چیپ های LED چگونه تولید می شوند؟

 

تراشه های LED به طور مستقیم روشنایی، مصرف انرژی و طول عمر یک دستگاه را تعیین می کنندمحصول LED. اما واقعاً چنین تراشه کوچکی چگونه ساخته می شود؟ ویژگی های اصلی آن چیست؟ و کدام مراحل کلیدی در فرآیند تولید بر عملکرد آن تأثیر می گذارد؟ این مقاله منطق تولید تراشه‌های LED، ویژگی‌های اساسی آن‌ها و عوامل مهمی را که بر عملکرد کلی آن‌ها تأثیر می‌گذارد، توضیح می‌دهد.

 

عملکرد اصلی و اهداف ساختتراشه های LED

به زبان ساده، سه هدف اصلی برای تولید یک تراشه LED وجود دارد:

• برای ایجاد -الکترودهای تماسی با مقاومت کم و قابل اعتماد - اساساً "رابط" تراشه.
• برای به حداقل رساندن افت ولتاژ بین الکترودها، اطمینان از راندمان بالاتر و مصرف انرژی کمتر.
• برای ذخیره پدهای اتصال برای اتصالات سیم در حالی که استخراج نور به حداکثر می رسد، زیرا هدف اساسی تراشه انتشار نور است.
• در میان این اهداف، فرآیند رسوب فلز برای الکترودها یک گام اساسی است. یک روش متداول، تبخیر خلاء است.

در این فرآیند، مواد فلزی - یا با گرمایش مقاومتی یا بمباران پرتو الکترونی - در محیطی با خلاء بالا تقریباً 4 Pa ​​گرم می‌شوند. فلز ذوب می‌شود و به بخار تبدیل می‌شود، که سپس به طور یکنواخت روی سطح مواد نیمه‌رسانا رسوب می‌کند و یک لایه فلزی نازک را تشکیل می‌دهد.

 

این لایه فلزی نازک نقش مهمی در تضمین تماس الکتریکی پایدار و عملکرد کلی تراشه ایفا می کند.

 

مراحل کلیدی در تولید تراشه LED: از رسوب فلز تا تراشه نهایی

پس از فرآیند رسوب فلز، ساخت تراشه LED از طریق چندین مرحله حیاتی مانند فوتولیتوگرافی و آلیاژسازی ادامه می یابد. پیچیدگی فرآیند می‌تواند بسته به رنگ تراشه متفاوت باشد{1}برای مثال، تراشه‌های قرمز و زرد معمولاً پیچیدگی کمتری نسبت به تراشه‌های آبی و سبز دارند.

 

1. انتخاب فلز برای رسوب

سطوح مختلف الکترود به مواد فلزی متفاوتی نیاز دارند.

• الکترودهای تماسی نوع P معمولاً از آلیاژهایی مانند AuBe (طلا-بریلیم) یا AuZn (طلا-روی) استفاده می‌کنند.
• الکترودهای تماسی نوع N معمولاً از آلیاژ AuGeNi (طلا-ژرمانیوم-نیکل) استفاده می‌کنند.

 

این انتخاب مواد، هدایت الکتریکی خوب، تماس اهمی پایدار، و{0}}قابلیت اطمینان طولانی مدت الکترودها را تضمین می کند.

 

2. فرآیند فوتولیتوگرافی

پس از رسوب، لایه آلیاژی تشکیل شده روی سطح باید از طریق فتولیتوگرافی عبور کند.

 

این مرحله اساساً یک فرآیند "الگوسازی" دقیق است. هدف این است که تا جایی که ممکن است از ناحیه ساطع کننده نور در معرض دید قرار گیرد و در عین حال مواد آلیاژی را فقط در موارد زیر حفظ کنیم:

 

• الکترودهای تماس الکتریکی
• پدهای اتصال سیم

 

با تعریف دقیق این مناطق، سازندگان اطمینان حاصل می کنند که لایه فلزی خروجی نور را مسدود نمی کند و در عین حال عملکرد الکتریکی عالی را حفظ می کند.

3. فرآیند آلیاژسازی

هنگامی که فوتولیتوگرافی کامل شد، تراشه تحت یک فرآیند آلیاژی قرار می گیرد.

 

این مرحله معمولاً در یک اتمسفر محافظ هیدروژن (H2) یا نیتروژن (N2) برای جلوگیری از اکسیداسیون فلز انجام می شود.

 

هیچ استاندارد جهانی برای دما یا مدت آلیاژ وجود ندارد. این پارامترها تا حد زیادی به موارد زیر بستگی دارد:

• ویژگی های مواد نیمه هادی
• نوع و پیکربندی کوره آلیاژی

 

کنترل مناسب این مرحله بسیار مهم است، زیرا مستقیماً بر مقاومت تماس و پایداری طولانی مدت- تأثیر می گذارد.

