有关LED的讲座-王院长 PPT课件VIP

2020 4 7 系列讲座 LED LED产业关键技术及最新进展 五邑大学应用物理与材料学院王院0750 3296400 2020 4 7 系列讲座 LED 一 二 主要内容 四 半导体绿色照明关键技术现状 LED产业最新进展 2020 4 7 系列讲座 LED 一半导体绿色照明关键技术现状 半导体绿色照明与LED的概念LED产业背景及产业链国内外扶持LED产业的政策和现状 固体 态 照明 SolidStateLighting 照明技术 在可见光光谱范围 380nm 780nm 内作为阳光替代品的技术 能源问题越来越严重办法 开源 节流 1 半导体绿色照明与LED的概念 半导体 Semiconductor 绿色照明 GreenLighting 2020 4 7 系列讲座 LED 城市照明是现代化的重要标志之一 目前世界上的电能五分之一用于照明 2020 4 7 系列讲座 LED 照明要使用多少能源 中国使用的电力约1 65万亿度 2002 1 91万亿度 2003 2 19万亿度 2004 其中照明用电约2 6千亿度 2020年我国的电力需求为4 6万亿千瓦时 其中年照明用电量约占总发电量的15 为6 9千亿度 8个三峡的总量 三峡装机容量980万千瓦 一年不停机 可发电0 86千亿度 2020 4 7 系列讲座 LED LED仅使用传统照明1 10的电力LED是目前照明灯具10倍以上的寿命 10年 白光LED商品化 固态照明 照明技术的革命 中村修二 2020 4 7 系列讲座 LED 固体发光过程激发吸收发光 能量转换 能量输运 能量传递 2020 4 7 系列讲座 LED LED LightEmittingDiode 发光二极管 是一种固态的半导体器件 它可以直接把电转化为光 LED的心脏 是一个半导体的晶片 晶片的一端附在一个支架上 一端是负极 另一端连接电源的正极 使整个晶片被环氧树脂封装起来 主要材料 二元芯片 GaP 三元芯片 GaAsP 四元芯片 InGaAlP 蓝 绿芯片 InGaN 白光芯片 InGaN 荧光粉 1 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2 发光二极管的工作原理 半导体晶片由两部分组成 一部分是P型半导体 在它里面空穴占主导地位 另一端是N型半导体 在这边主要是电子 这两种半导体连接起来的时候 它们之间就会形成一个结区 叫 P N结 当电流通过导线作用于这个晶片的时候 电子就会被推向P区 在P区里电子跟空穴复合 然后就会以光子的形式发出能量 发射光子 2020 4 7 系列讲座 LED 发光二极管是由半导体材 所制成的发光元件 元件具有两个电极 在两电极间加上顺向电压 通入极小的电 经由电子空穴的结合可将剩余能 以光的形式激发释出 此即LED的基本发光原 如图示 2020 4 7 系列讲座 LED 3 按光分类的LED 一般亮度 短波長紅外光 高亮度 長波長紅外光 可見光 不可見光 LED 波長450 780nm 光波長850 1550nm 850 950nm 950 1550nm 目前LED的发展以高亮度白光LED为主流 2020 4 7 系列讲座 LED 4 LED 芯片 灯的颜色 二极管晶圆制造过程中所添加的金属元素不同 成分比例不同 发出的光波长不同 460nm发蓝光 520nm发绿光 570nm发黄光 630nm发红光 蓝光及绿光价格较高 每一颗蓝绿光的LED晶片都是在蓝宝石基片上制成 2020 4 7 系列讲座 LED 如何发出白光呢 LED只能发出蓝 绿 黄 红四种颜色的光 要发出白光需要用互补原理产生白光目前采用蓝光芯片激发黄色 YAGyttriumaluminumgarnet钇铝柘榴石 荧光粉来制造 专利被日本 日亚 绑住 白光价钱最高 色坐标 2020 4 7 系列讲座 LED 5 LED灯的寿命 LED灯的寿命在100000小时以上 环境温度高于80度会显著减低使用寿命 LED有正负极性分别 如果正负极接错点亮可能会造成LED灯泡烧毁 使用电压过高或是电流过大 LED会产生逆向电流造成二极体雪崩而烧毁 2020 4 7 系列讲座 LED 缺点 I 热影响较大J 具有衰减性K 易受静电损伤 6 LED的基本特点 a 体积小b 寿命长c 驱动电压低d 耗电量低e 反应速率快f 耐震性好g 单色性佳h 无污染 优点 2020 4 7 系列讲座 LED A 指示灯B 汽车光源C 交通信号灯D 显示看板E 背光源 7 LED的应用范围 F 特殊光源G 普通灯饰H 激光唱机I 光通信K 农业 渔业 2 LED产业背景及产业链 1 LED产业背景 芯片 