LED白光控制与制程工艺与发展前景之展望1

LED白光控制与制程工艺与发展前景之展望LED白光控制与制程工艺与发展前景之展望/LED白光控制与制程工艺与发展前景之展望目录TOC\o”1—3"\h\z\u摘要 题目来源 1LED发展状况 2LED相关知识 2。1LED的一般表示 2.2极限参数 2。3光谱图、峰波长和主波长 2。4纯度 2.5色温 2。6光能、辐射通量和光通量 2。7发光强度 3蓝光LED芯片的制作 3。1制作原理 3。2MOVCD制作工艺简介 4半导体发光原理 4.1n型半导体的形成 4。2p型半导体是如何形成的 4。3当pn结加上反向电压时 4。4当pn结加上正向电压时的情况 4。5pn结型二极管的特性 4.6发光本质 4.7发光效率 5当前白光LED的实现和难题 6（白光）LED的制程工艺 6。1点银浆 6.2固晶 6.3焊线 6。5试作 7白光LED的发展前景 参考文献 前言LED的发展仅仅过了短短几十年，但它的成长为世人所共睹。它是一门综合的学科。半导体产业在它最初阶段没有人会把它和光学联系在一起。但时至今日,它却也不再仅是一门简简单单的物理学产业，它及光学的知识就像鱼儿及水的光系，紧密相连。当然，这也是当今所有科学产业发展的大势.它环保无污染,性能稳定寿命长,集众多优点于一身。在消费者眼里,它无疑是完美的象征。不过，因为它的小,它的精密，也因为它的年轻，于生产者而言，她却像天上的仙女，想说爱并不容易。从最初的外延片生产到末了的LED成品，一个小小的看不起眼的LED产品,却经历了从外延片到成品检测等数十个生产流程，每一道程序和都至关重要。特别是白光LED，其材质的特殊要求，决定了它生产过程的及众不同。特别是蓝宝石外延片切割时的困难，对静电的抗击能力相对脆弱，更决定了其在制作上的苛刻要求.摘要LED,即lightemittingdiode，也就是我们日常所说的发光二极管.作为当今日新月异变化的科技世界里的一员，能在短短十数年里，便以一日千里的发展速度成长并应用于我们的每一分生活，其成就是有目共睹的.它的年轻，决定了它的发展空间;它遍布全身的优点，成就了它美好的前景。毫无疑问，若干年后的今天,点亮我们夜间五彩生活的将是色彩缤纷的LED。本文从当今LED的发展现状和前景展望着手，通过对发光二极管的电学特性和光学原理方面的学习，探讨LED的在制程过程中的需要注意的相关问题和细节.因为所知有限，一些方面的学习和认识不够深刻，甚至会有认识上的错误,还望老师给予指正。文章第一、二部分讲述题目来由和LED当前概况;第三部分介绍了LED相关简要知识；第四部分大略的述说了LED芯片的制作原理当前业界最流行的制作方式MOVCD；第五部分从光子理论着手，概述了半导体的发光原理；第六部分着重介绍了成品LED的制作流程和工艺细节。关键词：LED，半导体发光二极管,蓝光LED芯片，PN结，发光效率，白光LED制程工艺。LED的白光控制及制程工艺及发展前景之展望—-毕业设计开题报告一、题目来源出于校外毕业设计和目前所在公司为LED生产企业的考虑，我选择了“LED的白光控制及制程工艺及发展前景之展望”作为我毕业设计之研究课题。二、研究目的和意义LED,就是我们日常所说的发光二极管。它具有全固体、冷光源、寿命长、体积小、光效高、响应快（只有几十纳秒）、性耐度好等优点。它由19世纪50年代简简单单的硅材料半导体到70年代以GaAs基和Inp基为代表的黄、红光发光管，再到90年代至今以GaN基为代表的蓝、绿光发光二极管,约有50余年的发展史。特别是蓝、绿光的实现,更为LED取代我们目前普遍使用的白炽灯、荧光灯而成为照明主流打开了无限的天地，成为LED发展史上的又一座里程碑。三、国内外现状和发展趋势及研究的主攻方向目前，LED已全面用于电子产品、广告和路标显示、汽车、航天等科技令域。特别是西方、日本和台湾，其发展更为迅猛。其中白光,更成为LED的竞争焦点。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，节约能源，且寿命可长达10万小时，而普通白炽灯寿命约为一千小时,荧光灯、金属卤化物灯的寿命不超过一万小时.白光LED的无汞化,易于回收，益于保护环境。因此各国政府均大力扶持白光LED的发展。美国、欧盟等发达国家皆由政府成立专项，积极推行。