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1、LED 芯片知识大全:分类,制造,参数我们在买灯具的时候,经常会听说 LED 芯片,那么,LED 芯片究竟是什么呢?下面就带着大家了解下。LED 芯片也称为 led 发光芯片,是 led 灯的核心组件,也就是指的 P-N 结。其主要功能是:把电能转化为光能,芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成,一部分是 P 型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是 N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个 P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向 P 区,在 P 区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是 LED 发光的原理
2、。而光的波长也就是光的颜色,是由形成 P-N 结的材料决定的。分类用途:根据用途分为大功率 led 芯片、小功率 led 芯片两种;颜色:主要分为三种:红色、绿色、蓝色(制作白光的原料);形状:一般分为方片、圆片两种;大小:小功率的芯片一般分为 8mil、9mil、12mil、14mil 等片尺寸大功率 LED 芯片有尺寸为 38*38mil,40*40mil,45*45mil 等三种当然芯片尺寸是可以订制的,这只是一般常见的规格。mil 是尺寸单位,一个 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规格。理论上来
3、说,芯片越大,能承受的电流及功率就越大。不过芯片材质及制程也是影响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,其他厂牌同样大小的芯片,最多能承受到 2W。发光亮度一般亮度:R( 红色 GaAsP655nm)、H(高红 GaP697nm)、G(绿色 GaP565nm)、Y(黄色GaAsP/GaP585nm)、E(桔色 GaAsP/GaP635nm)等;高亮度:VG(较亮绿色 GaP565nm)、VY( 较亮黄色 GaAsP/GaP585nm)、SR( 较亮红色GaA/AS660nm);超高亮度:UGUYURUYS URFUE 等。二元晶片(磷镓):HG
4、 等;三元晶片(磷镓砷):SR(较亮红色 GaA/AS660nm)、HR(超亮红色 GaAlAs660nm)、UR(最亮红色 GaAlAs660nm)等;四元晶片(磷铝镓铟):SRF(较亮红色 AlGalnP)、HRF(超亮红色 AlGalnP)、URF( 最亮红色 AlGalnP630nm)、VY(较亮黄色 GaAsP/GaP585nm)、 HY(超亮黄色 AlGalnP595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP595nm)、UYS(最亮黄色 AlGalnP587nm)、UE(最亮桔色AlGalnP620nm)、HE(超亮桔色 AlGalnP620nm)、UG( 最亮绿色 AIGalnP5
5、74nm)LED 等。衬底对于制作 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。三种衬底材料:蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)。蓝宝石衬底:蓝宝石的优点:1.生产技术成熟、器件质量较好;2.稳定性很好,能够运用在高温生长过程中;3.机械强度高,易于处理和清洗。蓝宝石的不足: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。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
6、。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。优点:碳化硅的导热系数为 490W/mK,要比蓝宝石衬底高出 10倍以上。不足: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。LED 特点(1)四元芯片,采用 MOVPE 工艺制备,亮度相对于常规芯片要亮。(2)信赖性优良。(3)应用广泛。(4)安全性高。(5)寿命长。如何评判led 芯片的价格:一般情况系下方片的价格要高于圆片的价格,大功率 led 芯片肯定要高于小功率 led 芯片,进口的
7、要高于国产的,进口的来源价格从日本、美国、台湾依次减低。led 芯片的质量:评价 led 芯片的质量主要从裸晶亮度、衰减度两个主要标准来衡量,在封装过程中主要从 led 芯片封装的成品率来计算。制造流程总的来说,LED 制作流程分为两大部分:1.首先在衬底上制作氮化镓(GaN)基的外延片,这个过程主要是在金属有机化学气相沉积外延片炉(MOCVD) 中完成的。准备好制作 GaN 基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后,按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底,还有 GaAs、AlN、ZnO 等材料。MOCVD 是利用气相反应物(前驱物)及 族的有机金属和族的
8、 NH3 在衬底表面进行反应,将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例,从而控制镀膜成分、晶相等品质。MOCVD 外延炉是制作 LED 外延片最常用的设备。2.然后是对 LED PN 结的两个电极进行加工,电极加工也是制作 LED 芯片的关键工序,包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨;然后对 LED 毛片进行划片、测试和分选,就可以得到所需的 LED 芯片。如果芯片清洗不够乾净,蒸镀系统不正常,会导致蒸镀出来的金属层(指蚀刻后的电极)会有脱落,金属层外观变色,金泡等异常。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片,因此会产生夹痕(在目检必须挑除)。黄光作业内容包括烘烤、
9、上光阻、照相曝光、显影等,若显影不完全及光罩有破洞会有发光区残多出金属。芯片在前段工艺中,各项工艺如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等,因此会有芯片电极刮伤情形发生。制作工艺1.LED 芯片检验镜检:材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑 lockhill 芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整。2.LED 扩片由于 LED 芯片在划片后依然排列紧密间距很小( 约 0.1mm),不利于后工序的操作。采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张,使 LED 芯片的间距拉伸到约 0.6mm。也可以采用手工扩张,但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。3.LED 点胶在
