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1、LED制造工艺流程 工艺过程 例如GaAs Al2O3 Si SiC等 制造衬底 封状成成品 制造芯片40000个 制造发光二极管外延片 例如MOCVD 一片2直径英寸的外延片可以加工20000多个LED芯片 硅 Si 氮化镓 GaN 50毫米 200微米 0 2毫米 上游产业 材料的外延与生长 中游产业 芯片制造 下游产业 器件封装与应用 技术路线 衬底制备 外延材料生长 外延片检测 N面工艺 薄膜转移 P面工艺 芯片点测 划片 芯片分选 衬底制备 直拉法主要包括以下几个过程 加料 熔化 缩颈生长 放肩生长 等径生长 尾部生长 切片磨片抛光 清洗 2h光刻 刻蚀 1h一炉 8片 光刻是一个整
2、体概念 它包括以下几个过程 以正胶为例 1 涂光刻胶 2 前烘 3 曝光 使用光刻版掩膜 4 显影 5 坚膜 6 腐蚀 7 去胶 涂粘结剂 正胶并前烘 曝光 曝光后 显影并坚膜 腐蚀 去胶 等离子去胶机 正胶 腐蚀 去除被照的部分负胶 剥离 去除被挡住的部分 后烘 刻蚀RIE和ICP以CF4刻蚀SiO2为例说明刻蚀包括化学过程和物理过程 化学过程是指反应气体与被刻蚀物质的化学反应 物理过程是指离子在电场作用下对被刻蚀物质的物理轰击e CF4 CF3 F e4F SiO2 s SiF4 g 2O RIE ReactiveIonEtching 反应离子刻蚀 ICP InducedCoupledPl
3、asma 电感耦合等离子体 外延材料生长 MOCVD记编号放片子 反应原理 反应方程式 氨气NH 3 氢气H 2 三甲基镓源TMG 反应管 衬底 石墨支撑盘 Ga CH3 3 v NH3 v 一GaN s 3CH4 v 外延层结构 外延层主要结构 缓冲层 N型导电层 量子阱发光层 P型导电层 氮化铝 AlN 缓冲层 氮化镓 GaN 缓冲层 5 InGaN GaN多量子阱 Si 111 衬底 N型导电GaN掺Si层 P型导电GaN掺Mg层 430um 3 4um 2nm 0 002um 8nm 0 008um 200nm SiliconSubstrate 外延片检测 PL机半峰宽主波长台阶仪清洗
4、 去除有机物等BOE 外延片 P面工艺 反射欧姆电极蒸镀Cr Pt73产品 Ag Cr不与Ag形成欧姆接触 绝缘 Cr易氧化 粘附力差 Pt保护Cr CrPt互补蒸发台 温度厚度压力功率速度蒸发前清洗80 王水煮40min冲水10min后HCl H2O 1 1泡5minNi Ag蒸发Ni粘附力好 但挡光 1埃合金P面电极图形 P型接触层蒸发合金 粘结层蒸发 粘结层光刻 薄膜转移 bonding 双面镀金基板 压力 温度 石墨 外延片与基板 压头 灌蜡堵住沟槽 保护Ag 金锡邦定金金邦定不牢 表面不干净 因在邦定前不能用H2SO4泡 Ag不允许 去Si衬底522 HNO3 HF 冰乙酸 去沟槽
5、去蜡丙酮超声 去边 去GaN防止漏电 1 SiO2掩膜生长 去边 2 SiO2掩膜光刻 去边 3 去边腐蚀 去边 4 去Pt P型接触层 去边 5 去SiO2 剥离 LLO N面工艺 表面粗化 AFM观察 尖的高度和大小钝化蓝光SiON2800埃SiO2N电极蒸发Al Ti Au电极光刻 钝化 1 SiN生长 钝化 2 SiN光刻 N电极蒸发 Al N电极光刻 Al 芯片点测 划片 芯片分选 自动分选扫描 手选 崩膜 扩膜贴标签计数 封装 LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极上 同时保护好LED芯片 并且起到提高光取出效率的作用 关键工序有装架 压焊 封装 封装形式有Lamp L
