大功率LED芯片的研究现状

近年来 LED 上游领域产业得到迅速的发展，市场的激烈竞争使得芯片成本降低，然而较之于传统照明，成本仍然较高，LED 要取代传统的照明，成本因素成为一个重要方面，而封装作为决定 LED 光源价格的重要环节，未来超低成本 LED 照明需要使用更少的 LED 灯珠，势必需要尺寸更大的芯片，因此大电流驱动下的高性能的大功率 LED 芯片成为 LED 上游的必争领域。国内外的半导体照明领域的机构和科研院所都在致力于此类高端芯片产业化的研究和探索，虽然由于生产工艺复杂、产品良率低、以及成本过高因素的制约，仍有许多优异的高端产品和先进的制造技术被开发出来，极大地推动了功率型 LED 芯片的产业化进程。

业界认为 LED 照明技术公认的发展路线为:发光效率从 2002 年的25lm/w 提高到 2007 年 75lm/w、2012 年其发光效率将达到 150lm/w，而在 LED芯片商业化的 2020 年，其发光效率将突破 200lm/w;发光成本从 2002 年的 200美元/千流明下降到 2007 年的 20 美元/千流明、2012 年下降到 5 美元/千流明，到 2020 年将降低到 2 美元/千流明;从 2007 年 LED 照明开始进入白炽灯照明领域，到 2012 年进入荧光灯市场，在 2020 年普及取代白炽灯和荧光灯。

全球 LED 市场的规模年均增长率超过 20%;高亮度 LED 市场的成长更加迅速，1995-2005 年的年均增长率达到 46%，2008 年的市场规模达到 51 亿美元，占 LED 市场的比例由 2001 年的40%增长到 2008 年的 80%以上，保守预估 2012 年的市场规模可望到达 114 亿美元。市场需求拉动了生产环节的发展，也有其他行业的大型企业转战这一市场。世界不少 500强的巨头公司都已进军 LED 蓝海市场。LED 半导体照明作为新型的绿色能源，无论是节能效益还是经济效益都是非常显著的，因此各国政府都在大力地推进 LED 照明普及。

作为新兴的产业，LED 半导体照明仍处在不断进步的过程中。 业界认为 LED 芯片发光效率的发展路线为:从 2002 年的 25lm/w 提高到 2007 年75lm/w、2012 年发光效率将普遍达到 150lm/w，而在 2020 年商业化的 LED 芯片的发光效率将突破 200lm/w。从 2007 年 LED 照明开始发展进入白炽灯照明领域，直到 2012年进入荧光灯照明市场，而将在 2020 年普及取代如今的白炽灯和荧光灯。

LED芯片使用常遇到的问题分析:别的封装进程中也能够形成正向压下降，首要缘由有银胶固化不充分，支架或芯片电极沾污等形成触摸电阻大或触摸电阻不稳定。

1.正向电压下降 暗光

A:一种是电极与发光资料为欧姆触摸，但触摸电阻大，首要由资料衬底低浓度或电极残缺所形成的。

B:一种是电极与资料为非欧姆触摸，首要发生在芯片电极制备进程中蒸腾第一层电极时的挤压印或夹印，散布方位。

正向压下降的芯片在固定电压测验时，经过芯片的电流小，然后体现暗点，还有一种暗光表象是芯片自身发光功率低，正向压降正常。

2.难压焊:(首要有打不粘，电极掉落，打穿电极)

A:打不粘:首要因为电极外表氧化或有胶

B:有与发光资料触摸不牢和加厚焊线层不牢，其间以加厚层掉落为主。

C:打穿电极:通常与芯片资料有关，资料脆且强度不高的资料易打穿电极，通常GAALAS资料(如高红，红外芯片)较GAP资料易打穿电极，

D:压焊调试应从焊接温度，超声波功率，超声时刻，压力，金球巨细，支架定位等进行调整。

3.发光色彩区别:

A:同一张芯片发光色彩有显着区别首要是因为外延片资料疑问，ALGAINP四元素资料选用量子布局很薄，成长是很难确保各区域组分共同。(组分决议禁带宽度，禁带宽度决议波长)。

B:GAP黄绿芯片，发光波长不会有很大误差，可是因为人眼对这个波段色彩灵敏，很简单查出偏黄，偏绿。因为波长是外延片资料决议的，区域越小，呈现色彩误差概念越小，故在M/T作业中有附近选取法。

