איך מייצרים שבבי LED?
מבוא: מהו שבב LED? אז מה המאפיינים שלו? המטרה העיקרית של ייצור שבבי LED היא לייצר אלקטרודות מגע אפקטיביות ואמינות עם אוהם נמוך, ולעמוד במפלת המתח הקטנה יחסית בין חומרים הניתנים למגע ולספק רפידות לחץ לחיבור חוטים, תוך פליטת אור רב ככל האפשר. תהליך חציית הסרט משתמש בדרך כלל בשיטת אידוי ואקום. תחת הוואקום הגבוה של 4Pa, החומר נמס על ידי חימום התנגדות או חימום הפצצת קרן אלקטרונים, וה-BZX79C18 הופך לאדי מתכת ומופקד על פני החומר המוליך למחצה בלחץ נמוך.
מהו שבב LED? אז מה המאפיינים שלו? ייצור שבבי LED נועד בעיקר לייצור אלקטרודות מגע אפקטיביות ואמינות עם אוהם נמוך, ויכול לעמוד במפל המתח הקטן יחסית בין חומרים שניתן למגע ולספק רפידות לחץ לחיבור חוטים. הוציאו כמה שיותר אור. תהליך חציית הסרט משתמש בדרך כלל בשיטת אידוי ואקום. תחת הוואקום הגבוה של 4Pa, החומר נמס על ידי חימום התנגדות או חימום הפצצת קרן אלקטרונים, וה-BZX79C18 הופך לאדי מתכת ומופקד על פני החומר המוליך למחצה בלחץ נמוך.
מתכות המגע הנפוצות בשימוש מסוג P כוללות סגסוגות כגון AuBe ו- AuZn, ומתכות המגע בצד N משתמשות לרוב בסגסוגות AuGeNi. שכבת הסגסוגת שנוצרת לאחר הציפוי צריכה גם לחשוף כמה שיותר שטח פולט אור בתהליך הפוטוליתוגרפיה, כך ששכבת הסגסוגת הנותרת תוכל לעמוד בדרישות של אלקטרודות מגע יעילות ואמינות בעלות אוהם נמוכה ורפידות חוטי מליטה. לאחר סיום תהליך הפוטוליתוגרפיה, נדרש תהליך סגסוג, והסגסוג מתבצע בדרך כלל תחת הגנה של H2 או N2. הזמן והטמפרטורה של סגסוגת נקבעים בדרך כלל על ידי גורמים כמו המאפיינים של החומר המוליך למחצה וצורתו של תנור הסגסוג. כמובן שאם תהליך אלקטרודת השבב כגון כחול וירוק מסובך יותר, יש צורך להגביר את צמיחת סרט הפסיבציה, תהליך תחריט פלזמה וכו'.
בתהליך ייצור שבבי LED, לאילו תהליכים יש השפעה חשובה יותר על המאפיינים האופטואלקטרוניים שלו?
באופן כללי, לאחר השלמת ייצור ה-LED, התכונות החשמליות העיקריות שלו הושלמו, וייצור השבבים לא ישנה את אופי הליבה שלו, אך תנאים לא מתאימים במהלך תהליך הציפוי והסגסוג יגרמו לכמה פרמטרים חשמליים להיות גרועים. לדוגמה, אם טמפרטורת הסגסוגת נמוכה מדי או גבוהה מדי, היא תגרום למגע אוהם לקוי. מגע אוהם לקוי הוא הסיבה העיקרית למפלת המתח הגבוהה קדימה VF בייצור שבבים. לאחר החיתוך, אם יבוצע תהליך תחריט כלשהו בקצה השבב, זה יעזור לשפר את הדליפה ההפוכה של השבב. הסיבה לכך היא שלאחר חיתוך עם להב גלגל שיוף יהלום, יישארו יותר פסולת ואבקה על קצה השבב. אם אלה ייצמדו לצומת ה-PN של שבב ה-LED, זה יגרום לדליפה ואף להתמוטטות. בנוסף, אם הפוטורסיסט על פני השבב לא מתקלף בצורה נקייה, זה יגרום לקשיים בהדבקת חוט חזית וריתוך וירטואלי. אם זה הגב, זה גם יגרום לירידת מתח גבוהה. בתהליך ייצור השבבים ניתן לשפר את עוצמת האור על ידי חיספוס המשטח וחלוקתו למבנה טרפז הפוך.
