Ulike typer LED og LED Chips

Hva er LED-brikke

En halvleders halvlederenhet. Hjertet til en LED er en halvlederplate. Den ene enden av skiven er festet til en brakett, den ene enden er den negative elektroden, og den andre enden er koblet til den positive elektroden til strømforsyningen, slik at hele skiven blir innkapslet av epoksyharpiks. Også kalt LED-lysemitterende brikke, det er kjernekomponenten i LED-lys, som også blir referert til som P-N-kryss. Hovedfunksjonen er å konvertere elektrisk energi til lysenergi, og hovedmaterialet til brikken er enkeltkrystallsilisium. En halvlederplate består av to deler, den ene er en P-type halvleder, der hull dominerer, og den andre enden er en halvleder av N-type, hvor elektroner hovedsakelig er. Men når disse to halvlederne er koblet sammen, dannes et P-N-kryss mellom dem. Når en strøm påføres waferen gjennom en ledning, skyves elektronene til P-regionen, hvor elektronene og hullene rekombineres, og deretter sendes energien ut i form av fotoner. Dette er prinsippet om LED-lysutslipp. Lysets bølgelengde, som er lysets farge, bestemmes av materialet som danner P-N-krysset. For femti år siden hadde folk lært det grunnleggende om lyset som halvledermaterialer kan produsere. I 1962 utviklet General Electrics Nick Holonyak Jr. den første praktiske anvendelsen av synlige lysdioder. LED er forkortelse av lysdiode (lysdiode) på engelsk. Den grunnleggende strukturen er et stykke elektroluminescerende halvledermateriale, som plasseres på en blyhylle og deretter forsegles med epoksyharpiks rundt den. For å beskytte den interne brikkens rolle er støtmotstanden til LED-en god.

Utviklingshistorikk for LED-chips

Forbedringen av chipteknologi og lavere priser er nøkkelen til å redusere kostnadene for LED-belysningsprogrammer. Med forbedring av LED-chipteknologi og forbedring av LED-lyseffektivitet fortsetter kostnadene som kreves for en enkelt LED-chip. Samtidig vil den store produksjonskapasiteten drevet av oppstrømsinvesteringer og den forsterkede markedskonkurransen også redusere prisene på chip, noe som effektivt vil redusere kostnadene for LED-belysningsprodukter. I 2011 skiftet brikken raskt fra overforsyning til overforsyning, og brikkeprisene falt raskt. For eksempel, i 2011, falt prisene på 7,5 mil × 7,5 mill blå chips og 45 mill × 45 mill blå chips med henholdsvis 55,9% og 55,0%. Enten det er en kraftig LED-brikke for aksentbelysning og totalbelysning, eller en LED-brikke med lav effekt for dekorativ belysning og litt enkel ekstrabelysning, nøkkelen til teknologisk oppgradering handler om hvordan man utvikler mer effektive og stabile LED-brikker. På bare noen få år, ved hjelp av en rekke teknologiske forbedringer, inkludert den nye chipstrukturen og den nye epitaksiale mekanismedesignen til den multiple kvantebrønnstrukturen, har LEDs lyseffektivitet oppnådd et stort gjennombrudd. Disse teknologiske gjennombruddene vil være populariseringen av LED-halvlederbelysning Bane vei.

 

Chips klassifisering

1.    MB-brikke

Definisjon: MB-brikke, Metal Bonding-brikke, Denne brikken tilhører UECs patenterte produkt Funksjoner:
1. Materialet med høy varmespredningskoeffisient — Si brukes som substrat, og varmespredningen er enkel. 1. metallaget for å binde (wafer bonding) det epitaksiale laget og substratet, mens det reflekterer fotoner, for å unngå absorpsjon av substratet.
2.Det ledende Si-substratet erstatter GaAs-substratet og har god varmeledningsevne (en forskjell på 3 til 4 ganger varmeledningsevne), som er mer egnet for felt med høy kjørestrøm. 4. Det nederste metallreflekterende laget bidrar til forbedring av lys og varmespredning
3.Størrelsen kan økes for applikasjoner med høy effekt, f.eks. 42mil MB

