LED生产工艺介绍

LED生产工艺介绍2010.3.16孙垂宾大纲lLED介绍*认识LED*LED优点*LED应用前景lLED工艺流程（原理、机台、工艺布局）*衬底*磊晶*芯片*封装*应用第一部分LED介绍LED介绍1.1LED的发光原理：LED是发光二极体(LightEmittingDiode,LED)的简称，也被称作发光二极管在1955年时，美国无线电公司（RadioCorporationofAmerica）的RubinBraunstein发现。发光原理：就是电子与空穴之间，通过加压，电子从一个空穴跳到另一个空穴，而另外一个空穴所能承受的能量比较少，多的那部分能量就以光的形势出来了专业点说的话，就是能量跃迁原理，电子从高能级跳到了低能级，把多余的能量以光的形式发出来。LED介绍GaN，InGaN紫外InGaN，SiC青InGaN绿GaP,AIInGaP黄绿GaAsP,ALLnGaP黄GaP,GaAsP,AIGaAs,AIInGaP红AIGaAs,InGaAsP红外材料（发光层）光色单色光主要LED发光颜色及材料1.2LED的分类：一、按发光颜色分：红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。LED介绍将遍布可见光区的多种光组合构成白光InGaN，GaP，AIInGaP多种光色的LED多个将发三原色的三种芯片封装在一起构成白光InGaN，AlInGaP蓝色、绿色、红色LED3将有补色关系的两种芯片封装在一起构成白光InGaN，GaP蓝色LED，黄绿LED2InGaN的蓝光激发红绿蓝三基色荧光粉发白光InGaN/荧光粉紫外LED由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混合成白光ZnSe蓝色LEDInGaN的蓝光激发红绿蓝三基色荧光粉发白光InGaN/荧光粉蓝色LEDInGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光InGaN/YAG蓝色LED1发光原理发光材料激发源芯片数白色LED的种类和原理1.2LED的分类：LED介绍白光LED的出现与更多科技的导入，目前在家用电器及笔记本电脑的指示灯、汽车防雾灯、室内照明等照明设备日渐蓬勃，LED的应用越来越普遍。1.2LED的分类：LED介绍1.2LED的分类：二、按亮度分类：普通亮度LED、高亮度LED通常将单颗LED光源功率≥0.35W的成为大功率LED。另外还有按发光管出光面特征分、按发光二极管的结构分、芯片材料分类及按功能分类普通亮度LED大功率LEDLED介绍1.3LED的优点：l体积小l耗电量低l使用寿命长l高亮度、低热量l环保l坚固耐用l可控性强LED介绍1.4LED的应用前景：LED主要应用范围l建筑景观照明lLED显示屏与家电显示l手机、电脑笔记本等中小尺寸背光源l交通信号灯、汽车灯、特种照明灯由于LED特有的优点，使其在各个行业显示出强劲的势头。第二部分LED生产工艺LED生产工艺LED生产全过程衬底磊晶芯片封装应用l其中磊晶是最重要的生产工艺，占LED制造成本70%左右l冠铨、南通同方均为磊晶、芯片制程。衬底磊晶低温GaN层N型GaN发光层P型GaNP电极N电极钝化层Al2O3芯片封装应用LED生产工艺2.1衬底常用的三种衬底材料SiSiC蓝宝石（AL2O3）现阶段的主要应用LED生产工艺2.1衬底拉单晶滚磨切片研磨清洗抛光热处理化学抛光LED生产工艺2.2磊晶——原理一、LPE(液相磊晶)技术较低,主要用于一般的发光二极体二、MBE(分子束磊晶)技术层次较高,容易成长极薄的磊晶,且纯度高,平整性好,但量产能力低,磊晶成长速度慢三、MOCVD(有机金属气相磊晶)纯度高,平整性好外,量产能力及磊晶成长速度亦较MBE为快,所以现在大都以MOCVD来生产磊晶工艺的分类：LED生产工艺2.2磊晶——原理外延生长的基本原理：载流气体携带有机金属的饱和蒸汽，经过加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和SiC，Si三种）上时，金属离子往下附着于基板上则形成结晶体。