日本的“21世纪的光照明计划”，时间是从1998年—2002年将耗费50亿日元推行半导体照明，目标是在2006年用白光LED替代50%的传统照明；美国的“国家半导体照明计划”，时间是从2000年—2010年,计划投资5亿美元；欧盟的“彩虹计划”,已在2000年7月启动，通过欧共体的资助,推广应用白光LED。目前，世界掌握半导体技术的企业纷纷和老牌照明灯制造商联手，抢占这个未来最大的照明市场。四、主要研究内容需重点研究的关键问题及解决思路半导体PN结的电致发光机理决定了LED不可能产生具有连续光谱的白光,同时单只LED也不可能产生两种以上的高亮度单色光。因此半导体光源要产生白光,只能通过光的合成。当前白光LED的实现方案主要为三种。一、蓝光LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉有机结合组成白光LED。一部分蓝光被荧光粉吸收，激发荧光粉发出峰值为570nm的黄(绿)光，发射出的黄光及剩下的蓝光结合，通过控制其结合强度比,得到各种色温的白光。二、用紫外线激发可被紫外光有效激发,而发射红、绿、蓝三基色的荧光粉而有机结合组成白光。三、将红、绿、蓝三基色芯片或发光管组成一个象素实现白光。以上是当今发展相对较快的三种实现白光的方法.LED的白光控制和生产工艺及发展前景之展望1LED发展状况LED，即lightemittingdiode,就是我们日常所说的发光二极管.它具有全固体、冷光源、寿命长、体积小、光效高、响应快（只有几十纳秒）、性耐度好等优点.是当今集固体物理（半导体光子、固体发光)、无机和有机化学和化工、光机电和热传导工程等多学科，多工程于一体的高科技产品.它由19世纪50年代简简单单的硅材料半导体到70年代以GaAs基和Inp基为代表的黄、红光发光管，再到90年代至今以GaN基为代表的蓝、绿光发光二极管,约有50余年的发展史。特别是蓝、绿光的实现，更为LED取代我们目前普遍使用的白炽灯、荧光灯而成为照明主流打开了无限的天地,成为LED发展史上的又一座里程碑。目前，LED已全面用于电子产品、广告和路标显示、汽车、航天等科技令域。特别是西方、日本和台湾，其发展更为迅猛。预估2016年全球相机手机出货量可达2亿支，且闪光灯应为相机手机之标准配备，LED在手机领域将可增加4亿颗的贡献.其中白光，更成为LED的竞争焦点。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8，荧光灯的1/2，节约能源，且寿命可长达10万小时，而普通白炽灯寿命约为一千小时，荧光灯、金属卤化物灯的寿命不超过一万小时。白光LED的无汞化，易于回收，益于保护环境.因此各国政府均大力扶持白光LED的发展.美国、欧盟等发达国家皆由政府成立专项，积极推行.目前，世界掌握半导体技术的企业纷纷和老牌照明灯制造商联手,抢占这个未来最大的照明市场。最早应用半导体P—N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初.当时所用的材料是GaAsP,发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时,光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0。1流明/瓦.70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm),黄光（λp=590nm)和橙光(λp=610nm)，光效也提高到1流明/瓦.到了80年代初,出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年,前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦,而后者制成的LED在绿色区域(λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦.2LED相关知识这里，先谈谈一些及LED有关的概念性问题。2.1LED的一般表示2。2极限参数(1）最大顺向电流IFM:允许通过LED的最大电流值.超过此值材料可能会被击穿、烧毁。（2）允许功率Ｐm:即发光二极管工作时加在管两端的电压及电流之最大积.超过此值时，LED会被击穿，甚至烧毁。(3)最大反向电压VRM：管端所允许加的最大反向电压。超过此值，材料将被击穿损坏。2.3光谱图、峰波长和主波长

