點測試不符合相關(guān)要求的晶圓片，就放在一邊另外處理。

2、晶圓切割成芯片后，100%的目檢(VI/VC)，操作者要使用放大30倍數(shù)的顯微鏡下進(jìn)行目測。

3、接著使用全自動分類機(jī)根據(jù)不同的電壓，波長，亮度的預(yù)測參數(shù)對芯片進(jìn)行全自動化挑選、測試和分類。

4、最后對LED芯片進(jìn)行檢查(VC)和貼標(biāo)簽。芯片區(qū)域要在藍(lán)膜的中心，藍(lán)膜上最多有5000粒芯片，但必須保證每張藍(lán)膜上芯片的數(shù)量不得少于1000粒，芯片類型、批號、數(shù)量和光電測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)記錄在標(biāo)簽上，附在蠟光紙的背面。藍(lán)膜上的芯片將做最后的目檢測試與第一次目檢標(biāo)準(zhǔn)相同，確保芯片排列整齊和質(zhì)量合格。這樣就制成LED芯片(目前市場上統(tǒng)稱方片)。

在LED芯片制作過程中，把一些有缺陷的或者電極有磨損的芯片，分撿出來，這些就是后面的散晶，此時在藍(lán)膜上有一些不符合正常出貨要求的晶片，也就自然成了邊片或***等。

剛才談到在晶圓上的不同位置抽取九個點做參數(shù)測試，對于不符合相關(guān)要求的晶圓片作另外處理，這些晶圓片是不能直接用來做LED方片，也就不做任何分檢了，直接賣給客戶了，也就是目前市場上的LED大圓片(但是大圓片里也有好東西，如方片)。

Sputter在辭典中意思為：(植物)濺散。此之所謂濺鍍乃指物體以離子撞擊時，被濺射飛散出。因被濺射飛散的物體附著于目標(biāo)基板上而制成薄膜。在日光燈的插座附近常見的變黑現(xiàn)象，即為身邊最賞見之例，此乃因日光燈的電極被濺射出而附著于周圍所形成。濺鍍現(xiàn)象，自19世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)以來，就不受歡迎，特別在放電管領(lǐng)域中尤當(dāng)防止。近年來被引用于薄膜制作技術(shù)效效佳，將成為可用之物。

薄膜制作的應(yīng)用研究，當(dāng)初主要為BellLab.及WesternElectric公司，于1963年制成全長10m左右的連續(xù)濺鍍裝置。1966年由IBM公司發(fā)表高周波濺鍍技術(shù)，使得絕緣物之薄膜亦可制作。后經(jīng)種種研究至今已達(dá)“不管基板的材料為何，皆可被覆蓋任何材質(zhì)之薄膜”目的境地。

而若要制作一薄膜，至少需要有裝置薄膜的基板及保持真空狀況的道具(內(nèi)部機(jī)構(gòu))。這種道具即為制作一空間，并使用真空泵將其內(nèi)氣體抽出的必要。

一、真空簡介：

所謂真空，依JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))定義如下：較大氣壓力低的壓力氣體充滿的特定的空間狀態(tài)。真空區(qū)域大致劃分及分子運(yùn)動如下：

二、Sputter(磁控濺鍍)原理：

1、Sputter濺鍍定義：在一相對穩(wěn)定真空狀態(tài)下，陰陽極間產(chǎn)生輝光放電，極間氣體分子被離子化而產(chǎn)生帶電電荷，其中正離子受陰極之負(fù)電位加速運(yùn)動而撞擊陰極上之靶材，將其原子等粒子濺出，此濺出之原子則沉積于陽極之基板上而形成薄膜，此物理現(xiàn)象即稱濺鍍。而透過激發(fā)、解離、離子化……等反應(yīng)面產(chǎn)生的分子、原子、受激態(tài)物質(zhì)、電子、正負(fù)離子、自由基、UV光(紫外光)、可見光……等物質(zhì)，而這些物質(zhì)混合在一起的狀態(tài)就稱之為電漿(Plasma)。下圖為Sputter濺鍍模型(類似打臺球模型)：