2.    GB-chip

Definisjon: GB chip ﹕ Lim Bonding chip ﹔ Denne brikken tilhører UECs patenterte produkt Funksjoner:

1. Transparent safirsubstrat erstatter lysabsorberende GaAs-substrat. Dets utgangseffekt er mer enn dobbelt så mye som tradisjonell AS (Absorberbar struktur) -brikke. Safir-substrat ligner på TS-chip GaP-substrat.
2. Brikken avgir lys på alle sider, med utmerket mønster

3. LED-brikke

1. Når det gjelder lysstyrke, har den totale lysstyrken oversteg nivået på TS-brikken (8,6mil)
2. Dobbeltelektrodestruktur, dens høye strømmotstand er litt verre enn TS enkeltelektrodes TS-chipdefinisjon og egenskaper

4. TS-brikke

Definisjon: TS-chip, transparent struktur (transparent substrat), denne brikken tilhører HPs patenterte produkt.

Funksjoner:

1. Brikkeprosessen er kompleks, mye høyere enn AS LED
2. Utmerket pålitelighet
3. Gjennomsiktig GaP-substrat, ingen lysabsorpsjon, høy lysstyrke
4. Bred applikasjon

5. AS chip

Definisjon: AS-brikke (absorberbar struktur). Etter nesten 40 år med utviklingsarbeid, er forskning og utvikling, produksjon og salg av denne typen chip fra Taiwan LED optoelektronikkindustri på et modent stadium. Store selskaper utvikler seg innen dette området. Nivået er i utgangspunktet på samme nivå, og gapet er ikke stort. Fastlandsbransjens produksjonsindustri startet sent, og lysstyrken og påliteligheten har fortsatt et visst gap med den taiwanske industrien. AS-brikken vi snakker om her refererer til UEC AS-brikken, f.eks: 712SOL-VR, 709SOL-VR, 712SYM-VR, 709SYM-VR, etc.

Funksjoner:

1. Kvartærbrikke, laget av MOVPE-prosess, lysere enn konvensjonelle brikker
2. Utmerket pålitelighet
3. Bred applikasjon

Struktur av LED-brikke

Flip-chip struktur

Den tradisjonelle LED-brikken bruker en frontmontert struktur, som vanligvis er belagt med et lag med epoksyharpiks, og safir brukes som underlag. På den ene siden, på grunn av safirens dårlige varmeledningsevne, kan ikke varmen som genereres av det aktive laget frigjøres i tide, og safirsubstratet kan absorbere lyset i det aktive området. På grunn av epoksyharpiksens dårlige varmeledningsevne, kan varme bare spres av pinnene under brikken. Derfor forårsaker både front- og bakaspekter varmespredningsproblemer, noe som påvirker enhetens ytelse og pålitelighet. I lys av dette ble LED-flip-chip sveiseteknologi oppstått.

I 2001 utviklet LumiLeds AIGalnN-flip-chip-struktur, og LED-brikken var flip-chip koblet til silisiumsubstratet. På denne måten trenger ikke varmen som genereres av LED-en med høy effekt, å passere gjennom safirsubstratet på brikken, men direkte til silisium- eller keramikkunderlaget med høyere varmeledningsevne, og deretter til metallbunnen. Fordi det aktive varmeområdet er nærmere varmeavlederen, reduserer termisk motstand mot varmeavlederen. Den teoretiske beregningen av den termiske motstanden til denne strukturen kan nå minimum 1,34K / W, og faktisk oppnå 6-8K / W, og lyseffekten har også økt med ca 60%. Den termiske motstanden er imidlertid proporsjonal med tykkelsen på kjøleribben. Fordi det er begrenset av den mekaniske styrken og den termiske ledningsevnen til silisiumskiven, er det vanskelig å ytterligere redusere den termiske motstanden til den interne varmeavlederen ved å tynne silisiumskiven, noe som begrenser varmeoverføringen. Ytterligere forbedring i ytelse.