C:GAP赤色芯片有的发光色彩是偏橙黄色，这是因为其发光机理为直接跃进。受杂质浓度影响，电流密度加大时，易发生杂质能级偏移和发光饱满，发光是开端变为橙黄色。

4.闸流体效应:

A:是发光二极管在正常电压下无法导通，当电压加高到必定程度，电流发生骤变。

B:发生闸流体表象缘由是发光资料外延片成长时呈现了反向夹层，有此表象的LED在IF=20MA时测验的正向压降有躲藏性，在运用进程是出于南北极电压不行大，体现为不亮，可用测验信息仪器从晶体管图示仪测验曲线，也能够经过小电流IF=10UA下的正向压降来发现，小电流下的正向压降显着偏大，则能够是该疑问所形成的。

5.反向漏电:

A:缘由:外延资料，芯片制造，器材封装，测验通常5V下反向漏电流为10UA，也能够固定反向电流下测验反向电压。

B:不一样类型的LED反向特性相差大:普绿，普黄芯片反向击穿可到达一百多伏，而普芯片则在十几二十伏之间。

C:外延形成的反向漏电首要由PN结内部布局缺点所形成的，芯片制造进程中旁边面腐蚀不行或有银胶丝沾附在测面，严禁用有机溶液分配银胶。以避免银胶经过毛细表象爬到结区。

发光二极体的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时，则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光二极管强度小，所以发光强度常用烛光(坎德拉, mcd)作单位。

-90°- +90°

它表示发光管的光谱纯度。

θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向(法向)的夹角。

根据LED发光立体角换算出的角度，也叫平面角。

指LED发光的最大角度，根据视角不同，应用也不同，也叫光强角。

法向0°与最大发光强度值/2之间的夹角。严格上来说，是最大发光强度值与最大发光强度值/2所对应的夹角。LED的封装技术导致最大发光角度并不是法向0°的光强值，引入偏差角，指得是最大发光强度对应的角度与法向0°之间的夹角。

允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极体。

允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏LED芯片及器件的分选测试

LED的分选有两种方法:一是以芯片为基础的测试分选，二是对封装好的LED进行测试分选。

(1)芯片的测试分选

LED芯片分选难度很大，主要原因是LED芯片尺寸一般都很小，从9mil到14mil(0.22-0.35毫米)。这样小的芯片需要微探针才能够完成测试，分选过程需要精确的机械和图像识别系统，这使得设备的造价变得很高，而且测试速度受到限制。如果按照每月25天计算，每一台分选机的产能为每月5KK。

从根本上解决芯片测试分选瓶颈问题的关键是改善外延片均匀性。如果一片外延片波长分布在2nm之内，亮度的变化在+15%之内，则可以将这个片子上的所有芯片归为一档(Bin)，只要通过测试把不合格的芯片去除即可，将大大增加芯片的产能和降低芯片的成本。在均匀性不是很好的情况下，也可以用测试并把"不合格产品较多"的芯片区域用喷墨涂抹的方式处理掉，从而快速地得到想要的"合格"芯片，但这样做的成本太高，会把很多符合其他客房要求的芯片都做为不合格证的废品处理，最后核算出的芯片成本可能是市场无法接受的水平。

(2)LED的测试分选

封装后的LED可以按照波长、发光强度、发光角度以及工作电压等进行测试分选。其结果是把LED分成很多档(Bin)和类别，然后测试分选机会自动地根据设定的测试标准把LED分装在不同的Bin盒内。由于人们对于LED的要求越来越高，早期的分选机是32Bin，后来增加到64Bin，分Bin的LED技术指标仍然无法满足生产和市场的需求。

LED测试分选机是在一个特定的工作台电流下(如20mA)，对LED进行测试，一般还会做一个反向电压值的测试。如果按照每月25天，每天20小时的工作时间计算，每一台分选机的产能为每月9KK。

大型显示屏或其他高档应用客户，对LED的质量要求较高。特别是在波长与亮度一致性的要求上很严格。假如LED封装厂在芯片采购时没有提出严格的要求，则这些封装厂在大量的封装后会发现，封装好的LED中只有很少数量的产品能满足某一客户的要求，其余大部分将变成仓库里的存货。这种情形迫使LED封装厂在采购LED芯片时提出严格的要求，特别是波长、亮度和工作台电压的指标;比如，过去对波长要求

