§2.1LED芯片结构

1、<2Imldo Uftit EmHl PF<2bM 第2章LED的封装原物料LED的封装工艺有其自己的特点。对LED封装前首先要做 的是控制原物料。因为许多场合需要户外使用，环境条件往往 比较恶劣，不是长期在高温下工作就是长期在低温下工作，而 且长期受雨水的腐蚀，如LED的信赖度不是很好，很容易出现 瞎点现象，所以注意对原物料品质的控制显得尤其重要。§ 2.1 LED芯片结构LED芯片是半导体发光器件LED的核心部件，它主要由 碑(AS)、铝(AL)、稼(Ga)、锢(IN)、磷(P)、氮(N)、锂(Si)这 几种元素中的若干种组成。&芯片按发光亮度分类可分为：般亮

2、度：R（红色GAaAsP655nm）> H （高红GaP697nm）、 G （绿色GaP565nm）、Y （黄色GaAsP/GaP 585nm ）、E（桔色 GaAsP/ GaP 635nm ）等；高亮度：VG（较亮绿色GaP565nm）、VY（较亮黄色GaAsP/ GaP 585nm ）、SR（较亮红色GaA/AS 660nm ）；超高亮度：UG. UY. UR. UYS> URF、UE等。二元晶片（磷.稼）:H. G等;三元晶片（磷.锡.碑）:SR（较亮红色 GaA/AS 660nm）、（超亮红色GaAlAs 660mn）、UR（最亮红色GaAlAs660nm）等;四元晶片（磷

3、、铝.掾.锢）:SRF（较亮红色 AlGalnP）.HRF（超亮红色 AlGalnP）、URF（最亮红色 AlGalnP 630nm）、VY（较亮黄色GaAsP/GaP585nm） HY（超亮黄色AlGalnP595nm）、UY（最亮黄色 AlGalnP 595nm）、UYS（最亮黄色 AlGalnP 587nm） UE（最亮桔色 AlGalnP620nm） HE（超亮桔 色 AlGalnP 620mn）、UG （最亮绿色 AlGalnP 574nm） LED等。1-LPE：液相磊晶法GaP/GaP；2. VPE:气相磊晶法 GaAsP/GaAs ；3. MOVPE：有机金属气相磊晶法）AlG

4、alnP、GaN；4.SH：单异型结构 GaAlAs/GaAs；5.DH：双异型结构 GaAlAs/GaAs；6.DDH：双异型结构 GaAlAs/GaAlAso不同LED芯片，其结构大同小异，有外延用的芯片基板（蓝 宝石基板、碳化硅基板等）和掺杂的外延半导体材料及透明金属 电极等构成。tttt障£ED邯J封装原物料WIIIIII£【 § 2.1.1 LED单电极芯片图2.1单电极芯片结构示意图单电极芯片结苹J代码含义代码说明代码说明Ap极金属层Fn极金属层B发光区G芯片尺寸（长X宽）CP层H芯片高度D口层1电极厚度En型结晶基板J电极直径bM 第2章LED的封装

5、原物料§ 2.1.2 LED双电极芯片bM 第2章LED的封装原物料bM 第2章LED的封装原物料双电极芯片结构代码含义代码说明代码说明A蓝宝石基板Hn极金属层B低温缓冲层I芯片尺寸（长）bM 第2章LED的封装原物料bM 第2章LED的封装原物料M0bM 第2章LED的封装原物料 IT嘉宾'普翹彥隨Cn型接触J芯片尺寸（宽）D发光层K芯片高度Ep型接触L电极厚度F透明导电层MP极电极直径Gp极金属层Nn极电极直径双电极芯片结构示意图bM 第2章LED的封装原物料§ 2.1.3 LED晶粒种类简介晶粒种类类别颜色波长结构|可见光红645nm-655nmAlGaAs/

6、GaAs|高亮度红630nm 645nmAlGalnP/GaAs|橙605nm622nmGaAsP/GaP高亮度橙AlGalnP/GaAs黄585nm-600nmGaAsP/GaP高亮度黄AlGalnP/GaAs黄绿569nm 575nmGaP/GaP|高亮度黄绿AlGalnP/GaAs绿555nm-560nmGaP/GaP|高亮度绿AlGalnP/GaAs高亮度蓝绿/绿490nm540nmGalnN/Sapphire高亮度蓝455nm485nmGalnN/Sapphire不可见光红外线850nm 940nmGaAs/GaAsAlGaAs/GaAs AlGaAs/AlGaAs|bM 第2章LE

