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論大功率LED芯片產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)
點(diǎn)擊次數(shù)：1082 發(fā)布時(shí)間：2008/7/2 9:34:22
摘要：本文論述了大功率LED芯片產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)，提出了綜合發(fā)展、整體創(chuàng)新的理念。
大功率LED產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)
大功率LED芯片的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)包括以下四個(gè)重要環(huán)節(jié)：
1、通過(guò)加大工作電流提高芯片的整體功率；
2、采用新型的封裝結(jié)構(gòu)提高光電功率轉(zhuǎn)換效率；
3、設(shè)計(jì)新的芯片結(jié)構(gòu)以提高取光效率；
4、采用導(dǎo)熱和光學(xué)性能優(yōu)良的材料，在大電流下降低芯片結(jié)溫。
2、采用新型的封裝結(jié)構(gòu)提高光電功率轉(zhuǎn)換效率；
3、設(shè)計(jì)新的芯片結(jié)構(gòu)以提高取光效率；
4、采用導(dǎo)熱和光學(xué)性能優(yōu)良的材料，在大電流下降低芯片結(jié)溫。
四個(gè)環(huán)節(jié)相輔相成，共同推動(dòng)大功率LED的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，構(gòu)成半導(dǎo)體照明的核心力量。
1. 基礎(chǔ)原理
1.半導(dǎo)體LED若要作為照明光源，與常規(guī)產(chǎn)品白熾燈和熒光燈等通用性光源的光通量相比，距離甚遠(yuǎn)。因此，LED要在照明領(lǐng)域發(fā)展，關(guān)鍵是要將其發(fā)光效率、光通量提高至現(xiàn)有照明光源的等級(jí)。
2.照明用W級(jí)大功率LED要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，必須從以下技術(shù)層面進(jìn)行整體創(chuàng)新突破，從而全面提高大功率LED產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量；目前國(guó)內(nèi)從事大功率LED研發(fā)生產(chǎn)的廠(chǎng)家多關(guān)注于個(gè)別技術(shù)點(diǎn)，尤其是封裝技術(shù)。在此我們提出一個(gè)創(chuàng)新理念：就是一定要整體創(chuàng)新、全面突破，因?yàn)榇蠊β蔐ED芯片產(chǎn)業(yè)化的四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)是相互制約同時(shí)又能相互促進(jìn)的，只有全面提升才能拓寬產(chǎn)業(yè)化道路。
2. 路線(xiàn)框圖
3. 金屬有機(jī)化合物汽相淀積（MOCVD）
采用金屬有機(jī)化合物汽相淀積的外延生長(zhǎng)技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)，增大芯片面積，從而加大芯片的工作電流，提高芯片的整體功率。從目前單芯片1W、3W和5W的大功率LED向功率高至10W，具有更高發(fā)光效率，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的固態(tài)LED照明光源邁進(jìn)。
4. 晶片鍵合（wafer bonding）
采用新型的封裝結(jié)構(gòu)的主要目標(biāo)是提高光電功率轉(zhuǎn)換效率。目前采用晶片鍵合以透明的AlGaInP襯底（TS）取代吸光的GaAs襯底（AS）的倒梯形結(jié)構(gòu)的功率型大面積芯片，工作電流可達(dá)500mA，發(fā)光通量大于60lm；以脈沖方式工作時(shí)，則可達(dá)140lm。采用InGaAlP（AS）紋理表面結(jié)構(gòu)的新一代大功率LED芯片，可以獲得大于50%的外量子效率，其基本性能與TS結(jié)構(gòu)的LED相當(dāng)，不僅可取代常規(guī)的方形芯片，而且還可以很容易按比例放大成為功率型的大尺寸芯片，因此在降低生產(chǎn)成本和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)方面，紋理表面高效取光結(jié)構(gòu)的InGaAlP（AS）LED具有廣闊的發(fā)展前景。
5. 芯片結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)新的芯片結(jié)構(gòu)目標(biāo)是提高取光效率。大功率LED所用的外延材料，雖然其內(nèi)量子效率還需進(jìn)一步提高，但獲得高發(fā)光通量的大障礙乃是芯片的取光效率低，其原因是半導(dǎo)體與封裝環(huán)氧的折射率相差較大，致使內(nèi)部的全反射臨界角很小。
目前按照常規(guī)理念設(shè)計(jì)的超高亮度LED遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足固體照明所需的發(fā)光通量。為提高LED的發(fā)光通量，能夠滿(mǎn)足固體照明的要求，則必須采用新的設(shè)計(jì)理念，采用倒裝焊新結(jié)構(gòu)來(lái)提高芯片的取光效率，從而獲得較高的發(fā)光通量。
6. 產(chǎn)業(yè)化技術(shù)指標(biāo)
?。?）芯片功率：1W，3W，5W [,10W]
?。?）產(chǎn)品成品率≧95%
?。?）產(chǎn)品成品率≧95%
7. 生產(chǎn)技術(shù)和工藝
1.倒裝焊接
2.晶片鍵合
3.紋理表面結(jié)構(gòu)
4.動(dòng)態(tài)自適應(yīng)粉涂布量控制
2.晶片鍵合
3.紋理表面結(jié)構(gòu)
4.動(dòng)態(tài)自適應(yīng)粉涂布量控制
8.大功率LED的主要用途
功率型LED作為典型的綠色照明光源，孕育出誘人的市場(chǎng)前景。LED應(yīng)用市場(chǎng)的規(guī)模，2004年全球超過(guò)120億美元；2010年全球?qū)⑦_(dá)到500億美元，中國(guó)將達(dá)到600億元人民幣。據(jù)中國(guó)光學(xué)光電子協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將保持30%以上的成長(zhǎng)速度。
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