LED制造工藝流程簡介(共55頁).ppt

1、LED制造工藝流程制造工藝流程工藝過程工藝過程例如例如GaAs、Al2O3 、Si、 SiC等等制造襯底制造襯底封狀成封狀成成品成品制造制造芯片芯片40000個個制造發(fā)光制造發(fā)光二極管外二極管外延片延片例如例如MOCVD一片一片2直徑英寸的外直徑英寸的外延片可以加工延片可以加工20000多個多個LED芯片芯片硅硅(Si)氮化鎵氮化鎵(GaN)50毫米200微米=0.2毫米上游產(chǎn)業(yè)：材料的外延與生長中游產(chǎn)業(yè)：芯片制造下游產(chǎn)業(yè)：器件封裝與應(yīng)用技術(shù)路線技術(shù)路線襯底制備外延材料生長外延片檢測N面工藝薄膜轉(zhuǎn)移P面工藝芯片點測劃片芯片分選襯底制備襯底制備直拉法直拉法主要包括以下幾個過程：加料熔化縮頸生長放

2、肩生長等徑生長尾部生長切片磨片拋光清洗:2h光刻:刻蝕:1h一爐(8片)光刻是一個整體概念，它包括以下幾個過程(以正膠為例)：(1) 涂光刻膠；(2) 前烘；(3) 曝光(使用光刻版掩膜)；(4) 顯影；(5) 堅膜；(6) 腐蝕；(7) 去膠涂粘結(jié)劑，正膠并前烘曝光曝光后顯影并堅膜腐蝕去膠等離子去膠機正膠 :腐蝕，去除被照的局部負膠:剝離，去除被擋住的局部，后烘刻蝕RIE和 ICP以CF4刻蝕SiO2為例說明 刻蝕包括化學(xué)過程和物理過程，化學(xué)過程是指反響氣體與被刻蝕物質(zhì)的化學(xué)反響，物理過程是指離子在電場作用下對被刻蝕物質(zhì)的物理轟擊 e* + CF4 CF3 + F + e 4F + SiO2

3、(s) SiF4(g) + 2ORIE (Reactive Ion Etching)反響離子刻蝕反響離子刻蝕ICP (Induced Coupled Plasma)電感耦合等離子體電感耦合等離子體外延材料生長外延材料生長lMOCVD 記編號 放片子反響原理、反響方程式反響原理、反響方程式N H3H2T M G b u b b le rR e a c to r c h a m b e r(C H )G a + N H - - G a N + 3 C H3334S u b s tr a teS u s c e p to rNH3TMG氨氣NH3氫氣H2三甲基鎵源 TMG反響管襯底石墨支撐盤Ga(C

4、H3)3(v)+NH3(v)一GaN(s)+3CH4(v)外延層結(jié)構(gòu)外延層結(jié)構(gòu)外延層主要結(jié)構(gòu)：緩沖層、外延層主要結(jié)構(gòu)：緩沖層、N型導(dǎo)電層、量子型導(dǎo)電層、量子阱發(fā)光層、阱發(fā)光層、P型導(dǎo)電層型導(dǎo)電層氮化鋁(AlN)緩沖層氮化鎵(GaN)緩沖層5InGaN/GaN多量子阱Si(111)Si(111)襯底襯底N型導(dǎo)電GaN摻Si層P型導(dǎo)電GaN摻Mg層430um34um2nm=0.002um8nm=0.008um200nmSilicon Substrate外延片檢測外延片檢測lPL機 半峰寬 主波長 l臺階儀l清洗，去除有機物等BOE外延片P面工藝面工藝l反射歐姆電極蒸鍍Cr/Pt73產(chǎn)品 (Ag)

5、Cr不與Ag形成歐姆接觸，絕緣。Cr易氧化，粘附力差，Pt保護Cr， CrPt互補 蒸發(fā)臺: 溫度 厚度 壓力 功率 速度l蒸發(fā)前清洗 80王水煮40min沖水10min后 HCl:H2O=1:1 泡5minlNi/Ag蒸發(fā) Ni粘附力好，但擋光，1埃l合金lP面電極圖形P型接觸層蒸發(fā)合金粘結(jié)層蒸發(fā)粘結(jié)層光刻薄膜轉(zhuǎn)移薄膜轉(zhuǎn)移bonding雙面鍍金基板壓力壓力/溫度溫度石墨石墨外延片與基板外延片與基板壓頭壓頭灌蠟 堵住溝槽，保護Ag金錫邦定金金邦定不牢，外表不干凈，因在邦定前不能用H2SO4泡Ag不允許去Si襯底522( HNO3:HF:冰乙酸)N N型層型層l去溝槽，去蠟 丙酮超聲去邊(去Ga

