LED基本知识培训

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1、LED基 本 知 识 培 训德 豪 润 达中 国 珠 海2022-6-3 2021/5/28 1 大 纲1、 引 言2、 封 装 与 应 用3、 外 延 片 生 长4、 芯 片 制 作 2021/5/28 2 P N 晶 体 二 极 管 是 一 种 由 P型 半 导 体 和 N型 半 导 体形 成 的 p-n结 器 件 ， 最 显 著 的 特 征 是 单 向 导 电 性（ 整 流 特 性 ） 。1、 单 质 半 导 体 Si、 Se等 ，2、 化 合 物 InP、 GaN、 GaAs、 SiC、 ZnS、 ZnO等1、 引 言半 导 体 材 料 分 类 ：2021/5/28 3 LED（ li

2、ght emitting diode） 发 光 二 极 管 除 了 具 有 一 般 二 极 管 的 特 性 外 ， 正 向 导 通 时 能发 出 各 种 波 长 （ 颜 色 ） 的 光 。 P N多 量 子 阱（ MQW） 1、 LED使 用 的 都 是 化 合 物 半 导 体 材 料2、 PN结 之 间 插 入 多 量 子 阱 结 构 提 高 发 光 效 率3、 LED发 光 波 长 主 要 由 多 量 子 阱 组 分 决 定 2021/5/28 4 LED 问 世 于 20世 纪 60年 代 ， 起 源 于 美 国 ， 在 日 本 发 扬 光 大 。70年 代 初 ， 美 国 杜 邦 化

3、工 厂 首 先 研 发 出 镓 砷 磷 LED， 发 桔红 色 ， 可 作 仪 器 仪 表 指 示 灯 用 。 随 着 技 术 进 步 ， LED发 光 颜 色 覆 盖 从 黄 绿 色 到 红 外 的 光 谱范 围 。 80年 代 后 ， 用 液 相 外 延 技 术 ， 制 作 高 亮 度 红 色 LED和 红 外二 极 管 。 2021/5/28 5 MOCVD技 术 用 于 外 延 材 料 生 长 后 ， 红 光 到 深 紫 外 LED亮 度 大 幅度 提 高AlGaAs使 用 于 高 亮 度 红 光 和 红 外 LED。AlGaInP适 用 于 高 亮 度 红 、 橙 、 黄 及 黄 绿

4、 LED。GaInN适 用 于 高 亮 度 深 绿 、 蓝 、 紫 和 紫 外 LED。90年 代 半 导 体 材 料 GaN使 蓝 、 绿 色 LED光 效 达 到 10 lm/w， 实现 全 色 化 2021/5/28 6 2、 封 装 与 应 用LED应 用 显 示照 明 :发 光 后 能 被 人 看 到 ,传 递 信 息:发 光 后 照 亮 别 的 物 体 ， 使 别 的 物 体 能 被 人 看 到 。应 用 :显 示 屏 、 信 号 指 示 、 景 观 装 饰应 用 :各 种 光 源 、 液 晶 背 光 源 LED具 有 亮 度 高 、 功 耗 小 、 寿 命 长 、 工 作电 压

5、低 、 易 小 型 化 等 优 点 2021/5/28 7 LED封 装 直 插 式贴 片 式 (Lamp)(SMD)【 注 】 SMD:Surface Mounted Devices,表 面 贴 装 器 件2021/5/28 8 LED显 示 屏 2021/5/28 9 LED信 号 指 示 2021/5/28 10 o 9、 人 的 价 值 ， 在 招 收 诱 惑 的 一 瞬 间 被 决 定 。 21.7.1521.7.15Thursday, July 15, 2021o 10、 低 头 要 有 勇 气 ， 抬 头 要 有 低 气 。 20:34:0420:34:0420:347/15/2

6、021 8:34:04 PMo 11、 人 总 是 珍 惜 为 得 到 。 21.7.1520:34:0420:34Jul-2115-Jul-21o 12、 人 乱 于 心 ， 不 宽 余 请 。 20:34:0420:34:0420:34Thursday, July 15, 2021o 13、 生 气 是 拿 别 人 做 错 的 事 来 惩 罚 自 己 。 21.7.1521.7.1520:34:0420:34:04July 15, 2021o 14、 抱 最 大 的 希 望 ， 作 最 大 的 努 力 。 2021年 7月 15日 星 期 四 下 午 8时 34分 4秒 20:34:042

7、1.7.15o 15、 一 个 人 炫 耀 什 么 ， 说 明 他 内 心 缺 少 什 么 。 。 2021年 7月 下 午 8时 34分 21.7.1520:34July 15, 2021o 16、 业 余 生 活 要 有 意 义 ， 不 要 越 轨 。 2021年 7月 15日 星 期 四 20时 34分 4秒 20:34:0415 July 2021o 17、 一 个 人 即 使 已 登 上 顶 峰 ， 也 仍 要 自 强 不 息 。 下 午 8时 34分 4秒 下 午 8时 34分 20:34:0421.7.15 11 o 9、 人 的 价 值 ， 在 招 收 诱 惑 的 一 瞬 间