任何物体所发光并非为单一光，我们将各光色之波长及发光强度间的对应关系称为光谱图（如上）。峰波长即为所有光色中光强最大之波长值λp.所有的颜色都可以看成是某一光谱色按一定比例及参考光源混合而成，这种光谱色即为主波长.它实际相当于人眼观察到的颜色的色调.2.4纯度顾名思义，即各种光色波长接近主波长的程度.颜色的纯度及人眼观察到的颜色饱和度基本一至。2。5光能、辐射通量和光通量光能是通量对时间的积分，以辐射的形势发射和传播，用Ｑ表示,单位lms。而以辐射的形势发射、传播的接收的能量Q除以无穷小时间的商叫辐射通量，用Φe表示，单位为Ｗ，即Φe=dQ/dt如果在单位时间ｔ内发射、传播或接收的辐射能不随时间改变，则上式可简化为Φe＝Q/dt而对可见光,光源表面发射、传播和接收的所有可见光谱光能可被无穷小时间间隔来除，则将之定义为光通量Φv,Φv=dQ/dt如果在时间ｔ内单位时间发射、传播或接收的光能不变，则上式也可简化为Φv=Q/t即可通俗理解为光通量便是单位时间内光源向外界所辐射的能量.光通量的单位是lm。2。6发光强度发光强度表示可见光在给定方向上单位立体角元dΩ内总的光通量，即Iv=dΦv/dΩ发光强度的单位是坎德拉(cd）。3蓝光LED芯片的制作3.1制作原理发光二极管（LED）是由化合物半导体材料制作而成。超高纯度化合物半导体材料是一种单晶体，由元素周期表中的第Ⅲ和Ⅴ族元素组合而成，如GaAs、GaN、InGaN、AlInGaN等我们常说的三四元芯片。其生长过程首先是将蓝宝石衬底放入昂贵的有机化学汽相沉积炉(简写MOCVD，又称外延炉）,再通入含氮、镓、铟的高纯气和有机金属源（如TMGa）。在高温下,高纯气和有机金属源热分解形成原子再通过化学汽相沉积在蓝宝石衬底上,生长出一层厚度仅几微米（1毫米＝1000微米）的化合物半导体外延层。长有外延层的蓝宝石片也就是常称的外延片。外延片经芯片加工后，通电就能发出颜色很纯的单色光,如红色、黄色、蓝色或绿色.不同的材料、不同的生长条件以及不同的外延层结构都可以改变发光的颜色和亮度。其实，在几微米厚的外延层中，真正发光的也仅是其中的几百纳米（1微米＝1000纳米）厚的量子阱结构.制作如此细小的物质，其技术的难度、工艺的复杂性可想而知。

然而，由于用来制造氮化镓基蓝光发光二极管芯片（又称管芯，Chips）的晶外延片（简称晶片，Wafer）一般是在以蓝宝石（Sapphire，其主要成分是Al2O3）作衬底材料外延生长而得到的,并且因蓝宝石质地坚硬且是绝缘的，这将导致氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制作工艺必将不同于红、黄光等普通发光二极管芯片的制造工艺。通常,发光二极管的整体制作工艺可分为:上游（即发光晶体外延片的制备）、中游(即芯片的制作，主要为切割）和下游（即芯片的检测封装)三个阶段。一般双接垫芯片示意图如下：

3。2MOVCD制作工艺简介ＭＯＣＶＤ反应为一非平衡状态下成长机制，其原理为利用有机金属化学气相沉积法ｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎＭＯＣＶＤ是一种利用气相反应物，或是前驱物ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ和Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的ＮＨ３，在基材ｓｕｂｓｔｒａｔｅ表面进行反应,传到基材衬底表面固态沉积物的制程.ＭＯＣＶＤ利用气相反应物间之化学反应将所需产物沉积在基材衬底表面的过程，蒸镀层的成长速率和性质成分、晶相会受到温度、压力、反应物种类、反应物浓度、反应时间、基材衬底种类、基材衬底表面性质等巨观因素影响。温度、压力、反应物浓度、反应物种类等重要的制程参数需经由热力学分析计算，再经修正即可得知。

反应物扩散至基材衬底表面、表面化学反应、固态生成物沉积及气态产物的扩散脱离等微观的动力学过程对制程亦有不可忽视的影响.ＭＯＣＶＤ化学反应机构有反应气体在基材衬底表面膜的扩散传输、反应气体及基材衬底的吸附、表面扩散、化学反应、固态生成物之成核及成长、气态生成物的脱附过程等，其中速率最慢者即为反应速率控制步骤，亦是决定沉积膜组织型态及各种性质的关键所在.

