led原材料制作工艺

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1、LEDLED 原材料制作工艺原材料制作工艺本文由孤灯白雪贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。LED 芯片制造工艺外延生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和、SiC、Si）上， 气态物质 InGaAlP 有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前 LED 外延片生长技术主要 采用有机金属化学气相沉积方法。 MOCVD 介绍： 金属有机物化学气相淀积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，简称 MOCVD） 1968 年 ， 由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物

2、半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导 体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂 贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于 GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝 色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。 LED 芯片的制造工艺流程： 外延片清洗镀透明电极层透明电极图形光刻腐蚀去胶平台图形光刻干法刻蚀 去胶退火SiO2 沉积窗口图形光刻SiO2 腐蚀去胶N 极图形光刻预清洗镀膜剥离 退火P 极图形光刻镀膜剥离研磨切割芯片成品测试。 其实外延片的生产制作过程是非常复杂的，在展完外延片后，下一步就

3、开始对 LED 外延片做电 极（P 极，N 极） ，接着就开始用激光机切割 LED 外延片（以前切割 LED 外延片主要用钻石刀） ，制 造成芯片后，在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，如图所示： 1、主要对电压、波长、亮度进行测试，能符合正常出货标准参数的晶圆片再继续做下一步的 操作，如果这九点测试不符合相关要求的晶圆片，就放在一边另外处理。 2、 晶圆切割成芯片后， 100%的目检 （VI/VC） 操作者要使用放大 30 倍数的显微镜下进行目测。 ， 3、接着使用全自动分类机根据不同的电压，波长，亮度的预测参数对芯片进行全自动化挑选、 测试和分类。 4、最后对 LED 芯片进行检查（V

4、C）和贴标签。芯片区域要在蓝膜的中心，蓝膜上最多有 5000 粒芯片，但必须保证每张蓝膜上芯片的数量不得少于 1000 粒，芯片类型、批号、数量和光电测量 统计数据记录在标签上，附在蜡光纸的背面。蓝膜上的芯片将做最后的目检测试与第一次目检标准 相同，确保芯片排列整齐和质量合格。这样就制成 LED 芯片（目前市场上统称方片） 。 在 LED 芯片制作过程中，把一些有缺陷的或者电极有磨损的芯片，分捡出来，这些就是后面的 散晶，此时在蓝膜上有一些不符合正常出货要求的晶片，也就自然成了边片或毛片等。 刚才谈到在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，对于不符合相关要求的晶圆片作另外处 理，这些晶圆片是不

5、能直接用来做 LED 方片，也就不做任何分检了，直接卖给客户了，也就是目前市场上的 LED 大圆片（但是大圆片里也有好东西，如方片） 。 LED 荧光粉在封装端的可靠性验证 随着贴片式白光 LED（主要原物料如下图一）的广泛使用，荧光粉已成为不可或缺的一部 分；大量厂商已经嗅到这个商机（贴片式白光 LED 封装成本结构如下图二，该信息出自韩国 Displaybank）并开始往荧光粉生产方面发展，导致市场上的荧光粉品牌层出不穷。LED(Light Emitting Diode)是一种发光组件，其结构实际上是一个半导体的 PN 结，基本的工作机 理是一个电光转换过程。即当一个正向偏压施加于 PN

6、结两端，由于 PN 结势垒的降低，P 区的正电 荷将向 N 区扩散，N 区的电子也向 P 区扩散，同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。对于一个真 实的 PN 结型器件，通常 P 区的载流子浓度远大于 N 区，致使 N 区非平衡空穴的积累远大于 P 区的 电子积累（对于 NP 结，情况正好相反） 。由于电流注入产生的少数载流子是不稳定的，对于 PN 结 系统， 注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合， 其中多余的能量将以光的形式向外辐射， 从而达到发光的效果。LED 有工作寿命长、耗电低、 、响应时间快、体积小、重量轻、耐冲击、易于 调光、调色、可控性大、绿色、环保等优点，可预期将被广泛地