Vertikal struktur

LED-brikker har to grunnleggende strukturer, horisontale og vertikale. Den såkalte laterale strukturen LED-brikken betyr at de to elektrodene til brikken er på samme side av epitaksialplaten. Fordi elektrodene er på samme side, bidrar ikke den laterale strømmen i inneslutningslagene av n- og p-typen til diffusjon av strøm og varmespredning. I motsetning til dette betyr en vertikal struktur LED-brikke at to elektroder er fordelt på motsatte sider av epitaksialplaten, og en mønstret elektrode og alle p-type inneslutningslag brukes som den andre elektroden, slik at nesten all strømmen strømmer vertikalt gjennom LED epitaxial laget, med liten sidestrøm. Av nåværende. Vertikale strukturdioder kan deles inn i GaP-baserte lysdioder, GaN-baserte lysdioder og ZnO-baserte lysdioder etter materiale. Lysdiodene er henholdsvis representert med rødt og svart) og er elektrisk koblet til de positive og negative polene på varmeavlederen eller kretskortet eller kretskortet (representert med henholdsvis rødt og svart). Den eksterne strømforsyningen er koblet til “ti” og “en” polene på kretskortet. Den vertikale strukturen GaN-basert LED-brikke basert på safir utviklet av SemiLedS har vært på markedet siden november 2005. Det er to grunnleggende metoder for å produsere vertikale strukturer LED-chips: strippet vekstsubstrat og ikke-strippet vekstsubstrat. Sammenlignet med den horisontale LED-brikken har den vertikale strukturen LED-brikken følgende åpenbare fordeler: (l) Alle produksjonsprosesser utføres på oblatnivå. (2) Høy antistatisk evne. (3) Ingen behov for gulltråder. På den ene siden er pakketykkelsen tynn, som kan brukes til å produsere ultratynne enheter, som bakgrunnsbelysning, storskjerm osv. på den annen side forbedres utbyttet og påliteligheten. (4) Utfør aldring før emballering for å redusere produksjonskostnadene. (5) En større diameter via / metallfyllingsplugg og flere vias / metallfyllingsplugger kan brukes til å forbedre substratets varmespredningseffektivitet ytterligere. Denne funksjonen er spesielt viktig for kraftige lysdioder.

Viktige parametere

1. Fremovervirkende strøm Hvis

Det refererer til fremoverstrømsverdien når lysdioden normalt avgir lys. Ved faktisk bruk bør IF velges under 0,6 · IFm etter behov.

2. Fremover arbeidsspenning VF

Arbeidsspenningen oppgitt i parametertabellen oppnås ved en gitt fremoverstrøm. Generelt målt ved IF = 20mA. Fremover arbeidsspenningen VF for den lysdiode er 1,4 til 3V. Når utetemperaturen stiger, vil VF synke.

3. V-I-egenskaper

Forholdet mellom spenningen og strømmen til den lysemitterende dioden, når fremoverspenningen er mindre enn en viss verdi (kalt en terskelverdi), er strømmen ekstremt liten og avgir ikke lys. Når spenningen overstiger en viss verdi, øker fremoverstrømmen raskt med spenningen og avgir lys.

4. Lysstyrke IV

Lysstyrken til en lysdiode refererer vanligvis til lysstyrken i retning av den normale linjen (aksen til det sylindriske buerøret). Hvis strålingsintensiteten i denne retningen er (1/683) W / sr, avgis 1 candela (symbol cd). Siden intensiteten til lysdioder av generelle lysdioder er liten, brukes ofte lyslysenheten (candela, mcd) som lysstyrke.

 

Produksjon av LED-brikker

For produksjon av LED-brikker er valget av substratmateriale den første vurderingen. Hvilket egnet underlag som skal brukes, avhenger av kravene til enheten og LED-enheten. Tre substratmaterialer: safir (Al2O3), silisium (Si) og silisiumkarbid (SiC).

Fordeler med safir: 1. Moden produksjonsteknologi og god enhetskvalitet; 2. God stabilitet, kan brukes i høy temperatur vekstprosess; 3. Høy mekanisk styrke, enkel å håndtere og rengjøre.

