ชิป LED ผลิตขึ้นมาได้อย่างไร?

 

ชิป LED จะกำหนดความสว่าง การใช้พลังงาน และอายุการใช้งานของหลอดไฟโดยตรงสินค้าแอลอีดี. แต่จริงๆ แล้วชิปเล็กๆ ดังกล่าวถูกสร้างขึ้นมาได้อย่างไร? ลักษณะสำคัญของมันคืออะไร? และขั้นตอนสำคัญใดในกระบวนการผลิตที่มีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพการทำงาน บทความนี้จะแจกแจงรายละเอียดตรรกะการผลิตชิป LED คุณลักษณะที่สำคัญ และปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวม

 

หน้าที่หลักและวัตถุประสงค์การผลิตของชิป LED

พูดง่ายๆ ก็คือ มีวัตถุประสงค์หลักในการผลิตสามประการสำหรับชิป LED:

• ในการสร้างอิเล็กโทรดหน้าสัมผัสที่มีความต้านทานต่ำ-ที่เชื่อถือได้ - โดยพื้นฐานแล้วคือ "อินเทอร์เฟซ" ของชิป
• เพื่อลดการสูญเสียแรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและการใช้พลังงานที่ลดลง
• เพื่อสำรองแผ่นประสานสำหรับการต่อสายไฟในขณะที่เพิ่มการสกัดแสงให้สูงสุด เนื่องจากวัตถุประสงค์พื้นฐานของชิปคือการเปล่งแสง
• ท่ามกลางวัตถุประสงค์เหล่านี้ กระบวนการสะสมโลหะสำหรับอิเล็กโทรดถือเป็นขั้นตอนพื้นฐาน วิธีการที่ใช้กันทั่วไปคือการระเหยแบบสุญญากาศ

ในกระบวนการนี้ วัสดุโลหะจะถูกให้ความร้อน - โดยการให้ความร้อนด้วยความต้านทานหรือการทิ้งระเบิดด้วยลำแสงอิเล็กตรอน - ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศสูง-ที่ประมาณ 4 Pa ​​โลหะจะละลายและเปลี่ยนเป็นไอ ซึ่งจากนั้นจะเกาะตัวกันบนพื้นผิวของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อย่างสม่ำเสมอ ทำให้เกิดฟิล์มโลหะบาง ๆ

 

ชั้นโลหะบางนี้มีบทบาทสำคัญในการรับประกันหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าที่เสถียรและประสิทธิภาพของชิปโดยรวม

 

ขั้นตอนสำคัญในการผลิตชิป LED: จากการสะสมโลหะไปจนถึงชิปสำเร็จรูป

หลังจากกระบวนการสะสมโลหะ การผลิตชิป LED ยังคงดำเนินต่อไปผ่านขั้นตอนสำคัญหลายประการ เช่น การพิมพ์หินด้วยแสงและการผสม ความซับซ้อนของกระบวนการอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสีของชิป-ตัวอย่างเช่น ชิปสีแดงและสีเหลืองโดยทั่วไปจะซับซ้อนน้อยกว่าชิปสีน้ำเงินและสีเขียว

 

1. การเลือกโลหะสำหรับการสะสม

พื้นผิวอิเล็กโทรดที่แตกต่างกันต้องใช้วัสดุโลหะที่แตกต่างกัน

• อิเล็กโทรดสัมผัสชนิด P- โดยทั่วไปจะใช้โลหะผสม เช่น AuBe (ทอง-เบริลเลียม) หรือ AuZn (ทอง-สังกะสี)
• อิเล็กโทรดสัมผัสชนิด N- โดยทั่วไปจะใช้โลหะผสม AuGeNi (ทอง-เจอร์เมเนียม-นิกเกิล)

 

ตัวเลือกวัสดุเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการนำไฟฟ้าที่ดี หน้าสัมผัสโอห์มมิกที่เสถียร และ-ความน่าเชื่อถือของอิเล็กโทรดในระยะยาว

 

2. กระบวนการถ่ายภาพหิน

หลังจากการสะสม ชั้นโลหะผสมที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวจะต้องผ่านการพิมพ์หินด้วยแสง

