W ostatnich latach, wraz z dynamicznym rozwojem nauki i technologii, zastosowanie technologii LED w oświetleniu i wyświetlaczach stało się coraz powszechniejsze. Proces produkcji i parametry eksploatacyjne chipów LED, stanowiących kluczowy element technologii LED, cieszą się dużym zainteresowaniem.
Głównym celem produkcji układów LED jest stworzenie efektywnej i niezawodnej elektrody kontaktowej o niskiej rezystancji, zapewnienie niskiego spadku napięcia między materiałami stykowymi oraz zapewnienie odpowiedniego pola lutowniczego, przy jednoczesnej maksymalizacji wydajności świetlnej. Proces powlekania wykorzystuje głównie parowanie próżniowe. W środowisku wysokiej próżni 4Pa materiał jest topiony poprzez nagrzewanie rezystancyjne lub bombardowanie wiązką elektronów. Następnie, pod niskim ciśnieniem, materiał przekształca się w parę metalu i osadza się na powierzchni materiału półprzewodnikowego. Zazwyczaj do metali kontaktowych typu P stosuje się stopy AuBe, AuZn i inne, a stopy AuGeNi często stosuje się do metali kontaktowych strony N. Warstwę stopu utworzoną w procesie powlekania należy poddać procesowi fotolitografii, aby odsłonić jak największą powierzchnię emitującą światło, tak aby pozostała warstwa stopu spełniała wymagania dotyczące elektrod kontaktowych o niskiej rezystancji i pól lutowniczych. Po zakończeniu procesu fotolitografii wymagany jest proces stopowania, który zazwyczaj przeprowadza się pod osłoną H₂ lub N₂. Czas i temperatura stopowania są określane na podstawie takich czynników, jak charakterystyka materiału półprzewodnikowego i forma pieca stopowego. W przypadku stosowania procesu elektrodowego, takiego jak niebiesko-zielona, konieczne jest zastosowanie bardziej złożonych procesów, takich jak wzrost warstwy pasywacyjnej i trawienie plazmowe.
W procesie produkcji chipów LED wiele ogniw ma znaczący wpływ na ich optoelektroniczne parametry. Mówiąc ogólnie, po zakończeniu epitaksjalnej produkcji diod LED, główne właściwości elektryczne są zasadniczo ostateczne. Chociaż produkcja chipa nie zmienia jego natury, niewłaściwe warunki podczas procesu powlekania i stopowania mogą prowadzić do obniżenia parametrów elektrycznych. Na przykład, zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura stopowania spowoduje słaby kontakt omowy, co jest główną przyczyną wysokiego spadku napięcia przewodzenia VF w procesie produkcji chipów. Po przecięciu krawędź chipa jest korodowana, aby poprawić wsteczny upływ prądu. Dzieje się tak, ponieważ po przecięciu ostrza diamentowej tarczy szlifierskiej na krawędzi chipa pozostaje duża ilość pyłu. Jeśli te zanieczyszczenia przykleją się do złącza PN chipa LED, łatwo może dojść do wycieku, a nawet awarii. Ponadto, jeśli fotorezyst z powierzchni chipa nie zostanie dokładnie usunięty, doprowadzi to do problemów, takich jak trudności ze spawaniem przewodów od strony przedniej i spawaniem na zimno, a także do wysokiego spadku napięcia od strony tylnej. W procesie produkcji układów scalonych intensywność światła można skutecznie zwiększyć poprzez zgrubienie powierzchni i podzielenie jej w celu uzyskania struktury odwróconego trapezu.
Chipy LED dzielą się na chipy małej, średniej i dużej mocy, w zależności od mocy, a w zależności od potrzeb klienta można je podzielić na jednorurowe, cyfrowe, matrycowe i dekoracyjne. Konkretny rozmiar chipa zależy od rzeczywistego poziomu produkcji różnych producentów chipów i nie ma ujednoliconego standardu. Dopóki proces spełnia standard, mniejsze chipy mogą zwiększyć wydajność jednostkową i obniżyć koszty, a wydajność optoelektroniczna nie zmieni się zasadniczo. Prąd roboczy chipa jest związany z gęstością prądu przepływającego przez chip. Im mniejszy chip, tym mniejszy prąd roboczy, a im większy chip, tym większy prąd roboczy, a gęstość prądu jednostkowego jest zasadniczo podobna. Biorąc pod uwagę, że rozpraszanie ciepła jest kluczowym problemem przy wysokim prądzie, wydajność świetlna chipów dużej mocy jest niższa niż w przypadku chipów niskiego prądu. Z drugiej strony, ze względu na wzrost powierzchni chipa i zmniejszenie rezystancji obudowy, napięcie przewodzenia w kierunku przewodzenia będzie niższe.
Powierzchnia powszechnie stosowanych na rynku diod LED dużej mocy, emitujących białe światło, wynosi zazwyczaj około 40 mil. Tak zwany chip dużej mocy zazwyczaj odnosi się do mocy elektrycznej powyżej 1 W. Ponieważ sprawność kwantowa jest zazwyczaj mniejsza niż 20%, większość energii elektrycznej jest przekształcana w energię cieplną, dlatego rozpraszanie ciepła w chipach dużej mocy jest niezwykle ważne, co wymaga, aby miały one większą powierzchnię.