7、D的封装原物料§ 2.1.4 LED衬底材料的种类对于制作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。蓝宝石（A12O3）三种衬底材料：硅（Si）I 碳化硅(SiC)一、蓝宝石衬底厂1生产技术成熟、器件质量较好;蓝宝石衬底有许多的优点:<2稳定性很好，能够运用在高温生长过 程中；13机械强度高，易于处理和清洗。1晶格失配和热应力失配，会在外延层中产 生大量缺陷；蓝宝石衬底存在的问题： 2.蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电 极，造成了有效发光面积减少；、3增加了光刻、蚀刻工艺过程，制作成本高。蓝宝石的硬度

8、非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石， 但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割（从 400nin减到lOOrnn左右）。添置完成减薄和切割工艺的设备又要 增加一笔较大的投资。蓝宝石衬底导热性能不是很好（在100°C约为25W/H1-K）,制 作大功率LED往往采用倒装技术（把蓝宝石衬底剥离或减薄）。2013-5-5南誤皤想曙隱1bM 第2章LED的封装原物料二、硅衬底硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从 而延长了器件的寿命硅衬底芯片电极采用两种接触方式：V接触(垂直接触)p CaN(Mg)p-GoN P AkmAiflu oNn-GaNn-AL rz?G

9、®n.*ti Nn-StC 孩化越彗疑L接触(水平接触bM 第2章LED的封装原物料L电极芯片V电极芯片釆用蓝宝石衬底和碳化硅衬底的LED芯片三、碳化硅衬底碳化硅衬底（CREE公司专门采用SiC材料作为衬底）的LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。以上。碳化硅的导热系数为490W/mK,要比蓝宝石衬底高出10倍碳化硅制造成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。bM 第2章LED的封装原物料除了以上三种常用的衬底材料之外，还有GaAS、AIN、ZnO 等材料也可作为衬底，通常根据设计的需要选择使

10、用。第2章LED的封装原物料§ 2.1.5 LED芯片的制作流程等离子体刻蚀GaN划片绿光晶粒样品一巒丿11扩散和键合Ci光刻检验镀金崩裂 M fcf < ai a a abM 第2章LED的封装原物料2013-5-5W鬲氛ibM 第2章LED的封装原物料某芯片厂家蓝光LED的上游制作流程如下:磊晶加热主要目的由加热来打断磊晶时产生的MgH键结，使 P-GaN活性化；实验证实在730C氮气环境下加热20 分钟可有良好效果。干式刻蚀分离由干式蚀刻(RLE)将晶粒的一部份蚀刻到N-GaN,使 N旁边露出表面以便连接。透明层因P-GaN阻抗大，造成电流散布不佳，增加透明层可 改善PG

11、aN的电流散布，进而提高亮度，目前制造使 用之透明电极为N i/Au=30/70A,nT与PGaN有良好的 欧姆接触。P电极连接制作电极以供打线用，目前使用Ni/Au=03/6kA为接 触电极，可有良好的欧姆接触。2013-5-5W鬲氛i:第2章LED的封装原物料N电极连接将研磨完成的芯片裂成晶粒，生产良率可达到86%。制作电极以供打线用，目前使用Ti/Al=0.6/6kA为接触 电极，可与NGaN有良好的欧姆接触。用钻石研磨液对前站制作完成之芯片进行背面研磨， 以便于切割及帮助散热，目前大多研磨抛光至lOOpg 研磨良率可达91 % o做一般特性量测，主要有正向导通电压（VF）,亮 度，波长

12、，方向击穿电压（VR）及良率量测，并将 不良品淘汰。划片封装将晶粒封装成LED,以便进行光的测试及静电测试。亠"步MM HMMM1 2013-5-5第2章EED的封装原物料§ 2.1.6制作LED磊芯片方法的比较制作磊芯片的儿种常用方法磊晶方法特色优点缺点主要应用LPE以溶融态的液体材料直 接和基板接触而沉 积晶膜操作简单磊晶长成速度快 具量产能力磊晶薄度控制差 磊晶平整度差传统LEDVPE以气体或电浆材料传输 至基板促使晶格表 而粒子凝结或解离磊晶长成速度快 量产能力尚可磊晶薄度及平整 度控制不易MOCVD将有机金属以气体形式 扩散至基板促使晶 格表面粒子凝结磊晶纯度佳

13、磊晶薄度控制佳 磊晶平整度佳成本较高良好率低 原料取得不易HB-LED LD VCSEL HBT第2章LED的封装原物料§ 2.1.7常用芯片简图（在此只给出几种）一、单电极芯片1圆电极芯片2方电极芯片72.bM 第2章LED的封装原物料2013-5-572.bM 第2章LED的封装原物料3.带角电极芯片二、双电极芯片&几种双电极芯片4713DC 514GSB 010BLTB024I2013-5-5bM 第2章 LED的封装原物料§ 2.2 lamp LED支架介绍支架的作用：用来导电和支撑晶片。支架的组成：一般来说是由支架素材经过电镀而形成，由里 到外是素材、铜、