封装 应用 2020 4 7 系列讲座 LED 2 LED的产业链 上游 外延片生产中游 芯片制造 芯片封装下游 LED应用 2020 4 7 系列讲座 LED 外延工艺 衬底结构设计缓冲层生长N型层生长发光层生长P型层生长退火检测外延片芯片工艺 外延片设计 加工掩模版光刻离子刻蚀N型电极P型电极划片分检包装封装工艺 扩晶固晶烘烤焊线封胶前切脚排测后切脚测试包装 2020 4 7 系列讲座 LED 常见几种芯片 目前是以蓝光LED为主 未来厂商要走向白光LED以及 可 光LED几个方面发展 高功 紫外光 InGaN LED 高 蓝绿光 InGaN 绿光LED 单一半导体型白光 InGaN LED 2020 4 7 系列讲座 LED 各種白色光源特性比較 2020 4 7 系列讲座 LED Year2007Mid HB LED SSL主要应用示例及演进趋势 2020 4 7 系列讲座 LED 白光应用发展趋势 2020 4 7 系列讲座 LED LED及SSL半导体照明全球知名企业 2020 4 7 系列讲座 LED 三 4 LED产品应用图例 建筑景观装饰显示屏背光源交通信号指示汽车照明等 2020 4 7 系列讲座 LED 功率型LED制造的上海通用别克君威概念车灯 跑车试验 LED车灯在汽车上的广泛使用 2020 4 7 系列讲座 LED LED景观照明与显示 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 白色LED照明灯 地砖灯 礼品灯 手电筒 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 太阳能LED庭院景观 LV饭店 日本企业公司 2020 4 7 系列讲座 LED 道路安全警示 太阳能交通信号 太阳能LED路灯 2020 4 7 系列讲座 LED LED灯条 2020 4 7 系列讲座 LED 3 国内外扶持LED产业的政策和现状 2020 4 7 系列讲座 LED 1 各国和地区政府计划 日本 21世纪光计划 美国 国家半导体照明研究计划 估计10年后相关产业将达500亿美元欧盟 彩虹计划 韩国 GaN半导体开发计划 我国台湾地区 次世代照明光源开发计划 2003年6月启动 国家半导体照明工程 科技部 信息产业部等8个部门和16家地方政府参与 15家研究机构和50多家企业 2020 4 7 系列讲座 LED LED产业是世界未来20年内最具有发展前景的朝阳产业 2009世界总产值约为540亿美元 2010年超过700亿美元 中国LED产业总值大约占世界的33 2010年1260亿 台湾的LED产产值2009就接近90亿美元 中国政府把发展LED绿色光源产业作为国家重大发展战略 广东省 广东2010年853亿 67 7 也把半导体LED绿色照明产业作为政府十二五规划的重要内容 并在政策 资金 项目等多方面将给与大力扶持 2 国内外LED产业现状 2020 4 7 系列讲座 LED 世界LED产业分布 2020 4 7 系列讲座 LED 世界主要LED企业 2020 4 7 系列讲座 LED 国家的几个主要LED产业基地 2020 4 7 系列讲座 LED 中国大陆的LED重点企业 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 20101月24日 由中国电子技术标准化研究所 工业和信息化部半导体照明技术标准化工作组等联合主办的2010年全国半导体照明电子行业标准发布及宣传贯彻大会在广东省江门市召开 标志着我国LED产业发展进入一个新的历史时期 后续又有部分标准出台 新出台的9项国家标准 半导体光电子器件功率发光二极管空白详细规范 半导体发光二极管测试方法 氮化镓基发光二极管用蓝宝石衬底片 半导体发光二极管用荧光粉 功率半导体发光二极管芯片技术规范 半导体发光二极管芯片测试方法 半导体光电子器件小功率发光二极管空白详细规范 半导体发光二极管产品系列型谱 LED照明名词术语 3 LED标准 2020 4 7 系列讲座 LED 二 LED制造关键技术最新进展 2020 4 7 系列讲座 LED 1 3 主要内容 4 LED芯片的制造技术概括 LED芯片封装制造工艺概括 LED应用产品开发技术概括 LED应用产品的类型和市场 LED应用开发对产业发展的影响 2 2020 4 7 系列讲座 LED 1 LED芯片的制造技术概括 LED外延设备LED芯片制造设备LED芯片结构 2020 4 7 系列讲座 LED LED芯片工艺流程图 2020 4 7 系列讲座 LED 1 LED芯片外延设备 2020 4 7 系列讲座 