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    史上最全的LED芯片知識,你值得擁有!
    日期:2019-06-19 瀏覽

    LED芯片也稱為led發光芯片,是led燈的核心組件,也就是指的P-N結。其主要功能是:把電能轉化為光能,芯片的主要材料為單晶硅。

    半導體晶片由兩部分組成,一部分是P型半導體,在它里面空穴占主導地位,另一端是N型半導體,在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個P-N結。

    當電流通過導線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴復合,然后就會以光子的形式發出能量,這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色,是由形成P-N結的材料決定的。

    史上最全的LED芯片知識,你值得擁有!

    分類:

    用途:根據用途分為大功率led芯片、小功率led芯片兩種;

    顏色:主要分為三種:紅色、綠色、藍色(制作白光的原料);

    形狀:一般分為方片、圓片兩種;

    大小:小功率的芯片一般分為8mil、9mil、12mil、14mil等

    片尺寸:

    大功率LED芯片有尺寸為38*38mil,40*40mil,45*45mil等三種當然芯片尺寸是可以訂制的,這只是一般常見的規格。mil是尺寸單位,一個mil是千分之一英寸。40mil差不多是1毫米。38mil,40mil,45mil都是1W大功率芯片的常用尺寸規格。

    理論上來說,芯片越大,能承受的電流及功率就越大。不過芯片材質及制程也是影響芯片功率大小的主要因素。例如CREE40mil的芯片能承受1W到3W的功率,其他廠牌同樣大小的芯片,最多能承受到2W。

    發光亮度:

    一般亮度:R(紅色GaAsP655nm)、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。

    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;

    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。

    襯底:

    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,需要根據設備和LED器件的要求進行選擇。三種襯底材料:藍寶石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)。

    藍寶石襯底:

    藍寶石的優點:1.生產技術成熟、器件質量較好;2.穩定性很好,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。

    藍寶石的不足:1.晶格失配和熱應力失配,會在外延層中產生大量缺陷;2.藍寶石是一種絕緣體,在上表面制作兩個電極,造成了有效發光面積減少;3.增加了光刻、蝕刻工藝過程,制作成本高。

    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。

    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。優點:碳化硅的導熱系數為490W/m·K,要比藍寶石襯底高出10倍以上。不足:碳化硅制造成本較高,實現其商業化還需要降低相應的成本。

    led特點:

    (1)四元芯片,采用MOVPE工藝制備,亮度相對于常規芯片要亮。

    (2)信賴性優良。

    (3)應用廣泛。

    (4)安全性高。

    (5)壽命長。

    如何評判:

    led芯片的價格:一般情況系下方片的價格要高于圓片的價格,大功率led芯片肯定要高于小功率led芯片,進口的要高于國產的,進口的來源價格從日本、美國、臺灣依次減低。

    led芯片的質量:評價led芯片的質量主要從裸晶亮度、衰減度兩個主要標準來衡量,在封裝過程中主要從led芯片封裝的成品率來計算。

    制造流程:

    總的來說,LED制作流程分為兩大部分:

    1.首先在襯底上制作氮化鎵(GaN)基的外延片,這個過程主要是在金屬有機化學氣相沉積外延片爐(MOCVD)中完成的。準備好制作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是利用氣相反應物(前驅物)及Ⅲ族的有機金屬和Ⅴ族的NH3在襯底表面進行反應,將所需的產物沉積在襯底表面。通過控制溫度、壓力、反應物濃度和種類比例,從而控制鍍膜成分、晶相等品質。MOCVD外延爐是制作LED外延片最常用的設備。

    2.然后是對LEDPN結的兩個電極進行加工,電極加工也是制作LED芯片的關鍵工序,包括清洗、蒸鍍、黃光、化學蝕刻、熔合、研磨;然后對LED毛片進行劃片、測試和分選,就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不夠乾凈,蒸鍍系統不正常,會導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芯片,因此會產生夾痕(在目檢必須挑除)。黃光作業內容包括烘烤、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光區殘多出金屬。

    芯片在前段工藝中,各項工藝如清洗、蒸鍍、黃光、化學蝕刻、熔合、研磨等作業都必須使用鑷子及花籃、載具等,因此會有芯片電極刮傷情形發生。

    制作工藝:

    LED芯片檢驗

    鏡檢:材料表面是否有機械損傷及麻點麻坑lockhill芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整。

    2.LED擴片

    由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小(約0.1mm),不利于后工序的操作。采用擴片機對黏結芯片的膜進行擴張,使LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴張,但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。

