LED芯片

LED芯片的寫法

LED芯片介紹

LEDLightEmittingDiode(發(fā)光二極管)的縮寫。是一種固態(tài)的半導體器件LED芯片，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。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(jié)。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(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的

分類

按用途來分類：可根據(jù)用途分為大功率led芯片、小功率led芯片兩種；

按顏色來分：主要分為三種：紅色、綠色、藍色（制作白光的原料）；

按形狀分類：一般分為方片、圓片兩種；

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

制作工藝

LED的制作流程全過程包括13步，具體如下：

1.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。我們采用擴片機對黏結(jié)芯片的膜進行擴張，是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(chǎn)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(chǎn)品。

6.LED自動裝架

自動裝架其實是結(jié)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(diào)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(jié)

燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對溫度進行監(jiān)控，防止批次性不良。銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150℃，燒結(jié)時間2小時。根據(jù)實際情況可以調(diào)整到170℃，1小時。絕緣膠一般150℃，1小時。

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

8.

壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)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。右圖是鋁絲壓焊的過程，先在LED芯片電極上壓上點，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點前先燒個球，其余過程類似。

壓焊是LED封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝上主要需要監(jiān)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(jié)合良好的環(huán)氧和支架。(一般的LED無法通過氣密性試驗)

9.1LED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(huán)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。

9.2LED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(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將LED從模腔中脫出即成型。

9.3LED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(tài)環(huán)氧放入注膠道的入口加熱用液壓頂桿壓入模具膠道中，環(huán)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(huán)氧的固化，一般環(huán)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(huán)氧充分固化，同時對LED進行熱老化。后固化對于提高環(huán)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(chǎn)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(shù)、檢驗外形尺寸，同時根據(jù)客戶要求對LED產(chǎn)品進行分選。

技術(shù)發(fā)展狀況

對于標準管芯（200-350μm2），日本日亞公司報道的研究水平，紫光（400nm）22mW，其外量子效率為35.5[%]，藍光(460nm)18.8mW，其外量子效率為34.9[%]。美國Cree公司可以提供功率大于15mW的藍色發(fā)光芯片(455～475nm)和功率為21mW的紫光發(fā)光芯片（395～410nm），8mW綠光（505～525nm）發(fā)光芯片。臺灣現(xiàn)在可以向市場提供6mW左右的藍光和4mW左右的紫光芯片，其實驗室水平可以達到藍光10mW和紫光7～8mW的水平。國內(nèi)的公司可以向市場提供3～4mW的藍光芯片，研究單位的水平為藍光6mW左右，綠光1～2mW，紫光1～2mW。隨著外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)的發(fā)展，超高亮度發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率己有了非常大的改善，如波長625nmAlGaInP基超高亮度發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率可達到100[%]，已接近極限。

lGaInN基材料內(nèi)存在的晶格和熱失配所致的缺陷、應力和電場等使得AlGaInN基超高亮度發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率比較低，但也在35～50[%]之間，半導體材料本身的光電轉(zhuǎn)換效率己遠高過其它發(fā)光光源，因此提高芯片的外量子效率是提高發(fā)光效率的關(guān)鍵。這在很大程度上要求設計新的芯片結(jié)構(gòu)來改善芯片出光效率，進而達到提升發(fā)光效率(或外量子效率)的目的，大功率芯片技術(shù)也就專注于如何提升出光效率來提升芯片的發(fā)光效率，主要技術(shù)途徑和發(fā)展狀況闡述如下：

1）改變芯片外形的技術(shù)

當發(fā)射點處于球的中心處時，球形芯片可以獲得的出光效率。改變芯片幾何形狀來提升出光效率的想法早在60年代就用于二極管芯片，但由于成本原因一直無法實用。在實際應用中，往往是制作特殊形狀的芯片來提高側(cè)向出光的利用效率，也可以在發(fā)光區(qū)底部(正面出光)或者外延層材料(背面出光)進行特殊的幾何規(guī)格設計，并在適當?shù)膮^(qū)域涂覆高防反射層薄膜，來提高芯片的側(cè)向出光利用率。

