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LED产业链简介 LED产业链结构 1 蓝宝石衬底生产2 外延3 芯片制造 重点介绍内容 4 芯片封装5 LED应用 LED的本质 LED的本质就是一个PN结 通过P区空穴和N区电子的复合而释放光子 是由电能直接到光能的转换 所以LED又被称为冷光源 传统的白炽灯是有电能加热灯丝 及由电能到热能 再由热辐射出光 这也是LED发光效率高的根本原因 LED优点 寿命长 理论上为10万小时 一般大于5万小万 是荧光灯的10倍 光效高 耗电量小 仅为白炽灯的1 8 荧光灯的1 3 体积小 重量轻 可封装成各种类型 坚固耐用 不怕震动 环氧树脂封装 防水 耐恶劣环境使用 多色显示 利用RGB可实现七彩色显示 响应时间快 一般为毫微秒 ns 级 380nm 430nm 490nm 505nm 515nm 535nm 585nm 600nm 630nm 780nm 紫色 Purple 蓝色 Blue 蓝绿色 BluishGreen 翠绿色 Green 纯绿色 PureGreen 黄绿色 YellowGreen 黄色 Yellow 橙色 Orange 琥珀色 Amber 红色 Red LED顏色區分 目前我司生产的LED 目前我司生产的LED主要以波长为440 460nm之间的蓝光LED芯片 2020 3 23 7 外延生长 芯片前工艺 研磨 切割 点测 分选 检测入库 工艺流程图 2020 3 23 8 外延生长 2020 3 23 9 外延生长 MO源及NH3由载气传输到反应室 以质量流量计控制气体流量 反应物进入反应室后经载气传输到衬底表面反应形成外延薄膜 主要设备有MOCVD 2020 3 23 10 蓝宝石衬底 GaN缓冲层 N型GaN Si 发光层 InGaN GaN P型GaN Mg 外延生长示意图 450um 5um 平面 镜面 PSS和粗化片的概念与区别 平面片为最早的晶片 指的是蓝宝石衬底是平的 而PSS指的是图形化衬底 蓝宝石衬底不是平整的 而是做成重复的山包形状 而粗化指的是外延衬底生长完成后在P层表面是否进行粗化处理 所以理论上存在4中类型晶片 1 镜面非粗化片 完全镜面 2 镜面粗化片3 PSS的非粗化片4 PSS粗化片 PSS图片 PSS俯视图 PSS立体图 2020 3 23 13 芯片制造 芯片制造工艺流程图 去铟球清洗 外延快测后没有清洗铟球会导致粘片破片 去铟球清洗采用ITO 氧化铟锡 腐蚀液 33 水浴下30min左右 外延片清洗 外延片清洗采用H2SO4 H2O2 H2O 5 1 1 60 水浴 30sec P Mesa光罩作业 阴影部分为铬 紫外光无法透过 被光照区域光刻胶被显影液除去 留下刻蚀区域 N ITO蚀刻前预处理 利用氧气加射频将ITO欲蚀刻区域轰击干净 防止留有残胶 影响蚀刻效果 ITO蚀刻 不去光阻 将欲刻蚀区域采用ITO腐蚀液 水浴33 腐蚀10min P mesa刻蚀 利用ICP刻蚀机 主要气体为CL2和BCL3 主要作用离子为氯离子 现刻蚀深度带ITO测量为12000 左右 去光阻 去光阻后片上图形 紫红色区域为ITO ITO光罩作业 将所需P区图形留出 待下一步去除P区ITO P ITO蚀刻前预处理 原理同N ITO蚀刻前预处理 ITO蚀刻 将欲刻蚀区域采用ITO腐蚀液 水浴33 腐蚀7min 去光阻 N区P区均显露出来 为下步蒸镀电极做准备 ITO熔合 熔合目的 主要使ITO材料更加密实 透光率增加 降低电压 使ITO层与GaN衬底形成良好的欧姆接触 熔合条件 温度 500 10min N P电极光罩作业 采用负性胶 未光照区域光刻胶被显影液去掉 留下电极蒸镀区域 P N光刻 N GaN MQW P GaN Al2O3 ITO ITO Al2O3 PRPR N GaN MQW P GaN ITO ITO 镀NP PRPR N GaN Al2O3 MQW P GaN ITO ITO AuPtCr NP电极形成 胶厚 6 5um AZ4620 N P电极蒸镀 金属剥离 采用蒸镀机 电极分三层 Cr Pt Au 厚度分别为 200 300 12000 金属熔合 熔合目的 增强欧姆接触 提高稳定性熔合条件 温度 