    3.LED點膠

    在LED支架的相應位置點上銀膠或絕緣膠。對于GaAs、SiC導電襯底,具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片,采用銀膠。對于藍寶石絕緣襯底的藍光、綠光LED芯片,采用絕緣膠來固定芯片。

    工藝難點在于點膠量的控制,在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求,銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。

    4.LED備膠

    和點膠相反,備膠是用備膠機先把銀膠涂在LED背面電極上,然后把背部帶銀膠的LED安裝在LED支架上。備膠的效率遠高于點膠,但不是所有產品均適用備膠工藝。

    5.LED手工刺片

    將擴張后LED芯片(備膠或未備膠)安置在刺片臺的夾具上,LED支架放在夾具底下,在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處,便于隨時更換不同的芯片,適用于需要安裝多種芯片的產品。

    6.LED自動裝架

    自動裝架其實是結合了沾膠(點膠)和安裝芯片兩大步驟,先在LED支架上點上銀膠(絕緣膠),然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置,再安置在相應的支架位置上。自動裝架在工藝上主要要熟悉設備操作編程,同時對設備的沾膠及安裝精度進行調整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴,防止對LED芯片表面的損傷,特別是藍、綠色芯片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片表面的電流擴散層。

    7.LED燒結

    燒結的目的是使銀膠固化,燒結要求對溫度進行監控,防止批次性不良。銀膠燒結的溫度一般控制在150℃,燒結時間2小時。根據實際情況可以調整到170℃,1小時。絕緣膠一般150℃,1小時。

    銀膠燒結烘箱的必須按工藝要求隔2小時(或1小時)打開更換燒結的產品,中間不得隨意打開。燒結烘箱不得再其他用途,防止污染。

    8.LED壓焊

    壓焊的目的是將電極引到LED芯片上,完成產品內外引線的連接工作。

    LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。鋁絲壓焊的過程為先在LED芯片電極上壓上第一點,再將鋁絲拉到相應的支架上方,壓上第二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程則在壓第一點前先燒個球,其余過程類似。

    壓焊是led封裝技術中的關鍵環節,工藝上主要需要監控的是壓焊金絲(鋁絲)拱絲形狀,焊點形狀,拉力。

    9.LED封膠

    LED的封裝主要有點膠、灌封、模壓三種。基本上工藝控制的難點是氣泡、多缺料、黑點。設計上主要是對材料的選型,選用結合良好的環氧和支架。(一般的LED無法通過氣密性試驗)

    LED點膠TOP-LED和Side-LED適用點膠封裝。手動點膠封裝對操作水平要求很高(特別是白光LED),主要難點是對點膠量的控制,因為環氧在使用過程中會變稠。白光LED的點膠還存在熒光粉沉淀導致出光色差的問題。

    LED灌膠封裝Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內注入液態環氧,然后插入壓焊好的LED支架,放入烘箱讓環氧固化后,將LED從模腔中脫出即成型。

    LED模壓封裝將壓焊好的LED支架放入模具中,將上下兩副模具用液壓機合模并抽真空,將固態環氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中,環氧順著膠道進入各個LED成型槽中并固化。

    10.LED固化與后固化

    固化是指封裝環氧的固化,一般環氧固化條件在135℃,1小時。模壓封裝一般在150℃,4分鐘。后固化是為了讓環氧充分固化,同時對LED進行熱老化。后固化對于提高環氧與支架(PCB)的粘接強度非常重要。一般條件為120℃,4小時。

    11.LED切筋和劃片

    由于LED在生產中是連在一起的(不是單個),Lamp封裝LED采用切筋切斷LED支架的連筋。SMD-LED則是在一片PCB板上,需要劃片機來完成分離工作。

    12.LED測試

    測試LED的光電參數、檢驗外形尺寸,同時根據客戶要求對LED產品進行分選。

    計數方法:

    LED芯片因為大小一般都在大小:小功率的芯片一般分為8mil、9mil、12mil、14mil等,跟頭發細一樣細,以前人工計數時候非常辛苦,而且準確率極底,2012年廈門好景科技有開發一套專門針對LED芯片計數的軟件,儀器整合了高清晰度數字技術來鑒別最困難的計數問題。

    LED芯片專用計數儀設備是由百萬象素工業專用的CCD和百萬象素鏡頭的硬件,整合了高清晰度圖像數字技術的軟件組成的,主要用來計算出LED芯片的數量。該LED芯片專用計數儀通過高速的圖像獲取及視覺識別處理,準確、快速地計數LED芯片,操作簡單,使用方便。

    該設備裝有新型的照明配置,因照明上的均勻一致性及應用百萬象素的CCD及鏡頭,確保了LED芯片成像的清晰度,配合高技術的計數軟件,從而保證了計數的準確度。同時軟件會將每次計數的結果儲存在數據庫中,方便打印與追溯對比分析。

