LED照明燈具百科：LED芯片知識(shí)
1、用于半導(dǎo)體照明的芯片技術(shù)的發(fā)展主流是什么？
隨著半導(dǎo)體LED技術(shù)的發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多，特別是白光LED的出現(xiàn)，更是成為半導(dǎo)體照明的熱點(diǎn)。但是關(guān)鍵的芯片、封裝技術(shù)還有待提高，在芯片方面要朝大功率、高光效和降低熱阻方面發(fā)展。提高功率意味著芯片的使用電流加大，最直接的辦法是加大芯片尺寸，現(xiàn)在普遍出現(xiàn)的大功率芯片都在1mm×1mm左右，使用電流在350mA.由于使用電流的加大，散熱問(wèn)題成為突出問(wèn)題，現(xiàn)在通過(guò)芯片倒裝的方法基本解決了這一文題。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)面臨一個(gè)前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
2、什么是“倒裝芯片（Flip Chip）”？它的結(jié)構(gòu)如何？有哪些優(yōu)點(diǎn)？
藍(lán)光LED通常采用Al2O3襯底，Al2O3襯底硬度很高、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率低，如果采用正裝結(jié)構(gòu)，一方面會(huì)帶來(lái)防靜電問(wèn)題，另一方面，在大電流情況下散熱也會(huì)成為最主要的問(wèn)題。同時(shí)由于正面電極朝上，會(huì)遮掉一部分光，發(fā)光效率會(huì)降低。大功率藍(lán)光LED通過(guò)芯片倒裝技術(shù)可以比傳統(tǒng)的封裝技術(shù)得到更多的有效出光。
現(xiàn)在主流的倒裝結(jié)構(gòu)做法是：首先制備出具有適合共晶焊接電極的大尺寸藍(lán)光LED芯片，同時(shí)制備出比藍(lán)光LED芯片略大的硅襯底，并在上面制作出供共晶焊接的金導(dǎo)電層及引出導(dǎo)線層（超聲金絲球焊點(diǎn)）。然后，利用共晶焊接設(shè)備將大功率藍(lán)光LED芯片與硅襯底焊接在一起。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是外延層直接與硅襯底接觸，硅襯底的熱阻又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于藍(lán)寶石襯底，所以散熱的問(wèn)題很好地解決了。由于倒裝后藍(lán)寶石襯底朝上，成為出光面，藍(lán)寶石是透明的，因此出光問(wèn)題也得到解決。
3、LED芯片的制造流程是怎樣的？
LED芯片制造主要是為了制造有效可靠的低歐姆接觸電極，并能滿足可接觸材料之間最小的壓降及提供焊線的壓墊，同時(shí)盡可能多地出光。渡膜工藝一般用真空蒸鍍方法，其主要在1.33×10？4Pa高真空下，用電阻加熱或電子束轟擊加熱方法使材料熔化，并在低氣壓下變成金屬蒸氣沉積在半導(dǎo)體材料表面。一般所用的P型接觸金屬包括AuBe、AuZn等合金，N面的接觸金屬常采用AuGeNi合金。鍍膜后形成的合金層還需要通過(guò)光刻工藝將發(fā)光區(qū)盡可能多地露出來(lái)，使留下來(lái)的合金層能滿足有效可靠的低歐姆接觸電極及焊線壓墊的要求。光刻工序結(jié)束后還要通過(guò)合金化過(guò)程，合金化通常是在H2或N2的保護(hù)下進(jìn)行。合金化的時(shí)間和溫度通常是根據(jù)半導(dǎo)體材料特性與合金爐形式等因素決定。當(dāng)然若是藍(lán)綠等芯片電極工藝還要復(fù)雜，需增加鈍化膜生長(zhǎng)、等離子刻蝕工藝等。
4、LED芯片制造工序中，哪些工序?qū)ζ涔怆娦阅苡休^重要的影響？
