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论大功率LED芯片产业化关键技术

点击次数：1222 发布时间：2008/7/2 9:34:22

摘要：本文论述了大功率LED芯片产业化的关键技术，提出了综合发展、整体创新的理念。

大功率LED产业化关键技术

　　大功率LED芯片的产业化关键技术包括以下四个重要环节：

　　1、通过加大工作电流提高芯片的整体功率；
　　2、采用新型的封装结构提高光电功率转换效率；
　　3、设计新的芯片结构以提高取光效率；
　　4、采用导热和光学性能优良的材料，在大电流下降低芯片结温。

　　四个环节相辅相成，共同推动大功率LED的大规模产业化，构成半导体照明的核心力量。

1. 基础原理

　　1.半导体LED若要作为照明光源，与常规产品白炽灯和荧光灯等通用性光源的光通量相比，距离甚远。因此，LED要在照明领域发展，关键是要将其发光效率、光通量提高至现有照明光源的等级。

　　2.照明用W级大功率LED要实现产业化，必须从以下技术层面进行整体创新突破，从而全面提高大功率LED产品的生产质量和产量；目前国内从事大功率LED研发生产的厂家多关注于个别技术点，尤其是封装技术。在此我们提出一个创新理念：就是一定要整体创新、全面突破，因为大功率LED芯片产业化的四个关键技术环节是相互制约同时又能相互促进的，只有全面提升才能拓宽产业化道路。

2. 路线框图

3. 金属有机化合物汽相淀积（MOCVD）

　　采用金属有机化合物汽相淀积的外延生长技术和多量子阱结构，增大芯片面积，从而加大芯片的工作电流，提高芯片的整体功率。从目前单芯片1W、3W和5W的大功率LED向功率高至10W，具有更高发光效率，经济实用的固态LED照明光源迈进。

4. 晶片键合（wafer bonding）

　　采用新型的封装结构的主要目标是提高光电功率转换效率。目前采用晶片键合以透明的AlGaInP衬底（TS）取代吸光的GaAs衬底（AS）的倒梯形结构的功率型大面积芯片，工作电流可达500mA，发光通量大于60lm；以脉冲方式工作时，则可达140lm。采用InGaAlP（AS）纹理表面结构的新一代大功率LED芯片，可以获得大于50%的外量子效率，其基本性能与TS结构的LED相当，不仅可取代常规的方形芯片，而且还可以很容易按比例放大成为功率型的大尺寸芯片，因此在降低生产成本和实现产业化规模生产方面，纹理表面高效取光结构的InGaAlP（AS）LED具有广阔的发展前景。

5. 芯片结构

　　设计新的芯片结构目标是提高取光效率。大功率LED所用的外延材料，虽然其内量子效率还需进一步提高，但获得高发光通量的大障碍乃是芯片的取光效率低，其原因是半导体与封装环氧的折射率相差较大，致使内部的全反射临界角很小。

　　目前按照常规理念设计的超高亮度LED远远不能满足固体照明所需的发光通量。为提高LED的发光通量，能够满足固体照明的要求，则必须采用新的设计理念，采用倒装焊新结构来提高芯片的取光效率，从而获得较高的发光通量。

6. 产业化技术指标

　　（1）芯片功率：1W，3W，5W [,10W]
　　（2）产品成品率≧95%

7. 生产技术和工艺

　　1.倒装焊接
　　2.晶片键合
　　3.纹理表面结构
　　4.动态自适应粉涂布量控制

8.大功率LED的主要用途

　　功率型LED作为典型的绿色照明光源，孕育出诱人的市场前景。LED应用市场的规模，2004年全球超过120亿美元；2010年全球将达到500亿美元，中国将达到600亿元人民币。据中国光学光电子协会统计，国内市场将保持30%以上的成长速度。