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LED芯片制 造流程工艺和说明

:2018-02-23    :333

以下由 极光光电详细解读LED芯片的制造工艺  

芯片制 造主要是为了制造有效可靠的低欧姆接触电极,并能满 足可接触材料之间最小的压降及提供焊线的压垫,同时尽可能多地出光。渡膜工 艺一般用真空蒸镀方法,其主要在1.33×10?4Pa高真空下,用电阻 加热或电子束轰击加热方法使材料熔化,并在低 气压下变成金属蒸气沉积在半导体材料表面。一般所用的P型接触金属包括AuBe、AuZn等合金,N面的接触金属常采用AuGeNi合金。镀膜后 形成的合金层还需要通过光刻工艺将发光区尽可能多地露出来,使留下 来的合金层能满足有效可靠的低欧姆接触电极及焊线压垫的要求。光刻工 序结束后还要通过合金化过程,合金化通常是在H2或N2的保护下进行。合金化 的时间和温度通常是根据半导体材料特性与合金炉形式等因素决定。当然若 是蓝绿等芯片电极工艺还要复杂,需增加钝化膜生长、等离子刻蚀工艺等。

  一般来说,LED外延生 产完成之后她的主要电性能已定型,芯片制 造不对其产甞核本性改变,但在镀膜、合金化 过程中不恰当的条件会造成一些电参数的不良。比如说 合金化温度偏低或偏高都会造成欧姆接触不良,欧姆接 触不良是芯片制造中造成正向压降VF偏高的主要原因。在切割后,如果对 芯片边缘进行一些腐蚀工艺,对改善 芯片的反向漏电会有较好的帮助。这是因 为用金刚石砂轮刀片切割后,芯片边 缘会残留较多的碎屑粉末,这些如果粘在LED芯片的PN结处就会造成漏电,甚至会有击穿现象。另外,如果芯 片表面光刻胶剥离不干净,将会造 成正面焊线难与虚焊等情况。如果是 背面也会造成压降偏高。在芯片 生产过程中通过表面粗化、划成倒 梯形结构等办法可以提高光强。

  LED芯片大 小根据功率可分为小功率芯片、中功率 芯片和大功率芯片。根据客 户要求可分为单管级、数码级、点阵级 以及装饰等类别。至于芯 片的具体尺寸大小是根据不同芯片生产厂家的实际生产水平而定,没有具体的要求。只要工艺过关,芯片小 可提高单位产出并降低成本,光电性 能并不会发生根本变化。芯片的 使用电流实际上与流过芯片的电流密度有关,芯片小使用电流小,芯片大使用电流大,它们的 单位电流密度基本差不多。如果10mil芯片的使用电流是20mA的话,那么40mil芯片理 论上使用电流可提高16倍,即320mA。但考虑 到散热是大电流下的主要问题,所以它 的发光效率比小电流低。另一方面,由于面积增大,芯片的体电阻会降低,所以正 向导通电压会有所下降。

  用于白光的LED大功率 芯片一般在市场上可以看到的都在40mil左右,所谓的 大功率芯片的使用功率一般是指电功率在1W以上。由于量 子效率一般小于20%大部分 电能会转换成热能,所以大 功率芯片的散热很重要,要求芯 片有较大的面积。

  普通的LED红黄芯 片和高亮四元红黄芯片的基板都采用GaP、GaAs等化合物半导体材料,一般都可以做成N型衬底。采用湿 法工艺进行光刻,最后用 金刚砂轮刀片切割成芯片。GaN材料的 蓝绿芯片是用的蓝宝石衬底,由于蓝 宝石衬底是绝缘的,所以不能作为LED的一个极,必须通 过干法刻蚀的工艺在外延面上同时制作P/N两个电 极并且还要通过一些钝化工艺。由于蓝宝石很硬,用金刚 砂轮刀片很难划成芯片。它的工 艺过程一般要比GaP、GaAs材料的LED多而复杂。

  所谓透 明电极一是要能够导电,二是要能够透光。这种材 料现在最广泛应用在液晶生产工艺中,其名称叫氧化铟锡,英文缩写ITO,但它不 能作为焊垫使用。制作时 先要在芯片表面做好欧姆电极,然后在表面覆盖一层ITO再在ITO表面镀一层焊垫。这样从 引线上下来的电流通过ITO层均匀 分布到各个欧姆接触电极上,同时ITO由于折 射率处于空气与外延材料折射率之间,可提高出光角度,光通量也可增加。

  随着半导体LED技术的发展,其在照 明领域的应用也越来越多,特别是的出现,更是成 为半导体照明的热点。但是关键的芯片、封装技术还有待提高,在芯片 方面要朝大功率、高光效 和降低热阻方面发展。提高功 率意味着芯片的使用电流加大,最直接 的办法是加大芯片尺寸,现在普 遍出现的大功率芯片都在1mm×1mm左右,使用电流在350mA.由于使用电流的加大,散热问 题成为突出问题,现在通 过芯片倒装的方法基本解决了这一文题。随着LED技术的发展,其在照 明领域的应用会面临一个前所未有的机遇和挑战。

  蓝光LED通常采用Al2O3衬底,Al2O3衬底硬度很高、热导率和电导率低,如果采用正装结构,一方面 会带来防静电问题,另一方面,在大电 流情况下散热也会成为最主要的问题。同时由 于正面电极朝上,会遮掉一部分光,发光效率会降低。大功率蓝光LED通过芯 片倒装技术可以比传统的封装技术得到更多的有效出光。

  现在主 流的倒装结构做法是:首先制 备出具有适合共晶焊接电极的大尺寸蓝光LED芯片,同时制备出比蓝光LED芯片略大的硅衬底,并在上 面制作出供共晶焊接的金导电层及引出导线层(超声金丝球焊点)。然后,利用共 晶焊接设备将大功率蓝光LED芯片与 硅衬底焊接在一起。这种结 构的特点是外延层直接与硅衬底接触,硅衬底 的热阻又远远低于蓝宝石衬底,所以散 热的问题很好地解决了。由于倒 装后蓝宝石衬底朝上,成为出光面,蓝宝石是透明的,因此出 光问题也得到解决。




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