ＭＯＣＶＤ对镀膜成分、晶相等品质容易控制，可在形状复杂的基材衬底上形成均匀镀膜，结构密致，附着力良好之优点，因此ＭＯＣＶＤ已经成为工业界主要的镀膜技术。ＭＯＣＶＤ制程依用途不同，制程设备也有相异的构造和型态。整套系统大体可分为：(1)进料区，(2)反应室，（3)废气处理系统三个程序。4半导体发光原理按照固体量子理论,当原子凝聚成为固体(并不仅限于晶体）时,由于原子间的相互作用,相应于孤立原子的每个能级加宽成间隔极小的分立能级的能带。能带之间隔着宽的禁带,孤立原子的两个分立能级，随着原子距离的缩小，各个简并的能级分裂成能带。当原子间距进一步缩小时，各个分立的能带将合并成一个能带.如原子间距进一步缩小,各个分立的能级所开成的各能带推动其特性,合并成一个能带。当原子间距接近其物质原子平衡距离时,这一能带再次分裂成为两个能带。两个能带之间的区域表示固体中的电子不能具有的能量，称之为禁带或带隙，通常用Eg表示。禁带上面的能带叫导带，下面的能带叫价带.下面，通过我们日常所见的硅，锗半导体来讨论同样适用于发光二极管的一些特性。我们知道，物质是由原子组成.原子聚集在一起时形成晶体。通常情况下，物质内相邻的原子分别拿出1个价电子,以相互共有价电子的形式结合在一起。现在，若是对这个晶体加上电压、热,或是用光进行照射等，则由于这些能量的吸入，使得晶体中的价电子可以脱离原子核的束缚成为自由电子，在晶体中自由地运动。由于带有负电荷的电子的逸出原因，使价电子变成自由电子后留下的空位，从电中性的状态变得带有正电荷.这个带有正电荷的空位称为空穴（holl）.空穴一旦产生，由于其带有正电荷,所有会吸引附近的带有负电荷的价电子，而被吸引走的价电子留下的空位又形成其它新的空穴。这样的过程随时间依次连续地进行，可以认为好象空穴运载着正的电荷。因此，由于自由电子运载负电荷，空穴运载正电荷的缘故，它们被称为载流子。还有,电子的流动称为电子流,规定电流的方向和电子流的方向相反。我们知道，若从外部对半导体施加电压、热、光等能量，则其电阻将发生变化。同样，即使在半导体中混入极其微量的不纯物质，其电阻率也将发生很大的变化。因此，硅和锗的结晶纯度必须高于99。9999999999%（有12个9).这样提纯后的半导体称为本征半导体，即在常温下若接受热能,则产生极少的数量相同的自由电子和空穴。面在加入其它载流子使电子空穴不成对出现时，便形成了非本征半导体。在硅和锗的本征半导体结晶中，掺入一千万分之一到一百万分之一程度的某种确定的杂质后所得的半导体称为杂质半导体。杂质半导体,根据杂质原子的电子的个数，决定掺杂后半导体的Ｐ、Ｎ性质。如果掺入的原子的外层电子数比原半导体材料的外层电子数少，则如同拿掉了电子，因此留下了带正电的空穴，称之为P型半导体，如四价原子硅晶体中掺入三价硼原子.容易获取电子的原子称为受主，P型半导体由受主控制材料导电性.反过来，如果掺杂之后有多余的电子，称之为N型半导体。在四价原子硅晶体中掺入五价原子，例如磷或砷，就可形成N型半导体。易释放电子的原子称为施主，N型半导体由施主控制材料导电性。将电子添加到P型材料，则电子在遇到空穴后就可能掉到较低的能带上，放出能量及能隙相同的光子，其波长取决于发光材料的能隙大小。另外,根据杂质浓度，可以使电阻率变得比本征半导体低，即经过掺杂处理之后，半导体更容易导电。4.1n型半导体的形成例如，在硅的本征半导体中，将极少量的锑作为杂质掺入，就形成n型半导体。