是+2nm，已提出+0.5nm的要求。这样对于芯片厂就产生了巨大的压力，在芯片销售前必须进行严格的分选。

从以上关于LED与LED芯片分选取的分析中可以看出，比较经济的做法是对LED进行测试分选。但是由于LED的种类繁多，有不同的形式，不现的形状，不同的尺寸，不同的发光角度，不同的客户要求，不同的应用要求，这使用权得完全通过LED测试分选取进行产品的分选变得很难操作。所以问题的关键又回到MOCVD的外延工艺过程，如何生长出所需波长及亮度的LED外延片是降低成本的关键点，这个问题不解决，LED的产能及成本仍将得不到完全解决。但在外延片的均匀度得到控制以前，比较行之有效的方法是解决快速低成本的芯片分选问题。

LED芯片因为大小一般都在大小:小功率的芯片一般分为8mil、9mil、12mil、14mil等，跟头发一样细，以前人工计数时候非常辛苦，而且准确率极底，2012年厦门好景科技有开发一套专门针对LED芯片计数的软件，仪器整合了高清晰度数字技术来鉴别最困难的计数问题，LED芯片专用计数仪设备是由百万象素工业专用的CCD和百万象素镜头的硬件，整合了高清晰度图像数字技术的软件组成的，主要用来计算出LED芯片的数量。该LED芯片专用计数仪通过高速的图像获取及视觉识别处理，准确、快速地计数LED芯片，操作简单，使用方便。

该设备装有新型的照明配置，因照明上的均匀一致性及应用百万象素的CCD及镜头，确保了LED芯片成像的清晰度，配合高技术的计数软件，从而保证了计数的准确度。同时软件会将每次计数的结果储存在数据库中，方便打印与追溯对比分析。

技术参数:

1.成像特性

镜头:12mm、F1.8高保真光学镜头

CCD规格:300万像素/500万像素，真彩

图像拍摄:手动对焦，可专业级地精细成像LED芯片

图像调整:手动调整亮度;自动调整对比度、饱和度

2.计数特性:

快速的计算出LED芯片总数，可根据需要折扣数量，并显示和输出计数结果

可计数≥5mil (或0.127mm) 不透明LED芯片

可计数双电极透明的LED芯片

计数速度:2000~8000个LED芯片/s的统计速度，无需扫描即成像即计数

简便易用:真正一键式操作，鼠标一点，结果即现。软件界面美观，操作简便。

1.LED芯片检验

镜检:材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑lockhill芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整。

2.LED扩片

由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小(约0.1mm)，不利于后工序的操作。采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，使LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。

3.LED点胶

在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片。

工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。

4.LED备胶

和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。

5.LED手工刺片

将扩张后LED芯片(备胶或未备胶)安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品。

6.LED自动装架

自动装架其实是结合了沾胶(点胶)和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶(绝缘胶)，然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是蓝、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。

7.LED烧结

烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170℃，1小时。绝缘胶一般150℃，1小时。

银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时(或1小时)打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。

8.LED压焊

压焊的目的是将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。

LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。铝丝压焊的过程为先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。

压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝(铝丝)拱丝形状，焊点形状，拉力。

9.LED封胶

LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。(一般的LED无法通过气密性试验)

LED点胶TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高(特别是白光LED)，主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。

LED灌胶封装 Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。

LED模压封装 将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。

10.LED固化与后固化

固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135℃，1小时。模压封装一般在150℃，4分钟。后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化。后固化对于提高环氧与支架(PCB)的粘接强度非常重要。一般条件为120℃，4小时。

11.LED切筋和划片

由于LED在生产中是连在一起的(不是单个)，Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。

12.LED测试

测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。

总的来说，LED制作流程分为两大部分:

首先在衬底上制作氮化镓(GaN)基的外延片，这个过程主要是在金属有机化学气相沉积外延片炉(MOCVD)中完成的。准备好制作GaN基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有GaAs、AlN、ZnO等材料。

MOCVD是利用气相反应物(前驱物)及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3在衬底表面进行反应，将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等品质。MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。

