Recentemente, com o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a aplicação da tecnologia LED na área de iluminação e exibição tornou-se cada vez mais abrangente. Como componente central da tecnologia LED, o processo de fabricação e as características de desempenho dos chips de LED têm atraído muita atenção.
O principal objetivo da fabricação de chips de LED é criar um eletrodo de contato de baixa ôhmica eficaz e confiável, garantir que a queda de tensão entre os materiais de contato seja pequena e fornecer uma almofada de ligação de fios adequada, maximizando a eficiência da saída de luz. O processo de revestimento utiliza principalmente a evaporação a vácuo. Em um ambiente de alto vácuo de 4 Pa, o material é fundido por aquecimento por resistência ou aquecimento por bombardeamento de feixe de elétrons. Em seguida, sob baixa pressão, o material se transforma em vapor metálico e é depositado na superfície do material semicondutor. Normalmente, AuBe, AuZn e outras ligas são usadas para metais de contato do tipo P, e ligas de AuGeNi são frequentemente usadas para metais de contato do lado N. A camada de liga formada pelo revestimento precisa ser submetida a um processo de fotolitografia para expor o máximo possível da área emissora de luz, de modo que a camada de liga restante atenda aos requisitos de eletrodos de contato de baixa ôhmica e almofadas de ligação de fios. Após a conclusão do processo de fotolitografia, é necessário o processo de liga, que geralmente é realizado sob a proteção de H2 ou N2. O tempo e a temperatura de liga são determinados de acordo com fatores como as características do material semicondutor e o formato do forno de liga. Se o processo de eletrodo de cavaco, como o azul-esverdeado, estiver envolvido, processos mais complexos, como crescimento de película de passivação e corrosão por plasma, precisam ser adicionados.
No processo de fabricação de chips de LED, múltiplos elos têm um impacto significativo em seu desempenho optoeletrônico. De modo geral, após a conclusão da produção epitaxial do LED, as principais propriedades elétricas estão basicamente finalizadas. Embora a fabricação do chip não altere sua natureza central, condições inadequadas durante o processo de revestimento e liga levarão a alguns parâmetros elétricos ruins. Por exemplo, se a temperatura da liga for muito alta ou muito baixa, isso causará contato ôhmico ruim, que é a principal razão para a alta queda de tensão direta (VF) na fabricação do chip. Após o corte, a borda do chip é corroída para ajudar a melhorar o vazamento reverso do chip. Isso ocorre porque, após o corte da lâmina do rebolo diamantado, uma grande quantidade de pó de detritos permanecerá na borda do chip. Se esses detritos grudarem na junção PN do chip de LED, é fácil causar vazamento ou até mesmo quebra. Além disso, se o fotorresiste na superfície do chip não for removido de forma limpa, isso levará a problemas como dificuldade na soldagem dos fios na parte frontal e na soldagem a frio, e causará alta queda de tensão na parte traseira. No processo de produção de chips, a intensidade da luz pode ser efetivamente melhorada tornando a superfície áspera e dividindo-a em uma estrutura trapezoidal invertida.
Os chips de LED são divididos em chips de baixa, média e alta potência, de acordo com a potência, e podem ser divididos em categorias de tubo único, digital, matricial e iluminação decorativa, de acordo com as necessidades do cliente. O tamanho específico do chip depende do nível real de produção dos diferentes fabricantes de chips, e não há um padrão unificado. Desde que o processo atenda ao padrão, chips menores podem aumentar a produção da unidade e reduzir custos, e o desempenho optoeletrônico não mudará fundamentalmente. A corrente operacional do chip está relacionada à densidade de corrente que flui através do chip. Quanto menor o chip, menor a corrente operacional, e quanto maior o chip, maior a corrente operacional, e a densidade de corrente da unidade é basicamente semelhante. Considerando que a dissipação de calor é uma questão fundamental em alta corrente, a eficiência luminosa dos chips de alta potência é menor do que a de baixa corrente. Por outro lado, devido ao aumento da área do chip e à diminuição da resistência do corpo, a tensão de condução direta diminuirá.
A área dos chips de LED de alta potência comuns usados para luz branca no mercado é geralmente em torno de 40 mil. O chamado chip de alta potência geralmente se refere a uma potência elétrica superior a 1 W. Como a eficiência quântica é geralmente inferior a 20%, a maior parte da energia elétrica será convertida em energia térmica, portanto, a dissipação de calor dos chips de alta potência é extremamente importante, o que exige que o chip tenha uma área maior.