6、ED TOP LED Side LED SMD LED High Power LED等 LAMP 食人鱼 TOPLED 大功率LED 封装工艺说明 芯片检验镜检 材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑 lockhill 芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求电极图案是否完整扩片由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小 约0 1mm 不利于后工序的操作 我们采用扩片机对粘结芯片的膜进行扩张 使LED芯片的间距拉伸到约0 6mm 也可以采用手工扩张 但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题 点胶在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶 对于GaAs SiC导电衬底 具有背面电极的红光 黄光 黄绿芯片 采用银胶 对
7、于蓝宝石绝缘衬底的蓝光 绿光LED芯片 采用绝缘胶来固定芯片 工艺难点在于点胶量的控制 在胶体高度 点胶位置均有详细的工艺要求 由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求 银胶的醒料 搅拌 使用时间都是工艺上必须注意的事项 备胶和点胶相反 备胶是用备胶机先把银胶涂在 背面电极上 然后把背部带银胶的 D安装在支架上 备胶的效率远高于点胶 但不是所有产品均适用备胶工艺 手工刺片将扩张后LED芯片 备胶或未备胶 安置在刺片台的夹具上 LED支架放在夹具底下 在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上 手工刺片和自动装架相比有一个好处 便于随时更换不同的芯片 适用于需要安装多种芯片的产品 自动
8、装架自动装架其实是结合了粘胶 点胶 和安装芯片两大步骤 先后在LED支架点上银胶 绝缘胶 然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置 再安置在相应的支架位置上 自动装架在工艺上主要熟悉设备操作编程 同时对设备的沾胶及安装精度进行调整 在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴 防止对LED芯片表面的损伤 特别是蓝 绿色芯片必须用胶木的 因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层 烧结烧结的目的是使银胶固化 烧结要求对温度进行监控 防止批次性不良 银胶烧结的温度一般控制在150 烧结时间2小时 根据实际情况可以调整到170 1小时 绝缘胶一般150 1小时 银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时 或1小时 打开更换烧结的
9、产品 中间不得随意打开 烧结烘箱不得再其他用途 防止污染 压焊压焊的目的将电极引到LED芯片上 完成产品内外引线的连接工作 LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种 右图是铝丝压焊的过程 先在LED芯片电极上压上第一点 再将铝丝拉到相应的支架上方 压上第二点后扯断铝丝 金丝球焊过程在在压第一点前先烧个球 其余过程类似 压焊是LED封装技术中的关键环节 工艺上主要需要监控的压焊金丝 铝丝 拱丝形状 焊点形状 拉力 对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题 如金 铝 丝材料 超声功率 压焊压力 劈力 钢嘴 选用 劈刀 钢嘴 运动轨迹等等 下图是同等条件下 两种不同的劈刀压出的焊点微观照片 两者在微观
10、结构上存在差别 从而影响着产品质量 灌胶封装Lamp LED的封装采用灌胶的形式 灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧 然后插入压焊好的LED支架 放入烘箱让环氧固化后 将LED从模腔中脱出即成型 固化与固化后固化是指封装环氧的固化 一般环氧固化条件在135 1小时 模压封装一般在150 4分钟 后固化后固化是为了让环氧充分固化 同时对LED进行热老化 后固化对于提高环氧与支架 PCB 的粘结强度非常重要 一般条件为120 4小时 切筋和划片由于LED在生产中是连在一起的 不是单个 Lamp封装采用切筋切断LED支架的连筋 SMD LED则是在一片PCB板上 需要划片机来完成分离工作 测试测试LED的光电参数 检验外形尺寸 同时根据客户要求对LED产品进行分选 包装将成品进行计数包装 超高亮LED需要防静电包装