然后是对LED PN结的两个电极进行加工，电极加工也是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨;然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得到所需的LED芯片。如果芯片清洗不够乾净，蒸镀系统不正常，会导致蒸镀出来的金属层(指蚀刻后的电极)会有脱落，金属层外观变色，金泡等异常。

蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定芯片，因此会产生夹痕(在目检必须挑除)。黄光作业内容包括烘烤、上光阻、照相曝光、显影等，若显影不完全及光罩有破洞会有发光区残多出金属。

芯片在前段工艺中，各项工艺如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等，因此会有芯片电极刮伤情形发生。

红灯:9mil正规方片，(纯红)波长:620-625nm，上下60°、左右120°，亮度高达1000-1200mcd;

绿灯:12mil正规方片，(纯绿)波长:520-525nm，上下60°、左右120°，亮度高达2000-3000mcd;

性能:具有亮度高、抗静电能力强、抗衰减能力强、一致性好等特点，是制作led招牌、led发光字的最佳选择。

led芯片的价格:一般情况系下方片的价格要高于圆片的价格，大功率led芯片肯定要高于小功率led芯片，进口的要高于国产的，进口的来源价格从日本、美国、台湾依次减低。

led芯片的质量:评价led芯片的质量主要从裸晶亮度、衰减度两个主要标准来衡量，在封装过程中主要从led芯片封装的成品率来计算。

(1)四元芯片，采用MOVPE工艺制备，亮度相对于常规芯片要亮。

(2)信赖性优良。

(3)应用广泛。

(4)安全性高。

(5)寿命长。

对于制作LED芯片来说，衬底材料的选用是首要考虑的问题。应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择。三种衬底材料:蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)、碳化硅(SiC)。

蓝宝石的优点:1.生产技术成熟、器件质量较好 ;2.稳定性很好，能够运用在高温生长过程中; 3.机械强度高，易于处理和清洗。

蓝宝石的不足:1.晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷;2.蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少;3.增加了光刻、蚀刻工艺过程，制作成本高。

硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命。

碳化硅衬底(CREE公司专门采用SiC材料作为衬底)的LED芯片，电极是L型电极，电流是纵向流动的。采用这种衬底制作的器件的导电和导热性能都非常好，有利于做成面积较大的大功率器件。优点: 碳化硅的导热系数为490W/m·K，要比蓝宝石衬底高出10倍以上。不足:碳化硅制造成本较高，实现其商业化还需要降低相应的成本。

一般亮度:R(红色GaAsP 655nm)、H ( 高红GaP 697nm )、G ( 绿色GaP 565nm )、Y ( 黄色GaAsP/GaP 585nm )、E(桔色GaAsP/ GaP 635nm )等;

高亮度:VG (较亮绿色GaP 565nm )、VY(较亮黄色 GaAsP/ GaP 585nm )、SR( 较亮红色GaAlAS 660nm );

超高亮度:UG﹑UY﹑UR﹑UYS﹑URF﹑UE等。

二元晶片(磷﹑镓):H﹑G等;

三元晶片(磷﹑镓 ﹑砷):SR(较亮红色GaAlAS 660nm)、 HR (超亮红色GaAlAs 660nm)、UR(最亮红色GaAlAs 660nm)等;

四元晶片(磷﹑铝﹑镓﹑铟):SRF( 较亮红色 AlGalnP )、HRF(超亮红色 AlGalnP)、URF(最亮红色 AlGalnP 630nm)、VY(较亮黄色GaAsP/GaP 585nm)、HY(超亮黄色 AlGalnP 595nm)、UY(最亮黄色 AlGalnP 595nm)、UYS(最亮黄色 AlGalnP 587nm)、UE(最亮桔色 AlGalnP 620nm)、HE(超亮桔色 AlGalnP 620nm)、UG (最亮绿色 AIGalnP 574nm) LED等。

大功率LED芯片有尺寸为38*38mil，40*40mil，45*45mil等三种当然芯片尺寸是可以订制的，这只是一般常见的规格。mil是尺寸单位，一个mil是千分之一英寸。40mil差不多是1毫米。38mil，40mil，45mil都是1W大功率芯片的常用尺寸规格。理论上来说，芯片越大，能承受的电流及功率就越大。不过芯片材质及制程也是影响芯片功率大小的主要因素。例如CREE 40mil的芯片能承受1W到3W的功率，其他厂牌同样大小的芯片，最多能承受到2W。