1999年HP公司開發(fā)了倒金字塔形AlInGaP芯片并達到商用的目標，TIP結(jié)構(gòu)減少了光在晶體內(nèi)傳輸距離、減少了內(nèi)反射和吸收（有源區(qū)吸收和自由截流子吸收等）引起的光損耗、芯片特性大幅度改善，發(fā)光效率達100流明/瓦（100mA，610nm），外量子效率更達到55[%]（650nm），而面朝下的倒裝結(jié)構(gòu)使P-N結(jié)更接近熱沉，改善了散熱特性，提高了芯片壽命。

2）鍵合技術(shù)

AlGaInP和AlGaInN基二極管外延片所用的襯底分別為GaAs和藍寶石，它們的導熱性能都較差。為了更有效的散熱和降低結(jié)溫，可通過減薄襯底或去掉原來用于生長外延層的襯底，然后將外延層鍵合轉(zhuǎn)移倒導電和導熱性能良好熱導率大的襯底上，如銅、鋁、金錫合金、氮化鋁等。鍵合可用合金焊料如AuSn、PbSn、In等來完成。Si的熱導率比GaAs和藍寶石都好，而且易于加工，價格便宜，是功率型芯片的材料。

2001年，Cree推出的新一代XBTM系列背面出光的功率型芯片，其尺寸為0.9mmx0.9mm，頂部引線鍵合墊處于中央位置，采用"米"字形電極使注入電流能夠較為均勻的擴展，底部采用AuSn合金將芯片倒裝焊接在管殼底盤上，具有較低的熱阻，工作電流400mA時，波長405和470nm的輸出光功率分別為250mW和150mW。

3）倒裝芯片技術(shù)

AlGaInN基二極管外延片一般是生長在絕緣的藍寶石襯底上，歐姆接觸的P電極和N電極只能制備在外延表面的同一側(cè)，正面射出的光部分將被接觸電極所吸收和鍵合引線遮擋。造成光吸收更主要的因素是P型GaN層電導率較低，為滿足電流擴展的要求，覆蓋于外延層表面大部分的半透明NiAu歐姆接觸層的厚度應大于5-10nm，但是要使光吸收最小，則NiAu歐姆接觸層的厚度必須非常薄，這樣在透光率和擴展電阻率二者之間則要給以適當?shù)恼壑?，折衷設計的結(jié)果必定使其功率轉(zhuǎn)換的提高受到了限制。

倒裝芯片技術(shù)可增大輸出功率、降低熱阻，使發(fā)光的pn結(jié)靠近熱沉，提高器件可靠性。2001年Lumileds報道了倒裝焊技術(shù)在大功率AlInGaN基芯片上的應用，避免了電極焊點和引線對出光效率的影響，改善了電流擴散性和散熱性，背反射膜的制備將傳向下方的光反射回出光的藍寶石一方，進一步提升出光效率，外量子效率達21[%]，功率換效率達20[%]（200mA，435nm），功率達到400mW（驅(qū)動電流1A，435nm，芯片尺寸1mmx1mm），其總體發(fā)光效率比正裝增加1.6倍。

中國對發(fā)展規(guī)化

近年來,我國LED芯片技術(shù)快速發(fā)展。在過去的一年里,我國LED芯片企業(yè)數(shù)量快速增長,海外芯片企業(yè)加速進入中國市場,我國LED芯片企業(yè)產(chǎn)能擴張,LED芯片業(yè)正在進入群雄逐鹿的戰(zhàn)國時代。在這種情況下,應如何發(fā)展自己的核心技術(shù),如何在市場中立足、崛起,中國LED芯片業(yè)面臨考驗。

目前我國藍寶石襯底白光LED有很大突破,有報道顯示,光效已達到90lm/W-100lm/W。同時,具有自主技術(shù)產(chǎn)權(quán)的硅襯底白光LED也已經(jīng)達到90lm/W-96lm/W。中國LED芯片業(yè)正在加速發(fā)展。與此同時,海外芯片廠商也正在加速進入中國市場,科銳(Cree)在惠州建設芯片廠、旭明在廣東省建設LED芯片廠等等,都讓我們感到,中國LED芯片業(yè)未來山雨欲來風滿樓的競爭態(tài)勢。