圖一中的母球代表被電離后的氣體分子，而紅色各球則代表將被濺鍍之靶材(Si、ITO&Ti等)，圖二則代表濺鍍后被濺射出的原子、分子等的運(yùn)動情形;即當(dāng)被加速的離子與表面撞擊后，通過能量與動量轉(zhuǎn)移過程(如圖三)，低能離子碰撞靶時，不能從固體表面直接濺射出原子，而是把動量轉(zhuǎn)移給被碰撞的原子，引起晶格點陣上原子的鏈鎖式碰撞。這種碰撞將沿著晶體點陣的各個方向進(jìn)行。同時，碰撞因在原子最緊密排列的點陣方向上最為有效，結(jié)果晶體表面的原子從鄰近原子那里得到愈來愈大的能量，如果這個能量大于原子的結(jié)合能，原子就從固體表面從各個方向濺射出來。

圖四為CPTF之Sputter磁控濺射設(shè)備簡要模型：電子在交互電場與磁場E×B作用下將氣體電離后撞擊靶材表面，使靶材原子或分子等濺射出來并在管面經(jīng)過吸附、凝結(jié)、表面擴(kuò)散遷移、碰撞結(jié)合形成穩(wěn)定晶核。然后再通過吸附使晶核長大成小島，島長大后互相聯(lián)結(jié)聚結(jié)，最后形成連續(xù)狀薄膜。

2、Sputter濺鍍物理原理：

2.1、Sputter濺鍍理論根據(jù)詳解：

洛侖茲力：實驗和理論證明，在磁感強(qiáng)度為B的磁場中，電荷為q、運(yùn)動速度為的帶電粒子，所受的磁場力為

此力通常稱為洛倫茲力.此公式稱為洛倫茲公式。

根據(jù)運(yùn)動電荷在磁場中的洛倫茲力公式，洛倫茲力的大小為：。

從公式可以看出，洛倫茲力的大小不僅和的大小有關(guān)，而且取決于和之間的夾角的正弦。

當(dāng)時，，。此時，運(yùn)動電荷不受磁力作用。

當(dāng)時，，。此時，運(yùn)動電荷受到最大磁力作用。洛倫茲力的方向為：服從右手螺旋法則。運(yùn)動電荷帶電量的正負(fù)不同，即使在均相同的情況下，洛倫茲力的方向也不同。

當(dāng)時，，即磁場力的方向服從右手螺旋法則。

當(dāng)時，，負(fù)號說明磁場力的方向在右手螺旋法則規(guī)定的反方向。始終運(yùn)動方向垂直，故洛倫茲力對運(yùn)動電荷永不做功,洛倫茲力公式是安培定律的微觀形式。

洛倫茲公式是洛倫茲在20世紀(jì)初首先根據(jù)安培定律導(dǎo)出的，之后從實驗上得到了驗證。對載流導(dǎo)體在磁場中所受的力，從微觀上看，是導(dǎo)體中作定向運(yùn)動的電子受磁場力作用的結(jié)果。根據(jù)安培定律，和電流強(qiáng)度的微觀表示形式，

如右圖中電流元受到的安培力可改寫為:

粒子速度平行于磁場方向的分量所對應(yīng)的洛倫茲分力，將使粒子作勻速直線運(yùn)動，兩個分運(yùn)動合成為螺旋線運(yùn)動。

2.2、Sputter濺鍍物理原理：

磁控濺射的工作原理如下圖所示;電子在電場E作用下，在飛向基板過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離出Ar+和一個新的電子，電子飛向基片，Ar+在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子則淀積在基片上形成薄膜。二次電子el一旦離開靶面，就同時受到電場和磁場的作用。為了便于說明電子的運(yùn)動情況，可以近似認(rèn)為：二次電子在陰極暗區(qū)時，只受電場作用;一旦進(jìn)入負(fù)輝區(qū)就只受磁場作用。于是，從靶面發(fā)出的二次電子，首先在陰極暗區(qū)受到電場加速，飛向負(fù)輝區(qū)。進(jìn)入負(fù)輝區(qū)的電子具有一定速度，并且是垂直于磁力線運(yùn)動的。在這種情況下，電子由于受到磁場B洛侖茲力的作用，而繞磁力線旋轉(zhuǎn)。電子旋轉(zhuǎn)半圈之后，重新進(jìn)入陰極暗區(qū)，受到電場減速。當(dāng)電子接近靶面時，速度即可降到零。以后，電子又在電場的作用下，再次飛離靶面，開始一個新的運(yùn)動周期。電子就這樣周而復(fù)始，跳躍式地朝著E(電場)×B(磁場)所指的方向漂移(見下圖)。簡稱E×B漂移。