Manglene i safir: 1. Feil samsvar mellom gitter og termisk spenning vil forårsake et stort antall defekter i epitaksialet; 2. Safir er en isolator, og to elektroder er laget på den øvre overflaten, noe som resulterer i en reduksjon i det effektive lysemitterende området; Litografi og etsingsprosesser økes, og produksjonskostnadene er høye.

Silisium er en god varmeleder, slik at enhetens varmeledningsevne kan forbedres betydelig, og dermed forlenge enhetens levetid.

LED-brikken av silisiumkarbidsubstrat (CREE-selskapet bruker spesielt SiC-materiale som substrat), elektroden er en L-formet elektrode, og strømmen strømmer vertikalt. Den elektriske ledningsevnen og varmeledningsevnen til enheter laget med dette substratet er veldig bra, noe som bidrar til å lage høyeffektive enheter med store områder. Fordeler: Den termiske ledningsevnen til silisiumkarbid er 490W / m · K, som er mer enn 10 ganger høyere enn den for safirunderlag. Ulemper: Produksjonskostnadene for silisiumkarbid er høye, og de tilsvarende kostnadene må reduseres for å realisere kommersialiseringen.

 

High Power Research

De siste årene har LED-oppstrømsindustrien utviklet seg raskt. Den voldsomme konkurransen i markedet har redusert kostnadene for sjetonger. Imidlertid, sammenlignet med tradisjonell belysning, er kostnadene fortsatt høyere. Lysdioder må erstatte tradisjonell belysning. Kostnad har blitt et viktig aspekt, og emballasje er avgjørelsen. En viktig kobling i prisen på LED-lyskilder. I fremtiden vil ultra-billig LED-belysning kreve færre LED-lampekuler og større chips vil være nødvendig. Derfor har høyeffektive LED-brikker med høy effekt drevet av høy strøm blitt et must-have-felt for LED oppstrøms. Institusjoner og forskningsinstitutter innen halvlederbelysning i inn- og utland er forpliktet til forskning og utforsking av industrialiseringen av slike avanserte sjetonger. Selv om det på grunn av begrensningene av komplekse produksjonsprosesser, lave produktutbytter og høye kostnader, er det fremdeles mange gode utvikling av avanserte produkter, og avanserte produksjonsteknologier har i stor grad fremmet industrialiseringsprosessen med kraft-LED-brikker.

Bransjen mener at den anerkjente utviklingsveien til LED-belysningsteknologi er: lyseffektiviteten har økt fra 25lm / w i 2002 til 75lm / w i 2007, og dens lyseffektivitet vil nå 150lm / w i 2012, og i 2020, når LED chips er kommersialisert, deres lyseffektivitet vil overstige 200lm / w; lyskostnadene vil falle fra 200 USD / 1000 lumen i 2002 til 20 USD / 1000 lumen i 2007, til 5 USD / 1000 lumen i 2012, og til 2 USD / 1000 innen 2020 Lumen; LED-belysning begynte å komme inn i feltet for glødelamper i 2007, kom inn på markedet for lysrør i 2012 og erstattet populært glødelamper og lysrør i 2020. Den gjennomsnittlige årlige vekstraten for det globale LED-markedet er mer enn 20%; LED-markedet med høy lysstyrke har vokst raskere, med en gjennomsnittlig årlig vekstrate på 46% fra 1995 til 2005, og markedsstørrelsen i 2008 nådde 5,1 milliarder dollar, og utgjorde andelen LED-markedet Fra 40% i 2001 til mer enn 80% i 2008, er et forsiktig estimat at markedsstørrelsen i 2012 forventes å nå 11,4 milliarder dollar. Markedsetterspørsel har drevet utviklingen av produksjonsforbindelser, og store selskaper i andre bransjer har også flyttet til dette markedet. Mange av verdens 500 største gigantiske selskaper har kommet inn på LED-markedet for blått hav. LED-halvlederbelysning som en ny type grønn energi, enten det er energisparing og økonomiske fordeler er veldig betydningsfulle, så myndighetene i alle land fremmer kraftig populariseringen av LED-belysning. Som en fremvoksende industri er LED halvlederbelysning fortsatt i ferd med å fortsette. Bransjen mener at utviklingsveien til LED-chip lyseffektivitet er: fra 25lm / w i 2002 til 75lm / w i 2007, vil lyseffektiviteten i 2012 generelt nå 150lm / w, og lyseffektiviteten til kommersialiserte LED-chips i 2020 vil være overskredet 200lm / w. Fra 2007 begynte LED-belysning å utvikle seg til feltet for glødelampe, til 2012 gikk det inn på markedet for lysrør, og vil populært erstatte dagens glødelamper og lysrør i 2020.

