什么是LED芯片？

LED芯片也稱為led發(fā)光芯片，是led燈的核心組件，也就是指的P-N結(jié)。其主要功能是：把電能轉(zhuǎn)化為光能，芯片的主要材料為單晶硅。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè) P-N結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)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(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

 

LED歷史

50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，1962年，通用電氣公司的尼克·何倫亞克(NickHolonyakJr.)開發(fā)出第一種實(shí)際應(yīng)用的可見光發(fā)光二極管。LED是英文lightemittingdiode(發(fā)光二極管)的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，即固體封裝，所以能起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。

  最初LED用作儀器儀表的指示光源，后來(lái)各種光色的LED在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例，在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命、低光效的140瓦白熾燈作為光源，它產(chǎn)生2000流明的白光。經(jīng)紅色濾光片后，光損失90%，只剩下200流明的紅光。而在新設(shè)計(jì)的燈中，Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源，包括電路損失在內(nèi)，共耗電14瓦，即可產(chǎn)生同樣的光效。汽車信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

分類

用途：根據(jù)用途分為大功率led芯片、小功率led芯片兩種;

  顏色：主要分為三種：紅色、綠色、藍(lán)色(制作白光的原料);

  形狀：一般分為方片、圓片兩種;

  大小：小功率的芯片一般分為8mil、9mil、12mil、14mil等

  芯片尺寸

  大功率LED芯片有尺寸為38*38mil，40*40mil，45*45mil等三種當(dāng)然芯片尺寸是可以訂制的，這只是一般常見的規(guī)格。 mil是尺寸單位，一個(gè)mil是千分之一英寸。40mil差不多是1毫米。38mil，40mil，45mil都是1W大功率芯片的常用尺寸規(guī)格。理論上來(lái)說(shuō)，芯片越大，能承受的電流及功率就越大。不過(guò)芯片材質(zhì)及制程也是影響芯片功率大小的主要因素。例如CREE40mil的芯片能承受1W到3W的功率，其他廠牌同樣大小的芯片，最多能承受到2W。

發(fā)光亮度

  一般亮度：R(紅色GaAsP655nm)、H(高紅GaP697nm)、G(綠色GaP565nm)、Y(黃色GaAsP/GaP585nm)、E(桔色GaAsP/GaP635nm)等;

  高亮度：VG(較亮綠色GaP565nm)、VY(較亮黃色GaAsP/GaP585nm)、SR(較亮紅色GaA/AS660nm);

  超高亮度：UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等。

  二元晶片(磷﹑鎵)：H﹑G等;

  三元晶片(磷﹑鎵﹑砷)：SR(較亮紅色GaA/AS660nm)、HR(超亮紅色GaAlAs660nm)、UR(最亮紅色GaAlAs660nm)等;

  四元晶片(磷﹑鋁﹑鎵﹑銦)：SRF(較亮紅色AlGalnP)、HRF(超亮紅色AlGalnP)、URF(最亮紅色 AlGalnP630nm)、VY(較亮黃色GaAsP/GaP585nm)、HY(超亮黃色AlGalnP595nm)、UY(最亮黃色 AlGalnP595nm)、UYS(最亮黃色AlGalnP587nm)、UE(最亮桔色AlGalnP620nm)、HE(超亮桔色 AlGalnP620nm)、UG(最亮綠色AIGalnP574nm)LED等。

 

襯底

對(duì)于制作LED芯片來(lái)說(shuō)，襯底材料的選用是首要考慮的問(wèn)題。應(yīng)該采用哪種合適的襯底，需要根據(jù)設(shè)備和LED器件的要求進(jìn)行選擇。三種襯底材料：藍(lán)寶石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)。

  藍(lán)寶石的優(yōu)點(diǎn)：1.生產(chǎn)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好;2.穩(wěn)定性很好，能夠運(yùn)用在高溫生長(zhǎng)過(guò)程中;3.機(jī)械強(qiáng)度高，易于處理和清洗。

  藍(lán)寶石的不足：1.晶格失配和熱應(yīng)力失配，會(huì)在外延層中產(chǎn)生大量缺陷;2.藍(lán)寶石是一種絕緣體，在上表面制作兩個(gè)電極，造成了有效發(fā)光面積減少;3.增加了光刻、蝕刻工藝過(guò)程，制作成本高。

  硅是熱的良導(dǎo)體，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從而延長(zhǎng)了器件的壽命。

