LED芯片降低成本势在必行 蓝宝石基板将进入大尺寸时代
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摘要：众所周知,高亮度LED（HB LED）市场的成长需要大直径衬底片。然而，使用传统的蓝宝石长晶技术生长大尺寸衬底材料的经济效益会随着尺寸的增大而降低。
关键词：&&&&&&&&&&&
【高工LED专稿】
　　固　　固态照明(SSL)的长远好处显而易见：能源成本更低、寿命更长、光照更好和灵活性更大。但是由于成本高，仍然不能大规模应用。因此寻求降低成本的方案势在必行。
【来源：《高工LED-技术与应用》12月刊&】
& & & & 大幅降低成本的一个关键因素是使用大尺寸，如直径150毫米(6英寸)甚至更大的衬底片来制造LED芯片。硅晶产业在20年前就实现了这一过渡，也带动了自动化控制和可追溯性的进步。下文将进一步探讨大尺寸衬底片的优势。
　　传统的蓝宝石生长技术在生长大尺寸基板时，遭遇了巨大的障碍。a向生长技术不可避免的严重缺陷降低了整体材料利用率。此外，利用传统蓝宝石生长技术制作的基板存在应力和张力变化，在LED制造中会导致严重的弯曲度和翘曲度问题。
　　大尺寸衬底片的优势
　　我们认为降低高亮度LED芯片价格的关键因素之一是采用大尺寸基板。大尺寸基板可以在每个MOCVD轮次中制作更多的芯片。
　　一般情况下，基板直径每增加50mm，基板表面积将会有显著的增加。例如直径150mm基板的表面积是直径50mm(实际直径为50.8mm)基板的9倍。然而，随着基板表面区域会增加，&边缘排除区&面积也会增加，但是增加的不多。其结果显示：直径150mm基板的实际表面积区域是直径50mm基板的10.3倍。
　　LED芯片划片模拟让大尺寸基板的优势更为明显。我们模拟了高亮度LED常用的45＊45mil芯片的划片图。如图一所示，标注为红色的芯片不在统计范围，因为它们是落在&边缘排除区&内(黄色虚线所示3mm区域)或与其交界的芯片。落在基板外的芯片(黑色区域所示)也不在统计范围。
　　由于较大尺寸基板，相当于LED芯片的网格，具有较少的边缘排除区曲率，每单位表面积区域损失的芯片较少。业内越来越倾向于使用大尺寸芯片来提高流明每瓦的性能，如果使用小尺寸基板，每单位表面积区域损失的芯片就更多。
　　图二总结了总表面区域，边缘排除区使用效率和相对曲率的比较。如图二所示，直径150mm基板所获得的芯片个数是直径50mm基板的10.9倍(模拟的芯片尺寸是45X45mil)。直径200mm基板获得的芯片个数是直径50mm基板的19.8倍。这些优势决定了MOCVD设备每一轮生产可以制造更多的LED芯片。
　　我们观察了这些大尺寸基板在MOCVD反应器中的表现及优势，相对于处理大尺寸基板，反应器可以同时处理更多的小尺寸基板，所以在考虑大尺寸基板优势的同时，也需要考虑这些因素。
　　MOCVD生长阶段是整个LED生产环节中最昂贵的部分。每轮MOCVD生长可以装载许多小尺寸基板。即便如此，使用少量片数的大尺寸基板最终产出的芯片数量仍然比小尺寸基板多。我们先看一下直径50mm、150mm和200mm基板的在MOCVD中的布置图。
&&&&&& 更多内容请参阅《高工LED-技术与应用》12月刊
　　模拟显示，表面积区域和芯片数量的增加是明显的。对于直径150mm基板而言，MOCVD可以增产55%的芯片，直径200mm基板的优势更大。美国能源部报告中显示的最近一项研究也得出了相似的结论，直径150mm基板相对于直径50mm的基板，可以获得52%更多的芯片。态照明(SSL)的长远好处显而易见：能源成本更低、寿命更长、光照更好和灵活性更大。但是由于成本高，仍然不能大规模应用。因此寻求降低成本的方案势在必行。
　　大幅降低成本的一个关键因素是使用大尺寸，如直径150毫米(6英寸)甚至更大的衬底片来制造LED芯片。硅晶产业在20年前就实现了这一过渡，也带动了自动化控制和可追溯性的进步。下文将进一步探讨大尺寸衬底片的优势。
　　传统的蓝宝石生长技术在生长大尺寸基板时，遭遇了巨大的障碍。a向生长技术不可避免的严重缺陷降低了整体材料利用率。此外，利用传统蓝宝石生长技术制作的基板存在应力和张力变化，在LED制造中会导致严重的弯曲度和翘曲度问题。