250 5min SiO2沉积 采用设备 PECVD主要气体 SiH4 N2OSiO2作用 保护芯片 增加亮度 开双孔光罩作业 将N P电极区域的SiO2露出 以便下步蚀刻 SiO2蚀刻 将电极上的SiO2用BOE NH4F HF 混酸腐蚀35sec 露出电极 去光阻 左图绿色阴影区域为SiO2 黄色阴影区域为金属电极 2020 3 23 34 单颗晶粒前工艺后成品图 2020 3 23 35 点亮后 点亮后 点亮后 点亮后 ITO蒸镀机 Temperature 200 O2 8 5 2020 3 23 湘能华磊光电股份有限公司 37 ICP 曝光机 2020 3 23 38 PECVD 蒸镀机 2020 3 23 39 芯片分离 切割裂片 研切的目的 将一整片上的LED分开 形成一粒粒的芯片 并且在此过程中保持晶片完整 干净 研切工序是影响芯片成品率的主要工序 如下图 研磨前 裂片扩张后 研磨切割车间工序 上蜡 Bonding 研磨 Grinding 抛光 Polishing 下蜡清洗粘片切割 Scribing 裂片 Break 所用仪器 千分表 单位 um 测量方法 1 擦干净陶瓷盘 2 将陶瓷盘放在千分表的大理石上 3 移动陶瓷盘 千分表表头接触陶瓷盘面 归零 找到陶瓷盘的零点位置 4 将千分表表头接触wafer背表面 读出的数值即为wafer的厚度 一 wafer的减薄过程 Wafer的厚度测量 一 wafer的减薄过程 测量值记录 每一片wafer在测厚时 为了检查晶圆研抛后的均匀性 测量并记录五个点 分别为 上 中 平 左 右 上 平 左 右 中 1 上蜡 2 研磨 3 抛光 一 wafer的减薄过程 减薄厚度便于切割 抛光消除应力 4 下蜡 5 清洗 一 wafer的减薄过程 关于研磨抛光破片的几种原因 应力 单位面积上所承受的附加内力 即材料在受到外力作用 不能位移就会产生形变 材料内部会产生并聚集抵抗形变的内力 我们可以理解某点的应力为该点内力的聚集度 特点 材料上受到任何的力 热等其他外在作用力时均会产生应力 晶片研磨后下蜡出现翘曲即是应力快速释放的结果 应力和划痕是破片的主要原因 研磨过程产生应力的方向 背面 正面 背面 正面 抛光过程产生应力的方向 应力和划痕是破片的主要原因 保证晶片没有翘曲即是应力相互抵消 通过控制研磨和抛光的厚度可以适当的减小晶片的应力 但如果本身晶片的积累的应力过大 研磨和抛光的作用就不太明显 研磨不抛光的碎裂层 研磨后抛光5um 研磨后抛光15um 应力和划痕是破片的主要原因 划痕正常 划痕太深 6 粘片 二 wafer的分割过程 7 切割 8 崩裂 激光 2020 3 23 51 芯片分类 点测分选 芯片点分车间作用 将分离后的芯片按照不同的光电参数 外观等级将芯片分类 不同等级芯片售价不同 点测工序 使用点测机台测出芯片的光电性能 常见的几项参数为 VF1 正向工作电压 20mA VF4 正向小电流电压 1uA WLD1 波长LOP1 芯片亮度IR 芯片漏电流 反向5V电压 大圆片与方片的区别 大圆片 为芯片制程完成后经过IPQC点测后晶片完成研切工序后直接进入目检挑出外观不良的芯片后入库 不做全点测和分选 及出售的给客户的大圆片中会存在光电参数不良的芯片 但一般会控制在5 以内 方片 完成切割裂片的晶片经过全点测 分选成方片 每张方片上的光电参数的范围均一致 出售给客户时里面不能由不良品 分选工序 通过点测机台测出的光电参数 将每颗芯片分类 目检工序 在显微镜下将外观不符合标准的芯片挑出 如下图为研切车间常见的异常 切割不良 双胞 乱裂 2020 3 23 57 LED芯片封装 封装后的成品 封装工艺简介 封装工艺芯片封装一般分为固晶 焊线 灌胶 切角和测试五个部分 固晶银胶 或绝缘胶 解冻 排支架 点胶 将银胶点在支架的阳极或阴极之固晶位的中心位上 固晶 将芯片固定在已点好银胶的支架上 然后烘烤 焊线根据产品的要求设定焊线温度 时间 功率 压力后进行焊线 灌胶将模条按一定的方向装在铝船上 后进行吹尘后置入烘箱内进行预热 灌胶初烘 离模长烘 切角将支架分开 并且切出长短脚测试 LED的五大物料与五大制程 支架 LeadFrame LAMP固晶焊线 利用固晶胶将晶片固定在支架上 然后焊上导线 金线 固晶焊