LED çipi nedir? Peki özellikleri nelerdir? LED çiplerin üretimi esas olarak, mümkün olduğu kadar çok ışık yayarken, kontak malzemeleri arasındaki nispeten küçük voltaj düşüşünü karşılayabilen ve lehim pedleri sağlayabilen, etkili ve güvenilir düşük omik kontak elektrotları üretmeyi amaçlamaktadır. Film transfer işleminde genellikle vakumlu buharlaştırma yöntemi kullanılır. 4Pa yüksek vakum altında, malzeme dirençli ısıtma veya elektron ışın bombardımanı ısıtma yöntemiyle eritilir ve BZX79C18, metal buharına dönüştürülür ve düşük basınç altında yarı iletken malzemenin yüzeyinde biriktirilir.
Yaygın olarak kullanılan P tipi kontak metalleri AuBe ve AuZn gibi alaşımları içerirken, N tarafı kontak metali genellikle AuGeNi alaşımından yapılır. Kaplamadan sonra oluşturulan alaşım katmanının ayrıca fotolitografi teknolojisi yoluyla ışık yayan alanı mümkün olduğunca açığa çıkarması gerekir, böylece kalan alaşım katmanı etkili ve güvenilir düşük omik kontak elektrotlarının ve lehim teli pedlerinin gereksinimlerini karşılayabilir. Fotolitografi işlemi tamamlandıktan sonra genellikle H2 veya N2 koruması altında bir alaşımlama işlemi de gerçekleştirilir. Alaşımlamanın süresi ve sıcaklığı genellikle yarı iletken malzemelerin özellikleri ve alaşım fırınının şekli gibi faktörler tarafından belirlenir. Elbette mavi-yeşil çipler için elektrot işlemi daha karmaşıksa, pasifleştirme filmi büyütme ve plazma aşındırma işlemlerinin de eklenmesi gerekir.

LED çiplerin üretim sürecinde hangi süreçlerin optoelektronik performansı üzerinde önemli bir etkisi var?
Genel olarak konuşursak, LED epitaksiyel üretiminin tamamlanmasının ardından ana elektriksel özellikleri kesinleşmiştir ve çip üretimi temel yapısını değiştirmemektedir. Ancak kaplama ve alaşımlama işlemleri sırasındaki uygunsuz koşullar bazı elektriksel parametrelerin bozulmasına neden olabilir. Örneğin, düşük veya yüksek alaşımlama sıcaklıkları zayıf omik temasa neden olabilir; bu da çip üretiminde yüksek ileri voltaj düşüşünün (VF) ana nedenidir. Kesimden sonra talaşın kenarlarında bazı korozyon işlemlerinin yapılması talaşın ters sızıntısının iyileştirilmesine yardımcı olabilir. Bunun nedeni, elmas taşlama diski bıçağıyla kesim sonrasında talaşın kenarında büyük miktarda döküntü tozunun kalmasıdır. Bu parçacıklar LED çipinin PN bağlantı noktasına yapışırsa elektrik kaçağına ve hatta arızaya neden olurlar. Ayrıca çipin yüzeyindeki fotorezist temiz bir şekilde soyulmazsa ön lehim hatlarında zorluklara ve sanal lehimlemelere neden olacaktır. Arkada olması da yüksek basınç düşüşüne neden olacaktır. Talaş üretim sürecinde yüzey pürüzlendirme ve ters trapez yapılara kesme gibi yöntemler ışık yoğunluğunu arttırabilmektedir.

LED çipleri neden farklı boyutlara bölünmüştür? Boyutun LED'in fotoelektrik performansı üzerindeki etkileri nelerdir?
LED çiplerin boyutları, güçlerine göre düşük güçlü çipler, orta güçlü çipler ve yüksek güçlü çipler olarak ayrılabilir. Müşteri ihtiyaçlarına göre tek tüplü seviye, dijital seviye, nokta vuruşlu seviye ve dekoratif aydınlatma gibi kategorilere ayrılabilir. Çipin özel boyutu ise farklı çip üreticilerinin gerçek üretim seviyesine bağlıdır ve özel bir gereklilik yoktur. Süreç standartlara uygun olduğu sürece küçük çipler birim çıktıyı artırabilir ve maliyetleri azaltabilir ve optoelektronik performansta temel değişiklikler yaşanmayacaktır. Bir çipin kullandığı akım aslında içinden geçen akım yoğunluğuyla ilgilidir. Küçük bir çip daha az akım kullanırken, büyük bir çip daha fazla akım kullanır. Birim akım yoğunlukları temelde aynıdır. Yüksek akımda asıl sorunun ısı yayılımı olduğu göz önüne alındığında, ışık verimliliği düşük akıma göre daha düşüktür. Öte yandan alan arttıkça çipin gövde direnci azalacak ve bu da ileri iletim voltajının azalmasına neden olacaktır.

LED yüksek güçlü çiplerin tipik alanı nedir? Neden?
Beyaz ışık için kullanılan yüksek güçlü LED çipleri genellikle piyasada 40mil civarında bulunur ve yüksek güçlü çiplerin güç tüketimi genellikle 1W'ın üzerindeki elektrik gücünü ifade eder. Kuantum verimliliğinin genellikle %20'den az olması nedeniyle, elektrik enerjisinin çoğu ısı enerjisine dönüştürülür, bu nedenle yüksek güçlü çiplerin ısı dağılımı çok önemlidir ve çiplerin geniş bir alana sahip olmasını gerektirir.