　　大尺寸衬底片的优势
　　我们认为降低高亮度LED芯片价格的关键因素之一是采用大尺寸基板。大尺寸基板可以在每个MOCVD轮次中制作更多的芯片。
　　一般情况下，基板直径每增加50mm，基板表面积将会有显著的增加。例如直径150mm基板的表面积是直径50mm(实际直径为50.8mm)基板的9倍。然而，随着基板表面区域会增加，&边缘排除区&面积也会增加，但是增加的不多。其结果显示：直径150mm基板的实际表面积区域是直径50mm基板的10.3倍。
　　LED芯片划片模拟让大尺寸基板的优势更为明显。我们模拟了高亮度LED常用的45＊45mil芯片的划片图。如图一所示，标注为红色的芯片不在统计范围，因为它们是落在&边缘排除区&内(黄色虚线所示3mm区域)或与其交界的芯片。落在基板外的芯片(黑色区域所示)也不在统计范围。
　　由于较大尺寸基板，相当于LED芯片的网格，具有较少的边缘排除区曲率，每单位表面积区域损失的芯片较少。业内越来越倾向于使用大尺寸芯片来提高流明每瓦的性能，如果使用小尺寸基板，每单位表面积区域损失的芯片就更多。
　　图二总结了总表面区域，边缘排除区使用效率和相对曲率的比较。如图二所示，直径150mm基板所获得的芯片个数是直径50mm基板的10.9倍(模拟的芯片尺寸是45X45mil)。直径200mm基板获得的芯片个数是直径50mm基板的19.8倍。这些优势决定了MOCVD设备每一轮生产可以制造更多的LED芯片。
　　我们观察了这些大尺寸基板在MOCVD反应器中的表现及优势，相对于处理大尺寸基板，反应器可以同时处理更多的小尺寸基板，所以在考虑大尺寸基板优势的同时，也需要考虑这些因素。
　　MOCVD生长阶段是整个LED生产环节中最昂贵的部分。每轮MOCVD生长可以装载许多小尺寸基板。即便如此，使用少量片数的大尺寸基板最终产出的芯片数量仍然比小尺寸基板多。我们先看一下直径50mm、150mm和200mm基板的在MOCVD中的布置图。
　　图三展示了三种常见到MOCVD反应器内基板的布局，包括大尺寸和小尺寸的基板。可见，单片直径150mm基板的表面积区域(红色部分)要大于7片直径50mm的基板。此图表显示了大尺寸基板可以获得相对更高的收益。
　　模拟显示，表面积区域和芯片数量的增加是明显的。对于直径150mm基板而言，MOCVD可以增产55%的芯片，直径200mm基板的优势更大。美国能源部报告中显示的最近一项研究也得出了相似的结论，直径150mm基板相对于直径50mm的基板，可以获得52%更多的芯片。
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高工LED-领先的产业研究与传媒机构普通圆柱型LED的封装直径有那几种_家用电器_百科问答
普通圆柱型LED的封装直径有那几种
提问者:朱泓融
LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，加入电流后它才会发光。在制作工艺上，除了 LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，加入电流后它才会发光。在制作工艺上，除了要对LED芯片的两个电极进行焊接，从而引出正、负电极之外，同时还要对LED芯片和两个电极进行保护。因此，这就需要对LED芯片进行封装。LED封装技术大都是在半导体分立器件封装技术基础上发展与演变而来的。将普通二极管的管芯密封在封装体内，其作用是保护管芯和完成电气互连；对LED的封装则是实现输入电信号、保护芯片正常工作、输出可见光的功能，其中既有电参数又有光参数的设计及技术要求。LED的核心发光部分是由p型和n型半导体构成的pn结芯片，当注入pn结的电子与空穴产生复合时，就会发出可见光、紫外光和近红外光。但pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射有相同的几率，因此并不是芯片产生的所有光都可以发射出来。