LED 磊晶设备MOCVD主要品牌 MOCVD MetalOrganicChemicalVaporDeposition 金属有机化学气相沉积 2020 4 7 系列讲座 LED 30 x2System glovebox vacuumpump atrear inside reactor heater gasmixingsystem electroniccontrolrack 2020 4 7 系列讲座 LED LED产业链条的上游部分 外延片的制程 外延片的生成制作过程非常复杂 Al2O3衬底放入外延炉 通入 族金属元素的烷基化合物 甲基或乙基化物 蒸汽与非金属 或 族金属元素 的氢化物 或烷基物 气体 在高温下 发生热解发应 生成 或 族化合物沉积在衬底上 生长出厚度为几微米的化合物半导体外延层 长有外延层的GaN片也就是常称的外延片 长完外延片 对外延片做测试 符合要求的就是良品 其余为不良品 电压偏差很大 波长偏短或偏长等 2020 4 7 系列讲座 LED MOCVD内部反应过程 族的 CH3 3Ga TMGa 三甲基镓 CH3 3In TMIn 三甲基铟 等 与 族特殊气体如 AsH3 arsine 砷化氢 PH3 phosphine 磷化氢 NH3等 通过特殊载体气流送到高温的GaAs晶片 人造蓝宝石等晶片上 在Reactor反应器內的高温下 這些材料发生化学反应 並使反应物沉积在晶片上 而得到磊晶片上形成一层半导体结晶膜 MOCVD反應原理 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED Recipe 处方 MOCVD设备 磊晶結果 基本化学反应式 四元TMGa g AsH3 g GaAs s CH4 g 蓝光TMGa g NH3 g GaN s CH4 g N2 g H2 g 2020 4 7 系列讲座 LED MOCVD设备及其系統 反应腔Reactor 气体传输系統gasmixingsystem 电控系統E Controlunit Coolingunit Heaterunit Temp controlunit Pressurecontrolunit Glovebox 后端管路抽气系統ExhaustsystemFilterButterflyvalveVacuumPump gassupply power Controlcomputer PLC SLC Safetycontrolsystem Coolingsupply 气体探测器 2020 4 7 系列讲座 LED MOCVD薄膜生长过程 incorporationandgrowth wafersurface gasphase 2020 4 7 系列讲座 LED MOCVD生长质量判别 Thicknessuniformity厚度均匀性Compositionuniformity成份均匀性Dopingconcentrationuniformity浓度Cleanwafersurface晶片表面清洁Onwaferuniformity晶片均匀性Wafertowaferuniformity晶片无差异Runtorunstability reproducibility可重复性 Lessmaintenance highthrough put高产出 2020 4 7 系列讲座 LED 2 LED芯片的制备 2020 4 7 系列讲座 LED 芯片制程 一 芯片前段制程1 化学区清洗和湿法刻蚀制程 用化学药品对晶片进行有机物和其它颗粒的去除 以及有些膜层的化学腐蚀2 蒸镀和干法蚀刻制程 在晶片上制作可以导入电流的引线电极 3 黄光室制程 利用光刻胶的特性把图形转移到晶片上 二 芯片后段制程点测 将每个LED器件的特性进行量测 VfIv dIr 研磨切割 2 外延片约切割成20 000个至50 000个LED器件分类 将特性一样的LED器件分成同一类目检 将外观异常的LED器件挑除 2020 4 7 系列讲座 LED 主要设备 MOCVD 有机气相外延设备 ICP RIE 电感偶合等离子刻蚀机 PECVD 等离子薄膜沉积设备 高精度曝光机等离子薄膜蒸發台高精度激光划片机研磨机 2020 4 7 系列讲座 LED ICP RIE 电感耦合反应等离子刻蚀机 2020 4 7 系列讲座 LED PECVD 2020 4 7 系列讲座 LED 高精度曝光机 2020 4 7 系列讲座 LED 等离子薄膜蒸发台 2020 4 7 系列讲座 LED 各种大宗气体设备 除MOCVD等设备外 还配备有生产所需的各种大宗气体设备 如氮气 氨气 氢气等等 2020 4 7 系列讲座 LED 等离子薄膜車間PECVD 研磨切割車間 