史上最全LED封装原材料芯片和支架知识-新世纪led论坛ppt课件

1、苏永道 教授济南大学 理学院封装技术LED2.1 LED芯片构造 LED的封装工艺有其本人的特点。对LED封装前首先要做的是控制原物料。由于许多场所需求户外运用，环境条件往往比较恶劣，不是长期在高温下任务就是长期在低温下任务，而且长期受雨水的腐蚀，如LED的信任度不是很好，很容易出现瞎点景象，所以留意对原物料质量的控制显得尤其重要。 LED芯片是半导体发光器件LED的中心部件，它主要由砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga)、铟(IN)、磷(P)、氮(N)、锶(i)这几种元素中的假设干种组成。 芯片按发光亮度分类可分为： 普通亮度：R(红色GAaAsP 655nm)、H ( 高红GaP 697nm

2、)、G ( 绿色GaP 565nm )、Y ( 黄色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色GaAsP/ GaP 635nm )等； 高亮度：VG (较亮绿色GaP 565nm )、VY(较亮黄色 GaAsP/ GaP 585nm )、SR( 较亮红色GaA/AS 660nm )； 超高亮度：UGUYURUYSURFUE等。 芯片按组成元素可分为： 二元晶片(磷镓)：HG等； 三元晶片(磷镓 砷)：SR(较亮红色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮红色GaAlAs 660nm)、UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等； 四元晶片(磷铝镓铟)：SRF( 较亮红色 AlGalnP )

3、、HRF(超亮红色 AlGalnP)、URF(最亮红色 AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) LED等。 发光二极管芯片制造方法和资料的磊晶种类：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、aInP、GaN；4.SH：单异型构造 GaAlAs/GaAs；5.DH：双异型构造 GaAlAs/GaAs；6.DDH：双异型构造 GaAlAs/GaAlAs。 不同LED芯片，其构造大同小异，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资料及透明金属电极等构成。2.1.1 LED单电极芯片图2.1 单电极芯片构造表示图DEFCAHIBAGGJ电极直径Jn型结晶基板E电极厚度In层D芯片高度Hp层C芯片尺寸长宽G发光区Bn极金属层Fp极金属层A阐明代码阐明代码 单电极芯片构造代码含义2.1.2 LED双电极芯片JHIGMNGABCEDFKLHL双电极芯片构造表示图芯片

5、尺寸长I低温缓冲层Bn极金属层H蓝宝石基板A阐明代码阐明代码 双电极芯片构造代码含义n极电极直径Np极金属层Gp极电极直径M透明导电层F电极厚度Lp型接触E芯片高度K发光层D芯片尺寸宽Jn型接触CJHIGMNGABCEDFKLHL双电极芯片构造表示图2.1.3 LED晶粒种类简介GaAs/GaAsAlGaAs/GaAsAlGaAs/AlGaAs850nm940nm红外线不可见光GaInN/Sapphire455nm485nm高亮度蓝GaInN/Sapphire490nm540nm高亮度蓝绿/绿AlGaInP/GaAs高亮度绿GaP/GaP555nm560nm绿AlGaInP/GaAs高亮度黄绿

6、GaP/GaP569nm575nm黄绿AlGaInP/GaAs高亮度黄GaAsP/GaP585nm600nm黄AlGaInP/GaAs高亮度橙GaAsP/GaP605nm622nm橙AlGaInP/GaAs630nm645nm高亮度红AlGaAs/GaAs645nm655nm红可见光构造波长颜色类别晶粒种类2.1.4 LED衬底资料的种类 对于制造LED芯片来说，衬底资料的选用是首要思索的问题。应该采用哪种适宜的衬底，需求根据设备和LED器件的要求进展选择。 蓝宝石Al2O3 硅Si 碳化硅SiC一、蓝宝石衬底蓝宝石衬底有许多的优点： 1.消费技术成熟、器件质量较好 ;2.稳定性很好，可以运用

7、在高温生长过程中; 3.机械强度高，易于处置和清洗。 三种衬底资料：蓝宝石衬底存在的问题： 1.晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷；2.蓝宝石是一种绝缘体，在上外表制造两个电极，呵斥了有效发光面积减少；3.添加了光刻、蚀刻工艺过程，制造本钱高。 蓝宝石的硬度非常高, 在自然资料中其硬度仅次于金刚石, 但是在LED器件的制造过程中却需求对它进展减薄和切割(从400nm减到100nm左右)。添置完成减薄和切割工艺的设备又要添加一笔较大的投资。 蓝宝石衬底导热性能不是很好(在100约为25W/mK) ，制造大功率LED往往采用倒装技术(把蓝宝石衬底剥离或减薄)。二、硅衬底 硅是热的良导体

