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UV标准专题一：材料、装备、芯片及封装标准现状分析

发布日期：2020-03-26 来源：材料深一度浏览次数：847

一、材料及设备标准现状分析

1、单晶及衬底

单晶、衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石，不同的衬底材料决定了外延片的生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。目前生产上用的衬底有蓝宝石、碳化硅、硅，正在研究中潜在衬底材料有GaN、AlN。衬底相关标准明细表见下表。

表1 单晶及衬底现有标准明细表

2、紫外LED外延片

紫外LED外延片基于（In/Al）GaN合金的PN结，外延层生长在衬底上，由下往上包括缓冲层、n型扩展层、有源区、p型扩展层等；缓冲层用来缓解衬底和InAlGaN晶格的不匹配；Si作为n型施主掺杂，而Mg作为P型受主掺杂；有源区（UV发射层）通常不掺杂，含有多个量子阱。外延片相关的标准汇总表见表。

表2 外延片现有标准明细表

3、半导体设备

紫外LED相关的半导体生产、封装设备标准较少，因为制造设备本身供应商较少，我国半导体生产制造设备很多为进口，国产化数量比较少。现有相关标准明细表见表。

表3 半导体设备现有标准明细表

4、原材料

UV LED生产涉及的原材料包括高纯金属有机化合物、特种气体材料等，这方面国产化比例较高，如电子级三甲基镓、电子级三甲基铟、电子级三甲基铝、电子级三乙基镓、电子级二茂镁等已经制定国家标准。

表4 原材料现有标准明细表

二、芯片及封装标准现状分析

1、紫外LED芯片

紫外LED外延片经过光刻、刻蚀、淀积、退火等半导体制作工艺，形成可以切割、分离的芯片。如果衬底是不导电的蓝宝石，P电极通过淀积合适的金属材料形成，而n电极需要腐蚀p型层和有源区，淀积电极材料形成平面结构的正装芯片；其他如平面结构的倒装芯片、转移衬底的垂直结构芯片等，芯片相关的标准汇总表见附件表。

表5 紫外LED芯片现有标准明细表

2、紫外LED封装

紫外LED封装技术与可见光LED工序类似，现在的主要两个问题是热管理和光提取。产品封装形式比较多样化，根据封装材料的类型，可以分为有机封装，半无机封装以及全无机封装。有机封装与传统封装一样，采用硅胶、硅树脂或者环氧树脂等有机材料进行封装，技术相对比较成熟，包括Lamp、SMD、陶瓷Molding等产品。密封材料和光学材料需要增加抗UV的材料。

半无机封装采用有机硅材料搭配玻璃等无机材料，通过在基板四周涂覆胶水来实现透镜的放置。若环氧树脂透镜被玻璃透镜取代，寿命可以从5000小时提高到2万小时（研发水平），因为紫外光加速了环氧树脂材料的老化，玻璃的耐久性和可靠性相对好一些。另外一个选择是玻璃透镜和硅胶封装组合，可以承受更高的密度，更高的光效，但是寿命相对短，理论上只有15000小时-20000小时。相比有机封装，半无机封装方式的优势在于极大程度地减少了有机材料的比例，减少了有机材料带来的光衰问题以及湿热应力导致的失效问题，稳定性和可靠性得到了大幅度的提升。

全无机封装则是不使用有机材料，通过激光焊、波峰焊、电阻焊等方式来实现透镜和基板的结合，完全避免了有机材料的存在。当然目前已经存在了抗UVC波段的氟树脂材料，并随着材料的发展，未来紫外器件封装在部分领域还是有回归到有机封装当中的可能。