Proces wytwarzania chipów i sprzęt do przetwarzania materiałów epitaksjalnych GaN znacząco różnią się od tych stosowanych w przypadku GaP, GaAs i InGaAlP. Podłoża zwykłych czerwonych i żółtych chipów LED oraz czteroelementowych czerwonych i żółtych chipów o wysokiej jasności wykorzystują złożone materiały półprzewodnikowe, takie jak GaP i GaAs. Można je zasadniczo wytwarzać w postaci podłoży typu N, które są przetwarzane fotolitograficznie w procesach mokrych, a następnie cięte na chipy za pomocą diamentowych tarcz. Niebiesko-zielony chip GaN wykorzystuje podłoże szafirowe. Ze względu na izolację nie może być on używany jako jeden biegun diody LED. Konieczne jest jednoczesne wykonanie dwóch elektrod P/N na powierzchni epitaksjalnej poprzez suche trawienie, a także przeprowadzenie pewnych procesów pasywacji. Ponieważ szafir jest twardy, trudno jest go ciąć na chipy za pomocą diamentowych tarcz, a jego proces jest bardziej skomplikowany niż w przypadku diod LED wykonanych z materiałów GaP i GaAs.
Przezroczyste układy scalone " posiadają unikalną strukturę i właściwości. Tak zwana przezroczysta elektroda musi mieć dwie właściwości: przewodnictwo i transmisję światła. Obecnie tlenek indu i cyny (ITO) jest szeroko stosowany w procesie produkcji ciekłokrystalicznych elementów elektronicznych, ale nie może być używany jako pole lutownicze. Podczas jego wytwarzania należy najpierw wykonać elektrodę omową na powierzchni układu scalonego, następnie pokryć ją warstwą ITO, a następnie nałożyć pole lutownicze na powierzchnię ITO. W ten sposób prąd płynący z wyprowadzenia może być równomiernie rozprowadzany do każdej elektrody omowej poprzez warstwę ITO. Jednocześnie współczynnik załamania światła ITO mieści się pomiędzy współczynnikiem załamania światła powietrza i materiału epitaksjalnego, co może zwiększyć kąt wyjścia światła i zwiększyć strumień świetlny.
Wraz z rozwojem technologii półprzewodnikowych diod LED, zastosowanie oświetlenia, zwłaszcza diod LED o białym świetle, stało się gorącym tematem, ale kluczowa technologia układów scalonych i ich obudów wciąż wymaga udoskonalenia. Jeśli chodzi o układy scalone, przyszłość należy do nich: wysoka moc, wysoka wydajność świetlna i obniżona rezystancja termiczna. Zwiększenie mocy oznacza wzrost prądu pobieranego przez układ. Najprostszym sposobem jest zwiększenie rozmiaru układu. Rozmiar obecnie popularnych układów scalonych dużej mocy wynosi około 1 mm×1 mm, a pobierany prąd wynosi około 350 mA. Ze względu na wzrost prądu, problem rozpraszania ciepła stał się bardziej widoczny. Metoda odwrócenia układu zasadniczo rozwiązała ten problem.
Niebieskie diody LED często wykorzystują podłoża Al2O3, które charakteryzują się wysoką twardością oraz niską przewodnością cieplną i elektryczną. Zastosowanie struktury dodatniej nie tylko spowoduje problemy z antystatycznością, ale również utrudni odprowadzanie ciepła przy wysokim natężeniu prądu. Jednocześnie, ponieważ przednia elektroda jest skierowana ku górze, blokuje część światła i zmniejsza wydajność świetlną. Niebieskie diody LED dużej mocy mogą uzyskać bardziej efektywny strumień świetlny dzięki technologii chip flip-chip w porównaniu z tradycyjną technologią obudów. Podstawowy proces produkcji struktury flip-chip polega na: najpierw przygotowaniu dużego chipa niebieskiej diody LED z elektrodami nadającymi się do spawania eutektycznego, a następnie przygotowaniu podłoża krzemowego nieco większego niż chip niebieskiej diody LED i wykonaniu na nim złotej warstwy przewodzącej oraz warstwy drutu wyprowadzeniowego (ultradźwiękowe lutowanie kulkowe złotym drutem) do spawania eutektycznego. Następnie, za pomocą urządzenia do spawania eutektycznego, należy zespawać chip niebieskiej diody LED dużej mocy z podłożem krzemowym. W tej strukturze warstwa epitaksjalna styka się bezpośrednio z podłożem krzemowym, a jego rezystancja termiczna jest znacznie niższa niż w przypadku podłoża szafirowego, co skutecznie rozwiązuje problem odprowadzania ciepła. Po odwróceniu, podłoże szafirowe jest skierowane ku górze, stając się powierzchnią emitującą światło. Ze względu na swoją przezroczystość, problem emisji światła jest również rozwiązany.
Eksperci z branży twierdzą, że dzięki ciągłemu rozwojowi nauki i techniki technologia układów LED będzie się nadal rozwijać, a przyszłe lampy LED powinny dokonać większych przełomów w zakresie wysokiej wydajności i długiej żywotności, zapewniając ludziom większą wygodę.