 

ขั้นตอนนี้เป็นกระบวนการ "สร้างลวดลาย" ที่แม่นยำ เป้าหมายคือการเปิดเผยพื้นที่-การเปล่งแสงให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยยังคงรักษาวัสดุโลหะผสมไว้เฉพาะในกรณีที่จำเป็นสำหรับ:

 

• อิเล็กโทรดหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า
• แผ่นยึดลวด

 

ด้วยการกำหนดขอบเขตเหล่านี้อย่างรอบคอบ ผู้ผลิตจึงมั่นใจได้ว่าชั้นโลหะจะไม่ปิดกั้นแสงที่ส่งออกไป ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม

3. กระบวนการผสม

เมื่อการพิมพ์หินด้วยแสงเสร็จสิ้น ชิปจะเข้าสู่กระบวนการผสม

 

โดยทั่วไปขั้นตอนนี้จะดำเนินการในบรรยากาศที่มีการป้องกันของไฮโดรเจน (H₂) หรือไนโตรเจน (N₂) เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะ

 

ไม่มีมาตรฐานสากลสำหรับอุณหภูมิหรือระยะเวลาการผสม พารามิเตอร์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับ:

• ลักษณะของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์
• ประเภทและโครงสร้างของเตาหลอม

 

การควบคุมระยะนี้อย่างเหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากจะส่งผลโดยตรงต่อความต้านทานต่อการสัมผัสและความมั่นคงในระยะยาว-

 

4. กระบวนการเพิ่มเติมสำหรับชิปพิเศษ (สีน้ำเงินและสีเขียว)

สำหรับชิป LED สีน้ำเงินและสีเขียว กระบวนการอิเล็กโทรดจะซับซ้อนมากขึ้น จำเป็นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติม ได้แก่:

• การเจริญเติบโตของชั้นทู่
• การแกะสลักด้วยพลาสม่า

 

กระบวนการเหล่านี้เพิ่มประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ปกป้องพื้นผิวชิป และปรับปรุงความเสถียรและความน่าเชื่อถือโดยรวม

 

ตั้งแต่การเลือกวัสดุไปจนถึงการสร้างลวดลายที่แม่นยำและการควบคุมโลหะผสม ทุกขั้นตอนในการผลิตชิป LED มีอิทธิพลโดยตรงต่อความสว่าง ประสิทธิภาพ และอายุการใช้งาน แม้แต่ความแปรผันของกระบวนการเพียงเล็กน้อยก็อาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการผลิตชิป LED จึงต้องการทั้งอุปกรณ์ขั้นสูงและการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวด

กระบวนการใดที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของออปโตอิเล็กทรอนิกส์ชิป LED?

หลายๆ คนสันนิษฐานว่าการผลิตชิปเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพหลักของ LED โดยสิ้นเชิง ในความเป็นจริงนั่นไม่ถูกต้องทั้งหมด

 

คุณลักษณะทางไฟฟ้าที่สำคัญของ LED ได้รับการกำหนดไว้เป็นส่วนใหญ่ในระหว่างระยะการเติบโตแบบเอปิแทกเซียล-ซึ่งเป็นกระบวนการต้นทางก่อนที่การผลิตชิปจะเริ่มต้นขึ้น การผลิตชิปมุ่งเน้นไปที่การปรับให้เหมาะสมที่สุดมากกว่าการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติที่แท้จริงของ LED โดยพื้นฐาน

 

อย่างไรก็ตาม การจัดการขั้นตอนการผลิตบางอย่างอย่างไม่เหมาะสมยังสามารถนำไปสู่พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่ผิดปกติได้ ปัจจัยเสี่ยงหลัก ได้แก่ :

 

1. อุณหภูมิการผสมผิดปกติ

หากอุณหภูมิการผสมสูงหรือต่ำเกินไป อาจส่งผลให้การสัมผัสโอห์มมิกไม่ดี

 

นี่เป็นสาเหตุหลักของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า (VF) สูง เมื่อ VF เพิ่มขึ้น:

• การใช้พลังงานเพิ่มขึ้น
• ประสิทธิภาพการส่องสว่างลดลง
• ประสิทธิภาพของชิปโดยรวมลดลง

