LED芯片

LED芯片的寫法

LED芯片介紹

LEDLightEmittingDiode(發光二極管)的縮寫。是一種固態的半導體器件LED芯片，它可以直接把電轉化為光。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。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

分類

按用途來分類：可根據用途分為大功率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.

壓焊的目的將電極引到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。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?；旧瞎に嚳刂频碾y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)

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。

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。

技術發展狀況

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的藍色發光芯片(455～475nm)和功率為21mW的紫光發光芯片（395～410nm），8mW綠光（505～525nm）發光芯片。臺灣現在可以向市場提供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。隨著外延生長技術和多量子阱結構的發展，超高亮度發光二極管的內量子效率己有了非常大的改善，如波長625nmAlGaInP基超高亮度發光二極管的內量子效率可達到100[%]，已接近極限。

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

1）改變芯片外形的技術

當發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向出光的利用效率，也可以在發光區底部(正面出光)或者外延層材料(背面出光)進行特殊的幾何規格設計，并在適當的區域涂覆高防反射層薄膜，來提高芯片的側向出光利用率。

1999年HP公司開發了倒金字塔形AlInGaP芯片并達到商用的目標，TIP結構減少了光在晶體內傳輸距離、減少了內反射和吸收（有源區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），而面朝下的倒裝結構使P-N結更接近熱沉，改善了散熱特性，提高了芯片壽命。

2）鍵合技術

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

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，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的折衷，折衷設計的結果必定使其功率轉換的提高受到了限制。

倒裝芯片技術可增大輸出功率、降低熱阻，使發光的pn結靠近熱沉，提高器件可靠性。2001年Lumileds報道了倒裝焊技術在大功率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（驅動電流1A，435nm，芯片尺寸1mmx1mm），其總體發光效率比正裝增加1.6倍。

中國對發展規化

近年來,我國LED芯片技術快速發展。在過去的一年里,我國LED芯片企業數量快速增長,海外芯片企業加速進入中國市場,我國LED芯片企業產能擴張,LED芯片業正在進入群雄逐鹿的戰國時代。在這種情況下,應如何發展自己的核心技術,如何在市場中立足、崛起,中國LED芯片業面臨考驗。

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,具有自主技術產權的硅襯底白光LED也已經達到90lm/W-96lm/W。中國LED芯片業正在加速發展。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芯片業未來山雨欲來風滿樓的競爭態勢。

一、國內現狀

國產芯：規模小檔次低

雖然中國的LED產業越來越強,但其高亮度產品的性能仍然落后于世界的水平。和海外制造商相比,中國公司是小規模的,在產品質量上還存在著巨大的差距。國產LED芯片的大多數應用在中低端的產品中,企業在技術上的突破偏少,特別是在電光轉換效率上所做的工作偏少,未來應該在這方面有所突破?？傮w來講,LED業還是有些浮躁,基礎方面的研究不夠。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芯片產業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產品拿到中國來做。再加上中國的芯片企業競爭力弱,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芯片技術已經開始進入成熟階段。當然激烈的競爭也在往后的日子里等著我們。

二、發展之道

師夷長技

南昌欣磊光電科技有限公司副總經理周力認為,由于LED產業的特殊性,每個企業都面臨高技術、高投入、高風險的壓力和挑戰,特別是在核心技術的掌握,人才、技術的引進,資金籌措與資本運作,現代企業管理,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,但現實并非從事LED產業的每一個企業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和經驗特別是知名企業的做法,這對每個企業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。企業在技術上的突破偏少,特別是在電光轉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芯片產業雖然比美國、日本和德國起步晚一些,技術水平也有相當的差距,但是隨著國內對高端產品需求的增長,研發投入的加大,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,正在向量產的國際水平靠攏。

術有專攻

在中國,舊的芯片廠商擴產與新的芯片廠的建立是因為大家看好LED市場發展的前景。在這個過程中,希望大家能夠吸取前段時間LED芯片產業發展過程中的經驗與教訓?？辞迤駷橹筁ED芯片產業沒有做得足夠好的問題的根源所在。否則,盲目擴產或者投資新廠是一件非常危險的事。因為,一個企業快速成長的時候,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,有些企業還沒有自己的核心技術和知識產權,或沒有核心技術團隊,在這種情況下,大規模擴產的風險是巨大的。

國內方面,廈門三安、大連路明等國內LED芯片企業也在擴產、建設新廠,同時新的LED芯片企業數量也在不斷增多,有人認為,中國LED芯片正在進入戰國時代,對此說法,南昌欣磊光電科技有限公司副總經理周力并不贊成。他認為,LED芯片進入戰國時代,這種說法不恰當。周力認為,當前國內LED芯片領域擴產、新建、新增企業很正常,LED產業發展前景是明擺著的事,大家都在爭相投資發展,這是市場經濟的規律所在。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的崛起和壯大就是應運LED產業發展而生的。每個企業都有自己的特色,都有自己的戰略及發展規劃,產品結構的不同,側重點的不同,經營策略和工作方針的不同等,這對推動我國LED產業發展,促進市場繁榮將產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業人才更加緊張,但從長期來看應該會對我國LED產業人才培養起到積極的作用。

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團隊。他們能與企業一起成長和發展。因為隨著新公司的建立和已有公司的擴產,再加上LED外延芯片人才還沒有正式的、系統的、大批量的培養機構,這些都會使得LED產業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。

國家調控科學發展

從國家層面來講,我國LED產業正處在百花齊放、百花爭妍、加速發展的關鍵時期,針對這一特點,國家應加強宏觀調控,分類指導各省、市在發展地方經濟的同時搞好科學規劃、有序發展,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。同時轉變思路,轉變觀念,科學發展,既有分工又有合作應當成為LED產業發展的共識與模式,在此大前提下各企業根據自身的特長,協調分工、科學規劃、科學管理、有序競爭,走符合自我發展的道路,進而共同推進LED芯片制造業做大做強。

總結：十指合一劍指“中國芯”

中國的LED芯片廠家要想異軍突起,必須繼續以龍頭企業為主,加大研發投入和力度,掌握自主知識產權。

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注。國際大公司都看到了中國未來發展走向,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芯片產業的競爭,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,關鍵是作為民族工業的產業我們如何應對,在學習、借鑒別人先進技術的同時如何保護我們的民族工業,發展自己的核心技術,加強自身的創新能力,提升技術含量和技術水平、發展后勁,最終站穩腳跟與國外知名企業抗衡。

一場危機已經悄悄臨近了我國的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,選擇從一個應用領域打開局面,才可能有生存和發展的希望。市場給中國芯片廠的時間已經不多了。

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。