1、正向工作电流If

它是指发光二极体正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6·IFm以下。

2、正向工作电压VF

参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极体正向工作电压VF在1.4~3V。在外界温度升高时，VF将下降。

3、V-I特性

发光二极体的电压与电流的关系，在正向电压正小于某一值(叫阈值)时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。

4、发光强度IV

发光二极体的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时，则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光二极管强度小，所以发光强度常用烛光(坎德拉, mcd)作单位。

5、LED的发光角度

-90°- +90°

6、光谱半宽度Δλ

它表示发光管的光谱纯度。

7、半值角θ1/2和视角

θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向(法向)的夹角。

8、全形

根据LED发光立体角换算出的角度，也叫平面角。

9、视角

指LED发光的最大角度，根据视角不同，应用也不同，也叫光强角。

10、半形

法向0°与最大发光强度值/2之间的夹角。严格上来说，是最大发光强度值与最大发光强度值/2所对应的夹角。LED的封装技术导致最大发光角度并不是法向0°的光强值，引入偏差角，指得是最大发光强度对应的角度与法向0°之间的夹角。

11、最大正向直流电流IFm

允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极体。

12、最大反向电压VRm

所允许加的最大反向电压即击穿电压。超过此值，发光二极体可能被击穿损坏。

13、工作环境topm

发光二极体可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极体将不能正常工作，效率大大降低。

14、允许功耗Pm

允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。

传统的LED芯片采用正装结构,上面通常涂敷一层环氧树脂,下面以蓝宝石作为衬底。一方面,由于蓝宝石的导热性较差,有源层产生的热量不能及时地释放,而且蓝宝石衬底会吸收有源区的光线,即使增加金属反射层也无法完全解决吸收的问题;另一方面,由于环氧树脂的导热能力很差,热量只能靠芯片下面的引脚散出。因此前后两方面都造成散热的难题,影响了器件的性能和可靠性。鉴于此,LED的倒装焊接技术应运而生。

2001年,LumiLeds研制出了AIGalnN功率型倒装芯片结构,LED芯片通过凸点倒装连接到硅基上。这样大功率LED产生的热量不必经由芯片的蓝宝石衬底,而是直接传到热导率更高的硅或陶瓷衬底,再传到金属底座,由于其有源发热区更接近于散热体,可降低内部热沉热阻。这种结构的热阻理论计算最低可达到1.34K/W,实际做到6-8K/W,出光率也提高了60%左右。但是,热阻是与热沉的厚度成正比的,由于受硅片机械强度与导热性能所限,很难通过减薄硅片来进一步降低内部热沉的热阻,这就制约了其传热性能的进一步提高。

LED芯片有横向和垂直两种基本结构。所谓的横向结构LED芯片是指芯片两个电极在外延片的同侧,由于电极在同一侧,电流在n-和p-类型限制层中横向流动不利于电流的扩散以及热量的散发。相反,垂直结构LED芯片是指两个电极分布在外延片的异侧,以图形化电极和全部的p型限制层作为第二电极,使得电流几乎全部垂直流过LED外延层,极少横向流动的电流。目前垂直结构LED可以按材料分为GaP基LED、GaN基LED和ZnO基LED。LED的分别用红色和黑色表示)分别与热沉或PCB或电路板上的正、负极(分别用红色和黑色表示)电联接。外界电源与电路板上的"十"和"一"极相联接。

由SemiLedS研发的以蓝宝石为衬底的垂直结构GaN基LED芯片从2005年11月开始进入市场。制造垂直结构LED芯片有两种基本方法:剥离生长衬底和不剥离生长衬底。相比横向结构的LED芯片,垂直结构的LED芯片具有以下明显的优势:

(l)所有的制造工艺都是在晶片水平进行的。

(2)抗静电能力高。

(3)无需打金线,一方面封装厚度薄,可用于制造超薄型的器件,如背光源,大屏幕显示等;另一方面,良品率和可靠性均得以提高。

(4)在封装前进行老化,降低生产成本。

(5)可以采用较大直径的通孔/金属填充塞和多个的通孔/金属填充塞进一步提高衬底的散热效率。这一特点对大功率LED尤其重要。

定义:MB 芯片﹕Metal Bonding (金属粘着)芯片﹔该芯片属于UEC 的专利产品

特点:1、 采用高散热系数的材料---Si 作为衬底﹐散热容易.