14、葆、铜、银这五层所组成。一、LED支架图"21bM 第2章丄ED的封装原物料二、LED支架结构说明bM 第2章丄ED的封装原物料bM 第2章丄ED的封装原物料LED支架代码说明支架部位代码焊点阴阳极间隙段差阴阳极宽碗 PICHbM 第2章丄ED的封装原物料bM 第2章丄ED的封装原物料10代码bM 第2章丄ED的封装原物料bM 第2章丄ED的封装原物料支架部位高度脚宽脚中心距边距长度bM 第2章丄ED的封装原物料bM 第2章丄ED的封装原物料备注±Bar以上称功能区、上Bar及上Bar以下称非功能区bM 第2章LED的封装原物料bM 第2章LED的封装原物料三、LED支架尺

15、寸说明LED支架尺寸总长152.4mm厚度0.50 X 0.50mm镰层厚度120-150um镀层髻厚铜层厚度杯中心距03、04支架2.54mm02支架2.28mm7.62mm脚距40-50 um80-100um忙切/另翹玄隨银层厚度bM 第2章LED的封装原物料四、LED支架材质LED支架材料函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料基材铁材(SPCC)、铜材(Cu)函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料银(Ni)铜(Cu)银(Ag)外镀银(Ag)铜(Cu)谋(Ni)铜(C

16、u)函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料注：1 外度三层；2外度四层；3铁才和铜材价格差别较大。函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料五、支架电镀知识(略)函爲矣,醪翅辔臆24bM 第2章LED的封装原物料长烤短烤170±10°C/3h420±10°C/6s420 ±10 °C/5s焊线拉力银层管控=5g500±10°C/3min焊接标准（03、04支架）焊接标准（06、07、09支架）正常

17、空气中滞留37天成品氧化六、支架供货商管控相关条件LED支架供货商管控条件项目管髻项目管馨JlBar80jim 以上,下Bar45pm 以上bM 第2章LED的封装原物料§ 222常用支架外观图集bM 第2章LED的封装原物料bM 第2章LED的封装原物料2002C有杯2002L3平头2003D112003EL3-1d9lS£003VE-EEOZ t t t t 1151B20062015-23009第2章EED的封装原物料283-5-5bM 第2章LED的封装原物料§ 2.2.3 LED支架进料检验内容LED封装厂家对支架进料时的检验内容不良说明项目数量短少混料

18、生锈变色镀层起泡脱落弯曲变形对LED造成的影响1 死灯（影响产品寿命）2.成品Vf值增加1.成品偏心2 造成焊线跨度距离过远过近3 造成焊线滑球抽检时每1K包装内少数或少整K数同批支架内混有两种或两种以 上不同型号支架电镀层氧化等造成生锈变色（特 别是功能区）经150°C/3h烘烤或焊接实验后 镀层有起泡或脱落露出铜层焊点及碗偏离屮心轴线向前后 左右偏移（支架弯曲管控：0.5 mm）1影响数量管控2.成本增加1. 影响产品特性2造成作业困扰，增加挑选 工时1固晶推力不足2. 打线拉力不足3. 成品Vf值增加4 水清产品造成外观上不良bM 第2章LED的封装原物料成品偏心杯碗因受损而造

19、成变形度。1. 影响LED外观2. 影响LED焊接支架立于水平而上，量测底部 与平而的间隙大于0.2mm1造成焊线跳高现象（虚焊）2 损伤磁嘴支架扇形弯曲支架倾斜支架阴阳极前后左右偏移大于0.05mm支架压伤支架刮伤碗口变形凹凸不平碗底或二焊焊台有凹凸高低不 平现象支架上Bai阴阳极或下Bar有压 伤痕迹（压伤面积超过0mm X 0mm,深度超出0.03mm）有刮伤痕迹造成电镀层脱落等 （受损而积0.05 X 0.05mm）1. 影响LED外观2. 对LED的组装造成一定影响1 影响作业（严重时）2影响成品光斑、角度、亮1 芯片倾斜造成固晶推力不 足、焊线掉晶2.芯片未固到底与碗底接触 不良造成电性问题3 二焊不平造成虚焊bM 第2章LED的封装原物料bM 第2章LED的封装原物料阴阳极变形杯子或二焊偏离屮心点（阴阳极 位置不在一条直线上或同时往 一边偏离）1.成品偏心不良2 造成焊线跨度距离过远过 近（严重造成粘固不牢形 成死灯）冲压不良电镀不均支架污染支架烧焦支架任何部位因冲压过程造成 不规则变形者支架银层有厚薄不一而造成银 层颜色差异杯内及二焊焊台有残留脏物或 水纹污染支架有烧黑烧糊状物质（因电镀 厂商制程屮瞬间电流过高所致）尺寸不符，无法使用