led芯片及封装技术研究

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1、LED芯片及封装技术LED已经在照明及平板显示背光市场有着广泛的应用，LED的产业链比较长，从上到下包括蓝宝石生产、LED外延芯片技术、荧光粉、检测设备、LED器件与模组等方面。本文就LED芯片及封装技术做一个简单的介绍提纲。一、LED芯片简介1.1LED芯片发光原理及简单分类LED芯片，也称为LED发光芯片，是LED灯的核心组件，也就是指的P-N结。其主要功能是：把电能转化为光能，芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的

2、时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。目前芯片主要分为低压直流芯片和高压直流芯片。其中，低压直流芯片包括正装结构芯片、垂直结构芯片以及三维(无金线)垂直结构芯片。高压直流芯片包括正装结构芯片。从衬底的角度看当前整个行业的技术路线，主流衬底是蓝宝石与SiC，Si衬底是未来希望所在。芯片技术最主要的突破点就是提高LM/W&LM/$。可能突破点包括：1、大电

3、流密度驱动芯片；2、三维垂直结构芯片；3、垂直结构高压交直流芯片；4、绿光IQE提升(Green-Gap)；5、衬底：硅衬底、石墨衬底、GaN、AlN及其他衬底。三维垂直结构芯片的最重要的优势是没有电感效应。垂直结构高压交直流芯片的优势主要是加大电流驱动、降低芯片的成本。高压芯片会降低变压部分的成本，交流芯片可降低整流部分的成本。另外也可通过在衬底上制作图形以及将芯片外形异型化提高出光效率。1.2LED芯片的制作流程总的来说，LED制作流程分为两大部分：　　首先在衬底上制作氮化镓（GaN）基的外延片，这个过程主要是在金属有机化学气相沉

4、积外延片炉(MOCVD)中完成的。准备好制作GaN基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有GaAs、AlN、ZnO等材料。MOCVD是利用气相反应物（前驱物）及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3在衬底表面进行反应，将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等品质。MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。然后是对LEDPN结的两个电极进行加工，电极加工也是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、

5、化学蚀刻、熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不够干净，蒸镀系统不正常，会导致蒸镀出来的金属层（指蚀刻后的电极）会有脱落，金属层外观变色，金泡等异常。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片，因此会产生夹痕（在目检必须挑除）。黄光作业内容包括烘烤、上光阻、照相曝光、显影等，若显影不完全及光罩有破洞会有发光区残多出金属。芯片在前段工艺中，各项工艺如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等，因此会有芯片电极刮伤情形发生。1.3LED芯片生产中的关键环节LED芯片

6、生产中的关键环节包括LED衬底材料的生产、MOCVD设备及使用等。下面分别做一下简单介绍：1.3.1LED芯片衬底 对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。好的衬底材料应具备一下特点：1．衬底与外延膜的结构匹配：外延材料与衬底材料的晶体结构相同或相近、晶格常数失配小、结晶性能好、缺陷密度低；2．衬底与外延膜的热膨胀系数匹配：热膨胀系数的匹配非常重要，外延膜与衬底材料在热膨胀系数上相差过大不仅可能使外延膜质量下降，还会在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损

7、坏；3．衬底与外延膜的化学稳定性匹配：衬底材料要有好的化学稳定性，在外延生长的温度和气氛中不易分解和腐蚀，不能因为与外延膜的化学反应使外延膜质量下降；4．材料制备的难易程度及成本的高低：考虑到产业化发展的需要，衬底材料的制备要求简洁，成本不宜很高。衬底尺寸一般不小于2英寸。当前用于GaN基LED的衬底材料比较多，但是能用于商品化的衬底目前只有两种，即蓝宝石和碳化硅衬底。其它诸如GaN、Si、ZnO衬底还处于研发阶段，离产业化还有一段距离，下面逐一介绍一下各种材料：氮化镓：用于GaN生长的最理想衬底是GaN单晶材料，可以大大提高外延膜的

8、晶体质量，降低位错密度，提高器件工作寿命，提高发光效率，提高器件工作电流密度。但是制备GaN体单晶非常困难，到目前为止还未有行之有效的办法。氧化锌：ZnO之所以能成为GaN外延的候选衬底，是因为两者具有非常惊人的相似之处