8、，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延伸了器件的寿命。硅衬底芯片电极采用两种接触方式: V接触(垂直接触) L接触(程度接触) V电极芯片L电极芯片采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资料作为衬底的LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制造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。 碳化硅的导热系数为490W/mK，要比蓝宝石衬底高出10倍以上。 碳化硅制造本钱较高，实现其商业化还需求降低相应的本钱。 缺陷优点好高好良-1.4490碳化硅(SiC)好低好良520150硅(Si)普通中差普通1.94

9、6蓝宝石(Al2O3)抗静电才干本钱导热性稳定性膨胀系数(10-6) 导热系数(W/mK)衬底资料 三种衬底资料的性能比较 除了以上三种常用的衬底资料之外，还有GaAS、AlN、ZnO等资料也可作为衬底，通常根据设计的需求选择运用。 2.1.5 LED芯片的制造流程分散和键合晶粒光刻镀金晶圆芯片抛光检验划片崩裂等离子体刻蚀GaN LED芯片的制造流程绿光晶粒样品磊晶加热干式刻蚀分别透明层P电极衔接主要目的由加热来打断磊晶时产生的Mg-H键结使P-GaN活性化实验证明在730氮气环境下加热20分钟可有良好效果。由干式蚀刻(RLE)将晶粒的一部份蚀刻到N-GaN，使N旁边显露外表以便衔接。因P-G

10、aN阻抗大呵斥电流分布不佳添加透明层可改善P-GaN的电流分布进而提高亮度目前制造运用之透明电极为Ni/Au=30/70A,可与P-GaN有良好的欧姆接触。制造电极以供打线用目前运用Ni/Au=0.3/6kA为接触电极可有良好的欧姆接触。某芯片厂家蓝光LED的上游制造流程如下： N电极衔接丈量衬底研磨划片 封装制造电极以供打线用目前运用Ti/Al=0.6/6kA为接触电极可与N-GaN有良好的欧姆接触。做普通特性量测主要有正导游通电压VF亮度波长方向击穿电压VR及良率量测并将不良品淘汰。用钻石研磨液对前站制造完成之芯片进展反面研磨以便于切割及协助散热目前大多研磨抛光至100m,研磨良率可达91

11、%。将晶粒封装成LED,以便进展光的测试及静电测试。将研磨完成的芯片裂成晶粒消费良率可到达86%。2.1.6 制造LED磊芯片方法的比较 HB-LEDLDVCSELHBT本钱较高良好率低原料获得不易磊晶纯度佳磊晶薄度控制佳磊晶平整度佳将有机金属以气体方式分散至基板促使晶格外表粒子凝结MOCVD传统LED磊晶薄度及平整度控制不易磊晶长成速度快量产才干尚可以气体或电浆资料传输至基板促使晶格外表粒子凝结或解离VPE传统LED磊晶薄度控制差磊晶平整度差操作简单磊晶长成速度快具量产才干以溶融态的液体资料直接和基板接触而堆积晶膜LPE主要运用缺陷优点特征磊晶方法 制造磊芯片的几种常用方法2.1.7 常用芯

12、片简图 在此只给出几种一、单电极芯片1.圆电极芯片 009UOV008RN010SOTK110DR2.方电极芯片 010YGK009UYG113YGUM80SOU3.带角电极芯片 012UY512UOL 012UYG012IRA二、双电极芯片几种双电极芯片 514GSB4713DC 010BLTB024I2.2 lamp LED支架引见支架的作用：用来导电和支撑晶片。 支架的组成：普通来说是由支架素材经过电镀而构成，由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层所组成。一、LED支架图二、LED支架构造阐明上Bar以上称功能区、上Bar及上Bar以下称非功能区备注长度边距脚中心距脚宽高度支架部位1098