電子在正交電磁場作用下的運(yùn)動軌跡近似于一條擺線。若為環(huán)形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面作圓周運(yùn)動。二次電子在環(huán)狀磁場的控制下，運(yùn)動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)中電離出大量的Ar+離子用來轟擊靶材，從而實現(xiàn)了磁控濺射淀積速率高的特點。隨著碰撞次數(shù)的增加，電子e1的能量消耗殆盡，逐步遠(yuǎn)離靶面。并在電場E的作用下最終沉積在基片上。由于該電子的能量很低，傳給基片的能量很小，致使基片溫升較低。另外，對于e2類電子來說，由于磁極軸線處的電場與磁場平行，電子e2將直接飛向基片，但是在磁極軸線處離子密度很低，所以e2電子很少，對基片溫升作用極微。

綜上所述，磁控濺射的基本原理，就是以磁場來改變電子的運(yùn)動方向，并束縛和延長電子的運(yùn)動軌跡，從而提高了電子對工作氣體的電離幾率和有效地利用了電子的能量。因此，使正離子對靶材轟擊所引起的靶材濺射更加有效。同時，受正交電磁場束縛的電子，又只能在其能量要耗盡時才沉積在基片上。這就是磁控濺射具有“低溫”，“高速”兩大特點的道理。具體應(yīng)用于Sputter磁控濺射中之情形如下圖所示。

LED制作流程分為兩大部分。首先在襯低上制作氮化鎵(GaN)基的外延片，這個過程主要是在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積外延爐中完成的。準(zhǔn)備好制作GaN基外延片所需的材料源和各種高純的氣體之后，按照工藝的要求就可以逐步把外延片做好。常用的襯底主要有藍(lán)寶石、碳化硅和硅襯底，還有GaAs、AlN、ZnO等材料。MOCVD是利用氣相反應(yīng)物(前驅(qū)物)及Ⅲ族的有機(jī)金屬和Ⅴ族的NH3在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)，將所需的產(chǎn)物沉積在襯底表面。通過控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。MOCVD外延爐是制作LED外延片最常用的設(shè)備。

接下來是對LEDPN結(jié)的兩個電極進(jìn)行加工，電極加工也是制作LED芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨;然后對LED***進(jìn)行劃片、測試和分選，就可以得到所需的LED芯片。如果晶片清洗不夠干凈，蒸鍍系統(tǒng)不正常，會導(dǎo)致蒸鍍出來的金屬層(指蝕刻后的電極)會有脫落，金屬層外觀變色，金泡等異常。蒸鍍過程中有時需用彈簧夾固定晶片，因此會產(chǎn)生夾痕(在目檢必須挑除)。黃光作業(yè)內(nèi)容包括烘烤、上光阻、照相曝光、顯影等，若顯影不完全及光罩有破洞會有發(fā)光區(qū)殘多出金屬。晶片在前段制程中，各項制程如清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨等作業(yè)都必須使用鑷子及花籃、載具等，因此會有晶粒電極刮傷情形發(fā)生。

基板(襯底)

磊晶制程

(擴(kuò)散、濺射、

化學(xué)氣相沉積)

磊晶片

清洗

蒸鍍

黃光作業(yè)

化學(xué)蝕刻

熔合

研磨

切割

測試

單晶爐、切片機(jī)、磨片機(jī)等

外延爐(MOCVD)

清洗機(jī)

蒸鍍機(jī)、電子槍

烘烤、上光阻、

照相曝光、顯影

切割機(jī)

探針測試臺

顆粒度檢測儀

刻蝕機(jī)

減薄機(jī)、清洗機(jī)

大功率LED封裝技術(shù)