即相对于硅的4个价电子，锑因为有5个价电子，所以有1个多余的价电子不能构成共价键。这个价电则就变成了自由电子，全部载流子中及空穴相比带负电的自由电子的数量变多，这样的半导体取negative的第一字母n,称为n型半导体。4.2p型半导体是如何形成的例如，在锗的本征半导体中，及n型半导体相对照,用3价的铟作为杂质掺入，就形成p型半导体。即相对于硅的4个价电子，铟因为有3个价电子,所以构成共价键还缺少一个价电子.这一缺少价电子之处就形成空穴，全部载流子中及自由电子相比带正电的空穴数量变多，这样的半导体取positive的第一字母p，称为p型半导体。pn结一旦形成，在交界面附近p型区域的空穴向n型区域移动，而n型区域的电子向p型区域移动，这种状况及往水中滴入浓度高的墨水时,墨水慢慢地向四周水中扩散，最终完全及水混合的现象相似，称为扩散现象。在交界面附近扩散的空穴及电子相遇复合消失，结果导致在交界面的附近形成没有载流子的区域,称这一区域为耗尽层。一旦发生这样的扩散，则在p型区域，当空穴中和消失之后便产生负的电荷(负离子);而在n型区域，当失去电子之后便产生正的电荷（正离子）。由于这些电荷产生了称为势垒的电位差,它会随着势垒的进一步增强而逐步阻止载流子的进一步扩散，最终阻止pn结整体的中和。4.3当pn结加上反向电压时

若p型区域接电源负极，n型区域接电源正极，则p型区域的空穴被负极吸引,n型区域的电子被正极吸引。结果耗尽层增宽，势垒也变高。因此，由于载流子不能移动而无电流通过。这样的施加电压方式称为反向电压ＶR。4.4当pn结加上正向电压时的情况

如上图所示，若p型区域接电源正极，n型区域接电源负极，则耗尽层变薄,并且势垒也变低.结果，穿越交界面，p型区域的空穴向n型区域移动，n型区域的电子向p型区域移动。因此,发生了载流子的移动而使电流流通。当然,当所加电压不能足够的刻服内电场时，电子仍不能穿透势垒区，此时，二极体仍不导电.刚好导电时的电压值我们称之为门槛电压ＶH。这样的施加电压方式称为正向电压，流过的电流称为正向电流。其Ｖ－Ｉ曲线如图所示.

4.5pn结型二极管的特性从述说中我们不难发现:根据对二极管所施加电压极性的不同，二极管中可以有电流通过或无电流通过.即二极管具有单向导电的整流作用。当反向电压不断增大时,就会发生在某点电流突然开始流通,并显著增加的现象,这种现象称为击穿现象，电流突然开始激增时的电压值称为击穿电压或齐纳电压。击穿分为两种，电击穿和热击穿.电击穿能被还原，热击穿不能被还原。电击穿又分为齐纳击穿和雪崩击穿.雪崩击穿则是在击穿电压高（一般6伏以上）的情况下，电粒子浓度低时，PN结宽,在晶体中运动的电子和空六将不断地及晶体原子发生碰撞，当电子和空穴的能量足够大时，通过这样的碰撞的可使共价键中的电子激发形成自由电子–空穴对.在反向强电场作用下，新产生的电子和空穴重新获得较大能量，并向相反的方向高速运动，从而又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载流子的倍增效应。当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，使反向电流急剧增大，于是PN结就发生雪崩击穿.齐纳击穿是指在加有较高的反向电压下，PN结空间电荷区中存一个强电场，它能够破坏共价键将束缚电子分离出来造成电子–空穴对,形成较大的反向电流。