تجهیزات تولید LED: نوآوری تکنولوژیکی و ارتقاء زنجیره صنعتی

به عنوان یک منبع نور نیمه‌رسانای نسل سوم، فرآیند تولید LED (دیود ساطع کننده نور) شامل یک زنجیره فناوری پیچیده است که چندین پیوند مانند آماده‌سازی بستر، رشد اپی‌تاکسیال، برش تراشه، بسته‌بندی و آزمایش را پوشش می‌دهد. در سال‌های اخیر، با ظهور کاربردهای پیشرفته مانند MicroLED و LED خودرو، تجهیزات تولید LED شاهد پیشرفت‌های انقلابی از نظر دقت، راندمان و درجه اتوماسیون بوده‌اند. این مقاله از سه بعد: تجهیزات فرآیند اصلی، چالش‌های فنی و روندهای آینده، تجزیه و تحلیل خواهد کرد.

تهیه مواد بستر (مانند یاقوت کبود، کاربید سیلیکون و مبتنی بر سیلیکون) سنگ بنای زنجیره صنعت LED است. فناوری بستر سیلیکونی به دلیل هزینه کم و سازگاری قوی در سال‌های اخیر به یک نقطه داغ تحقیق و توسعه تبدیل شده است. به عنوان مثال، تیم جیانگ فنگیی از دانشگاه نانچانگ بر چالش رشد گالیم نیترید بر روی بسترهای سیلیکونی از طریق بیش از 4000 آزمایش غلبه کرد و تولید انبوه تراشه‌های LED مبتنی بر سیلیکون را ارتقا داد. تجهیزات رشد اپی‌تاکسیال مانند دستگاه‌های MOCVD (رسوب‌گذاری بخار شیمیایی آلی فلزی) مستقیماً بر کیفیت کریستالی لایه اپی‌تاکسیال با کنترل دقیق پارامترهایی مانند دما و سرعت جریان گاز تأثیر می‌گذارند. تحقیقات دانشگاه فناوری جنوب چین نشان می‌دهد که بهینه‌سازی فرآیند اپی‌تاکسیال می‌تواند نقص‌های ویفر را کاهش داده و بازده تراشه‌های MicroLED را بهبود بخشد.

برش تراشه نیاز به تشکیل آرایه‌های LED با اندازه میکرون از طریق فرآیندهای اچ دارد و فناوری انتقال انبوه، گلوگاه کلیدی برای تولید انبوه Microleds است. انتقال مکانیکی سنتی برای برآورده کردن نیاز خطای ±1.5 میکرومتر دشوار است. فناوری انتقال با کمک لیزر (مانند طراحی مشترک بلوک‌های فشار گوه ای شکل و میله‌های موقعیت‌یابی در فناوری ثبت شده) راندمان و بازده انتقال را از طریق گیره خودکار و موقعیت‌یابی دقیق به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. دستگاه مونتاژ دقیق ماژول اپتوالکترونیک EP-310 که توسط Yuanlisheng راه‌اندازی شده است، تشخیص تصویر و ماژول‌های پرس داغ را ادغام می‌کند و برای سناریوهای با تقاضای بالا مانند مونتاژ لنز LED مناسب است.

فرآیندهایی مانند پوشش فسفر و اتصال قالب در مرحله بسته‌بندی مستقیماً بر راندمان درخشش و طول عمر LEDها تأثیر می‌گذارد. دستگاه توزیع خودکار OED-350 Yuanlisheng از اندازه‌گیری ارتفاع لیزر و سیستم تمیز کردن خودکار سوزن برای اطمینان از پوشش یکنواخت استفاده می‌کند. تجهیزات تشخیص در حال توسعه به سمت هوشمندی هستند. به عنوان مثال، AMS Osram فناوری کد QR Data Matrix را معرفی کرده است که داده‌های آزمایش هر LED (مانند شدت نور و مختصات رنگ) را روی سطح بسته‌بندی رمزگذاری می‌کند، فرآیند تشخیص نوری را ساده می‌کند و هزینه کالیبراسیون را تا 26 درصد کاهش می‌دهد. تیم دانشگاه فناوری جنوب چین همچنین فناوری ترکیبی AOI (بازرسی نوری خودکار) و EL (الکترولومینسانس) را برای دستیابی به شناسایی و تعمیر کارآمد پیکسل‌های مرده MicroLED پیشنهاد کرد.

