照明级LED芯片技术及其应用简介潘群峰三安光电股份有限公司内容概要•大功率LED的发展和现状•芯片关键参数的评估•大功率LED芯片的合理应用•LED芯片前沿技术展望（一）大功率LED的发展和现状氮化镓(GaN)基LED芯片Cree, 1997碳化硅衬底，垂直(非薄膜)结构P 面出光(p-side up)Nichia, 1997蓝宝石衬底，水平(正装)结构Ni/Au 半透明电极大功率LED芯片的发展演变(sapphire)正装Ni/Au (Lumileds, 1999年)倒装芯片结构(Lumileds, 2001年)垂直薄膜结构(Osram, 2004年)正装ITO (Elite, 2005年)大功率LED芯片的发展演变(SiC)MegaBright (Cree)XBright(Cree)EZBright(Cree)(OSRAM)倒装芯片(Flip-chip)Philips LumiledsLuxeon K2倒装芯片关键技术sapphirep-Si submountn-GaN MQW p-GaNn+n+NP9p 型反射电极系统9倒装焊基板设计倒装芯片关键技术植球机倒装键合机待倒装芯片硅基板倒装芯片(Flip-chip)Optotech(2006年)UEC(2004年)Genesis(2005年)FD(2004年)Sanan(2005年)APT(2010年)正装芯片OVAMKONLX-5NLX-5S-50ABMUPS-50BBMUP正装芯片关键技术—外延技术平坦面(常规) P面粗化(bump式) P面粗化(pit式) PSS (湿法) PSS (干法) PSS + P面粗化LED业界外延技术发展历程正装芯片关键技术—外延技术p粗化PSSp粗化+PSS正装芯片关键技术—侧壁蚀刻(sidewall etching)正装芯片关键技术—背镀反射镜P-pad ITO GaN N-padsapphireMirror Al SiO2/Al DBR ODR Improvement -+3% +7% +10~15％ SiO2 TiO2/SiO2 DBR Al or Ag正装芯片关键技术—电流阻挡层(CBL)P Pad SiO2 ITO Blocking layer(SiO2) N Pad垂直结构芯片Osram Thin-GaN Ge衬底Cree EZBright Thin-film Si衬底Semileds I-core MVPLED Cu合金衬底垂直结构芯片关键技术—衬底转移激光剥离蓝宝石(LLO)垂直结构芯片关键技术—表面粗化功率型GaN-LED技术现状统计截止2011年4月厂商Nichia Cree Lumileds Osram Semileds Epistar 三安 正装、PSS产品特点SiC生长衬底、垂直、Si衬底 薄膜倒装结构（TFFC） 垂直、Ge衬底 垂直、金属衬底 正装、p粗化、PSS 正装、PSS量产100~120lm/W 100~130lm/W 100~120lm/W 100~120lm/W 100~110lm/W 90~120lm/W 100~120lm/W研发183 lm/W 208 lm/W 140 lm/W 136 lm/W 130 lm/W 162lm/W 130 lm/W注：1W功率型LED、冷白光、工作电流350mA功率型GaN-LED技术现状Nichia VSx219A R&D 183lm/W (350mA, 4700K) 图形化衬底，水平结构Epistar V45, HV-LED R&D 162lm/W(47V, 20mA, 5000K) 粗化外延，水平结构，ITOCree EZBright, XLamp R&D 208lm/W(350mA, 4579K) SiC衬底外延，垂直薄膜结构2011-4-28Philips Lumileds Rebel Mass>125lm/W(350mA, 4000K) 薄膜倒装(Thin-film Flip-chip, TFFC)23AlGaInP系芯片发展历程各种AlGaInP芯片结构AS-typeRS-typeTS-typeAlGaInP系大功率产品Lumileds TSOsram RSTaiwan MSAlGaInP系大功率芯片技术Truncated Inverted Pyramid(TIP) Lumileds Buried MircoReflector(BMR) Osram（二）芯片关键参数的评估2011-4-2828芯片评估流程选选尺寸定定规格检检外观测测参数试试品质验验老化输入功率 产品定位 性价比电压 波长 亮度 分档 ……缺陷 沾污 排列 ……规格 公差 K值 ……PR识别 可焊性 推拉力 特性 一致性 ……常规寿测 加速老化 温湿循环 冷热冲击 ……2011-4-2829芯片尺寸S-38 ABMUPChip size: 965 x 965 µm Chip thickness: 150 µm Pad size : 100 µmS-23 CBMUPChip size: 432 x 585 µm Chip thickness: 100 µm Pad size : 85 