LED芯片：从发展到应用的全面剖析

发展脉络

在 19 世纪初期，人类就已发现半导体材料可产生光线这一现象，为后续 LED 的诞生奠定了基础。1962 年，通用电气公司的尼克・何伦亚克成功开发出第一种可见光发光二极管，即首个红光 LED，这标志着 LED 技术的正式诞生。最初，LED 主要被用作仪器仪表的指示光源，其应用场景相对有限。

然而，随着技术的不断进步，各种光色的 LED 逐渐出现，应用范围也逐渐拓展到交通信号灯和大面积显示屏等领域。1993 年，日亚化学的中村修二发明了蓝光 LED，这一发明具有划时代的意义。蓝光 LED 与红光、绿光 LED 结合，能够产生白色的光，从而推动了 LED 在照明领域的广泛应用。2014 年，中村修二等人凭借这一发明获得了诺贝尔物理学奖，这不仅是对他们在 LED 领域所做贡献的高度认可，也进一步提升了 LED 技术在全球范围内的知名度和影响力。

芯片原理

LED 是一种固态的半导体器件，其核心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，整个晶片通常被环氧树脂封装起来，这种封装方式有助于保护晶片免受外界环境的影响。半导体晶片由 P 型半导体和 N 型半导体两部分组成，形成一个 “P-N 结”。

当电流通过导线作用于晶片时，N 型半导体中的电子被推向 P 区，在 P 区里电子与空穴复合，以光子的形式发出能量，从而产生光。光的波长即光的颜色是由形成 P-N 结的材料决定的，不同的材料组合可以产生不同波长的光，从而实现多种颜色的发光效果。

芯片分类

从尺寸角度来看，LED 芯片可分为大尺寸芯片和小尺寸芯片，一般以 40mil 为界。大于等于 40mil 的为大尺寸芯片，这类芯片通常具有更高的功率和亮度，因此主要用于高功率、高亮度的照明和显示应用，例如在大型户外显示屏、汽车大灯等对亮度要求极高的场景中发挥着重要作用。而小于 40mil 的为小尺寸芯片，它们适用于普通照明、显示等领域，如常见的室内照明灯具、小型电子设备的显示屏等，这些场景对芯片的尺寸和功率要求相对较低，但对成本和集成度有更高的要求。

从功能和结构划分，常见的有 MB 芯片、GB 芯片、TS 芯片、AS 芯片等。以 MB 芯片为例，它采用高散热系数的 Si 作为衬底，通过金属层接合磊晶层和衬底，这种结构设计使其具有良好的散热性能和光度提升效果，能够有效应对高驱动电流工作时产生的热量问题，因此适用于高驱动电流领域，如一些对电流承载能力要求较高的特殊照明或显示设备。

AEC - Q102 认证及测试项目

AEC - Q102 标准在汽车电子领域具有极其重要的地位，它适用于汽车电子所有内外使用的分立光电半导体元器件。涵盖的产品种类丰富多样，主要包括车用 LED、激光组件、激光元件、光电二极管、光电晶体管、发光二极管、光导管、光电池、光电三极管、热敏电阻、温差发电器、温差电致冷器、光敏电阻、红外光源、光电耦合器、发光数字管，以及使用光电功能和其他组件的多芯片模块等。这些产品在汽车的照明系统、显示系统、传感器系统等多个关键部位都有广泛应用，其质量和可靠性直接关系到汽车的安全性和性能表现。测试项目有：

预处理（A1）：对产品施加高温、高湿等应力，模拟器件在实际使用过程中可能经历的环境条件，如汽车在高温高湿的热带地区行驶时所面临的环境挑战，从而评估其在长期工作前的稳定性和可靠性。

高温高湿工作寿命（A2a、A2b）：在高温高湿环境下，对 LED 和激光器件等施加工作电流或电压，持续一定时间，测试其光电参数的变化。例如，观察 LED 在这种恶劣环境下是否会出现亮度下降、色温漂移等现象，以验证器件在恶劣环境下的工作寿命和稳定性。金鉴实验室在进行试验时，严格遵循相关标准操作，确保每一个测试环节都精准无误地符合标准要求。

高湿高温反向偏压（A2c）：主要是针对光电二极管和光电晶体管等器件，在高湿高温条件下施加反向偏压，观察器件是否出现漏电流增大、击穿等异常现象。这对于评估其在高湿度环境中的可靠性至关重要，因为一旦出现漏电流过大或击穿等问题，可能会导致整个汽车电子系统的故障。

功率温度循环（A3a）：对 LED 和激光器件等进行功率温度循环测试，即在一定的温度范围内，周期性地改变器件的工作功率和温度。这种测试模拟器件在实际使用中因工作状态变化而导致的温度循环，例如汽车在行驶过程中启停、加速减速等操作引起的器件工作状态变化，检测其在温度变化下的性能稳定性和结构完整性。

高温工作寿命（B1a、B1b）：在高温环境下，对 LED 和激光器件施加工作电流，持续一定时间，考察器件在高温下的光衰、波长漂移等性能变化。这对于确定其在高温条件下的工作寿命和可靠性非常关键，因为汽车在高温环境下行驶时，如在炎热的夏季长时间行驶，车内的电子器件会受到高温的持续影响。

低温工作寿命（B2）：主要针对激光器件，将其放置在低温环境中，施加工作电流，进行长时间工作测试，以评估器件在低温下的启动特性、光功率变化等性能指标。这在汽车冬季低温启动时尤为重要，确保激光器件能够在低温环境下正常工作，为汽车的照明和传感器系统提供稳定的光源。

脉冲寿命（B3）：对 LED 和激光器件施加脉冲电流或电压，模拟器件在实际应用中可能遇到的脉冲工作模式，通过多次脉冲循环，检测器件的损伤阈值和性能稳定性。例如，汽车的转向灯、刹车灯等通常是以脉冲形式工作，这项测试能够确保这些器件在脉冲工作模式下不会因频繁的电流或电压变化而损坏。

物理尺寸（C2）：使用显微镜、卡尺等工具测量光电器件的几何尺寸，如芯片尺寸、引线间距、封装尺寸等，确保其符合设计规格和行业标准。这对于保证器件的可装配性和兼容性至关重要，因为汽车电子系统中各个部件之间的尺寸配合精度要求极高，任何尺寸偏差都可能导致装配困难或无法正常工作。

引线拉力（C3）：采用专用的拉力测试设备，对有金线封装结构的产品施加拉力，测量引线的拉力值，评估引线与芯片或封装体之间的结合强度。这是为了防止引线在汽车行驶过程中因振动等外力作用而出现断裂或脱落，从而保证器件的电气连接稳定性。

芯片剪切力（C5）：使用芯片剪切力测试仪，对有芯片的产品施加剪切力，测量芯片与衬底或封装体之间的剪切强度，确保芯片安装牢固，避免因芯片松动而导致器件失效。这对于汽车电子器件在长期使用过程中的稳定性和可靠性至关重要，因为一旦芯片松动，可能会导致器件性能下降甚至完全失效。