史上最全LED封裝原材料芯片和支架知識(shí)-新世紀(jì)led論壇ppt課件

1、蘇永道 教授濟(jì)南大學(xué) 理學(xué)院封裝技術(shù)LED2.1 LED芯片構(gòu)造 LED的封裝工藝有其本人的特點(diǎn)。對(duì)LED封裝前首先要做的是控制原物料。由于許多場(chǎng)所需求戶外運(yùn)用，環(huán)境條件往往比較惡劣，不是長期在高溫下任務(wù)就是長期在低溫下任務(wù)，而且長期受雨水的腐蝕，如LED的信任度不是很好，很容易出現(xiàn)瞎點(diǎn)景象，所以留意對(duì)原物料質(zhì)量的控制顯得尤其重要。 LED芯片是半導(dǎo)體發(fā)光器件LED的中心部件，它主要由砷(AS)、鋁(AL)、鎵(Ga)、銦(IN)、磷(P)、氮(N)、鍶(i)這幾種元素中的假設(shè)干種組成。 芯片按發(fā)光亮度分類可分為： 普通亮度：R(紅色GAaAsP 655nm)、H ( 高紅GaP 697nm

2、)、G ( 綠色GaP 565nm )、Y ( 黃色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色GaAsP/ GaP 635nm )等； 高亮度：VG (較亮綠色GaP 565nm )、VY(較亮黃色 GaAsP/ GaP 585nm )、SR( 較亮紅色GaA/AS 660nm )； 超高亮度：UGUYURUYSURFUE等。 芯片按組成元素可分為： 二元晶片(磷鎵)：HG等； 三元晶片(磷鎵 砷)：SR(較亮紅色GaA/AS 660nm)、 HR (超亮紅色GaAlAs 660nm)、UR(最亮紅色GaAlAs 660nm)等； 四元晶片(磷鋁鎵銦)：SRF( 較亮紅色 AlGalnP )

3、、HRF(超亮紅色 AlGalnP)、URF(最亮紅色 AlGalnP 630nm)、VY(較亮黃色GaAsP/GaP 585nm)、HY(超亮黃色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黃色 AlGalnP 595nm)、UYS(最亮黃色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮綠色 AIGalnP 574nm) LED等。 發(fā)光二極管芯片制造方法和資料的磊晶種類：1.LPE： 液相磊晶法 GaP/GaP；2.VPE： 氣相磊晶法 GaAsP/GaAs；3.MOVPE：有機(jī)金屬氣相磊晶法) AlG

4、aInP、GaN；4.SH：單異型構(gòu)造 GaAlAs/GaAs；5.DH：雙異型構(gòu)造 GaAlAs/GaAs；6.DDH：雙異型構(gòu)造 GaAlAs/GaAlAs。 不同LED芯片，其構(gòu)造大同小異，有外延用的芯片基板( 藍(lán)寶石基板、碳化硅基板等) 和摻雜的外延半導(dǎo)體資料及透明金屬電極等構(gòu)成。2.1.1 LED單電極芯片圖2.1 單電極芯片構(gòu)造表示圖DEFCAHIBAGGJ電極直徑Jn型結(jié)晶基板E電極厚度In層D芯片高度Hp層C芯片尺寸長寬G發(fā)光區(qū)Bn極金屬層Fp極金屬層A闡明代碼闡明代碼 單電極芯片構(gòu)造代碼含義2.1.2 LED雙電極芯片JHIGMNGABCEDFKLHL雙電極芯片構(gòu)造表示圖芯片

5、尺寸長I低溫緩沖層Bn極金屬層H藍(lán)寶石基板A闡明代碼闡明代碼 雙電極芯片構(gòu)造代碼含義n極電極直徑Np極金屬層Gp極電極直徑M透明導(dǎo)電層F電極厚度Lp型接觸E芯片高度K發(fā)光層D芯片尺寸寬Jn型接觸CJHIGMNGABCEDFKLHL雙電極芯片構(gòu)造表示圖2.1.3 LED晶粒種類簡介GaAs/GaAsAlGaAs/GaAsAlGaAs/AlGaAs850nm940nm紅外線不可見光GaInN/Sapphire455nm485nm高亮度藍(lán)GaInN/Sapphire490nm540nm高亮度藍(lán)綠/綠AlGaInP/GaAs高亮度綠GaP/GaP555nm560nm綠AlGaInP/GaAs高亮度黃綠