מדוע שבבי LED מחולקים לגדלים שונים? מהן ההשפעות של הגודל על הביצועים הפוטואלקטריים של נוריות LED?
ניתן לחלק את הגודל של שבבי LED לשבבי הספק נמוך, שבבי הספק בינוני ושבבי הספק גבוה בהתאם להספק. על פי דרישות הלקוח, ניתן לחלק אותו לרמת צינור בודד, רמה דיגיטלית, רמת מטריצת נקודות ותאורה דקורטיבית וקטגוריות אחרות. באשר לגודל הספציפי של השבב, זה תלוי ברמת הייצור בפועל של יצרני שבבים שונים, ואין דרישות ספציפיות. כל עוד התהליך עובר, השבב הקטן יכול להגדיל את תפוקת היחידה ולהפחית את העלות, והביצועים האופטואלקטרוניים לא ישתנו מהותית. הזרם המשמש את השבב קשור למעשה לצפיפות הזרם הזורמת דרך השבב. השבב הקטן משתמש בזרם קטן, והשבב הגדול משתמש בזרם גדול. צפיפות הזרם של היחידה שלהם זהה בעצם. בהתחשב בכך שפיזור חום הוא הבעיה העיקרית תחת זרם גבוה, יעילות האור שלו נמוכה מזו של זרם קטן. מצד שני, ככל שהשטח גדל, ההתנגדות בתפזורת של השבב תרד, ולכן המתח קדימה יקטן.
שבבי LED בהספק גבוה מתייחסים בדרך כלל לאיזה אזור של שבבים? למה?
שבבי LED בעלי הספק גבוה המשמשים לאור לבן הם בדרך כלל בסביבות ה-40 מיליון בשוק. ההספק המשמש את מה שנקרא שבבי הספק גבוה מתייחס בדרך כלל להספק חשמלי של יותר מ-1W. מכיוון שהיעילות הקוונטית היא בדרך כלל פחות מ-20 אחוזים, רוב האנרגיה החשמלית תומר לאנרגיית חום, ולכן פיזור החום של שבבים בעלי הספק גבוה חשוב מאוד, והשבב נדרש לשטח גדול יותר.
מהן הדרישות השונות של טכנולוגיית שבבים וציוד עיבוד לייצור חומרים אפיטקסיאליים של GaN בהשוואה ל-GaP, GaAs, InGaAlP? למה?
המצעים של שבבי LED אדום-צהוב רגילים ושבבי אדום-צהוב רבעוני בהירות גבוהה עשויים מחומרים מוליכים למחצה מורכבים כגון GaP ו- GaAs, שבדרך כלל ניתן להפוך אותם למצעים מסוג N. התהליך הרטוב משמש לפוטוליתוגרפיה, ולאחר מכן השבבים נחתכים לשבבים עם להב גלגל אמרי. השבב הכחול-ירוק של חומר GaN משתמש במצע ספיר. מכיוון שמצע הספיר הוא מבודד, לא ניתן להשתמש בו כעמוד של הלד. יש צורך ליצור שתי אלקטרודות P/N על פני השטח האפיטקסיאלי בתהליך התחריט היבש בו-זמנית. גם דרך איזשהו תהליך פסיביות. מכיוון שספיר כל כך קשה, קשה לשבץ עם להב גלגל יהלום. התהליך שלו בדרך כלל יותר ויותר מסובך מאשר נוריות העשויות מחומרי GaP ו- GaAs.
מהו מבנה השבב "אלקטרודה שקופה" ומאפייניו?