 

การควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำในระหว่างการผสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาคุณลักษณะทางไฟฟ้าให้คงที่

 

2. การรักษาขอบหลังจากการหั่นสี่เหลี่ยมลูกเต๋า

ในระหว่างการหั่นลูกเต๋า โดยทั่วไปจะใช้ใบเจียรเพชร หลังจากการตัด เศษและผงละเอียดมักจะยังคงอยู่ตามขอบเศษ

 

หากอนุภาคเหล่านี้เกาะติดกับจุดเชื่อมต่อ PN-แสงหลัก-บริเวณที่เปล่งแสงของชิป- อนุภาคเหล่านี้อาจทำให้เกิด:

• กระแสไฟรั่วย้อนกลับ
• ในกรณีที่รุนแรงไฟฟ้าขัดข้อง

 

เพื่อลดความเสี่ยงนี้ ผู้ผลิตมักจะใช้การกัดขอบแบบลูกเต๋าหลัง- ซึ่งช่วยลดการรั่วไหลได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงความน่าเชื่อถือของชิป

 

3. การกำจัดโฟโตรีซิสที่ไม่สมบูรณ์

Photoresist ถูกใช้ในระหว่างกระบวนการถ่ายภาพด้วยแสง หากไม่ได้ลบออกทั้งหมดหลังจากนั้น อาจเกิดปัญหาหลายประการ:

• ที่ด้านหน้า: ความยากในการต่อสายไฟ การยึดติดแบบอ่อน หรือการบัดกรีปลอม-ซึ่งส่งผลต่อการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชิปและวงจรภายนอก
• ที่ด้านหลัง: เพิ่มแรงดันไปข้างหน้า (VF) ซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของชิป

 

การทำความสะอาดอย่างละเอียดหลังการพิมพ์หินด้วยแสงจึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจทั้งเสถียรภาพทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์

วิธีการปรับปรุงความเข้มของแสงที่ส่งออก

หากเป้าหมายคือการเพิ่มความเข้มของการส่องสว่าง มีวิธีการปรับโครงสร้างให้เหมาะสมที่ค่อนข้างตรงไปตรงมา:

 

• การรักษาพื้นผิวหยาบระหว่างการผลิต
• การออกแบบชิปในโครงสร้างปิรามิดที่ถูกตัดทอน (กลับหัว)

 

ทั้งสองวิธีปรับปรุงประสิทธิภาพการแยกแสงโดยปล่อยให้แสงที่สร้างขึ้นภายในหลุดออกจากพื้นผิวชิปมากขึ้น ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความสว่างโดยรวม

 

แม้ว่าการเติบโตของส่วนนอกจะกำหนดประสิทธิภาพพื้นฐานของ LED แต่การผลิตชิปก็มีบทบาทสำคัญใน-การปรับแต่งเสถียรภาพทางไฟฟ้า ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพการแยกแสงอย่างละเอียด การควบคุมกระบวนการผสม การหั่นลูกเต๋า และการทำความสะอาดอย่างระมัดระวัง ช่วยให้มั่นใจได้ว่าชิปจะทำงานตามศักยภาพที่ออกแบบไว้

 

ทำไมต้องทำชิป LEDมาในขนาดที่แตกต่างกัน? ขนาดส่งผลต่อประสิทธิภาพหรือไม่?

ชิป LED มีจำหน่ายหลายขนาด ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงานและสถานการณ์การใช้งานเป็นหลัก ไม่มีมาตรฐานสากลเดียวสำหรับขนาดชิป ขนาดจริงจะขึ้นอยู่กับความสามารถในการผลิตและเทคโนโลยีกระบวนการของผู้ผลิตเป็นส่วนใหญ่

 

1. ตรรกะเบื้องหลังการจำแนกขนาด

โดยทั่วไปขนาดชิป LED จะแบ่งตาม:

 

ตามระดับพลังงาน:

• ชิปพลังงานต่ำ-
• ชิปส่งกำลังระดับกลาง-
• ชิปกำลังสูง-

 

ตามใบสมัคร:

• ชิปตัวบ่งชี้-ระดับ (ตัวเดียว-)
• ชิปเกรดจอแสดงผลดิจิทัล-
• ชิปแสดงผลดอท-เมทริกซ์

 

ชิปที่ออกแบบมาสำหรับไฟตกแต่งและการใช้งานเฉพาะอื่นๆ โดยพื้นฐานแล้ว การเลือกขนาดชิปนั้นขับเคลื่อนโดยความต้องการใช้งานจริงมากกว่ากฎเกณฑ์ทางอุตสาหกรรมที่ตายตัว

 

2. ขนาดชิปเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพหรือไม่

หลายๆ คนคิดว่า "ยิ่งชิปใหญ่ ประสิทธิภาพก็จะยิ่งดีขึ้น" นี่เป็นความเข้าใจผิดจริงๆ

ตราบใดที่กระบวนการผลิตได้รับการควบคุมอย่างดี ขนาดชิปเองก็ไม่ได้เปลี่ยนประสิทธิภาพออปโตอิเล็กทรอนิกส์ภายในของ LED โดยพื้นฐาน

 

ในความเป็นจริง:

• ชิปขนาดเล็กสามารถเพิ่มผลผลิตต่อเวเฟอร์ได้
• ผลผลิตที่สูงขึ้นช่วยลดต้นทุนการผลิตโดยรวม
• ประสิทธิภาพด้านต้นทุนดีขึ้นโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าหลัก

 

ดังนั้นขนาดเพียงอย่างเดียวจึงไม่ใช่ตัวบ่งชี้คุณภาพหรือความสว่างที่เชื่อถือได้

3. ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและการกระจายความร้อน

กระแสไฟในการทำงานของชิป LED มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความหนาแน่นกระแส (กระแสต่อหน่วยพื้นที่)

• ชิปขนาดเล็กทำงานที่กระแสไฟฟ้าสัมบูรณ์ที่ต่ำกว่า
• ชิปขนาดใหญ่ทำงานที่กระแสไฟฟ้าสัมบูรณ์ที่สูงขึ้น
• อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นกระแสโดยทั่วไปจะใกล้เคียงกัน

 

อย่างไรก็ตาม การจัดการระบายความร้อนกลายเป็นประเด็นสำคัญสำหรับชิปพลังงานสูง-ขนาดใหญ่ เมื่อใช้งานที่กระแสสูง:

 

• การกระจายความร้อนมีความท้าทายมากขึ้น
• ประสิทธิภาพการส่องสว่างอาจลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับชิปขนาดเล็กที่ทำงานที่กระแสไฟต่ำกว่า

 

ในทางกลับกัน ชิปที่มีขนาดใหญ่กว่าจะมีข้อดีทางไฟฟ้าบางประการ:

• ความต้านทานเป็นกลุ่มลดลง
• ลดแรงดันไปข้างหน้าเล็กน้อย
• การสูญเสียพลังงานลดลงเล็กน้อย

 

ดังนั้นแม้ว่าชิปขนาดใหญ่จะจัดการพลังงานได้สูงกว่า แต่ก็ยังต้องการการออกแบบระบายความร้อนที่ดีกว่าเพื่อรักษาประสิทธิภาพไว้

 

บทสรุป

ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี LEDการใช้งานในด้านแสงสว่างได้ขยายตัวอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเกิดขึ้นของไฟ LED สีขาว ได้เร่งการนำระบบไฟส่องสว่างแบบเซมิคอนดักเตอร์มาใช้กระแสหลักมากขึ้น

 

ในขณะที่กระบวนการผลิตและเทคโนโลยีวัสดุมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ชิป LED กำลังพัฒนาไปสู่: ประสิทธิภาพสูงขึ้น ใช้พลังงานน้อยลง มีเสถียรภาพและความน่าเชื่อถือมากขึ้น เมื่อมองไปข้างหน้า เทคโนโลยีชิป LED จะยังคงปลดล็อกโอกาสใหม่ ๆ ขณะเดียวกันก็เผชิญกับความท้าทายใหม่ ๆ ในอุตสาหกรรมแสงสว่างทั่วโลก