通过控制气体的流量、种类、温度，可控制结晶的厚度、种类，以形成不同的顏色和亮度的LED。MOCVD原理LED生产工艺2.2磊晶——原理缓冲层（低温GaN层）生长N型GaN层生长多量子阱发光层（发光层）生长P型GaN层生长退火检测（荧光、X射线）MOCVD完成的片子称为：外延片MOCVD工艺流程衬底磊晶低温GaN层N型GaN发光层P型GaNAl2O3~400um~4umLED生产工艺2.2磊晶——机台MOCVD机台的组件可大致分为：反应室、气体控制及混合系统、反应源及尾气处理系统。MOCVD机台LED生产工艺2.2磊晶——机台美国Veeco德国AIXTRON（用量最多）内部MOCVD机台LED生产工艺2.2磊晶——机台Aixtron（德国爱思强）Veeco（美国维易科）产量2*31片2*45片外观8500*1200*2500PowersupplyInfeedingSystemU+E26KVA60Hz208vInfeedingPowersupplyunitU+E90KVA50Hz380VInfeedingHeatexchangerU+E4KVA60Hz208vGasSupplyPN24~7kgf/cm250~130SLM1/4VCRFPH24~7kgf/cm250~130SLM1/4VCRFNH33~3.5kgf/cm350~70SLM1/4VCRFGN25~6kgf/cm41/2Swagelok0.5~1.5Bar200ppmSi2H6/H23~3.5kgf/cm450~133SLM1/4VCRFCDA4~7BarVentilation碱性排气12.5SLMφ250mm碱性排气12.5SLMφ250mm碱性排气12.5SLMφ250mmCoolingWaterInlet/Outlet17/25℃4Bar46SLM以上1SS304Mainsystem20~28℃2~3Bar8L/min以上InletShowerhead/Outlet50/65℃4Bar25SLM以上3/4SS305Cryocompressor20~282~3Bar7L/min以上InletExchange/Outlet5/35℃4Bar23SLM以上3/4SS305EBgun20~25℃4~7Bar12L/min以上Drain一般酸性废水2PVC3Ф380V±10%,50KVA,接地电阻10Ω两种MOCVD机台比较现在MOCVD技术已经从2006年24、25片，发展到42、45、49片机（以2”外延片为计算基础）；量产企业单批产能最低要求30片机（2”）；现阶段台湾外延厂商已具备4”能力，出于成本考虑继续使用2”MOCVD机台；AIXTRON在2009年5月已开发出6”MOCVD机台。LED生产工艺2.2磊晶——工艺布局MOCVD工艺布局MOCVDMOCVD特气特气变电站A厂LED1FL（24台MOCVD）5000m2LED生产工艺2.2磊晶——工艺布局MOCVD工艺布局MOCVDMOCVD特气变电站B厂（30台MOCVD，5000m2）LED生产工艺2.3芯片——原理芯片工艺流程清洗N区光刻N区刻蚀去胶清洗P极蒸镀P极光刻P极刻蚀去胶清洗N极光刻N极刻蚀去胶清洗N极蒸镀钝化层钝化层光刻钝化层刻蚀去胶清洗研磨减薄清洗贴片划片裂片测试分类点测什么是光刻？P电极N电极钝化层N区刻蚀外延片前段后段研磨400um—90umLED生产工艺2.3芯片——原理WaferWaferWafer涂胶、匀胶（Coater）光刻（Photo）ResistLightsourceMask显影（Develop）WaferResistResist剥离（STRIP）WaferWaferResist刻蚀（Etch）光刻全过程LED生产工艺2.3芯片——原理划片点测、分类芯片后段工艺以前用钻石刀，现多用激光（镭射）切割机裂片将激光切割裂痕的间距扩大，以便于后续操作LED生产工艺2.3芯片——机台光刻机台——自动涂胶机（上光阻机）用电：~20