MicroLED، به دلیل اندازه تراشه بسیار کوچک (<50 میکرومتر)، با چالش‌هایی مانند دستیابی به بازده انتقال عظیم (نیازمند 99.9999٪) و کنترل نقص‌های دیواره جانبی مواجه است. تحقیقات نشان می‌دهد که اچینگ با کمک نانوذرات و فناوری خود مونتاژی می‌تواند آسیب دیواره جانبی را کاهش دهد، در حالی که بسترهای QMAT و فناوری لایه‌برداری لیزری (LLO) می‌توانند فرآیند انتقال را بهینه کنند 1.

خطوط تولید LED سنتی به عملیات دستی متکی هستند که منجر به نوسانات زیاد در بازده می‌شود. مطالعه‌ای که توسط دانشگاه علوم و فناوری Nan-Tai در تایوان انجام شد، با استفاده از فرآیند Six Sigma DMAIC (تعریف، اندازه‌گیری، تجزیه و تحلیل، بهبود، کنترل) در ترکیب با ابزارهای آماری، نرخ نقص فرآیند تولید دانه در قسمت جلویی را کاهش داده است. دستگاه قرار دادن EM-560 Yuanlisheng از یک ماژول جهت‌گیری پرواز استفاده می‌کند که از قرار دادن با سرعت بالا اجزایی با اندازه 0.6 میلی‌متر * 0.3 میلی‌متر تا 8 میلی‌متر * 8 میلی‌متر پشتیبانی می‌کند و اتوماسیون کل فرآیند را ارتقا می‌دهد.

صنعتی‌سازی فناوری بستر سیلیکونی (مانند مدل IDM Jingneng Optoelectronics) هزینه‌های تراشه را از طریق ادغام عمودی کاهش می‌دهد، در حالی که خوشه صنعتی LED در نانچانگ با تکمیل و گسترش زنجیره صنعتی، یک طرح اکولوژیکی کامل از بسترها تا بسته‌بندی ایجاد کرده است. علاوه بر این، طراحی صرفه‌جویی در مصرف انرژی تجهیزات (مانند جعبه‌های منحرف کننده هوا و سیستم‌های کنترل دمای هوشمند) به یک روند حفاظت از محیط زیست تبدیل شده است.

فناوری انتقال لیزری و انتقال غلتکی، ظرفیت تولید انبوه Microleds را بیشتر افزایش می‌دهد. همراه با یک سیستم اصلاح انحراف بلادرنگ مبتنی بر هوش مصنوعی، انتظار می‌رود که راندمان انتقال درجه صنعتی (>50M/h) را بشکند.

ادغام کدهای QR Data Matrix و فناوری اینترنت اشیا (IoT) امکان ردیابی داده‌ها را در طول چرخه عمر کامل LEDها فراهم می‌کند و دیجیتالی‌سازی و تولید سفارشی را در کارخانه‌ها ارتقا می‌دهد.

دستگاه‌های آینده باید ادغام چند منظوره را در نظر بگیرند، مانند ماشین‌های یکپارچه‌ای که اچینگ و بسته‌بندی را ترکیب می‌کنند، یا دستگاه‌های چاپ انتقالی که با بسترهای انعطاف‌پذیر سازگار هستند، تا نیازهای نوظهوری مانند روشنایی خودرو و نمایشگرهای پوشیدنی را برآورده کنند.

نوآوری فناوری در تجهیزات تولید LED نیروی محرکه اصلی برای ارتقاء زنجیره صنعتی است. از اپی‌تاکسی بستر سیلیکونی تا انتقال انبوه Microleds، از بسته‌بندی خودکار تا تشخیص هوشمند، دقت و هوشمندی تجهیزات در حال تغییر شکل چشم‌انداز صنعت است. با پیشرفت‌های چین در LEDهای مبتنی بر سیلیکون و دستاوردهای AMS Osram در بازرسی مبتنی بر داده، تولید LED جهانی در حال تسریع تکامل خود به سمت راندمان بالا، سرسبزی و ارزش افزوده بالا است. در آینده، تولیدکنندگان تجهیزات باید به طور مداوم از محدودیت‌های فرآیند عبور کنند و با علم مواد و فناوری هوش مصنوعی همکاری کنند تا به چالش‌های سناریوهای کاربردی پیچیده‌تر رسیدگی کنند.