6、N防止漏電)1SiO2掩膜生長去邊2SiO2掩膜光刻去邊3去邊腐蝕去邊4去Pt (P型接觸層)去邊5去SiO2l剝離？LLON面工藝面工藝l外表粗化(AFM觀察) 尖的高度和大小l鈍化藍光SiON 2800埃 SiO2lN電極蒸發(fā)Al/Ti/Aul電極光刻鈍化1SiN生長鈍化2SiN光刻N電極蒸發(fā)AlN電極光刻Al芯片點測芯片點測劃片劃片芯片分選芯片分選自動分選掃描手選l崩膜，擴膜l貼標簽l計數(shù)封裝封裝l LED的封裝的任務(wù) 是將外引線連接到LED芯片的電極上，同時保護好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。關(guān)鍵工序有裝架、壓焊、封裝。l封裝形式有Lamp-LED、 TOP-LED、Sid

7、e-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。LAMP食人魚TOP LED大功率LED封裝工藝說明封裝工藝說明l芯片檢驗 l 鏡檢：材料外表是否有機械損傷及麻點麻坑lockhill芯片尺寸及電極大小是否符合工藝要求電極圖案是否完整 l擴片l 由于LED芯片在劃片后依然排列緊密間距很小約0.1mm，不利于后工序的操作。我們采用擴片機對粘結(jié)芯片的膜進行擴張，使LED芯片的間距拉伸到約0.6mm。也可以采用手工擴張，但很容易造成芯片掉落浪費等不良問題。 l點膠l 在LED支架的相應(yīng)位置點上銀膠或絕緣膠。對于GaAs、SiC導(dǎo)電襯底，具有反面電極的紅光、黃光、黃綠芯片，采用銀膠。對于藍寶

8、石絕緣襯底的藍光、綠光LED芯片，采用絕緣膠來固定芯片。工藝難點在于點膠量的控制，在膠體高度、點膠位置均有詳細的工藝要求。l 由于銀膠和絕緣膠在貯存和使用均有嚴格的要求，銀膠的醒料、攪拌、使用時間都是工藝上必須注意的事項。l備膠l 和點膠相反，備膠是用備膠機先把銀膠涂在反面電極上，然后把背部帶銀膠的D安裝在支架上。備膠的效率遠高于點膠，但不是所有產(chǎn)品均適用備膠工藝。l手工刺片l 將擴張后LED芯片備膠或未備膠安置在刺片臺的夾具上，LED支架放在夾具底下，在顯微鏡下用針將LED芯片一個一個刺到相應(yīng)的位置上。手工刺片和自動裝架相比有一個好處，便于隨時更換不同的芯片，適用于需要安裝多種芯片的產(chǎn)品。l

9、 自動裝架l 自動裝架其實是結(jié)合了粘膠點膠和安裝芯片兩大步驟，先后在LED支架點上銀膠絕緣膠，然后用真空吸嘴將LED芯片吸起移動位置，再安置在相應(yīng)的支架位置上。l 自動裝架在工藝上主要熟悉設(shè)備操作編程，同時對設(shè)備的沾膠及安裝精度進行調(diào)整。在吸嘴的選用上盡量選用膠木吸嘴，防止對LED芯片外表的損傷，特別是藍、綠色芯片必須用膠木的。因為鋼嘴會劃傷芯片外表的電流擴散層。l燒結(jié) l 燒結(jié)的目的是使銀膠固化，燒結(jié)要求對溫度進行監(jiān)控，防止批次性不良。l 銀膠燒結(jié)的溫度一般控制在150，燒結(jié)時間2小時。根據(jù)實際情況可以調(diào)整到170，1小時。l 絕緣膠一般150，1小時。銀膠燒結(jié)烘箱的必須按工藝要求隔2小時或

10、1小時翻開更換燒結(jié)的產(chǎn)品，中間不得隨意翻開。燒結(jié)烘箱不得再其他用途，防止污染。l壓焊 l 壓焊的目的將電極引到LED芯片上，完成產(chǎn)品內(nèi)外引線的連接工作。l LED的壓焊工藝有金絲球焊和鋁絲壓焊兩種。右圖是鋁絲壓焊的過程，先在LED芯片電極上壓上第一點，再將鋁絲拉到相應(yīng)的支架上方，壓上第二點后扯斷鋁絲。金絲球焊過程在在壓第一點前先燒個球，其余過程類似。l 壓焊是LED封裝技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝上主要需要監(jiān)控的壓焊金絲鋁絲拱絲形狀，焊點形狀，拉力。l 對壓焊工藝的深入研究涉及到多方面的問題，如金鋁絲材料、超聲功率、壓焊壓力、劈力鋼嘴選用、劈刀鋼嘴運動軌跡等等。以下圖是同等條件下，兩種不同的劈刀壓出的焊點微觀照片，兩者在微觀結(jié)構(gòu)上存在差異，從而影響著產(chǎn)品質(zhì)量。l 灌膠封裝 l Lamp-LED的封裝采用灌膠的形式。灌封的過程是先在LED成型模腔內(nèi)注入液態(tài)環(huán)氧，然后插入壓焊好的LED支架，放入烘箱讓環(huán)氧固化后，將LED從模腔中脫出即成型。l固化與固化后l 固化是指封裝環(huán)氧的固化，一般環(huán)氧固化條件在135，1小時。模壓封裝一般在150，4分鐘。 l后固化 l 后固化是為了讓環(huán)氧充分固化，同時對LED進行熱老化。后固化對于提高環(huán)氧與支架PCB的粘結(jié)強度非常重要。