  碳化硅襯底(CREE公司專門采用SiC材料作為襯底)的LED芯片，電極是L型電極，電流是縱向流動(dòng)的。采用這種襯底制作的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱 性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。優(yōu)點(diǎn)：碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為490W/m·K，要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上。不足：碳化硅制造成本較高， 實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化還需要降低相應(yīng)的成本。

 

LED特點(diǎn)

(1)四元芯片，采用MOVPE工藝制備，亮度相對(duì)于常規(guī)芯片要亮。

  (2)信賴性優(yōu)良。

  (3)應(yīng)用廣泛。

  (4)安全性高。

  (5)壽命長(zhǎng)。

  如何評(píng)判

  led芯片的價(jià)格：一般情況系下方片的價(jià)格要高于圓片的價(jià)格，大功率led芯片肯定要高于小功率led芯片，進(jìn)口的要高于國(guó)產(chǎn)的，進(jìn)口的來(lái)源價(jià)格從日本、美國(guó)、臺(tái)灣依次減低。

  led芯片的質(zhì)量：評(píng)價(jià)led芯片的質(zhì)量主要從裸晶亮度、衰減度兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，在封裝過(guò)程中主要從led芯片封裝的成品率來(lái)計(jì)算。

  日常使用

  紅燈：9mil正規(guī)方片，(純紅)波長(zhǎng)：620-625nm，上下60°、左右120°，亮度高達(dá)1000-1200mcd;

  綠燈：12mil正規(guī)方片，(純綠)波長(zhǎng)：520-525nm，上下60°、左右120°，亮度高達(dá)2000-3000mcd;

  性能：具有亮度高、抗靜電能力強(qiáng)、抗衰減能力強(qiáng)、一致性好等特點(diǎn)，是制作led招牌、led發(fā)光字的最佳選擇。

 

LED制造流程

總的來(lái)說(shuō)，LED制作流程分為兩大部分：

  首先在襯底上制作氮化鎵(GaN)基的外延片，這個(gè)過(guò)程主要是在金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積外延片爐(MOCVD)中完成的。準(zhǔn)備好制作GaN基外延 片所需的材料源和各種高純的氣體之后，按照工藝的要求就可以逐步把外延片做好。常用的襯底主要有藍(lán)寶石、碳化硅和硅襯底，還有GaAs、AlN、ZnO等材料。

  MOCVD是利用氣相反應(yīng)物(前驅(qū)物)及Ⅲ族的有機(jī)金屬和Ⅴ族的NH3在襯底表面進(jìn)行反應(yīng)，將所需的產(chǎn)物沉積在襯底表面。通過(guò)控制溫度、壓力、反應(yīng)物濃度和種類比例，從而控制鍍膜成分、晶相等品質(zhì)。MOCVD外延爐是制作LED外延片最常用的設(shè)備。

  然后是對(duì)LEDPN結(jié)的兩個(gè)電極進(jìn)行加工，電極加工也是制作LED芯片的關(guān)鍵工序，包括清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨;然后對(duì)LED毛片進(jìn)行劃片、測(cè)試和分選，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不夠乾凈，蒸鍍系統(tǒng)不正常，會(huì)導(dǎo)致蒸鍍出來(lái)的金屬層(指蝕刻后的電極)會(huì)有脫落，金屬層外觀變色，金泡等異常。

  蒸鍍過(guò)程中有時(shí)需用彈簧夾固定芯片，因此會(huì)產(chǎn)生夾痕(在目檢必須挑除)。黃光作業(yè)內(nèi)容包括烘烤、上光阻、照相曝光、顯影等，若顯影不完全及光罩有破洞會(huì)有發(fā)光區(qū)殘多出金屬。

  芯片在前段工藝中，各項(xiàng)工藝如清洗、蒸鍍、黃光、化學(xué)蝕刻、熔合、研磨等作業(yè)都必須使用鑷子及花籃、載具等，因此會(huì)有芯片電極刮傷情形發(fā)生。

 

制作工藝

1.LED芯片檢驗(yàn)

  鏡檢：材料表面是否有機(jī)械損傷及麻點(diǎn)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(kuò)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。采用擴(kuò)片機(jī)對(duì)黏結(jié)芯片的膜進(jìn)行擴(kuò)張，使LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴(kuò)張，但很容易造成芯片掉落浪費(fèi)等不良問(wèn)題。