 

4. فرآیندهای اضافی برای تراشه های ویژه (آبی و سبز).

برای تراشه های LED آبی و سبز، فرآیند الکترود پیچیده تر می شود. مراحل اضافی مورد نیاز است، از جمله:

• رشد لایه غیرفعال سازی
• اچ پلاسما

 

این فرآیندها عملکرد الکتریکی را بهبود می بخشد، از سطح تراشه محافظت می کند و ثبات و قابلیت اطمینان کلی را بهبود می بخشد.

 

از انتخاب مواد گرفته تا الگوبرداری دقیق و آلیاژسازی کنترل شده، هر مرحله در تولید تراشه LED مستقیماً بر روشنایی، کارایی و طول عمر تأثیر می گذارد. حتی تغییرات کوچک فرآیند می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد نهایی تأثیر بگذارد، به همین دلیل است که تولید تراشه LED هم تجهیزات پیشرفته و هم کنترل دقیق فرآیند را می طلبد.

کدام فرآیندها بر عملکرد اپتوالکترونیکی تأثیر می‌گذارندتراشه های LED?

بسیاری از مردم تصور می کنند که ساخت تراشه به طور کامل عملکرد هسته یک LED را تعیین می کند. در واقعیت، این کاملاً دقیق نیست.

 

مشخصات الکتریکی کلیدی یک LED تا حد زیادی در طول مرحله رشد همپایه-فرایند بالادستی قبل از شروع ساخت تراشه تعریف می‌شود. تولید تراشه عمدتا بر بهینه سازی تمرکز دارد تا اینکه اساساً ویژگی های ذاتی LED را تغییر دهد.

 

با این حال، مدیریت نادرست برخی از مراحل ساخت همچنان می تواند منجر به پارامترهای الکتریکی غیرعادی شود. عوامل خطر اصلی عبارتند از:

 

1. دمای غیر طبیعی آلیاژی

اگر دمای آلیاژ خیلی بالا یا خیلی پایین باشد، می تواند منجر به تماس اهمی ضعیف شود.

 

این دلیل اصلی افزایش ولتاژ رو به جلو (VF) است. هنگامی که VF افزایش می یابد:

• مصرف برق افزایش می یابد
• بازده نوری کاهش می یابد
• عملکرد کلی تراشه کاهش می یابد

 

بنابراین کنترل دقیق دما در طول آلیاژسازی برای حفظ ویژگی های الکتریکی پایدار حیاتی است.

 

2. درمان لبه پس از دیسینگ

در حین خرد کردن تراشه، معمولاً از تیغه سنگ زنی الماس استفاده می شود. پس از برش، زباله های ریز و پودر اغلب در امتداد لبه های تراشه باقی می مانند.

 

اگر این ذرات به اتصال PN-منطقه ساطع کننده نور هسته- تراشه- بچسبند می‌توانند باعث:

• جریان نشتی معکوس
• در موارد شدید، خرابی الکتریکی

 

برای کاهش این خطر، سازندگان اغلب از روش حک کردن لبه‌های حکاکی پس از{0}}استفاده می‌کنند که به طور موثر نشت را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان تراشه را بهبود می‌بخشد.

 

3. حذف ناقص Photoresist

Photoresist در طول فرآیند فوتولیتوگرافی استفاده می شود. اگر بعد از آن به طور کامل حذف نشود، ممکن است چندین مشکل ایجاد شود:

• در سمت جلو: مشکل در اتصال سیم، اتصالات ضعیف، یا لحیم کاری اشتباه-که بر اتصال الکتریکی بین تراشه و مدار خارجی تأثیر می‌گذارد.
• در سمت عقب: افزایش ولتاژ رو به جلو (VF) که بر عملکرد تراشه تأثیر منفی می گذارد.

 

بنابراین تمیز کردن کامل پس از فوتولیتوگرافی برای اطمینان از پایداری الکتریکی و قابلیت اطمینان بسته بندی ضروری است.

نحوه بهبود شدت نور خروجی

اگر هدف افزایش شدت نور باشد، روش‌های بهینه‌سازی ساختاری نسبتاً ساده‌ای وجود دارد:

 

• درمان زبری سطح در طول تولید
• طراحی تراشه در ساختار هرمی کوتاه (معکوس).

 

هر دو روش با اجازه دادن به نور تولید شده داخلی بیشتر برای فرار از سطح تراشه، کارایی استخراج نور را بهبود می بخشند و در نتیجه روشنایی کلی را افزایش می دهند.