8、被 决 定 。 21.7.1521.7.15Thursday, July 15, 2021o 10、 低 头 要 有 勇 气 ， 抬 头 要 有 低 气 。 20:34:0420:34:0420:347/15/2021 8:34:04 PMo 11、 人 总 是 珍 惜 为 得 到 。 21.7.1520:34:0420:34Jul-2115-Jul-21o 12、 人 乱 于 心 ， 不 宽 余 请 。 20:34:0420:34:0420:34Thursday, July 15, 2021o 13、 生 气 是 拿 别 人 做 错 的 事 来 惩 罚 自 己 。 21.7.1521.7.1

9、520:34:0420:34:04July 15, 2021o 14、 抱 最 大 的 希 望 ， 作 最 大 的 努 力 。 2021年 7月 15日 星 期 四 下 午 8时 34分 4秒 20:34:0421.7.15o 15、 一 个 人 炫 耀 什 么 ， 说 明 他 内 心 缺 少 什 么 。 。 2021年 7月 下 午 8时 34分 21.7.1520:34July 15, 2021o 16、 业 余 生 活 要 有 意 义 ， 不 要 越 轨 。 2021年 7月 15日 星 期 四 20时 34分 4秒 20:34:0415 July 2021o 17、 一 个 人 即 使

10、 已 登 上 顶 峰 ， 也 仍 要 自 强 不 息 。 下 午 8时 34分 4秒 下 午 8时 34分 20:34:0421.7.15 12 LED照 明 （ SSL） 【 注 】 SSL:Semiconductor Solid Lighting,半 导 体 固 态 照 明半 导 体 照 明 走 入 家 庭 的 瓶 颈 在 于 ： 价 格 、 可 靠 性 、 性 价 比2021/5/28 13 2021/5/28 14 国 际 主 流 芯 片 大 厂Cree（ 科 瑞 ） 、 Nichia（ 日 亚 ） 、 Osram（ 欧 司 朗 ） 、Toyota Gosei（ 丰 田 合 成 ） 、

11、 Philips（ 飞 利 浦 ） 、Seoul Semiconductor（ 首 尔 半 导 体 ）国 内 主 要 芯 片 厂 家厦 门 三 安 、 杭 州 士 兰 、 武 汉 华 灿 、 上 海 蓝 光 、 上 海 蓝 宝 2021/5/28 15 3、 外 延 片 生 长外 延 的 概 念 ： 向 外 延 伸 （ Epi）同 质 外 延 ： 在 同 一 种 材 质 衬 底 （ GaN） 上 外 延 生 长异 质 外 延 ： 在 不 同 材 质 衬 底 （ 硅 Si、 蓝 宝 石 Al2O3、 碳 化 硅 SiC） 上 外 延 生 长 ， （ PSS） 2021/5/28 16 蓝 光 外

12、 延 片 生 长 设 备 MOCVD （ Metal Organic Chemical Vapor Deposition ） TS 2021/5/28 17 Veeco2021/5/28 18 MOCVD外 延 生 长 示 意 图 GaN缓 冲 层蓝 宝 石 衬 底 原 材 料 ： NH3、 Ga源载 气 ： H2、 N2n-GaN 原 材 料 ： NH3、 Ga源 SiH4载 气 ： H2、 N2InGaN 多 量 子 阱 原 材 料 ： NH3、 Ga源 、 In源 Al源 、 SiH4载 气 ： H2、 N2P-GaN 原 材 料 ： NH3、 Ga源 、 Mg源载 气 ： H2、 N2

13、 2021/5/28 19 蓝 光 外 延 片 剖 面 结 构 示 意 图 源 物 料 :蓝 宝 石衬 底 、 NH3、 Ga源 、 In源 、 Al源 、 Mg源 、SiH4、 H2、 N2 生 长 量 子 阱 时 已 经 决定 LED发 光 颜 色 LED亮 度 很 大 程 度 处 决于 外 延 生 长 过 程 2021/5/28 20 4、 芯 片 制 作芯 片 制 作 电 极 制 作衬 底 减 薄芯 片 分 割检 测 、 分 拣 参 见 附 属 资 料 2021/5/28 21 电 极 制 作与 普 通 二 极 管 不 同 的 之 处 ：1、 要 考 虑 出 光 效 果2、 P型 Ga