发生齐纳击穿需要的电场强度约为2×10V/cm，这只有在杂质浓度特别大的PN结中才能达到,因为杂质浓度大,空间电荷区内电荷密度（即杂质离子）也大，因而空间电荷区很窄（即PN结很窄），电场强度可能很高。一般掺杂浓度低时，电击穿中多数是雪崩击穿造成的。齐纳击穿多数出现在特殊的二极管中，如稳压管（齐纳二极管）.雪崩击穿和齐纳击穿两种电击穿过程是可逆的，当加在稳压管两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复原来的状态。但它有一个前提条件，就是反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而烧毁，这种现象就是热击穿.所以热击穿和电击穿的概念是不同的，热击穿是必须尽量避免。4。6发光本质光电技术的理论基础是光的波粒二象性。它的本质是一种物质，但它还具有粒子性。光是以电磁波的方式传播的一种粒子,我们称之为光电子或者光子。一个光子的能量和动量分别为E=hvP=hv/c其中，h=6.6261e—34j·s,为普朗克常数；ｖ为光的频率，单位Hz；Ｃ=3。0e+8m/s，为光在真空中的传播速度.光子静止时的质量为0。半导体器件中最重要的光电子相互作用是能带间的跃迁。在光子吸收的过程中，一个光子把价带中的一个电子散射到导带内；在相反过程中,导带电子同价带一个空穴复合而产生一个光子。电子在跃迁过程中，不但满足能量守恒,还满足动量守恒。原子系统在光电转换过程中，光子和电子之间的相互作用有三个基本过程:吸收，自发吸收和受激发射。当一个能量hv=E2-E1（h：普朗克常数,v为光子频率，E1为原子末态能量，E2为原子初态能量）的光子射入到某个系统中时,一个处于低能态E1的粒子就要吸收这个光子，跃迁到高能态E2，此过程即吸收过程（如下图A示）。粒子的高能态是不稳定的，在一段时间内如果没有外界激发，它又自动回到低能态E1,并发射出一个能量hv的光子，此过程为自发发身过程（如下图B示）.在能量hv的光子作用下，已处于高能态E2的粒子将受到激发,跃迁回到低能态E1并发射出一个能量hv的光子（如下图C示）。在自发发射过程中，产生的光子在传播方向,相位和仿振上是随机的，彼此无关，发射光为非相干光。半导体发光二极管便是此道理发光。在受激发射过程中，产生的光子和入射光子具有相同的频率、传播方向、偏振状态和相位，即入射光得到放大,出射光为相干光，半导体激光器便是用此原理制成。光探测器和太阳电池则是利用光的吸收过程.E2E2E2E2E2E2E2E2hvhvE1E1E1E1E1E1E1E1A、吸收B、自发发射E2E2E2E2hv2hvE1E1E1E1C、受激发射在发光二极管中，当有正向电流流经半导体P－N结晶，在活性层注入的电子和空穴产生辐射再结合的过程而发光。通常在无关闭时为使电流变窄采用双异质(DH)接合的结构或量子阱(QW)的结构.4。7发光效率一般LED的发光效率是由下式3个独立效率因子的乘积表示的：ywp=yv·yi·yext（1)其中,ywp为输出对输入的效率

yv为电压效率yi为内部量子效率

yext为光输出到外部的效率晶格缺陷对发光效率的影响有关LED的基本运作原理，具体而言是电流顺时钟方向通过半导体p—n(空穴及电子）接合面时，空穴及电子会注入纳米级厚度的活性层（亦称为发光层），进而因辐射再结合过程（process）产生发光现象.