一、國內(nèi)現(xiàn)狀

國產(chǎn)芯：規(guī)模小檔次低

雖然中國的LED產(chǎn)業(yè)越來越強,但其高亮度產(chǎn)品的性能仍然落后于世界的水平。和海外制造商相比,中國公司是小規(guī)模的,在產(chǎn)品質(zhì)量上還存在著巨大的差距。國產(chǎn)LED芯片的大多數(shù)應用在中低端的產(chǎn)品中,企業(yè)在技術(shù)上的突破偏少,特別是在電光轉(zhuǎn)換效率上所做的工作偏少,未來應該在這方面有所突破。總體來講,LED業(yè)還是有些浮躁,基礎(chǔ)方面的研究不夠。而功率型芯片與國外相比還有一定的差距,85[[%]]的大功率芯片還得依靠進口。

“外芯”來襲

去年下半年以來,國際LED芯片大廠加快了向我國進行投資布局的步伐?？其J、旭明的加速進入,讓我國LED芯片產(chǎn)業(yè)感受到空前的緊迫感和競爭的壓力。蘇州納晶光電公司董事長、中科院蘇州納米所研究員梁秉文博士認為,國際LED廠商在中國設廠是早晚的事,是時間問題。他們看好中國市場和相對低廉的智力,所以會逐漸將成熟的技術(shù)產(chǎn)品拿到中國來做。再加上中國的芯片企業(yè)競爭力弱,而中國對于芯片的需求又特別大,這些廠商進入中國就好像“進入無人之地”。

從另一個角度看,這些廠商的進入也標志著LED芯片技術(shù)已經(jīng)開始進入成熟階段。當然激烈的競爭也在往后的日子里等著我們。

二、發(fā)展之道

師夷長技

南昌欣磊光電科技有限公司副總經(jīng)理周力認為,由于LED產(chǎn)業(yè)的特殊性,每個企業(yè)都面臨高技術(shù)、高投入、高風險的壓力和挑戰(zhàn),特別是在核心技術(shù)的掌握,人才、技術(shù)的引進,資金籌措與資本運作,現(xiàn)代企業(yè)管理,團隊建設方面都存在許多實際困難,誰都想做大做強自己的企業(yè),但現(xiàn)實并非從事LED產(chǎn)業(yè)的每一個企業(yè)都能一帆風順地解決上述問題。

因此,學習和借鑒國外的先進技術(shù)和經(jīng)驗特別是知名企業(yè)的做法,這對每個企業(yè)來說無疑會有很大幫助。

目前來看,我國在小芯片上的差距不大,但功率型芯片與國外相比還有一定的差距。企業(yè)在技術(shù)上的突破偏少,特別是在電光轉(zhuǎn)換效率上所做的工作偏少,未來應該在這方面有所突破。

我國LED芯片產(chǎn)業(yè)雖然比美國、日本和德國起步晚一些,技術(shù)水平也有相當?shù)牟罹?但是隨著國內(nèi)對高端產(chǎn)品需求的增長,研發(fā)投入的加大,特別是海外高層次人才的引進,近一年來我國的技術(shù)進步較快,比如浪潮華光10×23mil的藍光芯片,封裝成白光后,光效已經(jīng)達到了110lm/W以上,功率型WB紅光芯片的光效也達到了50lm/W,正在向量產(chǎn)的國際水平靠攏。

術(shù)有專攻

在中國,舊的芯片廠商擴產(chǎn)與新的芯片廠的建立是因為大家看好LED市場發(fā)展的前景。在這個過程中,希望大家能夠吸取前段時間LED芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的經(jīng)驗與教訓?？辞迤駷橹筁ED芯片產(chǎn)業(yè)沒有做得足夠好的問題的根源所在。否則,盲目擴產(chǎn)或者投資新廠是一件非常危險的事。因為,一個企業(yè)快速成長的時候,也是容易死得最快的時候。這里有很大的管理和市場風險。特別是,有些企業(yè)還沒有自己的核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán),或沒有核心技術(shù)團隊,在這種情況下,大規(guī)模擴產(chǎn)的風險是巨大的。