האלקטרודה השקופה כביכול חייבת להיות מסוגלת להוליך חשמל, והשנייה היא להיות מסוגלת להעביר אור. חומר זה נמצא כיום בשימוש נרחב יותר בתהליך ייצור הגבישים הנוזליים, שמו הוא אינדיום פח אוקסיד, הקיצור האנגלי ITO, אך לא ניתן להשתמש בו כפד. בעת ביצוע, תחילה צור אלקטרודות אומהיות על פני השבב, לאחר מכן כסה את פני השטח בשכבה של ITO ולאחר מכן צלח שכבה של רפידות על פני השטח של ה-ITO. בדרך זו, הזרם מהמוביל מופץ באופן שווה לכל אלקטרודת מגע אומה דרך שכבת ה-ITO. יחד עם זאת, מכיוון שמקדם השבירה של ITO הוא בין מקדם השבירה של האוויר לחומר האפיטקסיאלי, ניתן להגדיל את זווית תפוקת האור, ולהגדיל גם את שטף האור.
מהו הזרם המרכזי בפיתוח טכנולוגיית השבבים לתאורת מוליכים למחצה?
עם התפתחות טכנולוגיית ה-LED של מוליכים למחצה, הולכים וגדלים היישומים שלה בתחום התאורה, ובמיוחד הופעת נוריות הלד הלבנות שהפכו לנקודה חמה בתאורת מוליכים למחצה. עם זאת, השבבים העיקריים וטכניקות האריזה עדיין צריכות להשתפר, ויש לפתח את השבבים לקראת הספק גבוה, יעילות אור גבוהה ועמידות תרמית מופחתת. הגדלת ההספק פירושה שהזרם המשמש את השבב גדל. הדרך הישירה יותר היא להגדיל את גודל השבב. כעת השבבים בעלי הספק גבוה הם בערך 1 מ"מ × 1 מ"מ, והזרם הוא 350mA. עקב העלייה בזרם, בעיית פיזור החום הפכה לבעיה הבולטת כעת נפתרת בעצם בשיטה של Flip Chip. עם התפתחות טכנולוגיית ה-LED, יישומה בתחום התאורה יעמוד בפני הזדמנויות ואתגרים חסרי תקדים.
מהו "שבב הפוך? איך הוא בנוי? מה היתרונות?
נוריות LED כחולות משתמשות בדרך כלל במצעי Al2O3. מצעי Al2O3 הם בעלי קשיות גבוהה ומוליכות תרמית ומוליכות חשמלית נמוכה. אם נעשה שימוש במבנה חיובי, מצד אחד, זה יביא לבעיות אנטי-סטטיות. נושא חשוב יותר. יחד עם זאת, מכיוון שהאלקטרודה הקדמית פונה כלפי מעלה, חלק מהאור ייחסם, ויעילות האור תפחת. נוריות LED כחולות בעוצמה גבוהה יכולות לקבל תפוקת אור יעילה יותר באמצעות טכנולוגיית Flip-Chip מאשר טכנולוגיית אריזה מסורתית.
שיטת מבנה ה-Flip-Chip המיינסטרים הנוכחית היא להכין תחילה שבב LED כחול בגודל גדול עם אלקטרודות המתאימות לריתוך אוקטי, ובמקביל להכין מצע סיליקון מעט יותר גדול מזה של שבב LED כחול, וליצור זהב לאוטקטי ריתוך עליו. שכבה מוליכה ושכבת חוט עופרת (נקודת חיבור כדור חוט זהב אולטראסאונד). לאחר מכן, שבב ה-LED הכחול בעל הספק גבוה ומצע הסיליקון מרותכים יחד באמצעות ציוד ריתוך אוטקטי.
התכונה של מבנה זה היא שהשכבה האפיטקסיאלית נמצאת במגע ישיר עם מצע הסיליקון, וההתנגדות התרמית של מצע הסיליקון נמוכה בהרבה מזו של מצע הספיר, ולכן בעיית פיזור החום נפתרת היטב. כיוון שמצע הספיר פונה כלפי מעלה לאחר ההיפוך, הוא הופך למשטח פולט האור, והספיר שקוף, כך שגם הבעיה של פליטת האור נפתרת. האמור לעיל הוא הידע הרלוונטי בטכנולוגיית LED. אני מאמין שעם התפתחות המדע והטכנולוגיה, נורות ה-LED העתידיות יהפכו ליעילות יותר ויותר, וחיי השירות ישתפרו מאוד, ויביאו לנו נוחות רבה יותר.