利用混晶(亦称化合物为半导体）InGaN产生高亮度蓝光或是绿光的LED虽然已经进入商品化，可是有关发光机制传统的半导体物理学理论，却无法具体说明因原因而屡遭质疑。其实不论是LED或是半导体激光LD等发光组件(device)，通常都具有以上的晶格缺陷，晶格缺陷会阻碍发光，形成所谓的「发光杀手中心」,最后导致发光效率降低等问题5当前白光LED的实现和难题对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(即我们通常所说的荧光粉YAG）封装在一起做成.GaN芯片发蓝光（λp=465nm,Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光及荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。白光LED是一种半导体组件，但和一般LED不同的地方是，因为单一LED发光的光谱很窄，所以它本身无法直接发出白光，需靠不同颜色光混合，例如蓝色及黄色光混合、或红色、蓝色、绿色混合（亦即我们常说的Ｒ、Ｇ、Ｂ配对）.从基板来分，目前主要有两种派别：一派以日本大厂Nichia的Sapphire为主,另一派以美国大厂Cree的SiC基板为首。在生产技术方面则可分为三大类:第一种为PhosphorConverted-LEDapproach：单颗LED搭配萤光粉将其激发后混合成白光。第二种为使用红、蓝、绿三颗LED直接混合出白光，不需搭配萤光粉,称为multi-chipLEDapproach。第三种较为特殊，为日商Sumitomo所研发之ZnSe基板搭配蓝光LED，无须使用萤光粉便可直接发出白光。单晶搭配萤光粉技术目前主流有两大类：(1）及蓝光互补之波长555nm黄光，利用透镜原理混合可得出白光。（2）使用紫外光LED搭配RGB萤光粉：利用波长375nm之紫外光LED激发RGB萤光粉使其混合成白光。InGaN/YAGLED成品示意图InGaN/YAG内部解析图当今一般白光LED实现工艺如下表所示:形式激发方式发光材料及荧光体发光原理单晶型蓝色芯片InGaN/YAG使用蓝光激发荧光体近紫外光、紫外光芯片InGaN/RGBInGaN/OYBG及荧光灯一样，利用紫外、紫外光激发荧光体多晶型R、G、B三色芯片InGaN,AlInGaP，AlGaAs将三色LED封装于同基板上目前市场主流为Nichia所发展出的蓝光LED+YAG。即上面所说LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光及荧光粉发出的黄光混合后得到白光的方法。之所以采用这种方法,是因为这样得到的白光均匀稳定,更接近自然日光.而红绿蓝三基色合成白光会因为其中某芯片的衰减或高度控制不当而造成白光不纯。W—LED的xy色坐标为（0.33，0。33)附近(不同国家的区域，人们对白光的感知会略有不同。比如东亚会比较认可偏黄的白光为标准白光,即纵坐标为0.33至0。38区域内，而西方会更认可偏蓝白光，即横坐标偏低部分）。根据相关色温公式(McCamy，1992)：T=-437n3+3601n2-6861n+5514。31n=(x—0.3320）/（y-0。1858）可知（0.33，0。33)标准白光其色温为5610K。调节荧光粉的化学组成或覆盖厚度，可调节色温在5000～20000K间变化。色温是一种物理现象,即把金属加热到一定温度时，就呈现出有颜色的可见光。这种光随着温度的升高而变化，这种光源的温度就叫该光源的色温。其实色温，实际上指光源的光谱成分。根据开尔文的“黑体理论”，任何一个黑体，当它受到一定的温度时会发热，温度够高，所吸收的热量会以光的形势释放出来。如果某一纯黑物体,能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话，它便会因受到热力的高低而变成不同的颜色。当黑体受到的热力使它能够放出光谱中的全部可见光波时，它就变成白色。生活中所有的固体发热就都是这番道理，如钨丝发光。随着周围环境的不同,光源中色光的比例也在变化，也就是光源的光谱成分在变化。如果光谱成分中短波光线所占的比例增加,长波光线所占比例减少，光就偏蓝，色温就升高;反之,光谱成分中长波比例增加,短波光线所占比例减少，光就便红,色温就低。因此,色温的高低，只是意味着光源中所含的红、蓝光的比例不同。