O processo de chip e o equipamento de processamento para a fabricação de materiais epitaxiais de GaN são significativamente diferentes daqueles de GaP, GaAs e InGaAlP. Os substratos de chips vermelhos e amarelos comuns de LED e chips vermelhos e amarelos de quatro elementos de alto brilho usam materiais semicondutores compostos, como GaP e GaAs. Eles geralmente podem ser transformados em substratos do tipo N, que são processados fotolitograficamente por processos úmidos e, finalmente, cortados em chips com lâminas de diamante. O chip azul-esverdeado de material de GaN usa um substrato de safira. Devido ao seu isolamento, ele não pode ser usado como um polo do LED. É necessário fazer dois eletrodos P/N na superfície epitaxial ao mesmo tempo por meio de um processo de corrosão a seco, e alguns processos de passivação também são necessários. Como a safira é dura, é difícil cortá-la em chips com lâminas de diamante, e seu processo é mais complicado do que o de LEDs feitos de materiais GaP e GaAs.
Os chips com eletrodo transparente possuem estruturas e características únicas. O chamado eletrodo transparente deve possuir duas propriedades: condutividade e transmissão de luz. Atualmente, o óxido de índio e estanho (ITO) é amplamente utilizado no processo de produção de cristais líquidos, mas não pode ser usado como almofada de solda. Ao fabricá-lo, é necessário primeiro criar um eletrodo ôhmico na superfície do chip, cobri-lo com uma camada de ITO e, em seguida, aplicar uma almofada de solda na superfície do ITO. Dessa forma, a corrente proveniente do terminal pode ser distribuída uniformemente para cada eletrodo de contato ôhmico através da camada de ITO. Ao mesmo tempo, o índice de refração do ITO está entre o índice de refração do ar e do material epitaxial, o que pode aumentar o ângulo de saída da luz e o fluxo luminoso.
Com o desenvolvimento da tecnologia LED semicondutora, a aplicação de iluminação, especialmente LED de luz branca, tornou-se um ponto de interesse, mas a tecnologia de chip e encapsulamento ainda precisa ser aprimorada. Em termos de chips, o futuro será voltado para alta potência, alta eficiência luminosa e redução da resistência térmica. Aumentar a potência significa aumentar a corrente utilizada pelo chip. A maneira mais direta é aumentar o tamanho do chip. O tamanho do chip de alta potência atualmente comum é de cerca de 1 mm x 1 mm, e a corrente utilizada é de cerca de 350 mA. Devido ao aumento da corrente utilizada, o problema da dissipação de calor tornou-se mais proeminente. Agora, o método de inversão de chip basicamente resolveu esse problema.
Os LEDs azuis geralmente usam substratos de Al2O3, que possuem alta dureza e baixa condutividade térmica e elétrica. Se uma estrutura positiva for usada, não só haverá problemas antiestáticos, mas também a dissipação de calor se tornará um grande problema em condições de alta corrente. Ao mesmo tempo, como o eletrodo frontal está voltado para cima, ele bloqueará parte da luz e reduzirá a eficiência luminosa. Os LEDs azuis de alta potência podem obter uma saída de luz mais eficaz por meio da tecnologia flip-chip em comparação com a tecnologia de encapsulamento tradicional. O processo de fabricação da estrutura flip-chip convencional é: primeiro, prepare um chip de LED azul de grande porte com eletrodos adequados para soldagem eutética e, ao mesmo tempo, prepare um substrato de silício ligeiramente maior que o chip de LED azul e faça uma camada condutora de ouro e uma camada de fio de chumbo (junta de solda de esfera de fio de ouro ultrassônica) para soldagem eutética. Em seguida, use equipamento de soldagem eutética para soldar o chip de LED azul de alta potência ao substrato de silício. Nesta estrutura, a camada epitaxial está em contato direto com o substrato de silício, e a resistência térmica do substrato de silício é muito menor do que a do substrato de safira, o que resolve efetivamente o problema de dissipação de calor. Após a inversão, o substrato de safira fica voltado para cima, tornando-se a superfície emissora de luz. Devido à sua transparência, o problema de emissão de luz também é resolvido.
Especialistas do setor disseram que, com o avanço contínuo da ciência e da tecnologia, a tecnologia de chips de LED continuará a inovar, e espera-se que as futuras lâmpadas de LED façam grandes avanços em alta eficiência e longa vida útil, trazendo mais conveniência para a vida das pessoas.