    技術參數:

    1.成像特性:

    鏡頭:12mm、F1.8高保真光學鏡頭

    CCD規格:300萬像素/500萬像素,真彩

    圖像拍攝:手動對焦,可專業級地精細成像LED芯片

    圖像調整:手動調整亮度;自動調整對比度、飽和度

    2.計數特性:

    快速的計算出LED芯片總數,可根據需要折扣數量,并顯示和輸出計數結果

    可計數≥5mil(或0.127mm)不透明LED芯片

    可計數雙電極透明的LED芯片

    計數速度:2000~8000個LED芯片/s的統計速度,無需掃描即成像即計數

    簡便易用:真正一鍵式操作,鼠標一點,結果即現。軟件界面美觀,操作簡便。

    參數釋疑:

    正向工作電流If:它是指發光二極體正常發光時的正向電流值。在實際使用中應根據需要選擇IF在0.6·IFm以下。

    正向工作電壓VF:參數表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時測得的。發光二極體正向工作電壓VF在1.4~3V。在外界溫度升高時,VF將下降。

    V-I特性:發光二極體的電壓與電流的關系,在正向電壓正小于某一值(叫閾值)時,電流極小,不發光。當電壓超過某一值后,正向電流隨電壓迅速增加,發光。

    發光強度IV:發光二極體的發光強度通常是指法線(對圓柱形發光管是指其軸線)方向上的發光強度。若在該方向上輻射強度為(1/683)W/sr時,則發光1坎德拉(符號為cd)。由于一般LED的發光二極管強度小,所以發光強度常用燭光(坎德拉,mcd)作單位。

    LED的發光角度:-90°-+90°

    光譜半寬度Δλ:它表示發光管的光譜純度。

    半值角θ1/2和視角:θ1/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向與發光軸向(法向)的夾角。

    全形:根據LED發光立體角換算出的角度,也叫平面角。

    視角:指LED發光的最大角度,根據視角不同,應用也不同,也叫光強角。

    半形:法向0°與最大發光強度值/2之間的夾角。嚴格上來說,是最大發光強度值與最大發光強度值/2所對應的夾角。LED的封裝技術導致最大發光角度并不是法向0°的光強值,引入偏差角,指得是最大發光強度對應的角度與法向0°之間的夾角。

    最大正向直流電流IFm:允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極體。

    最大反向電壓VRm:所允許加的最大反向電壓即擊穿電壓。超過此值,發光二極體可能被擊穿損壞。

    工作環境topm:發光二極體可正常工作的環境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍,發光二極體將不能正常工作,效率大大降低。

    允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值,LED發熱、損壞。

    廠商介紹:

    臺灣LED芯片廠商

    晶元光電(Epistar)簡稱:ES、(聯詮、元坤,連勇,國聯),廣鎵光電(Huga),新世紀(GenesisPhotonics),華上(ArimaOptoelectronics)簡稱:AOC,泰谷光電(Tekcore),奇力,鉅新,光宏,晶發,視創,洲磊,聯勝(HPO),漢光(HL),光磊(ED),鼎元(Tyntek)簡稱:TK,曜富洲技TC,燦圓(FormosaEpitaxy),國通,聯鼎,全新光電(VPEC)等。

    華興(LedtechElectronics)、東貝(UnityOptoTechnology)、光鼎(ParaLightElectronics)、億光(EverlightElectronics)、佰鴻(BrightLEDElectronics)、今臺(Kingbright)、菱生精密(LingsenPrecisionIndustries)、立基(LigitekElectronics)、光寶(Lite-OnTechnology)、宏齊(HARVATEK)等。

    大陸LED芯片廠商

    三安光電簡稱(S)、上海藍光(Epilight)簡稱(E)、士蘭明芯(SL)、大連路美簡稱(LM)、迪源光電、華燦光電、南昌欣磊、上海金橋大晨、河北立德、河北匯能、深圳奧倫德、深圳世紀晶源、廣州普光、揚州華夏集成、甘肅新天電公司、東莞福地電子材料、清芯光電、晶能光電、中微光電子、乾照光電、晶達光電、深圳方大,山東華光、上海藍寶等。

    國外LED芯片廠商

    CREE,惠普(HP),日亞化學(Nichia),豐田化學,大洋日酸,東芝、昭和電工(SDK),Lumileds,旭明(Smileds),Genelite,歐司朗(Osram),GeLcore,首爾半導體等,普瑞,韓國安螢(Epivalley)等。

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