能发射出多少光，取决于半导体材料的质量、芯片结构、几何形状、封装内部材料与包封材料。因此，对于LED的封装，要根据LED芯片大小、功率大小来选择合适的封装方式。我们将介绍常用的封装方式，包括引脚式封装、平面式封装，还将引入表面贴片二极管(sMD)和食人鱼封装技术。最后，还将重点讲解大功率LED封装的各个方面。LED引脚式封装采用引线架作为各种封装外型的引脚，常见是直径为5mm的圆柱型(简称咖5mm)的封装。这种技术就是将I正D芯片粘结在引线架(一般称为支架)上。芯片的正极用金丝键合连到另一引线架上。负极用银浆粘结在支架反射杯内或用金属丝和反射杯引脚相连。然后顶部用环氧树脂包封，做成直径为5mm的圆形外形。这种封装技术的作用是保护芯片、焊线金丝不受外界侵蚀；固化后的环氧树脂可以形成不同形状而起到透镜的功能，从而控制光的发射角。芯片的折射率与空气折射率相差很大，致使芯片内部的全反射临界角很小，因此芯片发光层产生的光只有小部分被取出，大部分在芯片内部经多次反射而被吸收。选用相应折射率的环氧树脂作为过渡，可以提高芯片的出光效率。环氧树脂构成的管壳具有很好的耐湿性、绝缘性和高机械强度，对芯片发出的光的折射率和透光率都很高，并且可以选择不同折射率的封装材料。芯片外形的几何形状对出光效率的影响是不同的，出光光强的分布与芯片结构、光输出方式、封装透镜所用的材质和形状有关。工艺流程及选用设备 引脚式封装最常用的是妒3mm、妒5mm、妒8mm和庐10mm单芯片的封装方式，封装的工艺流程如图2．2所示。按照上述详细步骤，并配合良好的管理机制和生产环境，就有可能制造出品质优异的LED产品。对于采用引脚式封装的LED，总的要求是●光效高：出光效率要高。要选择好的芯片和封装材料进行一次光学设计，采用合适的工艺，精心操作，达到理想的出光效率。?均匀性好，合格率高，黑灯率控制在万分之三。●光斑均匀，色温一致，引脚干净无污点。管理机制和生产环境 ◆人的因素管理和环境是做好LED产品的关键。人、物、设备、生产环境是做好LED的四大重要的因素，但最关键的是人的因素。做好产品一定要按。IS()一9000质量体系的要求认真落实，产品质量的好坏是靠人做出来的，每个工作人员的职责要十分明确：?现场物料管理一定要标识清楚，存放位置要固定，不能随意乱拿乱放。防止产生物料混杂；严禁物料拿错、配错、过期、受潮，一旦不注意就会使整批产品报废。?设备要定期检修、核对，一定要检验每道工序做出的首产品。?工艺管理要严格，制定工艺要合理，每道工序都要有记录，千万不能随意改变工艺。LED芯片pn结的工作温度不要超过120℃；但是对于银浆烘干，要求以150℃烘烤60～90分钟，芯片固晶后进一次烘箱以150~C’烘烤90分钟。制造白光LED要涂覆荧光粉，涂完后还要以150℃烘烤60分钟。涂有散射剂的LED还要再进一次烘箱，以150℃烘烤几十分钟。这对管子的寿命也有影响，烘干温度最好根据胶固化温度与时间来定，尽量选择时间长一点，强度低一点。有效的防静电封装LED的车间环境要求最好是净化厂房(净化厂房一般是10万级，部分达到1万级就可以)，它的要求不像集成电路制造那么高，只要求温度和湿度可调控。但很多封装LED的厂房都不一定配有净化设备，湿度与温度也不能自行控制。静电是看不见、摸不着的东西，它对LED芯片的损害很大，因此LED封装工艺对防静电要求很高。封装车间应当具备防静电地板、防静电桌椅；工作人员应当穿戴防静电服。有人曾经做过实验，对采用特殊的防静电加工封装的蓝光LED和没有注意防静电加工封装的LED，同时做老化寿命实验，具有防静电处理的蓝光LED的半光衰时间为9000小时，而一般封装的蓝光LED的半光衰时间只有3000多小时，这说明防静电是十分重要的。车间内的潮湿度与静电紧密相关，若相对湿度是80％～90％，人与桌面摩擦产生的静电约为400～500v；而当相对湿度为30％～40％时，人与桌面摩擦所产生静电可能达到v，这么高的静电足以击穿LED或造成LED损伤，从而使LED的寿命缩短和产品的可靠性降低。表2．1列出了人体动作所引起的静电电压数值，供读者参考。◆LED点亮时的热量导出当LED点亮时所产生的热量导出是封装LED和使用LED时都必须解决的问题，这也是延长LED使用寿命的关键所在。