µmS-45 ABMUPChip size: 1143 x 1143 µm Chip thickness: 150 µm Pad size : 100 µmS-24 ABMUPChip size: 600 x 600 µm Chip thickness: 100 µm Pad size : 100 µmS-50 ABMUPChip size: 1270 x 1270 µm Chip thickness: 150 µm Pad size : 100 µmS-38 BBMUPChip size: 500 x 950 µm Chip thickness: 100 µm Pad size : 100 µm2011-4-2830芯片规格2011-4-2831芯片外观外观OK外观NG 表面划伤外观NG之PSS缺陷 ¾瞬态光电参数良好 ¾老化后漏电严重 ¾老化后VF升高2011-4-2832芯片外观—图形衬底外延缺陷样品 1 2 3 42011-4-28老化前 VF 3.321 3.390 3.401 3.433 IR 0.16 0.16 0.16 0.16 Φv 14.56 17.48 17.75 17.01 Φe 444.2 461.6 462.2 440.6 VF168hrs,700mA老化后 IR 36.33 47.08 45.17 72.06 Φv 14.76 17.12 17.7 16.73 Φe 453.2 456.1 464.5 435.4333.577 3.519 3.601 3.632芯片参数—光强(亮度)发光强度 IV(mcd) 光功率 Φe(mW)wafer probechip probe2011-4-2834芯片品质(可焊性、推拉力)Pad peeling (拔电极)ITO ring peeling (ITO环掉)P电极脱焊(虚焊)9金属黏附性差 9镀膜前污染 9界面层氧化9焊偏or功率过高 9ITO膜层质量差 9外延表面沾污9电极表面沾污 9外延表面过粗糙 9电极受过高温芯片标签光功率与白光光通量芯片厂商 S公司 E公司 B公司芯片种类 正装 正装 正装芯片标签 封装白光 光功率(mW) 光通量(lm) 390 300 308 120 105 117白光K (lm/mW) 0.31 0.35 0.38注：上述芯片均由同一封装厂采用完全相同之材料、形式封装并在同一机台进行测试。
目前，业界尚无芯片光功率量测标准。
各厂标称值转换白光 光通量的K值存在一定差异。
2011-4-2836不同芯片结构类型的封装亮度差异TO固晶 光功率 (mW) 374 TO灌胶 光功率 (mW) 482 封装K 封装白光 光通量 (lm) 142 白光K (lm/mW)芯片外观芯片信息正装结构，PSS， 背镀DBR 垂直薄膜结构， Ag基反射镜，表 面金字塔粗化1.290.383794371.151300.34不同结构芯片的封装取光增加比例不同！ 正装PSS结构>垂直结构?2011-4-2837图形化、粗化芯片的预取光PSS a: 3~5um 封装K: 130~150%p-rough a: 1~2um 封装K: 120~130%Pyramid a: 1um 封装K: 110~120%PQC a: 0.5um 封装K：90~100%9图形化的尺度/周期越精细，芯片预取光率越高 9图形化+薄膜结构的预取光率较高不同反射镜结构的封装亮度差异pad Low-n padReflectivity: %100 80 60 40 20 0 350ITO p-GaN MQW n-GaN sapphire Mirror 正装背镀芯片s-DBR Al Low-n d-DBR AlS-ODR D-ODR400450500550600650700750Wavelength: nmMirror S-ODR D-ODRChip VF 3.41 3.42 IR 0.01 0.01 WLD 457.3 457.6 LOP 352 351 Φv 121.0 128.5White Lamp Tc 5414 5433 Ra 72.0 71.82011-4-2839正装芯片背镀反射镜背镀反射镜对白光通量的影响 9波长反射谱 9角度反射谱Reflectivity: %10080ODR Al600102030405060708090angle角度反射谱芯片发光分布—电流拥挤效应Bond Pad TCL (ITO) P-Cladding I1 Active Region N-Cladding Substrate I2 Bond PadCurrent paths: I1 = I2 =Voltages drop across path I1 & I2 are equal RsTCL = RsN-Cladding芯片发光分布—量测光影像(light-pattern)发光分布不均匀 --N电极布置不够合理发光分布均匀 --PN电极优化布置2011‐4‐2842芯片发光分布(light-pattern)Osram Thin-GaN芯片电流拥挤效应存在于thin-GaN芯片的n电 极和焊盘及其周边。