Peralatan manufaktur LED: Inovasi teknologi dan peningkatan rantai industri

Sebagai sumber cahaya semikonduktor generasi ketiga, proses manufaktur LED (Light Emitting Diode) melibatkan rantai teknologi yang kompleks, yang mencakup berbagai tautan seperti persiapan substrat, pertumbuhan epitaksi, pemotongan chip, pengemasan, dan pengujian. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan munculnya aplikasi kelas atas seperti MicroLED dan LED otomotif, peralatan manufaktur LED telah menyaksikan terobosan revolusioner dalam hal presisi, efisiensi, dan tingkat otomatisasi. Artikel ini akan melakukan analisis dari tiga dimensi: peralatan proses inti, tantangan teknis, dan tren masa depan.

Persiapan bahan substrat (seperti safir, silikon karbida, dan berbasis silikon) adalah landasan dari rantai industri LED. Teknologi substrat silikon telah menjadi pusat penelitian dan pengembangan dalam beberapa tahun terakhir karena biaya rendah dan kompatibilitas yang kuat. Misalnya, tim Jiang Fengyi dari Universitas Nanchang mengatasi tantangan menumbuhkan gallium nitrida pada substrat silikon melalui lebih dari 4.000 percobaan, mempromosikan produksi massal chip LED berbasis silikon. Peralatan pertumbuhan epitaksi seperti mesin MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) secara langsung memengaruhi kualitas kristal lapisan epitaksi dengan mengontrol secara tepat parameter seperti suhu dan laju aliran gas. Penelitian dari South China University of Technology menunjukkan bahwa mengoptimalkan proses epitaksi dapat mengurangi cacat wafer dan meningkatkan hasil chip MicroLED.

Pemotongan chip memerlukan pembentukan susunan LED berukuran mikron melalui proses etsa, dan teknologi Transfer Massa adalah hambatan utama untuk produksi massal Microled. Transfer mekanis tradisional sulit untuk memenuhi persyaratan kesalahan ±1,5μm. Teknologi transfer berbantuan laser (seperti desain kolaboratif blok dorong berbentuk baji dan batang penentu posisi dalam teknologi yang dipatenkan) secara signifikan meningkatkan efisiensi transfer dan hasil melalui penjepitan otomatis dan penentuan posisi yang tepat. Mesin perakitan presisi modul optoelektronik EP-310 yang diluncurkan oleh Yuanlisheng mengintegrasikan pengenalan gambar dan modul penekanan panas, dan cocok untuk skenario permintaan presisi tinggi seperti perakitan lensa LED.

Proses seperti pelapisan fosfor dan pengikatan die pada tahap pengemasan secara langsung memengaruhi efisiensi bercahaya dan umur LED. Mesin pengeluaran otomatis penuh Yuanlisheng OED-350 mengadopsi pengukuran tinggi laser dan sistem pembersihan jarum otomatis untuk memastikan pelapisan yang seragam. Peralatan deteksi berkembang menuju kecerdasan. Misalnya, AMS Osram telah memperkenalkan teknologi kode QR Matriks Data, mengkodekan data pengujian setiap LED (seperti intensitas cahaya dan koordinat warna) pada permukaan pengemasan, menyederhanakan proses deteksi optik dan mengurangi biaya kalibrasi sebesar 26. Tim dari South China University of Technology juga mengusulkan teknologi gabungan AOI (Automatic Optical Inspection) dan EL (Electroluminescence) untuk mencapai identifikasi dan perbaikan piksel mati MicroLED yang efisien.

MicroLED, karena ukuran chipnya yang sangat kecil (<50μm), menghadapi tantangan seperti mencapai hasil transfer yang sangat besar (membutuhkan 99,9999%) dan mengendalikan cacat dinding samping. Penelitian menunjukkan bahwa etsa berbantuan nanopartikel dan teknologi perakitan sendiri dapat mengurangi kerusakan dinding samping, sementara substrat QMAT dan teknologi eksfoliasi laser (LLO) dapat mengoptimalkan proses transfer 1.

Lini produksi LED tradisional mengandalkan operasi manual, yang mengakibatkan fluktuasi hasil yang besar. Sebuah studi yang dilakukan oleh Nan-Tai University of Science and Technology di Taiwan telah mengurangi tingkat cacat dari proses manufaktur butiran front-end dengan menggunakan proses Six Sigma DMAIC (Define, Measure, Analyze, Improve, Control) yang dikombinasikan dengan alat statistik. Mesin penempatan Yuanlisheng EM-560 mengadopsi modul orientasi terbang, mendukung penempatan komponen berkecepatan tinggi mulai dari 0,6mm*0,3mm hingga 8mm*8mm, mempromosikan otomatisasi penuh proses.

Industrialisasi teknologi substrat silikon (seperti model IDM dari Jingneng Optoelectronics) mengurangi biaya chip melalui integrasi vertikal, sementara kluster industri LED di Nanchang telah membentuk tata letak ekologis penuh dari substrat hingga pengemasan dengan melengkapi dan memperluas rantai industri. Selain itu, desain peralatan hemat energi (seperti kotak deflektor udara dan sistem kontrol suhu cerdas) telah menjadi tren perlindungan lingkungan.

Teknologi transfer laser dan transfer rol akan lebih meningkatkan kapasitas produksi massal Microled. Dikombinasikan dengan sistem koreksi deviasi waktu nyata yang didorong AI, diharapkan dapat menembus efisiensi transfer tingkat industri (>50M/jam).

Integrasi kode QR Matriks Data dan teknologi Internet of Things (IoT) akan memungkinkan penelusuran data sepanjang siklus hidup LED dan mempromosikan digitalisasi dan produksi yang disesuaikan di pabrik.

Perangkat di masa mendatang perlu mempertimbangkan integrasi multi-fungsi, seperti mesin terintegrasi yang menggabungkan etsa dan pengemasan, atau perangkat pencetakan transfer yang kompatibel dengan substrat fleksibel, untuk memenuhi permintaan yang muncul seperti pencahayaan otomotif dan tampilan yang dapat dikenakan.

Inovasi teknologi dalam peralatan manufaktur LED adalah kekuatan pendorong utama untuk peningkatan rantai industri. Dari epitaksi substrat silikon hingga transfer massal Microled, dari pengemasan otomatis hingga deteksi cerdas, presisi dan kecerdasan peralatan membentuk kembali lanskap industri. Dengan terobosan China dalam LED berbasis silikon dan pencapaian AMS Osram dalam inspeksi berbasis data, manufaktur LED global mempercepat evolusinya menuju efisiensi tinggi, kehijauan, dan nilai tambah yang tinggi. Di masa mendatang, produsen peralatan perlu terus menerus menembus batas proses, dan berkolaborasi dengan ilmu material dan teknologi AI untuk mengatasi tantangan skenario aplikasi yang lebih kompleks