導(dǎo)讀：大功率型LED的應(yīng)用面非常廣,不同應(yīng)用場合下對功率LED的要求不一樣。根據(jù)功率大小,目前的功率型LED分為普通功率LED和W級功率LED二種。輸入功率小于1W的LED(幾十mW功率LED除外)為普通功率LED;輸入功率等于或大于1W的LED為W級功率LED。而W級功率LED常見的有二種結(jié)構(gòu)形式,一種是單芯片W級功率LED,另一種是多芯片組合的W級功率LED。

一、引言

半導(dǎo)體發(fā)光二極管簡稱LED,從上世紀(jì)六十年代研制出來并逐步走向市場化,其封裝技術(shù)也是不斷改進(jìn)和發(fā)展。LED由最早用玻璃管封裝發(fā)展至支架式環(huán)氧封裝和表面貼裝式封裝,使得小功率LED獲得廣泛的應(yīng)用。從上世紀(jì)九十年代開始,由于LED外延、芯片技術(shù)上的突破,四元系A(chǔ)lGaInP和GaN基的LED相繼問世,實現(xiàn)了LED全色化,發(fā)光亮度大大提高,并可組合各種顏色和白光。器件輸入功率上有很大提高。目前單芯片1W大功率LED已產(chǎn)業(yè)化并推向市場,臺灣國聯(lián)也已研制出10W的單芯片大功率LED。這使得超高亮度LED的應(yīng)用面不斷擴(kuò)大,首先進(jìn)入特種照明的市場領(lǐng)域,并向普通照明市場邁進(jìn)。由于LED芯片輸入功率的不斷提高,對這些功率型LED的封裝技術(shù)提出了更高的要求。功率型LED封裝技術(shù)主要應(yīng)滿足以下二點要求：一是封裝結(jié)構(gòu)要有高的取光效率,其二是熱阻要盡可能低,這樣才能保證功率LED的光電性能和可靠性。所以本文將重點對功率型LED的封裝技術(shù)作介紹和論述。

二、功率型LED封裝技術(shù)現(xiàn)狀

由于功率型LED的應(yīng)用面非常廣,不同應(yīng)用場合下對功率LED的要求不一樣。根據(jù)功率大小,目前的功率型LED分為普通功率LED和W級功率LED二種。輸入功率小于1W的LED(幾十mW功率LED除外)為普通功率LED;輸入功率等于或大于1W的LED為W級功率LED。而W級功率LED常見的有二種結(jié)構(gòu)形式,一種是單芯片W級功率LED,另一種是多芯片組合的W級功率LED。

1.國外功率型LED封裝技術(shù)：

(1)普通功率LED

根據(jù)報導(dǎo),最早是由HP公司于1993年推出“食人魚”封裝結(jié)構(gòu)的LED,稱“SuperfluxLED”,并于1994年推出改進(jìn)型的“SnapLED”,其外形如圖1所示。它們典型的工作電流,分別為70mA和150mA,輸入功率分別為0.1W和0.3W。

Osram公司推出“PowerTOPLED”是采用金屬框架的PLCC封裝結(jié)構(gòu),其外形圖如圖2所示。之后其他一些公司推出多種功率LED的封裝結(jié)構(gòu)。其中一種PLCC-4結(jié)構(gòu)封裝形式,其功率約200~300mW,這些結(jié)構(gòu)的熱阻一般為75~125℃/W?？傊?這些結(jié)構(gòu)的功率LED比原支架式封裝的LED輸入功率提高幾倍,熱阻下降幾倍。

(2)W級功率LED

W級功率LED是未來照明的核心部分,所以世界各大公司投入很大力量,對W級功率封裝技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā),并均已將所得的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)等申請各種專利。單芯片W級功率LED最早是由Lumileds公司于1998年推出的LuxeonLED,其結(jié)構(gòu)如圖3所示,根據(jù)報導(dǎo),該封裝結(jié)構(gòu)的特點是采用熱電分離的形式,將倒裝芯片用硅載體直接焊接在熱沉上,并采用反射杯、光學(xué)透鏡和柔性透明膠等新結(jié)構(gòu)和新材料,提高了器件的取光效率并改善了散熱特性?？稍谳^大的電流密度下穩(wěn)定可靠的工作,并具有比普通LED低得多的熱阻,一般為14~17℃/W,現(xiàn)有1W、3W和5W的產(chǎn)品。該公司近期還報導(dǎo)[1]推出LuxeonIIILED產(chǎn)品,由于對封裝和芯片進(jìn)行改善,可在更高的驅(qū)動電流下工作,在700mA電流工作50000小時后仍能保持70%的流明,在1A電流工作20000小時能保持50%的流明。