2020 4 7 系列讲座 LED 3 发光二极管及芯片基本结构 球透镜 环氧树脂 P层 有源层 N层 发光区 a 正面发光型 微透镜 P型限制层 有源层 波导层 N型限制层 b 侧面发光型 2020 4 7 系列讲座 LED 提高白光芯片光效的方法 专利保护的背反射镜的示意图 2020 4 7 系列讲座 LED 1产品封装结构类型2引脚式封装3表面贴装封装4功率型封装 led光谱 2 LED芯片封装制造工艺概括 2020 4 7 75 LED封装形式 LED封装形式可以说是五花八门 根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸 散热对策和出光效果 LED按封装形式分类有Lamp LED TOP LED Side LED SMD LED High Power LED等 LED封装任务 是将外引线连接到LED芯片的电极上 同时保护好LED芯片 并且起到提高光取出效率的作用 关键工序有装架 压焊 封装 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED LED封装设备 全自动固晶机 全自动焊线机 2020 4 7 系列讲座 LED 多晶圆环固晶机 全自动焊线机 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 全自动贴片机 2020 4 7 系列讲座 LED 全自动回流焊机 点胶机 2020 4 7 系列讲座 LED 3 LED应用产品开发技术概括 1 LED产品应用的种类 2 LED产品开发应用中的几大技术难题 3 LED产品开发的新技术应用 2020 4 7 84 1 LED产品封装类型 1 直插式LED产品的封装2 数码管类产品的封装3 大功率LED产品的封装 2020 4 7 85 LED封装的种类 2020 4 7 86 LED构造 2020 4 7 87 2020 4 7 88 SMDLED生产流程 2020 4 7 89 数码管LED生产流程 2020 4 7 90 2020 4 7 91 LED封装的主要技术工艺 1 固晶工艺 2 焊线工艺 3 调胶工艺 4 胶封工艺 5 调色工艺 无论哪个工艺 都需要根据你制备产品的需求来进行工艺设计和调试 2020 4 7 系列讲座 LED 光学设计问题 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 散热问题 2020 4 7 系列讲座 LED 1 室内装饰与照明 4 LED应用产品的类型和市场 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2 外部景观与显示 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 3 路灯 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 4 背光源 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 大功率白光LED技术 2020 4 7 系列讲座 LED LED白光照明 三种方法 紫外LED激发白光光源 三基色白光光源 蓝光LED激发白光光源 与日光灯的白光合成原理类似 也可用不同颜色的半导体发光合成白光 2020 4 7 系列讲座 LED 2020 4 7 系列讲座 LED 大功率贴片 2020 4 7 系列讲座 LED 5 LED应用开发对产业发展的影响 各国及地区半导体照明研发计划表 单位 lm w 2020 4 7 系列讲座 LED 全球LED市场规模与增长率单位 百万美元 在2008年 NB背光源 汽车照明市场 LED路灯等新应用将持续带动LED产业成长 预期在2010年以后 将由半导体照明应用为LED带来另一波成长的契机 2020 4 7 系列讲座 LED 全球白炽灯禁用时间表 2020 4 7 系列讲座 LED 全球白炽灯禁用时间表 2020 4 7 系列讲座 LED 专利保护的树枝电极结构 提高白光功率芯片光效的方法 大功率芯片图形 2020 4 7 系列讲座 LED 提高芯粉结合技术 白光LED的四大类发光材料 石榴石结构的稀土掺杂的复合氧化物发光材料 如YAG和TAG 硅酸盐基质发光材料 硅氧氮化合物发光材料 硫化物或硫代氧酸盐发光材料 YAG发光材料 以其转化效率高成为制作白光LED最成熟的主流技术路线 2020 4 7 系列讲座 LED 白光LED研究进展 2020 4 7 系列讲座 LED OpticalEfficiency光效