加速新賽道固態(tài)半導(dǎo)體器件破繭而出—LED芯片技術(shù)

近年來，由于我國宏觀經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長、國家產(chǎn)業(yè)政策的扶持以及LED技術(shù)的不斷突破；國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，并已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

中國LED芯片從上世紀(jì)末開始起步發(fā)展，發(fā)展表現(xiàn)出顯著的周期性；

發(fā)展至今，已經(jīng)歷了三輪完整周期，2020年在新冠疫情的影響下，中國LED產(chǎn)業(yè)在新冠肺炎疫情的影響下加速了國產(chǎn)化替代，新一輪發(fā)展周期開啟。

博觀而約取，厚積而薄發(fā)。首先LED芯片要從半導(dǎo)體器件開始說起：

LED全稱是Light Emitting Diode，即發(fā)光二極管的縮寫。

它是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。

其次，我們要知道：LED芯片工作原理是什么？

半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子；

但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)；當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理，而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。

圖片為：LED芯片發(fā)光原理

簡單來說：LED芯片是采用磷化鎵（GaP）、鎵鋁砷（GaAlAs）或砷化鎵（GaAs）、氮化鎵GaN）等材料組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有單向?qū)щ娦裕恍酒暮笁|一般為金墊或鋁墊，其焊墊形狀有圓形、方形、十字形等。

這是因?yàn)椋盒酒陌l(fā)光顏色取決于波長（HUE），那常見可見光的分類大致為：暗紅色（700nm）、深紅色（640-660nm）、桔紅色（615-635nm）、琥珀色（600-610nm）、黃色（580-595nm）、黃綠色（565-575nm）、純綠色（500-540nm）、藍(lán)色（435-490nm）、紫色（380-430nm）；白光和粉紅光是一種光的混合效果，最常見的是由藍(lán)光+黃色螢光粉和藍(lán)光+紅色螢光粉混合而成。

圖片為：LED單電極芯片結(jié)構(gòu)圖

那么，從技術(shù)層面而言，LED芯片的制造工藝流程又是怎樣的呢？

LED 芯片的制造過程包括晶圓處理工序、晶圓針測工序、構(gòu)裝工序、測試工序等步驟：

1、晶圓處理工序：本工序的主要工作是在晶圓上制作電路及電子元件（如晶體管、電容、邏輯開關(guān)等），其處理程序通常與產(chǎn)品種類和所使用的技術(shù)有關(guān)；但一般基本步驟是先將晶圓適當(dāng)清洗，再在其表面進(jìn)行氧化及化學(xué)氣相沉積，然后進(jìn)行涂膜、曝光、顯影、蝕刻、離子植入、金屬濺鍍等反復(fù)步驟，最終在晶圓上完成數(shù)層電路及元件加工與制作。

2、晶圓針測工序：經(jīng)過上道工序后，晶圓上就形成了一個(gè)個(gè)的小格，即晶粒，一般情況下，為便于測試，提高效率，同一片晶圓上制作同一品種、規(guī)格的產(chǎn)品；但也可根據(jù)需要制作幾種不同品種、規(guī)格的產(chǎn)品，在用針測（Probe）儀對每個(gè)晶粒檢測其電氣特性，并將不合格的晶粒標(biāo)上記號后，將晶圓切開，分割成一顆顆單獨(dú)的晶粒，再按其電氣特性分類，裝入不同的托盤中，不合格的晶粒則舍棄。

3、構(gòu)裝工序：將單個(gè)的晶粒固定在塑膠或陶瓷制的芯片基座上，并把晶粒上蝕刻出的一些引接線端與基座底部伸出的插腳連接，以作為與外界電路板連接之用，最后蓋上塑膠蓋板，用膠水封死；其目的是用以保護(hù)晶粒避免受到機(jī)械刮傷或高溫破壞，到此才算制成了一塊集成電路芯片。

4、測試工序：芯片制造的最后一道工序?yàn)闇y試，其又可分為一般測試和特殊測試，前者是將封裝后的芯片置于各種環(huán)境下測試其電氣特性，如消耗功率、運(yùn)行速度、耐壓度等；經(jīng)測試后的芯片，依其電氣特性劃分為不同等級，而特殊測試則是根據(jù)客戶特殊需求的技術(shù)參數(shù)，從相近參數(shù)規(guī)格、品種中拿出部分芯片，做有針對性的專門測試，看是否能滿足客戶的特殊需求，以決定是否須為客戶設(shè)計(jì)專用芯片。

圖片為：LED芯片的制造工藝流程

眾所周知，隨著 LED芯片技術(shù)的提升，LED 發(fā)光效率提高后，單顆 LED 芯片所需的成本不斷下降；同時(shí)，上游投資帶動(dòng)的大規(guī)模產(chǎn)能釋放，引發(fā)較強(qiáng)的市場競爭也將帶動(dòng)芯片價(jià)格下降，這有效推動(dòng) LED 照明產(chǎn)品成本的下降。

時(shí)至今日，無論是面向重點(diǎn)照明和整體照明的高功率 LED 芯片，還是用于裝飾照明和一些簡單的輔助照明的低功率 LED 芯片，技術(shù)升級的關(guān)鍵都關(guān)乎如何開發(fā)出更高效、更穩(wěn)定的 LED 芯片。

并且，在短短數(shù)年內(nèi)，借助于包括新型芯片結(jié)構(gòu)和多量子阱結(jié)構(gòu)的新型外延機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在內(nèi)的一系列技術(shù)改進(jìn)，LED 的發(fā)光效率實(shí)現(xiàn)了巨大突破，這些技術(shù)突破都將為LED 半導(dǎo)體照明的普及鋪平道路。

據(jù)TrendForce集邦咨詢研究：量價(jià)齊跌導(dǎo)致2022年全球LED芯片市場產(chǎn)值年減23%，僅27.8億美元；2023年隨著LED產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇，又以LED照明市場需求恢復(fù)最明顯，有望進(jìn)一步帶動(dòng)LED芯片產(chǎn)值回歸成長，預(yù)估可達(dá)29.2億美元。

由此看出，中國LED芯片行業(yè)整體“破繭而出”，半導(dǎo)體器件勢必帶來一場爆發(fā)性的崛起：

或許，在未來，中國LED芯片行業(yè)的發(fā)展趨勢將集中在LED芯片生產(chǎn)制造、LED芯片產(chǎn)品升級以及LED芯片應(yīng)用領(lǐng)域三個(gè)方面，制造工藝更為先進(jìn)、Mini/Micro LED推動(dòng)產(chǎn)品高端化及智能照明和健康照明等應(yīng)用領(lǐng)域得到拓寬。

審核編輯：劉清