一般來(lái)說(shuō)，LED外延生產(chǎn)完成之后她的主要電性能已定型，芯片制造不對(duì)其產(chǎn)?核本性改變，但在鍍膜、合金化過(guò)程中不恰當(dāng)?shù)臈l件會(huì)造成一些電參數(shù)的不良。比如說(shuō)合金化溫度偏低或偏高都會(huì)造成歐姆接觸不良，歐姆接觸不良是芯片制造中造成正向壓降VF偏高的主要原因。在切割后，如果對(duì)芯片邊緣進(jìn)行一些腐蝕工藝，對(duì)改善芯片的反向漏電會(huì)有較好的幫助。這是因?yàn)橛媒饎偸拜喌镀懈詈?，芯片邊緣?huì)殘留較多的碎屑粉末，這些如果粘在LED芯片的PN結(jié)處就會(huì)造成漏電，甚至?xí)袚舸┈F(xiàn)象。另外，如果芯片表面光刻膠剝離不干凈，將會(huì)造成正面焊線難與虛焊等情況。如果是背面也會(huì)造成壓降偏高。在芯片生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)表面粗化、劃成倒梯形結(jié)構(gòu)等辦法可以提高光強(qiáng)。
5、LED芯片為什么要分成不同尺寸？尺寸大小對(duì)LED光電性能有哪些影響？
LED芯片大小根據(jù)功率可分為小功率芯片、中功率芯片和大功率芯片。根據(jù)客戶要求可分為單管級(jí)、數(shù)碼級(jí)、點(diǎn)陣級(jí)以及裝飾照明等類別。至于芯片的具體尺寸大小是根據(jù)不同芯片生產(chǎn)廠家的實(shí)際生產(chǎn)水平而定，沒有具體的要求。只要工藝過(guò)關(guān)，芯片小可提高單位產(chǎn)出并降低成本，光電性能并不會(huì)發(fā)生根本變化。芯片的使用電流實(shí)際上與流過(guò)芯片的電流密度有關(guān)，芯片小使用電流小，芯片大使用電流大，它們的單位電流密度基本差不多。如果10mil芯片的使用電流是20mA的話，那么40mil芯片理論上使用電流可提高16倍，即320mA。但考慮到散熱是大電流下的主要問(wèn)題，所以它的發(fā)光效率比小電流低。另一方面，由于面積增大，芯片的體電阻會(huì)降低，所以正向?qū)妷簳?huì)有所下降。
6、LED大功率芯片一般指多大面積的芯片？為什么？
用于白光的LED大功率芯片一般在市場(chǎng)上可以看到的都在40mil左右，所謂的大功率芯片的使用功率一般是指電功率在1W以上。由于量子效率一般小于20%大部分電能會(huì)轉(zhuǎn)換成熱能，所以大功率芯片的散熱很重要，要求芯片有較大的面積。
7、制造GaN外延材料的芯片工藝和加工設(shè)備與GaP、GaAs、InGaAlP相比有哪些不同的要求？為什么？
普通的LED紅黃芯片和高亮四元紅黃芯片的基板都采用GaP、GaAs等化合物半導(dǎo)體材料，一般都可以做成N型襯底。采用濕法工藝進(jìn)行光刻，最后用金剛砂輪刀片切割成芯片。GaN材料的藍(lán)綠芯片是用的藍(lán)寶石襯底，由于藍(lán)寶石襯底是絕緣的，所以不能作為L(zhǎng)ED的一個(gè)極，必須通過(guò)干法刻蝕的工藝在外延面上同時(shí)制作P/N兩個(gè)電極并且還要通過(guò)一些鈍化工藝。由于藍(lán)寶石很硬，用金剛砂輪刀片很難劃成芯片。它的工藝過(guò)程一般要比GaP、GaAs材料的LED多而復(fù)雜。
8、“透明電極”芯片的結(jié)構(gòu)與它的特點(diǎn)是什么？
所謂透明電極一是要能夠?qū)щ?，二是要能夠透光。這種材料現(xiàn)在最廣泛應(yīng)用在液晶生產(chǎn)工藝中，其名稱叫氧化銦錫，英文縮寫ITO，但它不能作為焊墊使用。制作時(shí)先要在芯片表面做好歐姆電極，然后在表面覆蓋一層ITO再在ITO表面鍍一層焊墊。這樣從引線上下來(lái)的電流通過(guò)ITO層均勻分布到各個(gè)歐姆接觸電極上，同時(shí)ITO由于折射率處于空氣與外延材料折射率之間，可提高出光角度，光通量也可增加。