Thermal Conductivity

GaAs: 46 W/m-K

GaP: 77 W/m-K

Si: 125 ~ 150 W/m-K

Cupper:300~400 W/m-k

SiC: 490 W/m-K

2、通过金属层来接合(wafer bonding)磊晶层和衬底，同时反射光子，避免衬底的吸收.

3、导电的Si 衬底取代GaAs 衬底，具备良好的热传导能力(导热系数相差3~4 倍)，更适应于高驱动电流领域。4、底部金属反射层﹐有利于光度的提升及散热

5、尺寸可加大﹐应用于High power 领域﹐eg : 42mil MB

定义:GB 芯片﹕Glue Bonding (粘着结合)芯片﹔该芯片属于UEC 的专利产品

特点: 1﹕透明的蓝宝石衬底取代吸光的GaAs衬底﹐其出光功率是传统AS (Absorbable structure)芯片的2倍以上﹐蓝宝石衬底类似TS芯片的GaP衬底.

2﹕芯片四面发光﹐具有出色的Pattern图

3﹕亮度方面﹐其整体亮度已超过TS芯片的水平(8.6mil)

4﹕双电极结构﹐其耐高电流方面要稍差于TS单电极TS芯片定义和特点

TS芯片

定义:TS 芯片﹕ transparent structure(透明衬底)芯片﹐该芯片属于HP 的专利产品。

特点:1.芯片工艺制作复杂﹐远高于AS LED

2. 信赖性卓越

3.透明的GaP衬底﹐不吸收光﹐亮度高

4.应用广泛

AS芯片

定义:AS 芯片﹕Absorbable structure (吸收衬底)芯片﹔经过近四十年的发展努力﹐台湾LED光电业界对于该类型芯片的研发﹑生产﹑销售处于成熟的阶段﹐各大公司在此方面的研发水平基本处于同一水平﹐差距不大. 大陆芯片制造业起步较晚﹐其亮度及可靠度与台湾业界还有一定的差距﹐在这里我们所谈的AS芯片﹐特指UEC的AS芯片﹐eg: 712SOL-VR, 709SOL-VR, 712SYM-VR,709SYM-VR 等

特点: 1. 四元芯片﹐采用 MOVPE工艺制备﹐亮度相对于常规芯片要亮

2. 信赖性优良

3. 应用广泛

1、LPE:Liquid Phase Epitaxy(液相磊晶法) GaP/GaP

2、VPE:Vapor Phase Epitaxy(气相磊晶法) GaAsP/GaAs

3、MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (有机金属气相磊晶法) AlGaInP、GaN

4、SH:GaAlAs/GaAs Single Heterostructure(单异型结构)GaAlAs/GaAs

5、DH:GaAlAs/GaAs Double Heterostructure， (双异型结构) GaAlAs/GaAs

6、 DDH:GaAlAs/GaAlAs Double Heterostructure， (双异型结构) GaAlAs/GaAlAs

随着 LED 技术的快速发展以及 LED 光效的逐步提高，LED 的应用将越来越广泛。随着全球性能源短缺问题的日益严重，人们越来越关注 LED 在照明市场的发展前景，LED 将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的潜力光源。

LED 照明市场发展空间广阔。LED 照明灯具应用已经从过去室外景观照明 LED 发展向室内照明应用。据分析未来五年内 LED 室内照明的发展将有指数型增长趋势。2011年其产值高达数百亿美元。尤其是 2009 年欧盟率先实施禁用白炽灯计划，以及节能议题备受关注，造就了 LED 室内照明巨大的市场机遇和乐观的前景。

芯片技术提升和价格走低是促进 LED 照明应用成本下降的关键。随着 LED芯片技术的提升，LED 发光效率提高后，单颗 LED 芯片所需的成本不断下降。同时，上游投资带动的大规模产能释放，引发较强的市场竞争也将带动芯片价格下降，这有效推动 LED 照明产品成本的下降。2011 年，芯片从之前的供不应求快速转换为供过于求，芯片价格快速下降。例如，小功率的 7.5mil×7.5mil 蓝光芯片和大功率的 45mil×45mil 蓝光芯片 2011 年一年内价格分别下降了 55.9%和 55.0%。