6、GaP/GaP569nm575nm黃綠AlGaInP/GaAs高亮度黃GaAsP/GaP585nm600nm黃AlGaInP/GaAs高亮度橙GaAsP/GaP605nm622nm橙AlGaInP/GaAs630nm645nm高亮度紅AlGaAs/GaAs645nm655nm紅可見光構(gòu)造波長顏色類別晶粒種類2.1.4 LED襯底資料的種類 對(duì)于制造LED芯片來說，襯底資料的選用是首要思索的問題。應(yīng)該采用哪種適宜的襯底，需求根據(jù)設(shè)備和LED器件的要求進(jìn)展選擇。 藍(lán)寶石Al2O3 硅Si 碳化硅SiC一、藍(lán)寶石襯底藍(lán)寶石襯底有許多的優(yōu)點(diǎn)： 1.消費(fèi)技術(shù)成熟、器件質(zhì)量較好 ;2.穩(wěn)定性很好，可以運(yùn)用

7、在高溫生長過程中; 3.機(jī)械強(qiáng)度高，易于處置和清洗。 三種襯底資料：藍(lán)寶石襯底存在的問題： 1.晶格失配和熱應(yīng)力失配，會(huì)在外延層中產(chǎn)生大量缺陷；2.藍(lán)寶石是一種絕緣體，在上外表制造兩個(gè)電極，呵斥了有效發(fā)光面積減少；3.添加了光刻、蝕刻工藝過程，制造本錢高。 藍(lán)寶石的硬度非常高, 在自然資料中其硬度僅次于金剛石, 但是在LED器件的制造過程中卻需求對(duì)它進(jìn)展減薄和切割(從400nm減到100nm左右)。添置完成減薄和切割工藝的設(shè)備又要添加一筆較大的投資。 藍(lán)寶石襯底導(dǎo)熱性能不是很好(在100約為25W/mK) ，制造大功率LED往往采用倒裝技術(shù)(把藍(lán)寶石襯底剝離或減薄)。二、硅襯底 硅是熱的良導(dǎo)體

8、，所以器件的導(dǎo)熱性能可以明顯改善，從而延伸了器件的壽命。硅襯底芯片電極采用兩種接觸方式: V接觸(垂直接觸) L接觸(程度接觸) V電極芯片L電極芯片采用藍(lán)寶石襯底和碳化硅襯底的LED芯片三、碳化硅襯底 碳化硅襯底CREE公司專門采用SiC資料作為襯底的LED芯片，電極是L型電極，電流是縱向流動(dòng)的。采用這種襯底制造的器件的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都非常好，有利于做成面積較大的大功率器件。 碳化硅的導(dǎo)熱系數(shù)為490W/mK，要比藍(lán)寶石襯底高出10倍以上。 碳化硅制造本錢較高，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化還需求降低相應(yīng)的本錢。 缺陷優(yōu)點(diǎn)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藍(lán)寶石(Al2O3)抗靜電才干本錢導(dǎo)熱性穩(wěn)定性膨脹系數(shù)(10-6) 導(dǎo)熱系數(shù)(W/mK)襯底資料 三種襯底資料的性能比較 除了以上三種常用的襯底資料之外，還有GaAS、AlN、ZnO等資料也可作為襯底，通常根據(jù)設(shè)計(jì)的需求選擇運(yùn)用。 2.1.5 LED芯片的制造流程分散和鍵合晶粒光刻鍍金晶圓芯片拋光檢驗(yàn)劃片崩裂等離子體刻蝕GaN LED芯片的制造流程綠光晶粒樣品磊晶加熱干式刻蝕分別透明層P電極銜接主要目的由加熱來打斷磊晶時(shí)產(chǎn)生的Mg-H鍵結(jié)使P-GaN活性化實(shí)驗(yàn)證明在730氮?dú)猸h(huán)境下加熱20分鐘可有良好效果。由干式蝕刻(RLE)將晶粒的一部份蝕刻到N-GaN，使N旁邊顯露外表以便銜接。因P-G

