加速新赛道固态半导体器件破茧而出—LED芯片技术

近年来，由于我国宏观经济持续增长、国家产业政策的扶持以及LED技术的不断突破；国内LED产业发展迅速，并已形成完整的产业链。

中国LED芯片从上世纪末开始起步发展，发展表现出显著的周期性；

发展至今，已经历了三轮完整周期，2020年在新冠疫情的影响下，中国LED产业在新冠肺炎疫情的影响下加速了国产化替代，新一轮发展周期开启。

博观而约取，厚积而薄发。首先LED芯片要从半导体器件开始说起：

LED全称是Light Emitting Diode，即发光二极管的缩写。

它是一种固态的半导体器件，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。

其次，我们要知道：LED芯片工作原理是什么？

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；

但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个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，这就是LED发光的原理，而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

图片为：LED芯片发光原理

简单来说：LED芯片是采用磷化鎵（GaP）、鎵铝砷（GaAlAs）或砷化鎵（GaAs）、氮化鎵GaN）等材料组成，其内部结构具有单向导电性；芯片的焊垫一般为金垫或铝垫，其焊垫形状有圆形、方形、十字形等。

这是因为：芯片的发光颜色取决于波长（HUE），那常见可见光的分类大致为：暗红色（700nm）、深红色（640-660nm）、桔红色（615-635nm）、琥珀色（600-610nm）、黄色（580-595nm）、黄绿色（565-575nm）、纯绿色（500-540nm）、蓝色（435-490nm）、紫色（380-430nm）；白光和粉红光是一种光的混合效果，最常见的是由蓝光+黄色萤光粉和蓝光+红色萤光粉混合而成。

图片为：LED单电极芯片结构图

那么，从技术层面而言，LED芯片的制造工艺流程又是怎样的呢？

LED 芯片的制造过程包括晶圆处理工序、晶圆针测工序、构装工序、测试工序等步骤：

1、晶圆处理工序：本工序的主要工作是在晶圆上制作电路及电子元件（如晶体管、电容、逻辑开关等），其处理程序通常与产品种类和所使用的技术有关；但一般基本步骤是先将晶圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。

2、晶圆针测工序：经过上道工序后，晶圆上就形成了一个个的小格，即晶粒，一般情况下，为便于测试，提高效率，同一片晶圆上制作同一品种、规格的产品；但也可根据需要制作几种不同品种、规格的产品，在用针测（Probe）仪对每个晶粒检测其电气特性，并将不合格的晶粒标上记号后，将晶圆切开，分割成一颗颗单独的晶粒，再按其电气特性分类，装入不同的托盘中，不合格的晶粒则舍弃。

3、构装工序：将单个的晶粒固定在塑胶或陶瓷制的芯片基座上，并把晶粒上蚀刻出的一些引接线端与基座底部伸出的插脚连接，以作为与外界电路板连接之用，最后盖上塑胶盖板，用胶水封死；其目的是用以保护晶粒避免受到机械刮伤或高温破坏，到此才算制成了一块集成电路芯片。

4、测试工序：芯片制造的最后一道工序为测试，其又可分为一般测试和特殊测试，前者是将封装后的芯片置于各种环境下测试其电气特性，如消耗功率、运行速度、耐压度等；经测试后的芯片，依其电气特性划分为不同等级，而特殊测试则是根据客户特殊需求的技术参数，从相近参数规格、品种中拿出部分芯片，做有针对性的专门测试，看是否能满足客户的特殊需求，以决定是否须为客户设计专用芯片。

图片为：LED芯片的制造工艺流程

众所周知，随着 LED芯片技术的提升，LED 发光效率提高后，单颗 LED 芯片所需的成本不断下降；同时，上游投资带动的大规模产能释放，引发较强的市场竞争也将带动芯片价格下降，这有效推动 LED 照明产品成本的下降。

时至今日，无论是面向重点照明和整体照明的高功率 LED 芯片，还是用于装饰照明和一些简单的辅助照明的低功率 LED 芯片，技术升级的关键都关乎如何开发出更高效、更稳定的 LED 芯片。

并且，在短短数年内，借助于包括新型芯片结构和多量子阱结构的新型外延机构设计在内的一系列技术改进，LED 的发光效率实现了巨大突破，这些技术突破都将为LED 半导体照明的普及铺平道路。

据TrendForce集邦咨询研究：量价齐跌导致2022年全球LED芯片市场产值年减23%，仅27.8亿美元；2023年随着LED产业复苏，又以LED照明市场需求恢复最明显，有望进一步带动LED芯片产值回归成长，预估可达29.2亿美元。

由此看出，中国LED芯片行业整体“破茧而出”，半导体器件势必带来一场爆发性的崛起：

或许，在未来，中国LED芯片行业的发展趋势将集中在LED芯片生产制造、LED芯片产品升级以及LED芯片应用领域三个方面，制造工艺更为先进、Mini/Micro LED推动产品高端化及智能照明和健康照明等应用领域得到拓宽。

审核编辑：刘清