國內(nèi)方面,廈門三安、大連路明等國內(nèi)LED芯片企業(yè)也在擴產(chǎn)、建設新廠,同時新的LED芯片企業(yè)數(shù)量也在不斷增多,有人認為,中國LED芯片正在進入戰(zhàn)國時代,對此說法,南昌欣磊光電科技有限公司副總經(jīng)理周力并不贊成。他認為,LED芯片進入戰(zhàn)國時代,這種說法不恰當。周力認為,當前國內(nèi)LED芯片領(lǐng)域擴產(chǎn)、新建、新增企業(yè)很正常,LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景是明擺著的事,大家都在爭相投資發(fā)展,這是市場經(jīng)濟的規(guī)律所在。廈門三安、大連路美、杭州士蘭明芯、山東浪潮華光、江西晶能光電等新興企業(yè)的崛起和壯大就是應運LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展而生的。每個企業(yè)都有自己的特色,都有自己的戰(zhàn)略及發(fā)展規(guī)劃,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同,側(cè)重點的不同,經(jīng)營策略和工作方針的不同等,這對推動我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展,促進市場繁榮將產(chǎn)生重大的意義和深遠的影響。

以人為本以“核”為貴

國際廠商的進入,對于人才的競爭就更加不可避免,晶能光電(江西)有限公司常務副總裁王敏認為,海外LED芯片廠商的大舉進入,短期來看一定會使產(chǎn)業(yè)人才更加緊張,但從長期來看應該會對我國LED產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)起到積極的作用。

目前中國LED芯片廠的、最急迫的任務是組建一支真正屬于自己的核心管理和技術(shù)團隊。他們能與企業(yè)一起成長和發(fā)展。因為隨著新公司的建立和已有公司的擴產(chǎn),再加上LED外延芯片人才還沒有正式的、系統(tǒng)的、大批量的培養(yǎng)機構(gòu),這些都會使得LED產(chǎn)業(yè)面臨人才嚴重短缺的問題。很多公司將采取各種手段找人、挖人,如果不能建立一個有效的人才激勵機制,有些公司的人才流失將變得不可避免。

國家調(diào)控科學發(fā)展

從國家層面來講,我國LED產(chǎn)業(yè)正處在百花齊放、百花爭妍、加速發(fā)展的關(guān)鍵時期,針對這一特點,國家應加強宏觀調(diào)控,分類指導各省、市在發(fā)展地方經(jīng)濟的同時搞好科學規(guī)劃、有序發(fā)展,避免熱門一擁而上,重復投資、重復建設,重蹈浪費資金,浪費人力、物力的覆轍。同時轉(zhuǎn)變思路,轉(zhuǎn)變觀念,科學發(fā)展,既有分工又有合作應當成為LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識與模式,在此大前提下各企業(yè)根據(jù)自身的特長,協(xié)調(diào)分工、科學規(guī)劃、科學管理、有序競爭,走符合自我發(fā)展的道路,進而共同推進LED芯片制造業(yè)做大做強。

總結(jié)：十指合一劍指“中國芯”

中國的LED芯片廠家要想異軍突起,必須繼續(xù)以龍頭企業(yè)為主,加大研發(fā)投入和力度,掌握自主知識產(chǎn)權(quán)。

我國擁有大量廉價的人力、物力和資源市場,加之國家政策的引導、扶持,已引起世界各國的高度關(guān)注。國際大公司都看到了中國未來發(fā)展走向,當然不會放過這一商機,紛紛加速擠進中國的LED市場,這將加劇我國LED芯片產(chǎn)業(yè)的競爭,而且預計這種競爭將非常慘烈。但從另一個層面講競爭是必然的,落后就必須淘汰,關(guān)鍵是作為民族工業(yè)的產(chǎn)業(yè)我們?nèi)绾螒獙?在學習、借鑒別人先進技術(shù)的同時如何保護我們的民族工業(yè),發(fā)展自己的核心技術(shù),加強自身的創(chuàng)新能力,提升技術(shù)含量和技術(shù)水平、發(fā)展后勁,最終站穩(wěn)腳跟與國外知名企業(yè)抗衡。

一場危機已經(jīng)悄悄臨近了我國的LED芯片廠。我國芯片廠應該迅速地進行上下游整合,明確自己的市場定位,選擇從一個應用領(lǐng)域打開局面,才可能有生存和發(fā)展的希望。市場給中國芯片廠的時間已經(jīng)不多了。

廠商介紹

臺灣LED芯片廠商

晶元光電（Epistar）簡稱：ES、（聯(lián)詮、元坤，連勇，國聯(lián)），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(fā)，視創(chuàng)，洲磊，聯(lián)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(lián)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），豐田合成，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。