Osram公司于2003年推出單芯片的“GoldenDragon”系列LED[2],如圖4所示,其結(jié)構(gòu)特點是熱沉與金屬線路板直接接觸,具有很好的散熱性能,而輸入功率可達(dá)1W。我國臺灣UEC公司(國聯(lián))采用金屬鍵合(MetalBonding)技術(shù)封裝的MB系列大功率LED[3]其特點是用Si代替GaAs襯底,散熱好,并以金屬黏結(jié)層作光反射層,提高光輸出?，F(xiàn)有LED單芯片面積分別為：0.3×0.3mm2、1×1mm2和2.5×2.5mm2的芯片,其輸入功率分別有0.3W、1W和10W,其中2.5×2.5mm2芯片光通量可達(dá)200lm,0.3W和1W產(chǎn)品正推向市場。多芯片組合封裝的大功率LED,其結(jié)構(gòu)和封裝形式較多,這里介紹幾種典型的結(jié)構(gòu)封裝形式：

①美國UOE公司于2001年推出多芯片組合封裝的Norlux系列LED[4],其結(jié)構(gòu)是采用六角形鋁板作為襯底,如圖5所示,鋁層導(dǎo)熱好,中央發(fā)光區(qū)部分可裝配40只芯片,封裝可為單色或多色組合,也可根據(jù)實際需求布置芯片數(shù)和金線焊接方式,該封裝的大功率LED其光通量效率為20lm/W,發(fā)光通量為100lm。

②LaninaCeramics公司于2003年推出采用公司獨有的金屬基板上低溫?zé)Y(jié)陶瓷(LTCC-M)技術(shù)封裝的大功率LED陣列[5],有二種產(chǎn)品：一種為7元LED陣列,光通量為840lm,功率為21W。另一種是134元LED陣列,光通量為360lm,功率134W。由于LTCC-M技術(shù)是將LED芯片直接連接到密封陣列配置的封裝盒上,因此工作溫度可達(dá)250℃。

③松下公司于2003年推出由64只芯片組合封裝的大功率白光LED[6],光通量可達(dá)120lm,采用散熱性能優(yōu)良的襯底,把這些芯片封裝在2cm2的面積中,其驅(qū)動電流可達(dá)8W,這種封裝中每1W輸入功率其溫升僅為1.2℃。

④日亞公司于2003年推出號稱是全世界最亮的白光LED,其光通量可達(dá)600lm,輸出光束為1000lm時,耗電量為30W,最大輸入功率為50W,提供展覽的白光LED模塊發(fā)光效率達(dá)33lm/W。有關(guān)多芯片組合的大功率LED,許多公司根據(jù)實際市場需求,不斷開發(fā)很多新結(jié)構(gòu)封裝的新產(chǎn)品,其開發(fā)研制的速度是非?？臁?/p>

2.國內(nèi)功率型LED封裝技術(shù)

國內(nèi)LED普通產(chǎn)品的后工序封裝能力應(yīng)該是很強(qiáng)的,封裝產(chǎn)品的品種較齊全,據(jù)初步估計,全國LED封裝廠超過200家,封裝能力超過200億只/年,封裝的配套能力也是很強(qiáng)的,但是很多封裝廠為私營企業(yè),目前來看規(guī)模偏小。

國內(nèi)功率型LED的封裝,早在上世紀(jì)九十年代就開始,一些有實力的后封裝企業(yè),當(dāng)時就開始開發(fā)并批量生產(chǎn),如“食人魚”功率型LED。國內(nèi)的大學(xué)、研究所很少對大功率LED封裝技術(shù)開展研究,信息產(chǎn)業(yè)部第13研究所對功率型LED封裝技術(shù)開展研究工作,并取得很好的研究成果,具體開發(fā)出功率LED產(chǎn)品。