 

در حالی که رشد اپیتاکسیال عملکرد اساسی یک LED را تعیین می کند، ساخت تراشه نقش تعیین کننده ای در تنظیم دقیق پایداری الکتریکی، قابلیت اطمینان و راندمان استخراج نور دارد. کنترل دقیق فرآیندهای آلیاژسازی، قطعه قطعه کردن و تمیز کردن، تضمین می کند که تراشه در پتانسیل طراحی شده خود عمل می کند.

 

چرا انجام دهیدتراشه های LEDدر اندازه های مختلف می آیند؟ آیا اندازه بر عملکرد تأثیر می گذارد؟

تراشه‌های LED در اندازه‌های مختلفی در دسترس هستند، که در درجه اول بسته به نیاز برق و سناریوهای کاربردی است. هیچ استاندارد جهانی واحدی برای ابعاد تراشه وجود ندارد. اندازه واقعی تا حد زیادی توسط توانایی تولید سازنده و فناوری فرآیند تعیین می شود.

 

1. منطق پشت طبقه بندی اندازه

اندازه تراشه های LED به طور کلی بر اساس دسته بندی می شوند:

 

بر اساس سطح توان:

• تراشه های- کم مصرف
• تراشه‌های{0} قدرت متوسط
• تراشه‌های-قدرت بالا

 

بر اساس برنامه:

• تراشه‌های سطح نشانگر-(تک-مرگ).
• تراشه‌های درجه نمایش{0}}دیجیتال
• تراشه های نمایش ماتریس نقطه-

 

تراشه های طراحی شده برای نورپردازی تزئینی و سایر مصارف تخصصی. در اصل، انتخاب اندازه تراشه بر اساس نیازهای کاربردی کاربردی به جای یک قانون ثابت صنعتی هدایت می شود.

 

2. آیا اندازه تراشه عملکرد را تعیین می کند؟

بسیاری از مردم تصور می کنند که "هرچه تراشه بزرگتر باشد، عملکرد بهتری دارد." این در واقع یک تصور اشتباه است.

تا زمانی که فرآیند تولید به خوبی کنترل شود، اندازه تراشه خود اساساً عملکرد نوری ذاتی LED را تغییر نمی دهد.

 

در واقع:

• چیپس های کوچکتر می توانند بازده تولید در هر ویفر را افزایش دهند
• بازده بالاتر به کاهش هزینه های کلی تولید کمک می کند
• راندمان هزینه بدون به خطر انداختن عملکرد الکتریکی هسته بهبود می یابد

 

بنابراین، اندازه به تنهایی یک شاخص قابل اعتماد برای کیفیت یا روشنایی نیست.

3. رابطه بین جریان و اتلاف گرما

جریان عملیاتی یک تراشه LED ارتباط نزدیکی با چگالی جریان (جریان در واحد سطح) دارد.

• تراشه های کوچکتر با جریان مطلق کمتر کار می کنند.
• تراشه های بزرگتر با جریان مطلق بالاتر کار می کنند
• با این حال، چگالی جریان آنها به طور کلی مشابه است.

 

با این اوصاف، مدیریت حرارتی برای تراشه‌های بزرگ-به یک مسئله کلیدی تبدیل می‌شود. هنگام کار در جریان های بالا:

 

• اتلاف گرما چالش برانگیزتر می شود.
• راندمان نوری ممکن است در مقایسه با تراشه های کوچکی که در جریان های کمتر کار می کنند، اندکی کاهش یابد

 

از سوی دیگر، تراشه های بزرگتر مزایای الکتریکی خاصی را ارائه می دهند:

• مقاومت توده ای کمتر
• ولتاژ رو به جلو کمی کاهش یافته است
• تلفات برق به طور جزئی کمتر

 

بنابراین در حالی که تراشه‌های بزرگ قدرت بیشتری را تحمل می‌کنند، طراحی حرارتی بهتری نیز برای حفظ کارایی دارند.

 

نتیجه گیری

با پیشرفت مداوم تکنولوژی LED، آنبرنامه های کاربردیدر روشنایی به سرعت گسترش یافته اند. ظهور LED های سفید، به ویژه، پذیرش جریان اصلی روشنایی نیمه هادی را تسریع کرده است.

 

همانطور که فرآیندهای تولید و فناوری‌های مواد در حال بهبود هستند، تراشه‌های LED به سمت زیر تکامل می‌یابند: راندمان بالاتر، مصرف انرژی کمتر، پایداری و قابلیت اطمینان بیشتر. با نگاهی به آینده، فناوری تراشه‌های LED همچنان فرصت‌های جدید را باز می‌کند و در عین حال با چالش‌های جدیدی در صنعت روشنایی جهانی نیز مواجه می‌شود.