Équipement de fabrication de LED: innovation technologique et mise à niveau de la chaîne industrielle

En tant que source de lumière à semi-conducteurs de troisième génération, le processus de fabrication des LED (Light Emitting Diode) implique une chaîne technologique complexe, couvrant plusieurs maillons tels que la préparation du substrat, la croissance épitaxiale, la découpe des puces, l'encapsulation et les tests. Ces dernières années, avec l'essor des applications haut de gamme telles que les MicroLED et les LED automobiles, l'équipement de fabrication de LED a connu des percées révolutionnaires en termes de précision, d'efficacité et de degré d'automatisation. Cet article procédera à une analyse à partir de trois dimensions : l'équipement de processus de base, les défis techniques et les tendances futures.

La préparation des matériaux de substrat (tels que le saphir, le carbure de silicium et à base de silicium) est la pierre angulaire de la chaîne industrielle des LED. La technologie des substrats en silicium est devenue un point chaud de recherche et développement ces dernières années en raison de son faible coût et de sa forte compatibilité. Par exemple, l'équipe de Jiang Fengyi de l'Université de Nanchang a surmonté le défi de la croissance du nitrure de gallium sur des substrats en silicium grâce à plus de 4 000 expériences, favorisant la production de masse de puces LED à base de silicium. L'équipement de croissance épitaxiale tel que les machines MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) affecte directement la qualité cristalline de la couche épitaxiale en contrôlant avec précision des paramètres tels que la température et le débit de gaz. Les recherches de l'Université de technologie de Chine du Sud indiquent que l'optimisation du processus épitaxial peut réduire les défauts des plaquettes et améliorer le rendement des puces MicroLED.

La découpe de puces nécessite la formation de réseaux de LED de taille micronique grâce à des processus de gravure, et la technologie de transfert de masse est le goulot d'étranglement clé pour la production de masse de Microleds. Le transfert mécanique traditionnel est difficile à satisfaire à l'exigence d'erreur de ±1,5μm. La technologie de transfert assistée par laser (telle que la conception collaborative de blocs de poussée en forme de coin et de tiges de positionnement dans la technologie brevetée) améliore considérablement l'efficacité et le rendement du transfert grâce au serrage automatisé et au positionnement précis. La machine d'assemblage de précision de modules optoélectroniques EP-310 lancée par Yuanlisheng intègre la reconnaissance d'image et des modules de pressage à chaud, et convient aux scénarios de demande de haute précision tels que l'assemblage de lentilles LED.

Les processus tels que le revêtement de phosphore et la liaison de matrices dans l'étape d'encapsulation affectent directement l'efficacité lumineuse et la durée de vie des LED. La machine de distribution entièrement automatique OED-350 de Yuanlisheng adopte un système de mesure de la hauteur au laser et de nettoyage automatique des aiguilles pour assurer un revêtement uniforme. L'équipement de détection évolue vers l'intelligence. Par exemple, AMS Osram a introduit la technologie de code QR Data Matrix, codant les données de test de chaque LED (telles que l'intensité lumineuse et les coordonnées de couleur) sur la surface de l'emballage, simplifiant le processus de détection optique et réduisant le coût d'étalonnage de 26 %. L'équipe de l'Université de technologie de Chine du Sud a également proposé la technologie combinée AOI (Automatic Optical Inspection) et EL (Electroluminescence) pour parvenir à une identification et une réparation efficaces des pixels morts MicroLED.

Les MicroLED, en raison de leur très petite taille de puce (<50μm), sont confrontés à des défis tels que la réalisation d'un rendement de transfert énorme (nécessitant 99,9999 %) et le contrôle des défauts des parois latérales. La recherche montre que la gravure assistée par nanoparticules et la technologie d'auto-assemblage peuvent réduire les dommages des parois latérales, tandis que les substrats QMAT et la technologie d'exfoliation laser (LLO) peuvent optimiser le processus de transfert 1.

Les chaînes de production de LED traditionnelles reposent sur un fonctionnement manuel, ce qui entraîne de fortes fluctuations du rendement. Une étude menée par l'Université des sciences et technologies de Nan-Tai à Taïwan a réduit le taux de défauts du processus de fabrication des grains en front-end en utilisant le processus Six Sigma DMAIC (Définir, Mesurer, Analyser, Améliorer, Contrôler) en combinaison avec des outils statistiques. La machine de placement EM-560 de Yuanlisheng adopte un module d'orientation volante, prenant en charge le placement à grande vitesse de composants allant de 0,6 mm * 0,3 mm à 8 mm * 8 mm, favorisant l'automatisation complète du processus.

L'industrialisation de la technologie des substrats en silicium (telle que le modèle IDM de Jingneng Optoelectronics) réduit les coûts des puces grâce à l'intégration verticale, tandis que le cluster industriel de LED à Nanchang a formé une disposition écologique complète, des substrats à l'encapsulation, en complétant et en étendant la chaîne industrielle. De plus, la conception économe en énergie des équipements (tels que les boîtiers déflecteurs d'air et les systèmes de contrôle intelligent de la température) est devenue une tendance de protection de l'environnement.

La technologie de transfert laser et de transfert par rouleau améliorera encore la capacité de production de masse des Microleds. Combinée à un système de correction des écarts en temps réel basé sur l'IA, elle devrait percer l'efficacité de transfert de qualité industrielle (>50M/h).

L'intégration des codes QR Data Matrix et de la technologie de l'Internet des objets (IoT) permettra la traçabilité des données tout au long du cycle de vie des LED et favorisera la numérisation et la production personnalisée dans les usines.

Les futurs appareils doivent tenir compte de l'intégration multifonctionnelle, tels que les machines intégrées qui combinent la gravure et l'encapsulation, ou les dispositifs d'impression par transfert compatibles avec les substrats flexibles, pour répondre aux demandes émergentes telles que l'éclairage automobile et les écrans portables.

L'innovation technologique dans les équipements de fabrication de LED est la force motrice essentielle de la mise à niveau de la chaîne industrielle. De l'épitaxie sur substrat en silicium au transfert massif de Microleds, de l'encapsulation automatisée à la détection intelligente, la précision et l'intelligence des équipements remodèlent le paysage de l'industrie. Avec les percées de la Chine dans les LED à base de silicium et les réalisations d'AMS Osram en matière d'inspection basée sur les données, la fabrication mondiale de LED accélère son évolution vers une efficacité élevée, la verdure et une valeur ajoutée élevée. À l'avenir, les fabricants d'équipements doivent continuellement franchir les limites des processus et collaborer avec la science des matériaux et la technologie de l'IA pour relever les défis de scénarios d'application plus complexes.