 

De viktigste problemene med LED-chips

De viktigste tekniske vanskelighetene med LED-chips, spesielt LED-chips med høy effekt, er hovedsakelig følgende:

1. Lav lyseffektivitet

Selv om de pakkede hvite lysdiodene produsert av forskjellige produsenter har en lyseffektivitet på mer enn 100 lm / w, sammenlignet med små LED-brikker, er lyseffektiviteten deres fortsatt veldig lav. På grunn av den store størrelsen på store LED-sjetonger, når lys forplanter seg inne i enheten, er banen som lyset passerer gjennom lengre enn den for den lille sjetongen, noe som resulterer i større sannsynlighet for lysabsorpsjon av enhetsmaterialet, og en stor mengde lys er begrenset til innsiden av enheten kan ikke slippes ut, noe som resulterer i lav lyseffektivitet.

2. Ujevn strømdiffusjon

For kraftige LED-brikker kreves stor strømdrift (vanligvis 350mA). For å oppnå jevn strømdiffusjon, må en rimelig elektrodestruktur utformes slik at strømmen fordeles jevnt på P-type nivå. På grunn av chipstørrelsen på kraftige LED-chips større, samtidig er det vanskelig for strømmen til P-type laget å bli jevnt diffundert på P-type laget, noe som får strømmen til å akkumuleres under elektroden, forårsaker en nåværende trengseleffekt. På grunn av strømakkumuleringseffekten, det vil si at strømmen hovedsakelig er konsentrert i området rett under elektroden, er den laterale ekspansjonen relativt liten, og strømfordelingen er veldig ujevn, noe som resulterer i overdreven lokal strømtetthet.

3. Ustabile fotoelektriske egenskaper

Under lysutslippseffektiviteten til kraftige LED-chipenheter absorberes en stor mengde lys inne i enheten. Disse absorberte lysene konverteres til termisk energi inne i enheten, noe som fører til at kryssetemperaturen til LED-brikken øker. Økningen i krysningstemperaturen vil ikke bare forårsake lysdemping. Det påvirker LED-brikkens levetid alvorlig. Samtidig vil temperaturøkningen føre til at den blå lysets topp på brikken skifter til den lange bølgelengderetningen (det vil si rødt skift). Seksuell tilbakegang.

4. Lyseffektiviteten til industrialiseringsforskning er langt lavere enn laboratoriets FoU-nivå Selv om de vanlige produsentene av LED-brikker i verden har nådd et høyt nivå av forskning og utvikling i laboratoriet, er nivået på industrialiseringsforskning fortsatt under. Hovedårsaken til dette er at industrialisering ikke bare må ta hensyn til kostnadskravene, men også ta hensyn til produksjonsprosessen Kompleksitet og problemer med chiputbytte.

Vanlige problemer med bruk av teknologi

Analyse av problemene som ofte oppstår i bruken av LED-chips: Trykkfallet fremover kan også dannes i andre emballasjeprosesser. Hovedårsakene er utilstrekkelig herding av sølvlim, og berøringsmotstanden til braketten eller chipelektroden er stor eller berøringsmotstanden er ustabil.

1. Fremover spenningsfall

A: Den ene er at elektroden og det lysemitterende materialet er ohmsk berøring, men berøringsmotstanden er stor, hovedsakelig dannet av den lave konsentrasjonen av datasubstratet eller elektroden er ufullstendig.

B: Den ene er den ikke-ohmiske berøringen mellom elektroden og materialet, som hovedsakelig forekommer i klemming eller klemming når det første laget av elektrode utføres under forberedelsen av chipelektroden, og retningen er spredt.