10、aN阻抗大呵斥電流分布不佳添加透明層可改善P-GaN的電流分布進(jìn)而提高亮度目前制造運(yùn)用之透明電極為Ni/Au=30/70A,可與P-GaN有良好的歐姆接觸。制造電極以供打線用目前運(yùn)用Ni/Au=0.3/6kA為接觸電極可有良好的歐姆接觸。某芯片廠家藍(lán)光LED的上游制造流程如下： N電極銜接丈量襯底研磨劃片 封裝制造電極以供打線用目前運(yùn)用Ti/Al=0.6/6kA為接觸電極可與N-GaN有良好的歐姆接觸。做普通特性量測(cè)主要有正導(dǎo)游通電壓VF亮度波長方向擊穿電壓VR及良率量測(cè)并將不良品淘汰。用鉆石研磨液對(duì)前站制造完成之芯片進(jìn)展反面研磨以便于切割及協(xié)助散熱目前大多研磨拋光至100m,研磨良率可達(dá)91

11、%。將晶粒封裝成LED,以便進(jìn)展光的測(cè)試及靜電測(cè)試。將研磨完成的芯片裂成晶粒消費(fèi)良率可到達(dá)86%。2.1.6 制造LED磊芯片方法的比較 HB-LEDLDVCSELHBT本錢較高良好率低原料獲得不易磊晶純度佳磊晶薄度控制佳磊晶平整度佳將有機(jī)金屬以氣體方式分散至基板促使晶格外表粒子凝結(jié)MOCVD傳統(tǒng)LED磊晶薄度及平整度控制不易磊晶長成速度快量產(chǎn)才干尚可以氣體或電漿資料傳輸至基板促使晶格外表粒子凝結(jié)或解離VPE傳統(tǒng)LED磊晶薄度控制差磊晶平整度差操作簡單磊晶長成速度快具量產(chǎn)才干以溶融態(tài)的液體資料直接和基板接觸而堆積晶膜LPE主要運(yùn)用缺陷優(yōu)點(diǎn)特征磊晶方法 制造磊芯片的幾種常用方法2.1.7 常用芯

12、片簡圖 在此只給出幾種一、單電極芯片1.圓電極芯片 009UOV008RN010SOTK110DR2.方電極芯片 010YGK009UYG113YGUM80SOU3.帶角電極芯片 012UY512UOL 012UYG012IRA二、雙電極芯片幾種雙電極芯片 514GSB4713DC 010BLTB024I2.2 lamp LED支架引見支架的作用：用來導(dǎo)電和支撐晶片。 支架的組成：普通來說是由支架素材經(jīng)過電鍍而構(gòu)成，由里到外是素材、銅、鎳、銅、銀這五層所組成。一、LED支架圖二、LED支架構(gòu)造闡明上Bar以上稱功能區(qū)、上Bar及上Bar以下稱非功能區(qū)備注長度邊距腳中心距腳寬高度支架部位1098

13、76代碼碗PICH陰陽極寬段差陰陽極間隙焊點(diǎn)支架部位54321代碼LED支架代碼闡明三、LED支架尺寸闡明80-100um銀層厚度40-50 um銅層厚度7.62mm杯中心距120-150um鎳層厚度鍍層管控厚度2.28mm02支架0.50 0.50mm厚度2.54mm03、04支架腳距152.4mm總長LED支架尺寸四、LED支架材質(zhì)銀(Ag)銅(Cu)鎳(Ni)銅(Cu)2銀(Ag)銅(Cu)鎳(Ni)1外鍍鐵材(SPCC)、銅材(Cu)基材LED支架資料注：1.外度三層； 2.外度四層；3.鐵才和銅材價(jià)錢差別較大。五、支架電鍍知識(shí) 略六、支架供貨商管控相關(guān)條件上Bar80m以上，下Bar

14、45m以上5g正?？諝庵袦?7天管控條件銀層管控焊線拉力廢品氧化工程42010/5s42010/6s50010/3min17010/3h管控條件焊接規(guī)范(06、07、09支架)焊接規(guī)范(03、04支架)短烤長烤工程LED支架供貨商管控條件2.2.2 常用支架外觀圖集 2003D11 2003EL3-1 2002L3平頭 2002C有杯 2003WA3-1 2004LD 2003S16P 2033-3A 3009 2021-2 51B 2006 2.2.3 LED支架進(jìn)料檢驗(yàn)內(nèi)容1.廢品偏心2.呵斥焊線跨度間隔過遠(yuǎn)過近3.呵斥焊線滑球 焊點(diǎn)及碗偏離中心軸線向前后左右偏移(支架彎曲管控：0.5m