色温用开尔文度(K）表示。紫外光搭配RGB三色萤光粉则是另一种有希望成为未来照明市场主流的作法。除了拥有极佳的演色性外，最让业界期待的是能减低颜色不均现象。由于蓝光LED会有波长分布不均问题(例如同是蓝光，紫蓝和水蓝波长会相隔15nm以上），使得蓝紫色会及黄色混合、或蓝绿色及黄色混合。但紫外光为不可见光,即使波长偏离人眼也无法察觉。目前紫外光之白光LED面临的问题仍有发光效率不佳、封装材料受紫外光照射易发生老化亟待克服。目前所有的LED大厂皆着手持续提升LED发光效率，若能达到室内照明60lm/W以上、室外照明100lm/W以上，加上价格滑落至现有灯泡十倍价位以下时，将有机会逐渐取代现有之照明设备。提高发光效率有两种大方向:一是改善LED结构，二是改良封装技术,包含改良萤光粉和涂抹技术.改善LED结构的部分,着重于让LED的光线能无损耗的取出。在这方面的研究和改善,业界可谓伤透脑筋。有将基板由原先的吸收材质改为全反射材质，将周壁保护层改为全透明或向上全反射.还有目前较为流行的覆晶封装技术(FlipChipPackage）。就是利用晶粒的倒转使Sapphire基板朝上,因此两个BondingPads便不会遮光，加上底部的反射层的助益，使得亮度可以提升至非覆晶封装型的1。5~2倍左右。在高电流下长时间操作，如何散热也是一个必须克服之难题。目前最被广泛使用的封装材料为环氧树脂,由于LED发光时并非100％将电能转换成光，仍有部分热能烘烤封胶点注荧光粉配胶入模灌胶短烤出模长烤外观测试、分等级长烤包装烘烤封胶点注荧光粉配胶入模灌胶短烤出模长烤外观烘烤封胶点注荧光粉配胶入模灌胶短烤出模长烤外观测试、分等级长烤包装烘烤封胶点注荧光粉配胶入模灌胶短烤出模长烤外观测试、分等级长烤包装6（白光）LED的制程工艺以上为我对发光二极管，白光发光二极管的一点浅显了解，在很多方面的了解太过面片，也有更多的错误和不足，殷切的希望各位老师批评指正。下面，我便就近期我于公司的实习谈一点发光二极管的制造及工艺。LED产品过程需要经过点胶、固晶、烘烤、焊线、封装、切割、检测等十余道工序,而ＬＥＤ芯片体积极小,是以微米级计算的，大体在８μｍ－１４μｍ，因此在生产过程中必须格外小心。焊线投料──支架，芯片，银胶，金线，环氧树脂等扩晶，点银胶，固晶焊线投料──支架，芯片，银胶，金线，环氧树脂等扩晶，点银胶，固晶焊线投料──支架，芯片，银胶，金线，环氧树脂等扩晶，点银胶，固晶焊线扩晶，点银胶，固晶焊线投料──支架，芯片，银胶，金线，环氧树脂等扩晶，点银胶，固晶焊线投料──支架，芯片，银胶，金线，环氧树脂等扩晶，点银胶，固晶以下便对上述流程作相应之重点分述，就我目前所知略微谈一下LED,特别是白光LED在其制程中的一些细节即注意情况．6。1点银浆当前的LED生产，使用的芯片黏接剂多是银浆。它是由导电性能良好的金属银的微粒及导电树脂、粘着剂和溶剂所组成的混合物。这种黏接剂是导电的，因此点胶时对胶量多少致关重要，量少可能粘接不牢．量太多则可能造成PN结短路而使产品成为废品，也可能使ＰＮ结之间电子迁移数量减少造成亮度降低，或出现反向电流增大（即我们常说的IR不良)，造成LED可靠性下降.黏接剂的多少还影响到芯片在支架上位置的高低，芯片在架上的位置受黏接剂的多少影响，黏接剂适中，这时支架碗面聚光效果就好，黏接剂过多，使芯片位置向上，支架碗面聚光效果明显受到影响。特别是随着现在电子产品向着微型化的发展，对LED的大小也提出了更为严格的要求。6.2固晶固晶一般有两种形式，一为手工，二为现代机台作业.手工作业目前业界基本没及采用。因为手工夹取晶粒时，极可能伤及芯片。夹的力量稍有过大便可能损伤芯片的半导体导电层,直接效果是减小发光面积，影响发光亮度。还有像做蓝白青光双接垫材料时，还要严格把控晶粒方向。机台作业在以上方面有较大优势。固晶机台其主要工作器具为顶针及吸嘴。顶针从晶粒下方将材料顶起,同时吸嘴配合利用真空将其吸取并置于目的支架。顶针高度不能太高，否则会顶翻芯片；吸嘴取晶时压力也不能太大，太大会对芯片造成损伤。6.3焊线焊线时压力的大小也是十分重要的，压力过小可以导致焊线不牢,压力过大则也可能伤及芯片。在这里还有一个重要的问题，即焊线时间的长短，也就是说使用焊线机打线的时间控制。焊线时间过长，我们一般称打线晚，就可能造成焊点过大(有些机台采用拉力及夹力相结合将线扯断，太晚会造成线尾过长,短接PN结，也