KVA/台排气：GEX&VEXBulkGas：N2，PVPCW：~12LPM/台（无背压）立面图操作面平面图LED生产工艺2.3芯片——机台光刻机台——自动曝光机用电：~12KVA/台排气：GEXBulkGas：N2，CDA，HV（参考图）LED生产工艺2.3芯片——机台刻蚀机台——ICP-RIE（附Scrubber）用电：~34KVA/台排气：AEXBulkGas：N2，CDA，Ar，HeSpecialGas：Cl2，BCl3，CHF3，CF4PCW：35LPMDrain&CitywaterICP：Inductivecoupledplasma(感应等离子体)RIE：reactiveionetching（反应离子刻蚀）50~200mmwaferICP刻蚀效果图LED生产工艺2.3芯片——机台钝化层机台——PECVD（附Scrubber）机台与ICP-RIE类似用电：~20KVA/台排气：AEXBulkGas：N2，CDA，O2SpecialGas：NH3，SiH4PCW：40LPMDrain&CitywaterLED生产工艺2.3芯片——机台电极蒸镀机台——E-Beam（ITO氧化銦锡）用电：~25KVA/台排气：GEXBulkGas：N2，CDA，O2PCW：50LPMLED生产工艺2.3芯片——机台研磨机台——研磨机、抛光机用电：8~25KVA/台排气：VEXPCWCitywaterUPWDrain研磨机抛光机LED生产工艺2.3芯片——工艺布局全区工艺布局B厂（30台MOCVD）5000m2MOCVDMOCVDITOPECVD&ICPPhoto清洗研磨切片裂片目检、分类、点测LED生产工艺2.3芯片——工艺布局全区工艺布局A厂1FL（24台MOCVD）5000m2MOCVDMOCVDPhotoICP&PECVDITO清洗研磨至2FL后段PhotoICP&PECVDITO清洗PhotoICP&PECVD清洗LED生产工艺2.3芯片——工艺布局全区工艺布局A厂2FL（24台MOCVD）4300m2切割目检分类点测QC目检分类点测QC自1FLLED生产工艺2.3芯片——工艺布局均来自于热回收冰机10%来自于热回收冰机,90%来自于冰机38度冷却水回水热回收冰机+蒸汽备用热源350台100台30台MO-CVD11500CMHx26600CMHx43600CMHx1900CMHx(1+1）空压机452序号1000CMHx22650CMHx(5+2)600CMHx(1+1)真空泵1200RTx4（热回收型）1250RTx5热回收型250RTx31000RTx3（热回收型）冰水主机A厂（磊晶、芯片厂）C厂（磊晶&封装厂）B厂（磊晶、芯片厂）项目名称整厂动力源需求LED生产工艺2.3芯片——工艺布局整厂动力源需求23000未统计13400大宗气体量(NLPM)1050台100台30台MO-CVD1140030000750压缩气体用量(CMH)6250000600000147000工艺排气量(CMH)55000195002700热水总量(kW)413121198732序号800未统计450市水总量(CMH)45未统计25废水排放总量(CMH)3600未统计2100特气量(NLPM)6001420330工艺冷却水量(CMH)90013250500真空量(CMH)45未统计25纯水用量(CMH)13000205008000冰水总量(kW)13000292007800用电总量(kVA)A厂（磊晶厂）C厂（磊晶&封装厂）B厂（磊晶厂）项目名称LED生产工艺2.4封装封装的分类：1、引脚式（LampLED）2、表面组装(贴片)式(SMT)3、板上晶片直装式(COB)4、系统封装式(SiP)LED生产工艺2.4封装封装的功能：1.机械保护，以提高可靠性；2.加强散热，以降低芯片结温，提高LED性能；3.光学控制，提高出光效率，优化光束分布；4.供电管理，包括交流/直流转变，以及电源控制等。大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