15、m)彎曲變形1.死燈(影響產(chǎn)品壽命)2.廢品VF值添加 經(jīng)150/3h烘烤或焊接實(shí)驗(yàn)后鍍層有起泡或零落顯露銅層鍍層起泡零落1.固晶推力缺乏2.打線拉力缺乏3.廢品VF值添加4.水清產(chǎn)品呵斥外觀上不良 電鍍層氧化等呵斥生銹變色(特別是功能區(qū))生銹變色1.影響產(chǎn)品特性2.呵斥作業(yè)困擾，添加挑選工時(shí) 同批支架內(nèi)混有兩種或兩種以上不同型號(hào)支架混料1.影響數(shù)量管控2.本錢添加抽檢時(shí)每1K包裝內(nèi)少數(shù)或少整K數(shù)數(shù)量短少對(duì)LED呵斥的影響不良闡明工程LED封裝廠家對(duì)支架進(jìn)料時(shí)的檢驗(yàn)內(nèi)容1.芯片傾斜呵斥固晶推力缺乏、焊線掉晶2.芯片未固究竟與碗底接觸不良呵斥電性問題3.二焊不平呵斥虛焊 碗底或二焊焊臺(tái)有凹凸高低

16、不平景象凹凸不平1.影響作業(yè)(嚴(yán)重時(shí))2.影響廢品光斑、角度、亮度。 杯碗因受損而呵斥變形碗口變形1.影響LED外觀2.影響LED焊接 有刮傷痕跡呵斥電鍍層零落等(受損面積0.050.05mm)支架刮傷1.影響LED外觀2.對(duì)LED的組裝呵斥一定影響 支架上Bar陰陽極或下Bar有壓傷痕跡(壓傷面積超越0.1mm0.1mm，深度超出0.03mm)支架壓傷廢品偏心 支架陰陽極前后左右偏移大于0.05mm支架傾斜1.呵斥焊線跳高景象(虛焊)2.損傷磁嘴 支架立于程度面上，量測(cè)底部與平面的間隙大于0.2mm支架扇形彎曲1.影響LED外觀2.影響LED切腳3.影響LED組裝 支架腳彎曲大于0.05mm

17、(腳中心值須符合公差內(nèi))腳彎曲2.呵斥芯片與支架銜接空隙過大對(duì)電性呵斥影響(阻抗增大、VF值上升) 碗底有粗糙不光滑景象(素材沖壓不平)碗底粗糙1.嚴(yán)重外觀不良，無法運(yùn)用 支架有燒黑燒糊狀物質(zhì)(因電鍍廠商制程中瞬間電流過高所致)支架燒焦1.影響廢品外觀2.呵斥焊接不良 杯內(nèi)及二焊焊臺(tái)有殘留臟物或水紋污染支架污染1.呵斥廢品亮度有差別2.烘烤變色呵斥外觀不良 支架銀層有厚薄不一而呵斥銀層顏色差別電鍍不均尺寸不符，無法運(yùn)用 支架任何部位因沖壓過程呵斥不規(guī)那么變形者沖壓不良1.廢品偏心不良2.呵斥焊線跨度間隔過遠(yuǎn)過近(嚴(yán)重呵斥粘固不牢構(gòu)成死燈) 杯子或二焊偏離中心點(diǎn)(陰陽極位置不在一條直線上或同時(shí)往一邊偏離)陰陽極變形1.呵斥廢品亮度有差別2.烘烤變色呵斥外觀不良3.影響焊線 支架外表鍍層厚度上Bar為10010m(上Bar橫檔以上1mm)。全鍍下Bar為7510m；半鍍下Bar不低于10m支架電鍍過薄1.影響LED外觀2.影響LED組裝焊接支架上Bar以下腳上有發(fā)白景象者支架異物(腳及下Bar發(fā)白)1.影響LED外觀2.影響切腳作