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　　以下由極光光電詳細解讀LED芯片的制造工藝　　

 

　　LED芯片制造主要是為了制造有效可靠的低歐姆接觸電極，并能滿(mǎn)足可接觸材料之間最小的壓降及提供焊線(xiàn)的壓墊，同時(shí)盡可能多地出光。渡膜工藝一般用真空蒸鍍方法，其主要在1.33×10？4Pa高真空下，用電阻加熱或電子束轟擊加熱方法使材料熔化，并在低氣壓下變成金屬蒸氣沉積在半導體材料表面。一般所用的P型接觸金屬包括AuBe、AuZn等合金，N面的接觸金屬常采用AuGeNi合金。鍍膜后形成的合金層還需要通過(guò)光刻工藝將發(fā)光區盡可能多地露出來(lái)，使留下來(lái)的合金層能滿(mǎn)足有效可靠的低歐姆接觸電極及焊線(xiàn)壓墊的要求。光刻工序結束后還要通過(guò)合金化過(guò)程，合金化通常是在H2或N2的保護下進(jìn)行。合金化的時(shí)間和溫度通常是根據半導體材料特性與合金爐形式等因素決定。當然若是藍綠等芯片電極工藝還要復雜，需增加鈍化膜生長(cháng)、等離子刻蝕工藝等。

 

　　一般來(lái)說(shuō)，LED外延生產(chǎn)完成之后她的主要電性能已定型，芯片制造不對其產(chǎn)甞核本性改變，但在鍍膜、合金化過(guò)程中不恰當的條件會(huì )造成一些電參數的不良。比如說(shuō)合金化溫度偏低或偏高都會(huì )造成歐姆接觸不良，歐姆接觸不良是芯片制造中造成正向壓降VF偏高的主要原因。在切割后，如果對芯片邊緣進(jìn)行一些腐蝕工藝，對改善芯片的反向漏電會(huì )有較好的幫助。這是因為用金剛石砂輪刀片切割后，芯片邊緣會(huì )殘留較多的碎屑粉末，這些如果粘在LED芯片的PN結處就會(huì )造成漏電，甚至會(huì )有擊穿現象。另外，如果芯片表面光刻膠剝離不干凈，將會(huì )造成正面焊線(xiàn)難與虛焊等情況。如果是背面也會(huì )造成壓降偏高。在芯片生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)表面粗化、劃成倒梯形結構等辦法可以提高光強。

 

　　LED芯片大小根據功率可分為小功率芯片、中功率芯片和大功率芯片。根據客戶(hù)要求可分為單管級、數碼級、點(diǎn)陣級以及裝飾照明等類(lèi)別。至于芯片的具體尺寸大小是根據不同芯片生產(chǎn)廠(chǎng)家的實(shí)際生產(chǎn)水平而定，沒(méi)有具體的要求。只要工藝過(guò)關(guān)，芯片小可提高單位產(chǎn)出并降低成本，光電性能并不會(huì )發(fā)生根本變化。芯片的使用電流實(shí)際上與流過(guò)芯片的電流密度有關(guān)，芯片小使用電流小，芯片大使用電流大，它們的單位電流密度基本差不多。如果10mil芯片的使用電流是20mA的話(huà)，那么40mil芯片理論上使用電流可提高16倍，即320mA。但考慮到散熱是大電流下的主要問(wèn)題，所以它的發(fā)光效率比小電流低。另一方面，由于面積增大，芯片的體電阻會(huì )降低，所以正向導通電壓會(huì )有所下降。

 

　　用于白光的LED大功率芯片一般在市場(chǎng)上可以看到的都在40mil左右，所謂的大功率芯片的使用功率一般是指電功率在1W以上。由于量子效率一般小于20%大部分電能會(huì )轉換成熱能，所以大功率芯片的散熱很重要，要求芯片有較大的面積。

 

　　普通的LED紅黃芯片和高亮四元紅黃芯片的基板都采用GaP、GaAs等化合物半導體材料，一般都可以做成N型襯底。采用濕法工藝進(jìn)行光刻，最后用金剛砂輪刀片切割成芯片。GaN材料的藍綠芯片是用的藍寶石襯底，由于藍寶石襯底是絕緣的，所以不能作為L(cháng)ED的一個(gè)極，必須通過(guò)干法刻蝕的工藝在外延面上同時(shí)制作P/N兩個(gè)電極并且還要通過(guò)一些鈍化工藝。由于藍寶石很硬，用金剛砂輪刀片很難劃成芯片。它的工藝過(guò)程一般要比GaP、GaAs材料的LED多而復雜。

 

　　所謂透明電極一是要能夠導電，二是要能夠透光。這種材料現在最廣泛應用在液晶生產(chǎn)工藝中，其名稱(chēng)叫氧化銦錫，英文縮寫(xiě)ITO，但它不能作為焊墊使用。制作時(shí)先要在芯片表面做好歐姆電極，然后在表面覆蓋一層ITO再在ITO表面鍍一層焊墊。這樣從引線(xiàn)上下來(lái)的電流通過(guò)ITO層均勻分布到各個(gè)歐姆接觸電極上，同時(shí)ITO由于折射率處于空氣與外延材料折射率之間，可提高出光角度，光通量也可增加。

 

　　隨著(zhù)半導體LED技術(shù)的發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應用也越來(lái)越多，特別是白光LED的出現，更是成為半導體照明的熱點(diǎn)。但是關(guān)鍵的芯片、封裝技術(shù)還有待提高，在芯片方面要朝大功率、高光效和降低熱阻方面發(fā)展。提高功率意味著(zhù)芯片的使用電流加大，最直接的辦法是加大芯片尺寸，現在普遍出現的大功率芯片都在1mm×1mm左右，使用電流在350mA.由于使用電流的加大，散熱問(wèn)題成為突出問(wèn)題，現在通過(guò)芯片倒裝的方法基本解決了這一文題。隨著(zhù)LED技術(shù)的發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應用會(huì )面臨一個(gè)前所未有的機遇和挑戰。

 

　　藍光LED通常采用Al2O3襯底，Al2O3襯底硬度很高、熱導率和電導率低，如果采用正裝結構，一方面會(huì )帶來(lái)防靜電問(wèn)題，另一方面，在大電流情況下散熱也會(huì )成為最主要的問(wèn)題。同時(shí)由于正面電極朝上，會(huì )遮掉一部分光，發(fā)光效率會(huì )降低。大功率藍光LED通過(guò)芯片倒裝技術(shù)可以比傳統的封裝技術(shù)得到更多的有效出光。

 

　　現在主流的倒裝結構做法是：首先制備出具有適合共晶焊接電極的大尺寸藍光LED芯片，同時(shí)制備出比藍光LED芯片略大的硅襯底，并在上面制作出供共晶焊接的金導電層及引出導線(xiàn)層（超聲金絲球焊點(diǎn)）。然后，利用共晶焊接設備將大功率藍光LED芯片與硅襯底焊接在一起。這種結構的特點(diǎn)是外延層直接與硅襯底接觸，硅襯底的熱阻又遠遠低于藍寶石襯底，所以散熱的問(wèn)題很好地解決了。由于倒裝后藍寶石襯底朝上，成為出光面，藍寶石是透明的，因此出光問(wèn)題也得到解決。