國內(nèi)有實力的LED封裝企業(yè)(外商投資除外),如佛山國星、廈門華聯(lián)等幾個企業(yè),很早就開展功率型LED的研發(fā)工作,并取得較好的效果。如“食人魚”和PLCC封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品,均可批量生產(chǎn),并已研制出單芯片1W級的大功率LED封裝的樣品。而且還進(jìn)行多芯片或多器件組合的大功率LED研制開發(fā),并可提供部分樣品供試用。對大功率LED封裝技術(shù)的研究開發(fā),目前國家尚未正式支持投入,國內(nèi)研究單位很少介入,封裝企業(yè)投入研發(fā)的力度(人力和財力)還很不夠,形成國內(nèi)對封裝技術(shù)的開發(fā)力量薄弱的局面,其封裝的技術(shù)水平與國外相比還有相當(dāng)?shù)牟罹唷?/p>

三、功率型LED產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵的封裝技術(shù)

半導(dǎo)體LED要作為照明光源,常規(guī)產(chǎn)品的光通量與白熾燈和熒光燈等通用性光源相比,距離甚遠(yuǎn)。因此,LED要在照明領(lǐng)域發(fā)展,關(guān)鍵要將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級。功率型LED所用的外延材料采用MOCVD的外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)雖然其外量子效率還需進(jìn)一步提高,但獲得高發(fā)光通量的最大障礙仍是芯片的取光效率低?，F(xiàn)有的功率型LED的設(shè)計采用了倒裝焊新結(jié)構(gòu)來提高芯片的取光效率,改善芯片的熱特性,并通過增大芯片面積,加大工作電流來提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率,從而獲得較高的發(fā)光通量。除了芯片外,器件的封裝技術(shù)也舉足輕重。關(guān)鍵的封裝技術(shù)工藝有：

1、散熱技術(shù)

傳統(tǒng)的指示燈型LED封裝結(jié)構(gòu),一般是用導(dǎo)電或非導(dǎo)電膠將芯片裝在小尺寸的反射杯中或載片臺上,由金絲完成器件的內(nèi)外連接后用環(huán)氧樹脂封裝而成,其熱阻高達(dá)250~300℃/W,新的功率型芯片若采用傳統(tǒng)式的LED封裝形式,將會因為散熱不良而導(dǎo)致芯片結(jié)溫迅速上升和環(huán)氧碳化變黃,從而造成器件的加速光衰直至失效,甚至因為迅速的熱膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力造成開路而失效。因此,對于大工作電流的功率型LED芯片,低熱阻、散熱良好及低應(yīng)力的新的封裝結(jié)構(gòu)是功率型LED器件的技術(shù)關(guān)鍵。采用低電阻率、高導(dǎo)熱性能的材料粘結(jié)芯片;在芯片下部加銅或鋁質(zhì)熱沉,并采用半包封結(jié)構(gòu),加速散熱;甚至設(shè)計二次散熱裝置,來降低器件的熱阻。在器件的內(nèi)部,填充透明度高的柔性硅橡膠,在硅橡膠承受的溫度范圍內(nèi)(一般為-40℃~200℃),膠體不會因溫度驟然變化而導(dǎo)致器件開路,也不會出現(xiàn)變黃現(xiàn)象。零件材料也應(yīng)充分考慮其導(dǎo)熱、散熱特性,以獲得良好的整體熱特性。

2、二次光學(xué)設(shè)計技術(shù)

為提高器件的取光效率,設(shè)計外加的反射杯與多重光學(xué)透鏡。

3、功率型LED白光技術(shù)

常見的實現(xiàn)白光的工藝方法有如下三種：

1)藍(lán)色芯片上涂上YAG熒光粉,芯片的藍(lán)色光激發(fā)熒光粉發(fā)出典型值為500nm~560nm的黃綠光,黃綠光與藍(lán)色光合成白光。該方法制備相對簡單,效率高,具有實用性。缺點是布膠量一致性較差、熒光粉易沉淀導(dǎo)致出光面均勻性差、色調(diào)一致性不好;色溫偏高;顯色性不夠理想。