  3.LED點(diǎn)膠

  在LED支架的相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或絕緣膠。對(duì)于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有背面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對(duì)于藍(lán)寶石絕緣襯底的藍(lán)光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來(lái)固定芯片。

  工藝難點(diǎn)在于點(diǎn)膠量的控制，在膠體高度、點(diǎn)膠位置均有詳細(xì)的工藝要求。由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴(yán)格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時(shí)間都是工藝上必須注意的事項(xiàng)。

  4.LED備膠

  和點(diǎn)膠相反，備膠是用備膠機(jī)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(yuǎn)高于點(diǎn)膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。

  5.LED手工刺片

  將擴(kuò)張后LED芯片(備膠或未備膠)安置在刺片臺(tái)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(gè)一個(gè)刺到相應(yīng)的位置上。手工刺片和自動(dòng)裝架相比有一個(gè)好處，便于隨時(shí)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(dòng)裝架

  自動(dòng)裝架其實(shí)是結(jié)合了沾膠(點(diǎn)膠)和安裝芯片兩大步驟，先在LED支架上點(diǎn)上銀膠(絕緣膠)，然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動(dòng)位置，再安置在相應(yīng)的支架位置上。自動(dòng)裝架在工藝上主要要熟悉設(shè)備操作編程，同時(shí)對(duì)設(shè)備的沾膠及安裝精度進(jìn)行調(diào)整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對(duì)LED芯片 表面的損傷，特別是藍(lán)、綠色芯片必須用膠木的。因?yàn)殇撟鞎?huì)劃傷芯片表面的電流擴(kuò)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(duì)溫度進(jìn)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(shí)間2小時(shí)。根據(jù)實(shí)際情況可以調(diào)整到170℃，1小時(shí)。絕緣膠一般150℃，1小時(shí)。

  銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時(shí)(或1小時(shí))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.LED壓焊

  壓焊的目的是將電極引到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。鋁絲壓焊的過(guò)程為先在LED芯片電極上壓上第一點(diǎn)，再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方，壓上第二點(diǎn)后扯斷鋁絲。金絲球焊過(guò)程則在壓第一點(diǎn)前先燒個(gè)球，其余過(guò)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(diǎn)形狀，拉力。

  9.LED封膠

  LED的封裝主要有點(diǎn)膠、灌封、模壓三種?；旧瞎に嚳刂频碾y點(diǎn)是氣泡、多缺料、黑點(diǎn)。設(shè)計(jì)上主要是對(duì)材料的選型，選用結(jié)合良好的環(huán)氧和支架。(一般的LED無(wú)法通過(guò)氣密性試驗(yàn))

  LED點(diǎn)膠TOP-LED和Side-LED適用點(diǎn)膠封裝。手動(dòng)點(diǎn)膠封裝對(duì)操作水平要求很高(特別是白光LED)，主要難點(diǎn)是對(duì)點(diǎn)膠量的控制，因?yàn)榄h(huán)氧在使用過(guò)程中會(huì)變稠。白光LED的點(diǎn)膠還存在熒光粉沉淀導(dǎo)致出光色差的問(wèn)題。

  LED灌膠封裝Lamp-LED的封裝采用灌封的形式。灌封的過(guò)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。

  LED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(jī)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(jìn)入各個(gè)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(shí)。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(shí)對(duì)LED進(jìn)行熱老化。后固化對(duì)于提高環(huán)氧與支架(PCB)的粘接強(qiáng)度非常重要。一般條件為120℃，4小時(shí)。

  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(gè))，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?jiǎng)澠瑱C(jī)來(lái)完成分離工作。

  12.LED測(cè)試

  測(cè)試LED的光電參數(shù)、檢驗(yàn)外形尺寸，同時(shí)根據(jù)客戶要求對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行分選。

 

計(jì)數(shù)方法

LED芯片因?yàn)榇笮∫话愣荚诖笮。盒」β实男酒话惴譃?mil、9mil、12mil、14mil等，跟頭發(fā)細(xì)一樣細(xì)，以前人工計(jì)數(shù)時(shí)候非常辛苦，而且準(zhǔn)確率極底，2012年廈門好景科技有開發(fā)一套專門針對(duì)LED芯片計(jì)數(shù)的軟件，儀器整合了高清晰度數(shù)字技術(shù)來(lái)鑒別最困難的計(jì)數(shù)問(wèn)題，LED芯片專用計(jì)數(shù)儀設(shè)備是由百萬(wàn)象素工業(yè)專用的CCD和百萬(wàn)象素鏡頭的硬件，整合了高清晰度圖像數(shù)字技術(shù)的軟件組成的，主要用來(lái)計(jì)算出LED芯片的數(shù)量。該LED芯片專用計(jì)數(shù)儀通過(guò)高速的圖像獲取及視覺(jué)識(shí)別處理，準(zhǔn)確、快速地計(jì)數(shù)LED芯片，操作簡(jiǎn)單，使用方便。