7、应用在很多光源市场。特别是贴片 式白光 LED，其在应用端的可应用于背光、装饰以及照明等方面，而且其未来的应用市场将会日趋 扩大普及，并逐渐延伸至其它领域。 随着贴片式白光 LED（主要原物料如下图一）的广泛使用，荧光粉已成为不可或缺的一部 分；大量厂商已经嗅到这个商机（贴片式白光 LED 封装成本结构如下图二，该信息出自韩国 Displaybank）并开始往荧光粉生产方面发展，导致市场上的荧光粉品牌层出不穷。LED 荧光粉亦可称为稀土荧光粉。因为稀土元素原子具有丰富的电子能级，稀土元素原子 的电子构型中存在 4f 轨道，为多种能级跃迁创造了条件，从而获得多种发光性能（如下图三） ：LED 荧

8、光粉按制备方法大致可分为： 高温固相法、 燃烧合成法、 溶胶-凝胶法、 喷雾热解法、 水热合成法、化学共沉淀法；其中大部分荧光粉厂商主要使用固相反应法来制备荧光粉（各制备方 法优缺点大致如下表） 。制备方法优点缺点 高温固相法工艺简便合成温度高，能耗大 荧光粉结晶好产物团聚严重 亮度高颗粒粗大 燃烧合成法反应时间短产物物相不纯 合成温度低荧光粉亮度低 溶胶-凝胶法成分均匀工艺复杂，反应周期长 反应活性高荧光粉结晶差 合成温度低亮度低 喷雾热解法成分均匀颗粒中间存在空腔，易塌陷 球形颗粒颗粒表面存在微孔 分散性好 水热合成法易控制纯度、粒度使用有局限性，对设备要求高 荧光粉亮度低 化学共沉淀法混

9、合均匀，合成温度低工艺不够成熟 工艺简便，适宜工业化生产产物易出现团聚现象 LED 荧光粉按颜色大致可分为：蓝色荧光粉、绿色荧光粉、黄色荧光粉和红色荧光粉，其中黄 色荧光粉的应用占主要部分（各颜色荧光粉的的应用方式大致如下表） 。颜色分类应用方式 蓝色荧光粉 UV 芯片+蓝色荧光粉+绿色荧光粉+红粉荧光粉 绿色荧光粉蓝光芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉 蓝光芯片+绿色荧光粉+黄色荧光粉 红色荧光粉蓝光芯片+绿色荧光粉+红色荧光粉 蓝光芯片+红色荧光粉+黄色荧光粉 黄色荧光粉蓝光芯片+黄色荧光粉 荧光粉按成分大致可分为：铝酸盐荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化物（或氮氧化物）荧光粉、硫 化物荧光粉，其中铝酸

10、盐荧光粉、硅酸盐荧光粉的应用占主要部分（各成分荧光粉的激发效率大致 如下表） 。 成分分类激发效率 铝酸盐优 硅酸盐优 氮化物/氮氧化物差 硫化物优一般情况下，荧光粉的评估项目包括效率评估、色度评估、可靠性评估以及其它相关参数的 评估，其中大部分 LED 封装厂商将效率评估，色度评估做为评估重点； 按目前市场状况，由于各荧光粉厂商的制程技术能力不同，其产品性能也各有优缺点。当 然，也有部分商家为了追求暴利，在荧光粉里面添加部分有机粉末或是无机盐（例如硫化物） ，以 次充好。因此，荧光粉的评估重点已不再单单局限于荧光粉自身的效率及色度，其自身的可靠性评 估也变得越来越重要了。 现阶段相关行业组织

11、在 2009 年 11 月 17 日出台了相应的标准对荧光粉生产进行规范（中 华人民共和国电子行业标准 SJ/T 11397-2009半导体发光二极管用荧光粉 ，其正式执行时间为 ） 2010 年 1 月 1 日。该标准规定了半导体发光二极管用荧光粉相关的名词术语及其定义，还规定了半 导体发光二极管用铝酸盐和硅酸盐荧光粉的要求、试验方法，检测规则及标志、包装、运输和贮存 要求。但个人认为，此标准其实更适用于荧光粉生厂商对自身产品的验证，却不能更好的指导 LED 封装厂对荧光粉可靠性的验证。 那各贴片式 LED 封装厂如何在众多的荧光粉品牌之间选择稳定性较好的荧光粉产品； 在此， 个人提出以下四

