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1、LED制造工艺 LED生产工艺 固体类型 无定形 非晶 多晶 单晶晶体的特点 组成晶体的原子按一定方式有规则排列有固定的熔点Si 硅 1420 Ge 锗 941 单晶具有方向性 各向异性 pn结的制造 三种方法生长结法 合金法和平面工艺 外延片 清洗 镀透明电极层 透明电极图形光刻 腐蚀 去胶 平台图形光刻 干法刻蚀 去胶 退火 SiO2沉积 窗口图形光刻 SiO2腐蚀 去胶 N极图形光刻 预清洗 镀膜 剥离 退火 P极图形光刻 镀膜 剥离 研磨 切割 芯片 成品测试 前段工序的第一步是制造半导体晶圆 发光二极管所用的材料决定了发射光的颜色 1 用CZ法直拉单晶制造法得到掺有杂质的所选材料的硅
2、锭直拉单晶制造法 Czochralski CZ法 是把原料多硅晶块放入石英坩埚中 在单晶炉中加热融化 再将一根直径只有10mm的棒状晶种 称籽晶 浸入融液中 在合适的温度下 融液中的硅原子会顺着晶种的硅原子排列结构在固液交界面上形成规则的结晶 成为单晶体 发光二极管的制造过程大体可分为三个阶段 前段 中段 后段 也称为上游 中游 下游 前段工序主要完成晶圆制造和外延生长 中段工序主要包括研磨 蒸镀 光刻 切割等过程 后段工序则是根据不同的需要把LED封装成各种形式 然后对硅锭进行整形处理 包括去掉两端 径向研磨 制作定位边或定位槽 2 整形处理完成后 硅锭进行切片 晶圆片的厚度大约是0 2 0
3、 3mm左右 接着进行磨片和倒角除去晶圆表面损伤和边缘裂缝 为了消除晶圆表面损伤 还可以采用化学刻蚀技术去除硅片表面损伤和沾污 3 清洗 制造完成的晶圆必须经过严格的化学及超声波清洗 这个过程可以去除抛光后晶圆表面可能存在的污垢 尘埃或有机物 晶圆表面洁净程度越高 将来制成的LED的性能才能越好 4 晶圆 或称衬底材料 制造完成后 进行外延生长 外延就是在衬底上淀积一层薄的单晶层 新淀积的这层称为外延层 以GaAs为例 根据制程的不同 外延可分为液相外延 LPE 有机金属气相外延 MOCVD 以及分子束外延 MBE LPE的技术层次较低 主要用于一般发光二极管的外延生长 而MBE的技术层次较高
4、 容易生长极薄的外延层 且纯度高 平整性好 但量产能力低 外延生长速度慢 MOCVD除了纯度高 平整性好 量产能力及外延生长速度都比MBE快 因此现在大都以MOCVD生产 外延的具体过程是 首先将GaAs衬底放入有机化学气相沉积炉 通入 族金属元素的烷基化合物 甲基或乙基化合物 蒸气与非金属 族元素 的氢化物 或烷基物 气体 在高温下 发生热解反应 生成 或 族化合物淀积在衬底上 生长出一层厚度仅几微米的化合物半导体外延层 长有外延层的GaAs片就是常说的外延片 外延片经过芯片加工后 通电就能发出颜色很纯的单色光 如红色 黄色等 不同的材料 不同的生长条件以及不同的外延层结构都可以改变发光颜色
5、和亮度 上游成品 外延片 完成后 进行中游制造 中段工序主要由以下工艺流程构成 经过半切的圆片上形成了一个个的小格 即芯片 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 中游成品完成后进入后段工序 把LED管芯进行封装 封装就是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 LED封装过程 目前 LED常用的封装形式有引脚式封装 DIP 表面贴装封装 SMD 功率型LE
6、D封装 HIGHPOWER 其中DIP封装有时也称为Lamp LED封装 图8 43所示为LED封装的主要流程简图 其中晶片 银胶 绝缘胶 支架 模条 胶水是封装使用的主要原物料 固晶 焊线 灌胶 测试是LED封装的主要制程 几个主要的环节扩晶扩晶的目的就是将粘贴芯片的膜进行扩张从而增大芯片间的距离 由于划片以后 LED芯片排列得较为紧密 芯片间的距离很小 约0 1mm 使得后续工序的操作变得困难 因此使用扩片机对粘贴芯片的膜进行扩张 将LED芯片的间距拉伸到约0 6mm左右 方便后续操作 点胶在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶 银胶主要用于以GaAs或SiC为衬底材料且有背面电极的红光
7、黄光 黄绿光芯片的固定 而绝缘胶主要用于以蓝宝石为衬底的蓝光 绿光LED芯片 银胶的温度 解冻使用时间都需要严格控制 点银胶后应在2分钟内进行固晶 点胶过程中若银胶使用不当 造成固晶银胶性能发生变化 则有可能造成用户使用过程中出现死灯等异常情况 固晶 烘烤通常银胶固化的温度控制在150 2小时 根据产品不同 温度也可以调整到170 1小时 绝缘胶一般固化温度为150 1小时 固晶后的材料尽量要在1小时内进行烘烤 最长时间不能超过2个小时 否则将影响固晶品质 焊线焊线的工艺过程通常称为压焊 压焊的目的是把电极引到LED芯片上 完成产品内外引线的连接工作 使用的设备是铝丝或金丝焊机 LED的压焊工
8、艺有金丝球焊和铝丝压焊两种 铝丝压焊时 先在LED芯片电极上压焊第一点 再将铝丝拉到相应的支架上方 压第二点后扯断铝丝 灌胶Lamp LED的封装就是采用灌胶封装的形式 灌胶就是在LED成型模腔内注入液态环氧树脂的过程 灌胶后插入压焊好的LED支架 放入烘箱进行液态环氧树脂的固化 灌胶不良可能会引起以下现象 支架偏离 支架爬胶 出现气泡 雾化 胶面水纹 胶体损伤等 如果受到氧化或烘烤温度过高 时间过长将使支架变黄 若胶水老化或比例不对则会引起胶体龟裂 初烤初烤又称为固化 3 5 的产品初烤温度为125 60分钟 8 10 的产品 初烤温度为110 30分钟 125 30分钟 离模后进行长烤 又
9、称后固化 温度为125 6 8小时 目的是让环氧树脂充分固化 同时对LED进行热老化 后固化对于提高环氧树脂与支架 或PCB 的粘结强度非常重要 前切 后切前切 行业俗称一切 实际是半导体封装技术中的切筋环节 LED支架在加工时 一个模具一次可以同时生产很多支架 它们是连接在一起的 切筋的目的就是将其一个个分开 Lamp封装LED和SMD封装LED的前切方法不同 Lamp LED采用切筋切断LED支架的连筋 SMD LED是采用划片 在一片PCB板上用划片机完成前切工作 后切 行业俗称二切 是根据客户的要求调整LED管脚长短的过程 测试对经过封装和老化试验的LED进行光电参数 外形尺寸的检验 同时根据客户要求对LED产品进行分选 包装在管壳上打印器件型号 出厂日期等标记 进行成品的计数包装 包装袋内放入干燥剂和标签 经过品管检验后封口 对于超高亮LED还需要防静电包装