Klipp For en brikke med spenningsfall fremover, når den faste spenningstesten utføres, er strømmen som går gjennom brikken liten, og deretter reflekteres det mørke stedet. Det er også et slags mørkt lys at chipens egen lysavgivende effekt er lav og spenningsfallet fremover er normalt.

2. Vanskelig sveising – For det første er det ingen stikk, elektroden tappes og elektroden trenger inn

A: Ikke klissete: hovedsakelig på grunn av elektrodeoverflatens oksidasjon eller lim

B: Det er svake berøringer med de lysende materialene, og det tykke ledningsbåndlaget er ikke sterkt. I mellomtiden synker det tykke laget.

C: Gjennombruddselektrode: vanligvis relatert til brikkedataene, dataene er sprø og styrken er ikke lett å trenge gjennom elektroden, vanligvis er GAALAS-data (for eksempel høy rød, infrarød brikke) lettere å trenge gjennom elektroden enn GAP-data,

D: Feilsøking av trykksveising bør justeres fra sveisetemperatur, ultralydkraft, ultralydmoment, trykk, gullkulestørrelse, brakettposisjonering, etc.

3. Forskjell i lysfarge

Svar: Det er en betydelig forskjell i lysfargen på den samme brikken. Hovedårsaken er at de epitaksiale waferdataene er tvilsomme. Kvanteoppsettet til ALGAINP fire-element data er veldig tynt. Det er vanskelig å sikre at komponentene i hver region er vanlige. (Komponenten bestemmer den forbudte båndbredden, og det forbudte båndet bestemmer bølgelengden).

B: GAP gulgrønn brikke, utslippsbølgelengden vil ikke ha noen stor feil, men fordi det menneskelige øyet er følsomt for fargen på dette båndet, er det lett å oppdage gulaktig og grønnaktig. Fordi bølgelengden bestemmes av epitaksiale waferdata, jo mindre området er, desto mindre er begrepet gjengivelse av fargefeil, så det er en nærliggende valgmetode i M / T-operasjoner.

C: Den lysemitterende fargen på GAP rød chip er oransje-gul. Dette er fordi den lysemitterende mekanismen er et direkte sprang fremover. Påvirket av konsentrasjonen av urenheter, når strømtettheten øker, er urenhetsnivåforskyvninger og full luminescens utsatt for å oppstå, og luminescensen begynner å bli oransje-gul.

4. Gate fluid effekt

Svar: Den lysdiode kan ikke slås på under normal spenning. Når spenningen økes til et visst nivå, endres strømmen plutselig.

B: Årsaken til at slusevæsken ser ut, er at epitaksialplaten vokser i motsatt retning når epitaksialplaten vokser. LED-lampen med dette utseendet har et skjult fremover spenningsfall målt ved IF = 20MA. Søknadsprosessen skyldes Nord- og Sør-spenningen Stor, den er ikke lys, du kan bruke testinformasjonsinstrumentet til å teste kurven fra transistordiagrammet, du kan også finne gjennom den lille strømmen IF = 10UA fremover spenningsfall, lite fremover spenningsfall er betydelig større, så Kan være resultatet av dette spørsmålet.

5. Omvendt lekkasje

A: Årsak: epitaksial data, brikkeproduksjon, emballasje av utstyr. Testen har vanligvis en omvendt lekkasjestrøm på 10UA ved 5V, og den kan også teste omvendt spenning ved en fast reversstrøm.

B: De omvendte egenskapene til forskjellige typer lysdioder er ganske forskjellige: vanlig grønn, vanlig gul chipbremsefordeling kan nå mer enn hundre volt, og vanlige chips er mellom ti og tjue volt.

C: Omvendt lekkasje forårsaket av epitaxy er hovedsakelig forårsaket av de interne layoutfeilene i PN-krysset. Under fliseproduksjonen er ikke sideflaten korrodert eller sølvlimetråd festet til testflaten. Det er strengt forbudt å bruke organiske løsninger for å distribuere sølvlim. For å unngå at sølvlimet kryper gjennom kapillærutseendet til knuteområdet.