GaP, GaAs ve InGaAlP ile karşılaştırıldığında GaN epitaksiyel malzemeleri üretmek için çip prosesi ve işleme ekipmanına yönelik farklı gereksinimler nelerdir? Neden?
Sıradan LED kırmızı ve sarı çiplerin ve yüksek parlaklıktaki dörtlü kırmızı ve sarı çiplerin alt katmanları, GaP ve GaAs gibi bileşik yarı iletken malzemelerden yapılır ve genellikle N tipi alt katmanlara dönüştürülebilir. Fotolitografi için ıslak işlem kullanılır ve daha sonra talaşları kesmek için elmas taşlama çarkı bıçakları kullanılır. GaN malzemesinden yapılan mavi-yeşil çip, safir bir substrat kullanıyor. Safir alt tabakanın yalıtkan yapısından dolayı LED'in tek elektrotu olarak kullanılamaz. Bu nedenle, her iki P/N elektrotunun epitaksiyel yüzey üzerinde kuru aşındırma işlemiyle aynı anda üretilmesi ve bazı pasivasyon işlemlerinin gerçekleştirilmesi gerekir. Safirin sertliği nedeniyle elmas taşlama diski bıçağıyla onu talaşlar halinde kesmek zordur. Üretim süreci genellikle GaP veya GaAs malzemelerinden yapılmış LED'lerden daha karmaşık ve karmaşıktır.

“Şeffaf elektrot” çipinin yapısı ve özellikleri nelerdir?
Şeffaf elektrot olarak adlandırılan elektrotun iletken ve şeffaf olması gerekir. Bu malzeme artık sıvı kristal üretim süreçlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve adı ITO olarak kısaltılan indiyum kalay oksittir, ancak lehim pedi olarak kullanılamaz. Bunu yaparken, önce çipin yüzeyine bir ohmik elektrot yapın, ardından yüzeyi bir ITO tabakasıyla kaplayın ve ITO yüzeyine bir lehim pedi tabakası yerleştirin. Bu sayede uçtan inen akım, ITO katmanı aracılığıyla her omik kontak elektroduna eşit olarak dağıtılır. Aynı zamanda ITO, kırılma indisinin hava ile epitaksiyel malzemelerinki arasında olması nedeniyle ışık emisyon açısını ve ışık akısını arttırabilir.

Yarı iletken aydınlatma için çip teknolojisinin ana gelişimi nedir?
Yarı iletken LED teknolojisinin gelişmesiyle birlikte aydınlatma alanındaki uygulamaları da artıyor, özellikle yarı iletken aydınlatmada sıcak bir konu haline gelen beyaz LED'in ortaya çıkışı. Ancak temel çip ve paketleme teknolojilerinin hala iyileştirilmesi gerekiyor ve çipler açısından da yüksek güç, yüksek ışık verimliliği ve azaltılmış termal direnç yönünde gelişmemiz gerekiyor. Gücün arttırılması, çipin kullandığı akımın artması anlamına gelir ve daha doğrudan bir yol da çip boyutunun arttırılmasıdır. Yaygın olarak kullanılan yüksek güçlü çipler, 350 mA akıma sahip, yaklaşık 1 mm × 1 mm'dir. Mevcut kullanımın artmasıyla birlikte ısı yayılımı öne çıkan bir sorun haline gelmiş ve artık bu sorun talaş ters çevirme yöntemiyle temel olarak çözülmüştür. LED teknolojisinin gelişmesiyle birlikte aydınlatma alanındaki uygulamaları benzeri görülmemiş fırsatlar ve zorluklarla karşı karşıya kalacaktır.

“Flip çip” nedir? Yapısı nedir? Avantajları nelerdir?
Mavi LED genellikle yüksek sertliğe, düşük termal ve elektrik iletkenliğine sahip Al2O3 substratını kullanır. Pozitif bir yapının kullanılması bir yandan antistatik sorunları beraberinde getirecek, diğer yandan yüksek akım koşullarında ısı dağılımı da önemli bir sorun haline gelecektir. Bu arada pozitif elektrodun yukarıya doğru bakması nedeniyle ışığın bir kısmı bloke olacak ve bu da ışık veriminin düşmesine neden olacaktır. Yüksek güçlü mavi LED, çip ters çevirme teknolojisi sayesinde geleneksel paketleme teknolojisine göre daha etkili ışık çıkışı sağlayabilir.
Ana akım ters çevrilmiş yapı yöntemi artık ilk önce uygun ötektik lehim elektrotları ile büyük boyutlu mavi LED çipleri hazırlamak ve aynı zamanda mavi LED çipinden biraz daha büyük bir silikon alt tabaka hazırlamak ve ardından altın iletken bir katman oluşturmak ve kabloyu dışarı çıkarmaktır. Üzerinde ötektik lehimleme için katman (ultrasonik altın tel bilyalı lehim bağlantısı). Daha sonra yüksek güçlü mavi LED çipi, ötektik lehimleme ekipmanı kullanılarak silikon alt tabakaya lehimleniyor.
Bu yapının özelliği, epitaksiyel katmanın doğrudan silikon substratla temas etmesi ve silikon substratın termal direncinin safir substratınkinden çok daha düşük olmasıdır, bu nedenle ısı dağılımı sorunu iyi çözülmüştür. Ters çevrilmiş safir alt tabakanın yukarı doğru bakması nedeniyle ışık yayan yüzey haline gelir ve safir şeffaftır, böylece ışık emisyonu sorunu çözülür. Yukarıdakiler LED teknolojisiyle ilgili bilgilerdir. Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte gelecekteki LED ışıkların giderek daha verimli hale geleceğine ve hizmet ömürlerinin büyük ölçüde artarak bize daha fazla kolaylık sağlayacağına inanıyoruz.