LED優點及產業分類

LED是通電時可發光的半導體材料製成的發光元件,材料使用III- V族化學元素(如:磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)等),發光原理是將電能轉換為光,也就是對化合物半導體施加電流,透過電子與電洞的結合,過剩的能量會以光的形式釋出,達成發光的效果,屬於冷性發光。

LED最大的特點在於:無須暖燈時間(idling time)、反應速度很快(約在10^-9秒)、體積小、用電省、污染低、適合量產,具高可靠度,容易配合應用上的需要製成極小或陣列式的元件,適用範圍頗廣,如汽車、通訊產業、電腦、交通號誌燈、液晶面板用背光源、LED螢幕等。

LED產業主要可以分成上、中、下游三類。上游為單晶片及其外延,中游為LED晶片加工,下游為封裝測試以及應用。其中,上游和中游技術含量較高,資本投入密度大。從上游到下游,產品在外觀上差距相當大。LED發光顏色與亮度由磊晶材料決定,且磊晶占LED製造成本70%左右,對LED產業極為重要。

上游是由磊晶片形成,這種磊晶片長相大概是一個直徑六到八公分寬的圓形,厚度相當薄,就像是一個平面金屬一樣。常見的外延方法有液相外延法(LPE)、氣相外延法(VPE)以及金屬有機化學汽相沉積(MOCVD)等,其中VPE和LPE技術都已相當成熟,可用來生長一般亮度LED。而生長高亮度LED必須採用MOCVD方法。上游磊晶制程順序為:單晶片(III-V族基板)、結構設計、結晶成長、材料特性/厚度測量。

中游廠商根據LED的性能需求進行器件結構和製程設計,通過晶圓擴散、然後金屬鍍膜,再進行光刻、熱處理、形成金屬電極,接著將基板磨薄拋光後進行切割。依照晶片的大小,可以切割為二萬到四萬個晶粒。這些晶粒長得像沙灘上的沙子一樣,通常用特殊膠帶固定之後,再送到下游廠商作封裝處理。中游晶粒制程順序為:磊晶片、金屬膜蒸鍍、光罩、蝕刻、熱處理、切割、崩裂、測量。

下游包括LED晶片的封裝測試和應用。LED封裝是指將外引線連接到LED晶片的電極上,形成LED器件,封裝起著保護LED晶片和提高光取出效率的作用。下游廠商封裝處理順序為:晶粒、固晶、粘著、打線、樹脂封裝、長烤、鍍錫、剪腳、測試。

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