引脚式封装芯片中产生的90％以上的热量，是由负极的引脚散发至印制电路板，然后散发到空气中。如何降低工作时pn结温升是封装与应用时必须考虑的。从封装的角度来看，尽量采用导热好的金属作为引脚，目前有铁支架和铜支架两种，铜支架导热性能比铁支架要好。根据我们的实验，使用铜支架的LEl)芯片要比使用铁支架的光衰慢一半。从使用的角度来看，热量从引脚导出来，为了把热量散出去，也应该采取一些办法。例如把印制电路板上的薄铜板面积留大，以便于散热。在必要的时候，可以在薄铜板上再灌入导热胶，让热量从导热胶传导出来并与外面的金属机壳相连，其散热效果会更好。还有一种在大屏幕显示系统中应用很广泛的双色型LED，它由两种不同发光颜色的芯片组成，封装在同一环氧树脂透镜中，除发射本身的双色光外还可能获得第三种混合色光。对于这种LED要特别注意散热效果。一次光学设计 ◆一次光学设计与二次光学设计将LED芯片封装成LED光电器件，必须进行光学设计。这种设计在业内称为一次光学设计。一次光学设计主要是决定发光器件的出光角度、光通量大小、光强大小、光强分布、色温范围和色温分布等。在使用LED发光器件时，整个系统的出光效果、光强、色温的分布状况也必须进行设计。这称为二次光学设计。二次光学设计必须在LED发光器件一次光学设计的基础上进行。一次光学设计是保证每个LED发光器件的出光质量，二次光学设计是保证整个发光系统(或灯具)的出光质量。从某种意义上来说，只有封装设计(即_次光学设计)合理，才能保证系统的二次光学设计顺利实现，从而提高照明和显示的效果。◆一次光学设计的三大要素――芯片、支架、模粒?引脚式封装出光效率的高低、效果的好坏，关键是三大要素的组合：?LED芯片是发光的主体，发光多少直接与芯片的质量有关。?支架承载着芯片，起着固定芯片的作用。支架碗的形状大小及与芯片的匹配，对出光效率起着重要作用。?模粒灌满环氧树脂之后就成为透镜，出光的角度和光斑的质量都与模粒形成的透镜有关。LED发光器件的一次光学设计主要是由芯片、支架、模粒要素决定的。根据这三者之间的相互作用，一次光学设计可分为折射式、反射式和折反射式三种。◆折射式折射式LED设计的主要对象就是设计折射面的面形，即模粒的形状。聚光曲面可分为球面和非球面(球面出光结构如图23所示)。聚光面包容的立体角有限，约70％，～80％的光从封装的侧面泄漏，因此效率较低。在管芯处增加反光杯，可以将管芯侧面发出的光线收集，这在一定程度上可以提高集光效率，但相应地会增大发光面的尺寸，从而增大发散角。如果要求光束很窄、近似为平行光时，必须增大LED的封装尺寸，相当于加长焦距，因而限制了应用范围，因此，增加反光杯还不能从根本上解决集光效率低的问题。集光效率与聚光面所包容的立体角成正比，立体角越大，则集光效率就越高。折射式LED利用单个折射面聚光，包容立体角较小，聚光能力有限。只有采用反射式才能大幅度提高包容的立体角。◆反射式――背向与正向背向反射式的原理如图2．4所示，反射面为～镀有反射膜的抛物面，管芯位于抛物面的焦点上，发出的光线经抛物面反射，光线的出射方向与管芯的发光方向相反。这种方式的集光效率非常高，可达80％以上，但实际应用时要考虑两个问题，一是LED横向尺寸比纵向尺寸大4倍，只能适用于纵向尺寸较小或很薄的情况中。二是光束中心处发散角稍大，管芯到顶点的距离为焦距f而管芯正面对着顶点，此时发散角w=L/f(L为管芯的最大尺寸)。在边处反射面到管芯的距离为2f因此发散角比中心处要小很多。此外，电极和管芯对光线有遮挡，在设计时要注意，否则出现光斑会影响点亮效果。例2．4背向反射式出光示意图正向反射式如图2．5所示，反射面仍是抛物面，但与背向反射使用的区域不同。背向反射用的是底部，即抛物面顶点到焦面之间的区域，由于光线在这一区域的入射角不满足全反射，因此必须镀上反射膜。正向反射使用的是抛物面的侧面部分，光线入射角大于45。，满足全反射条件。对于这种方式，尽管没有利用管，芯正面发出的光，但仍可实现80％以上的集光效率。正向反射式LED不用镀膜，工艺简单，其横向尺寸与纵向尺寸基本相当，光束发散角小，并且光线没有遮挡。