2)RGB三基色多個芯片或多個器件發(fā)光混色成白光;或者用藍(lán)+黃綠色雙芯片補(bǔ)色產(chǎn)生白光。只要散熱得法,該方法產(chǎn)生的白光較前一種方法穩(wěn)定,但驅(qū)動較復(fù)雜,另外還要考慮不同顏色芯片的不同光衰速度。

3)在紫外光芯片上涂RGB熒光粉,利用紫光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生三基色光混色形成白光。但目前的紫外光芯片和RGB熒光粉效率較低,環(huán)氧樹脂在紫外光照射下易分解老化。我司目前已采用方法1)和2)進(jìn)行白光LED產(chǎn)品的批量生產(chǎn),并已進(jìn)行了W級功率LED的樣品試制。積累了一定的經(jīng)驗和體會,我們認(rèn)為照明用W級功率LED產(chǎn)品要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還必須解決如下技術(shù)問題：

①粉涂布量控制：LED芯片+熒光粉工藝采用的涂膠方法通常是將熒光粉與膠混合后用分配器將其涂到芯片上。在操作過程中,由于載體膠的粘度是動態(tài)參數(shù)、熒光粉比重大于載體膠而產(chǎn)生沉淀以及分配器

精度等因素的影響,此工藝熒光粉的涂布量均勻性的控制有難度,導(dǎo)致了白光顏色的不均勻。

②芯片光電參數(shù)配合：半導(dǎo)體工藝的特點,決定同種材料同一晶圓芯片之間都可能存在光學(xué)參數(shù)(如波長、光強(qiáng))和電學(xué)(如正向電壓)參數(shù)差異。RGB三基色芯片更是這樣,對于白光色度參數(shù)影響很大。這是產(chǎn)業(yè)化必須要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

③根據(jù)應(yīng)用要求產(chǎn)生的光色度參數(shù)控制：不同用途的產(chǎn)品,對白光LED的色坐標(biāo)、色溫、顯色性、光功率(或光強(qiáng))和光的空間分布等要求就不同。上述參數(shù)的控制涉及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝方法、材料等多方面因素的配合。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中,對上述因素進(jìn)行控制,得到符合應(yīng)用要求、一致性好的產(chǎn)品十分重要。

4、測試技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

隨著W級功率芯片制造技術(shù)和白光LED工藝技術(shù)的發(fā)展,LED產(chǎn)品正逐步進(jìn)入(特種)照明市場,顯示或指示用的傳統(tǒng)LED產(chǎn)品參數(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)及測試方法已不能滿足照明應(yīng)用的需要。國內(nèi)外的半導(dǎo)體設(shè)備儀器生產(chǎn)企業(yè)也紛紛推出各自的測試儀器,不同的儀器使用的測試原理、條件、標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異,增加了測試應(yīng)用、產(chǎn)品性能比較工作的難度和問題復(fù)雜化。

我國光學(xué)光電子行業(yè)協(xié)會光電子器件分會行業(yè)協(xié)會根據(jù)LED產(chǎn)品發(fā)展的需要,于2003年發(fā)布了“發(fā)光二極管測試方法(試行)”,該測試方法增加了LED色度參數(shù)的規(guī)定。但LED要往照明業(yè)拓展,建立LED照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)業(yè)規(guī)范化的重要手段。

5、篩選技術(shù)與可靠性保證

由于燈具外觀的限制,照明用LED的裝配空間密封且受到局限,密封且有限的空間不利于LED散熱,這意味著照明LED的使用環(huán)境要劣于傳統(tǒng)顯示、指示用LED產(chǎn)品。另外,照明LED處于大電流驅(qū)動下工作,這就對其提出更高的可靠性要求。在產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中,針對不同的產(chǎn)品用途,制定適當(dāng)?shù)臒崂匣?、溫度循環(huán)沖擊、負(fù)載老化工藝篩選試驗,剔除早期失效品,保證產(chǎn)品的可靠性很有必要。

6、靜電防護(hù)技術(shù)

藍(lán)寶石襯底的藍(lán)色芯片其正負(fù)電極均位于芯片上面,間距很小;對于InGaN/AlGaN/GaN雙異質(zhì)結(jié),InGaN活化