13、76代码碗PICH阴阳极宽段差阴阳极间隙焊点支架部位54321代码LED支架代码阐明三、LED支架尺寸阐明80-100um银层厚度40-50 um铜层厚度7.62mm杯中心距120-150um镍层厚度镀层管控厚度2.28mm02支架0.50 0.50mm厚度2.54mm03、04支架脚距152.4mm总长LED支架尺寸四、LED支架材质银(Ag)铜(Cu)镍(Ni)铜(Cu)2银(Ag)铜(Cu)镍(Ni)1外镀铁材(SPCC)、铜材(Cu)基材LED支架资料注：1.外度三层； 2.外度四层；3.铁才和铜材价钱差别较大。五、支架电镀知识 略六、支架供货商管控相关条件上Bar80m以上，下Bar

14、45m以上5g正常空气中滞留37天管控条件银层管控焊线拉力废品氧化工程42010/5s42010/6s50010/3min17010/3h管控条件焊接规范(06、07、09支架)焊接规范(03、04支架)短烤长烤工程LED支架供货商管控条件2.2.2 常用支架外观图集 2003D11 2003EL3-1 2002L3平头 2002C有杯 2003WA3-1 2004LD 2003S16P 2033-3A 3009 2021-2 51B 2006 2.2.3 LED支架进料检验内容1.废品偏心2.呵斥焊线跨度间隔过远过近3.呵斥焊线滑球 焊点及碗偏离中心轴线向前后左右偏移(支架弯曲管控：0.5m

15、m)弯曲变形1.死灯(影响产品寿命)2.废品VF值添加 经150/3h烘烤或焊接实验后镀层有起泡或零落显露铜层镀层起泡零落1.固晶推力缺乏2.打线拉力缺乏3.废品VF值添加4.水清产品呵斥外观上不良 电镀层氧化等呵斥生锈变色(特别是功能区)生锈变色1.影响产品特性2.呵斥作业困扰，添加挑选工时 同批支架内混有两种或两种以上不同型号支架混料1.影响数量管控2.本钱添加抽检时每1K包装内少数或少整K数数量短少对LED呵斥的影响不良阐明工程LED封装厂家对支架进料时的检验内容1.芯片倾斜呵斥固晶推力缺乏、焊线掉晶2.芯片未固究竟与碗底接触不良呵斥电性问题3.二焊不平呵斥虚焊 碗底或二焊焊台有凹凸高低

16、不平景象凹凸不平1.影响作业(严重时)2.影响废品光斑、角度、亮度。 杯碗因受损而呵斥变形碗口变形1.影响LED外观2.影响LED焊接 有刮伤痕迹呵斥电镀层零落等(受损面积0.050.05mm)支架刮伤1.影响LED外观2.对LED的组装呵斥一定影响 支架上Bar阴阳极或下Bar有压伤痕迹(压伤面积超越0.1mm0.1mm，深度超出0.03mm)支架压伤废品偏心 支架阴阳极前后左右偏移大于0.05mm支架倾斜1.呵斥焊线跳高景象(虚焊)2.损伤磁嘴 支架立于程度面上，量测底部与平面的间隙大于0.2mm支架扇形弯曲1.影响LED外观2.影响LED切脚3.影响LED组装 支架脚弯曲大于0.05mm

17、(脚中心值须符合公差内)脚弯曲2.呵斥芯片与支架衔接空隙过大对电性呵斥影响(阻抗增大、VF值上升) 碗底有粗糙不光滑景象(素材冲压不平)碗底粗糙1.严重外观不良，无法运用 支架有烧黑烧糊状物质(因电镀厂商制程中瞬间电流过高所致)支架烧焦1.影响废品外观2.呵斥焊接不良 杯内及二焊焊台有残留脏物或水纹污染支架污染1.呵斥废品亮度有差别2.烘烤变色呵斥外观不良 支架银层有厚薄不一而呵斥银层颜色差别电镀不均尺寸不符，无法运用 支架任何部位因冲压过程呵斥不规那么变形者冲压不良1.废品偏心不良2.呵斥焊线跨度间隔过远过近(严重呵斥粘固不牢构成死灯) 杯子或二焊偏离中心点(阴阳极位置不在一条直线上或同时往一边偏离)阴阳极变形1.呵斥废品亮度有差别2.烘烤变色呵斥外观不良3.影响焊线 支架外表镀层厚度上Bar为10010m(上Bar横档以上1mm)。全镀下Bar为7510m；半镀下Bar不低于10m支架电镀过薄1.影响LED外观2.影响LED组装焊接支架上Bar以下脚上有发白景象者支架异物(脚及下Bar发白)1.影响LED外观2.影响切脚作