◆折反射式如果LED管芯正面发光较强或为了减小纵向尺寸，可采用如图2．6所示的结构，在正向反射式的基础上增加一折射面而起到聚光作用。与现有LED不同的是，这种方式将侧面泄漏的光线向前反射，从而增大了集光效率。正向反射式和折反射式的样品LED的立体角可以分别到达4．7和5，比目前的折射式LED集光效率提高两倍以上。这种新型光学设计的LED具有集光效率高和光束质量好等优点。根据以上几种基本的光学设计，将支架、模粒和芯片放置的位置相互配合，可以得到理想的光源。要使封装的LED出光效果更好，必须认真选择封装材料(环氧树脂)的折射率和透光率。LED芯片和蓝宝石衬底的折射率约在2．5～3之间，起着透镜作用的环氧树脂的折射率约在1．45～1．5之间。根据光折射率的规则，环氧树脂的折射率最好应在1．7～1．8之问，所以应选择折射率接近1．7的环氧树脂，这样出光效率会更高。但是，目前环氧树脂的折射率最好只能达到1．5。所以对新的封装材料的研究是努力提高其折射率，使之能达到1．6以上，这样出光效率就会提高。引脚式封装是目前LED封装中最普通、最常用的一种封装形式。但目前引脚式封装普遍存在着散热问题、发光效率问题、使用寿命问题及器件的一致性问题。因此在封装方面，有待于研究并提高的是：封装使用的材料问题、工艺问题等。目前有实验表明，采用硅树脂调和荧光粉做成毋5mm的白光LED，其使用寿命可以提高到万小时以上，这说明引脚式封装的研究还是大有文章可做的。
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回答者:石佳明
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外延片以及LED芯片工艺问题
我想了解以下问题1 什么是外延片，以及生产工艺2 外延片的性能检测要检测哪些参数3 白光LED芯片生产工艺200分送上~ 回答满意的 要多少分都可以~
提问者采纳
薄膜主要由P型，抗静电，硅，即需要进行封装才能获得白光小LED灯，将红绿蓝三色芯片进行配比封装获得白光LED，量子阱，N型三个部分构成.外延片的检测一般分为两大类，这些数据可以用积分球测试。现在主流的外延材料是氮化镓(GaN)，从而获得白光LED，管子;管，主要参数包括工作电压. 二是通过荧光粉转换蓝光LED,衬底材料主要有蓝宝石。这是LED产业的核心部分，这些数据一般通过老化进行测试，碳化硅三种，量子阱一般为5个： 一是通过配光，通常用的生产工艺为金属有机物气相外延(MOCVD)。 二是可靠性检测: 一是光学性能检测，反压，需要较高的技术以及较大的资金投入(一台MOCVD一般要好几千万)，I-V曲线等等。 2，并没有白光LED芯片.需要指出的是，光强，色温，波长范围，半峰宽，漏电，显色指数等等，主要参数包括光衰。 3。 白光LED一般通过两种途径获得，只有白光LED灯珠&#47，也叫灯珠.本人正从事相关行业，无关技术机密的东西都可以说一下1.外延片指的是在衬底上生长出的半导体薄膜
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其他2条回答
1,关于外延片：
芯片到制作成小芯片之前，是一张比较大的外延片，所以芯片制作工艺有切割这快，就是把外延片切割成小芯片
半导体制造商主要用抛光Si片（PW）和外延Si片作为IC的原材料。20世纪80年代早期开始使用外延片，它具有标准PW所不具有的某些电学特性并消除了许多在晶体生长和其后的晶片加工中所引入的表面/近表面缺陷。
历史上，外延片是由Si片制造商生产并自用，在IC中用量不大，它需要在单晶Si片表面上沉积一薄的单晶Si层。一般外延层的厚度为2～20μm，而衬底Si厚度为610μm（150mm直径片和725μm（200mm片）。
外延沉积既可（同时）一次加工多片，也可加工单片。单片反应器可生产出质量最好的外延层（厚度、电阻率均匀性好、缺陷少）；这种外延片用于150mm“前沿”产品和所有重要200 mm产品...
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