14、N掺 杂 问 题 导 致 P型 接 触 困 难 2021/5/28 22 芯 片 制 作 主 要 工 艺 示 意 图 GaN缓 冲 层蓝 宝 石 衬 底n-GaNInGaN 多 量 子 阱P-GaN 涂 胶 ； 光 刻 胶 ；匀 胶 机 ； 烘 箱光 刻 版 曝 光 曝 光显 影 2021/5/28 23 芯 片 制 作 主 要 工 艺 示 意 图刻 蚀 GaN缓 冲 层蓝 宝 石 衬 底 n-GaN InGaN 多 量 子 阱 P-GaN2021/5/28 24 芯 片 制 作 主 要 工 艺 示 意 图 GaN缓 冲 层蓝 宝 石 衬 底 n-GaN InGaN 多 量 子 阱 P-GaN

15、 蒸 镀 ITO薄 膜 光 刻 腐 蚀 ITO 2021/5/28 25 GaN缓 冲 层蓝 宝 石 衬 底 n-GaN InGaN 多 量 子 阱 P-GaN去 胶 退 火 2021/5/28 26 GaN缓 冲 层蓝 宝 石 衬 底 n-GaN InGaN 多 量 子 阱 P-GaN 光 刻 、 显 影涂 胶 蒸 镀 金 属 薄 膜 剥 离 2021/5/28 27 GaN缓 冲 层蓝 宝 石 衬 底 n-GaN InGaN 多 量 子 阱 P-GaN 生 长 SiO2钝 化 层 光 刻 刻 蚀 SiO2， 开 电 极 窗 口 去 胶 2021/5/28 28 2021/5/28 29 G

16、aN缓 冲 层 蓝 宝 石 衬 底 n-GaN InGaN 多 量 子 阱 P-GaN减 薄 、 研 磨2021/5/28 30 GaN缓 冲 层 蓝 宝 石 衬 底 n-GaN InGaN 多 量 子 阱 P-GaN蒸 镀 DBR【 注 】 DBR:Distributed Bragg Reflector,分 布 布 拉 格 反 射SiO2 Ti2O5 裂 片 激 光 划 片2021/5/28 31 2021/5/28 32 芯 片 尺 寸外 型 尺 寸 ， 单 位 mil（ 英 制 ）1mil=1/1000 in =25.4m芯 片 是 由 外 延 片 切 出 来 的例 如 ： 直 径 为

17、2in的 大 园 片 切 成 尺 寸 为10mil的 芯 片 ， 共 能 切 成 多 少 个 ？ 1in=1000mil S=r2=3.14 106mil2 N=S/100=3.14 10000（ 颗 ） 2021/5/28 33 正 装 芯 片 和 倒 装 芯 片 正 装 普 通 尺 寸 小 小 芯 片 ， 工 作 电 流 20mA 提 高 光 透 过 收 集 率 , 克 服 蓝 宝 石 低 的 热 导 率 , 利 用 热 沉 加 速 热 的 散 发 , 可 工 作 在 较 大 电 流 如350-1000mA2021/5/28 34 垂 直 结 构 芯 片Cree 2021/5/28 35

18、P电 极外 延 层N电 极陶 瓷 基 板 金 属 层N电 极外 延 层 金 属 基 板 2021/5/28 36 2021/5/28 37 外 延芯 片技 术 与 管 理技 术 要 求 较 高 ； 管 理 要 求 相 对 较 低管 理 要 求 较 高 ； 技 术 要 求 相 对 较 低重 点 ： 技 术 进 步重 点 ： 条 件 控 制SPC控 制 、 6管 理 ；预 防 永 远 比 补 救 重 要 ！ 力 争 一 次 把 事 情 做 好 ！ 2021/5/28 38 好 的 产 品 是 做 出 来 的 ， 不 是 检 验 出 来 的 。质 量 管 理 的 基 本 理 念 质 量 管 理 主

19、要 目 的 是 及 时 向 生 产 线 反 馈信 息 ， 预 防 异 常 发 生 。 不 仅 要 有 好 的 工 艺 方 案 ， 而 且 要 坚 决执 行 。质 量 提 升 无 止 境 ！ 2021/5/28 39 抗 静 电 能 力 （ ESD） ESD（ Electro-Static Discharge） 即 静 电 放电 ， 通 常 用 来 评 价 电 子 器 件 对 静 电 的 承 受 能 力 。 LED行 业 通 常 的 做 法 是 在 芯 片 （ 或 者 封 装 好 的LED） 上 反 向 加 载 一 个 脉 冲 电 压 （ 模 拟 静 电 冲 击 ） ，然 后 测 试 芯 片 （ 或 者 封 装 好 的 LED） 的 漏 电 ， 以 此 来评 估 芯 片 的 抗 静 电 能 力 。 LED ESD水 平 的 高 低 处 决 于 外 延 晶 体 质 量 、 芯 片制 作 过 程 。 2021/5/28 40 2021/5/28 41