  該設(shè)備裝有新型的照明配置，因照明上的均勻一致性及應(yīng)用百萬(wàn)象素的CCD及鏡頭，確保了LED芯片成像的清晰度，配合高技術(shù)的計(jì)數(shù)軟件，從而保證了計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確度。同時(shí)軟件會(huì)將每次計(jì)數(shù)的結(jié)果儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便打印與追溯對(duì)比分析。

 

技術(shù)參數(shù)

1.成像特性

  鏡頭：12mm、F1.8高保真光學(xué)鏡頭

  CCD規(guī)格：300萬(wàn)像素/500萬(wàn)像素，真彩

  圖像拍攝：手動(dòng)對(duì)焦，可專業(yè)級(jí)地精細(xì)成像LED芯片

  圖像調(diào)整：手動(dòng)調(diào)整亮度;自動(dòng)調(diào)整對(duì)比度、飽和度

  2.計(jì)數(shù)特性：

  快速的計(jì)算出LED芯片總數(shù)，可根據(jù)需要折扣數(shù)量，并顯示和輸出計(jì)數(shù)結(jié)果

  可計(jì)數(shù)≥5mil(或0.127mm)不透明LED芯片

  可計(jì)數(shù)雙電極透明的LED芯片

  計(jì)數(shù)速度：2000～8000個(gè)LED芯片/s的統(tǒng)計(jì)速度，無(wú)需掃描即成像即計(jì)數(shù)

  簡(jiǎn)便易用：真正一鍵式操作，鼠標(biāo)一點(diǎn)，結(jié)果即現(xiàn)。軟件界面美觀，操作簡(jiǎn)便。

 

參數(shù)釋疑

正向工作電流If：它是指發(fā)光二極體正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6·IFm以下。

  正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在IF=20mA時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極體正向工作電壓VF在1.4～3V。在外界溫度升高時(shí)，VF將下降。

  V-I特性：發(fā)光二極體的電壓與電流的關(guān)系，在正向電壓正小于某一值(叫閾值)時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過(guò)某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。

  發(fā)光強(qiáng)度IV：發(fā)光二極體的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線(對(duì)圓柱形發(fā)光管是指其軸線)方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為(1/683)W/sr時(shí)，則發(fā)光1坎德拉(符號(hào)為cd)。由于一般LED的發(fā)光二極管強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用燭光(坎德拉，mcd)作單位。

  LED的發(fā)光角度：-90°-+90°

  光譜半寬度Δλ：它表示發(fā)光管的光譜純度。

  半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發(fā)光強(qiáng)度值為軸向強(qiáng)度值一半的方向與發(fā)光軸向(法向)的夾角。

  全形：根據(jù)LED發(fā)光立體角換算出的角度，也叫平面角。

  視角：指LED發(fā)光的最大角度，根據(jù)視角不同，應(yīng)用也不同，也叫光強(qiáng)角。

  半形：法向0°與最大發(fā)光強(qiáng)度值/2之間的夾角。嚴(yán)格上來(lái)說(shuō)，是最大發(fā)光強(qiáng)度值與最大發(fā)光強(qiáng)度值/2所對(duì)應(yīng)的夾角。LED的封裝技術(shù)導(dǎo)致最大發(fā)光角度并不是法向0°的光強(qiáng)值，引入偏差角，指得是最大發(fā)光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的角度與法向0°之間的夾角。

  最大正向直流電流IFm：允許加的最大的正向直流電流。超過(guò)此值可損壞二極體。

  最大反向電壓VRm：所允許加的最大反向電壓即擊穿電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極體可能被擊穿損壞。

  工作環(huán)境topm：發(fā)光二極體可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，發(fā)光二極體將不能正常工作，效率大大降低。

  允許功耗Pm：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過(guò)它的電流之積的最大值。超過(guò)此值，LED發(fā)熱、損壞。