10、LED 支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。对于 GaAs、SiC 导电衬底,具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片,采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光 LED 芯片,采用绝缘胶来固定芯片。工艺难点在于点胶量的控制,在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求,银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。4.LED 备胶和点胶相反,备胶是用备胶机先把银胶涂在 LED 背面电极上,然后把背部带银胶的 LED安装在 LED 支架上。备胶的效率远高于点胶,但不是所有产品均适用备胶工艺。5.LED 手工刺片将扩张后 LED 芯片( 备胶或未备胶)安置在刺片台
11、的夹具上, LED 支架放在夹具底下,在显微镜下用针将 LED 芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处,便于随时更换不同的芯片,适用于需要安装多种芯片的产品。6.LED 自动装架自动装架其实是结合了沾胶(点胶) 和安装芯片两大步骤,先在 LED 支架上点上银胶( 绝缘胶),然后用真空吸嘴将 LED 芯片吸起移动位置,再安置在相应的支架位置上。自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程,同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴,防止对 LED 芯片表面的损伤,特别是蓝、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。7.LED 烧结烧结的目
12、的是使银胶固化,烧结要求对温度进行监控,防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在 150,烧结时间 2 小时。根据实际情况可以调整到 170,1 小时。绝缘胶一般 150,1 小时。银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔 2 小时( 或 1 小时)打开更换烧结的产品,中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途,防止污染。8.LED 压焊压焊的目的是将电极引到 LED 芯片上,完成产品内外引线的连接工作。LED 的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。铝丝压焊的过程为先在 LED 芯片电极上压上第一点,再将铝丝拉到相应的支架上方,压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球,其余过程类似。压焊是
13、led 封装技术中的关键环节,工艺上主要需要监控的是压焊金丝(铝丝)拱丝形状,焊点形状,拉力。9.LED 封胶LED 的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型,选用结合良好的环氧和支架。(一般的 LED 无法通过气密性试验)LED 点胶 TOP-LED 和 Side-LED 适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高(特别是白光 LED),主要难点是对点胶量的控制,因为环氧在使用过程中会变稠。白光 LED 的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。LED 灌胶封装 Lamp-LED 的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在 LED 成
14、型模腔内注入液态环氧,然后插入压焊好的 LED 支架,放入烘箱让环氧固化后,将 LED 从模腔中脱出即成型。LED 模压封装将压焊好的 LED 支架放入模具中,将上下两副模具用液压机合模并抽真空,将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中,环氧顺着胶道进入各个LED 成型槽中并固化。10.LED 固化与后固化固化是指封装环氧的固化,一般环氧固化条件在 135, 1 小时。模压封装一般在 150,4 分钟。后固化是为了让环氧充分固化,同时对 LED 进行热老化。后固化对于提高环氧与支架(PCB)的粘接强度非常重要。一般条件为 120,4 小时。11.LED 切筋和划片由于 LED 在
15、生产中是连在一起的( 不是单个),Lamp 封装 LED 采用切筋切断 LED 支架的连筋。SMD-LED 则是在一片 PCB 板上,需要划片机来完成分离工作。12.LED 测试测试 LED 的光电参数、检验外形尺寸,同时根据客户要求对 LED 产品进行分选。计数方法LED 芯片因为大小一般都在大小:小功率的芯片一般分为 8mil、9mil 、12mil、14mil 等,跟头发细一样细,以前人工计数时候非常辛苦,而且准确率极底,2012 年厦门好景科技有开发一套专门针对 LED 芯片计数的软件,仪器整合了高清晰度数字技术来鉴别最困难的计数问题。LED 芯片专用计数仪设备是由百万象素工业专用的
16、CCD 和百万象素镜头的硬件,整合了高清晰度图像数字技术的软件组成的,主要用来计算出 LED 芯片的数量。该 LED 芯片专用计数仪通过高速的图像获取及视觉识别处理,准确、快速地计数 LED 芯片,操作简单,使用方便。该设备装有新型的照明配置,因照明上的均匀一致性及应用百万象素的 CCD 及镜头,确保了 LED 芯片成像的清晰度,配合高技术的计数软件,从而保证了计数的准确度。同时软件会将每次计数的结果储存在数据库中,方便打印与追溯对比分析。技术参数1成像特性:镜头:12mm、F1.8 高保真光学镜头CCD 规格:300 万像素/500 万像素,真彩图像拍摄:手动对焦,可专业级地精细成像 LED 芯片图像调整:手动调整亮度;自动调整对比度、饱和度2计数特性:快速的计算出 LED 芯片总数,可根据需要折扣数量,并显示和输出计数结果可计数5mil(或 0.127mm)不透明 LED 芯片可计数双电极透明的 LED 芯片计数速度:20008000 个 LED 芯片/