12、个荧光粉稳定性验证方案，以供大家讨论： A、荧光粉的耐热性验证： 大家可能会遇到这样的问题，有部分终端客户反应我们的产品在经过 REFLOW 之后，其色 温发行偏移；那此偏移到底是由于何种物料造成？是否与荧光粉有关？这是很难分解出各种原物料 并来做分析的。那我们应该如何在前期来确定荧光粉其自身的耐热性能呢？大家都知道，荧光粉在被封装成 SMD 成品时，需要经过 150左右的烘烤成型，而且终端客户使用时，SMD 成品会经过 REFLOW 组装到 PCB 上，其回流焊最高温度是 260。也就是说，荧光粉在前期使用的时候，其经受的最高 温度是 260。所以，我们可将耐热实验的温度设定在 260。 从

13、以上可知，我们有以下两个验证方案可以选择： 方案一方案二 方案内容将荧光粉放置于 260的烤箱里直接烘烤将荧光粉放置于 REFLOW 中烘烤 加热方式恒温加热马鞍型曲线加热 加热曲线如图四如图五 优点可持续加热接近客户使用方法由于我们的终端客户实际使用的也是马鞍型的温度曲线，故为能更好的模拟客户的使用方法， 使用方案二来验证荧光粉的耐热性是最佳的选择。也许在您进行此项实验之前，您的荧光粉供应商 会对您说，荧光粉的烧结温度在 1000以上，所以用 260烘烤荧光粉是没有必要的，无论烘烤多 少时间荧光粉都是不会分解的。但大家不要忘了，荧光粉制程中还有多道后处理工序（如包膜） ， 其经过后处理工序后

14、的荧光粉颗粒，是否也可以承受 260乃至 1000以上的烘烤而不影响产品的 激发效率？如果该荧光粉中添加了其它物质，那此物质是否可以承受 260而不分解？这就要看各 家的后处理工艺如何了。 以下是我司采用日东八温区无铅回流焊（上八下八温区）做的相关实验，其中图六是可靠 性较好的荧光粉样品，图七是可靠性较差的荧光粉样品，实验证明，采用这方案可以有效验证荧光 粉可靠性。图六图七 B、荧光粉的耐湿性验证： 我们的终端客户在应用产品的时候，其周围的环境是有一定湿度的，那如果我们的产品发 生色温偏移时，那此种情况是否是由于荧光粉自身造成？而我们应该如何在前期就将荧光粉的耐湿 性验证做好？通常情况下，当荧

15、光粉与封装胶水充分混合固化后，封装胶水本身会起到一定的防潮隔湿 作用，从而保护荧光粉不受水解。但每一款封装胶水自身都有一定的气密性，即水汽可以不同程度 的渗透到封装胶体内部，与荧光粉发生相关反应；所以其荧光粉的耐湿性性能，受封装胶水气密性 的影响很大。现有封装胶水气密性大致如下表： 封装胶水气密性 环氧类优 硅橡胶差 硅树脂中 由于各封装胶水气密性不同，所以用相同款荧光粉进行耐湿性验证时结果也会不同。这样我们 就无法更客观的来验证荧光粉的耐湿性能； 为了更客观的验证荧光粉（包括可能添加的物质）的耐湿性能，我们有两种方案来选择。 一是将荧光粉放置于中性水里浸泡，二是将荧光粉放置在高湿（90%RH

16、）机里储存。采用第一种方 案验证时，其湿度可看成是 100%RH，但此种方案对荧光粉来讲比较苛刻（特别是硅酸盐荧光粉， 从目前我司的实验结果来看，如下图八，几乎所有荧光粉厂商的产品均无法通过此项实验的） ；采 用第二种方案验证时，其水是以气态的形式与荧光粉接触，也更接近实际产品失效的机理。 （即使 是硅酸盐荧光粉，从目前我司的实验结果来看，如下图九，发现一些国外荧光粉厂商的产品在同行 业对比中，其耐湿性能较好）C、荧光粉的热稳定性测试 荧光粉的耐热性不同于热稳定性，耐热性偏重于荧光粉的前期性能，相对来讲是一个瞬态性验 证；而热稳定性则偏重于荧光粉的后期性能，是一个相对较长期的验证；虽然现在业界有些荧光粉 测试仪可测试出荧光粉样品在不同温度下的激发效率，但大多数测试仪只是采用对样品粉盘底部加 热；而实际上，荧光粉测试仪在测试样品时，是通过接收样品粉盘表面荧光粉激发出来的光谱（原 理如图十所示） ；由于荧光粉本身的导热系数相对较差，如果采取只加热粉盘底部的方式去测试荧 光粉样品，其得到的数值是很不准确的。因为可能机台