无论是面向重点照明和整体照明的高功率 LED 芯片，还是用于装饰照明和一些简单的辅助照明的低功率 LED 芯片，技术升级的关键都关乎如何开发出更高效、更稳定的 LED 芯片。在短短数年内，借助于包括新型芯片结构和多量子阱结构的新型外延机构设计在内的一系列技术改进，LED 的发光效率实现了巨大突破，这些技术突破都将为LED 半导体照明的普及铺平道路。

LED 芯片，尤其是大功率 LED 芯片，目前面临的主要技术难点主要是以下几个方面:

1、发光效率低

虽然现在各厂家量产的封装后的白光 LED 出光效率都达到 100lm/w 以上，但是相比较于小尺寸的 LED 芯片，其出光效率依然很低。大尺寸的 LED 芯片由于尺寸较大，当光线在器件内部传播时，光线通过的路程要比小尺寸的芯片经过的路程长，导致器件材料对光线的吸收概率较大，大量的光线被限制在器件内部无法出射，导致出光效率较低。

2、电流扩散不均匀

对于大功率 LED 芯片而言，需要大的电流驱动(一般为 350mA)，为了得到均匀的电流扩散，需设计合理的电极结构以使得电流在 P 型层面得到均匀分布，大功率 LED 芯片由于芯片尺寸较大，同时 P 型层的电流很难在 P 型层面得到均匀扩散导致电流积聚在电极下方，造成电流拥挤效应。由于电流积聚效应，即电流主要集中在电极正下方区域，横向扩展比较小，电流分布很不均匀，导致局部电流密度过大。

3、光电特性不稳定

由于大功率 LED 芯片器件出光效率底下，大量光线被器件内部吸收，这些被吸收的光线在器件内部转换成热能，造成 LED 芯片结温的升高，结温的升高不但会造成光衰严，严重影响了 LED 芯片的寿命，同时温度的升高会导致芯片的蓝光波峰向长波长方向偏移(即红移)，造成芯片的发光波长和荧光粉的激发波长不匹配，也会造成显色性的降低。

4、产业化研究光效远低于实验室研发水平

现在国际上主流的 LED 芯片厂商，虽然实验室研发已到达较高的水平，但是产业化的研究水平依然底下，造成其主要的原因是产业化不但要考虑到成本的需求同时还要兼顾生产工艺的复杂程度以及芯片良率的问题。

专用驱动芯片的主要参数和发展现状

专用驱动芯片具有输出电流大、恒流等基本特点，比较适用于要求大电流、画质高的场合，如户外全彩LED显示屏、室内LED显示屏等。专用驱动芯片的关键性能参数有最大输出电流、恒流源输出路数、电流输出误差(bit to bit，chip to chip)和数据移位时钟等。

1) 最大输出电流

目前主流的恒流源芯片最大输出电流多定义为单路最大输出电流，一般90 mA左右。电流恒定是专用芯片的基本特性，也是得到高画质的基础。而每个通道同时输出恒定电流的最大值(即最大恒定输出电流)对LED屏更有意义，因为在白平衡状态下，要求每一路都同时输出恒流电流。一般最大恒流输出电流小于允许的最大输出电流。

2) 恒流输出通道

恒流源输出路数有8位(8路恒源)和16位(16路恒源)两种规格，现在16位源占主流，其主要优势在于减少了芯片尺寸，便于LED驱动板(PCB)布线，特别是对于点间距较小的LED驱动板更有利。

3) 电流输出误差

电流输出误差分为两种，一种是位间电流误差，即同一个芯片每路输出之间的误差;另一种是片间电流误差，即不同芯片之间输出电流的误差。电流输出误差是个很关键的参数，对LED屏的均匀性影响很大。误差越大，显示屏的均匀性越差，很难使屏体达到白平衡。目前主流恒流源芯片的位间电流误差(bit to bit)一般在+60%以内，(chip to chip)片间电流误差在±15%以内。

4) 数据移位时钟

数据移位时钟决定了显示数据的传输速度，是影响显示屏的更新速率的关键指标。作为大尺寸显示器件，显示刷新率应该在85 Hz以上，才能保证稳定的画面(无扫描闪烁感)。较高的数据移位时钟是显示屏获取高刷新率画面的基础。