Jako źródło światła półprzewodnikowego trzeciej generacji, proces produkcyjny LED (Light Emitting Diode) obejmuje złożony łańcuch technologiczny, obejmujący wiele ogniw, takich jak przygotowanie podłoża, wzrost epitaksjalny, cięcie chipów, pakowanie i testowanie. W ostatnich latach, wraz z rozwojem zaawansowanych zastosowań, takich jak MicroLED i samochodowe LED, sprzęt do produkcji LED był świadkiem rewolucyjnych przełomów pod względem precyzji, wydajności i stopnia automatyzacji. Niniejszy artykuł przeprowadzi analizę z trzech wymiarów: kluczowego sprzętu procesowego, wyzwań technicznych i przyszłych trendów.
Przygotowanie materiałów podłoża (takich jak szafir, węglik krzemu i na bazie krzemu) jest kamieniem węgielnym łańcucha przemysłowego LED. Technologia podłoży krzemowych stała się w ostatnich latach gorącym punktem badań i rozwoju ze względu na niski koszt i silną kompatybilność. Na przykład zespół Jiang Fengyi z Uniwersytetu Nanchang pokonał wyzwanie związane ze wzrostem azotku galu na podłożach krzemowych poprzez ponad 4000 eksperymentów, promując masową produkcję chipów LED na bazie krzemu. Sprzęt do wzrostu epitaksjalnego, taki jak maszyny MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), bezpośrednio wpływa na jakość kryształów warstwy epitaksjalnej poprzez precyzyjne kontrolowanie parametrów, takich jak temperatura i natężenie przepływu gazu. Badania z Południowochińskiego Uniwersytetu Technologicznego wskazują, że optymalizacja procesu epitaksjalnego może zmniejszyć wady płytek i poprawić wydajność chipów MicroLED.
Cięcie chipów wymaga utworzenia tablic LED o rozmiarach mikronowych za pomocą procesów trawienia, a technologia Mass Transfer jest kluczowym wąskim gardłem dla masowej produkcji Microledów. Tradycyjny transfer mechaniczny trudno spełnić wymaganie błędu ±1,5μm. Technologia transferu wspomagana laserem (taka jak wspólne projektowanie klinowych bloków popychających i prętów pozycjonujących w opatentowanej technologii) znacznie poprawia wydajność transferu i wydajność dzięki zautomatyzowanemu mocowaniu i precyzyjnemu pozycjonowaniu. Maszyna do precyzyjnego montażu modułów optoelektronicznych EP-310, wprowadzona przez Yuanlisheng, integruje rozpoznawanie obrazu i moduły prasowania na gorąco i nadaje się do scenariuszy wymagających wysokiej precyzji, takich jak montaż soczewek LED.
Procesy takie jak powlekanie fosforem i łączenie matryc w etapie pakowania bezpośrednio wpływają na wydajność świetlną i żywotność diod LED. W pełni automatyczna maszyna dozująca Yuanlisheng OED-350 wykorzystuje pomiar wysokości laserowej i automatyczny system czyszczenia igieł, aby zapewnić równomierne powlekanie. Sprzęt do wykrywania rozwija się w kierunku inteligencji. Na przykład AMS Osram wprowadził technologię kodu QR Data Matrix, kodując dane testowe każdej diody LED (takie jak natężenie światła i współrzędne kolorów) na powierzchni opakowania, upraszczając proces wykrywania optycznego i zmniejszając koszty kalibracji o 26%. Zespół z Południowochińskiego Uniwersytetu Technologicznego zaproponował również technologię połączoną AOI (Automatyczna Inspekcja Optyczna) i EL (Elektroluminescencja), aby osiągnąć wydajną identyfikację i naprawę martwych pikseli MicroLED.
MicroLED, ze względu na bardzo mały rozmiar chipa (<50μm), stoi w obliczu wyzwań, takich jak osiągnięcie ogromnej wydajności transferu (wymagającej 99,9999%) i kontrolowanie wad ścian bocznych. Badania pokazują, że trawienie wspomagane nanocząsteczkami i technologia samoorganizacji mogą zmniejszyć uszkodzenia ścian bocznych, podczas gdy podłoża QMAT i technologia eksfoliacji laserowej (LLO) mogą zoptymalizować proces transferu 1.
Tradycyjne linie produkcyjne LED opierają się na obsłudze ręcznej, co skutkuje dużymi wahaniami wydajności. Badanie przeprowadzone przez Nan-Tai University of Science and Technology na Tajwanie zmniejszyło wskaźnik wad w procesie produkcji ziarna front-end za pomocą procesu Six Sigma DMAIC (Definiuj, Mierz, Analizuj, Ulepsz, Kontroluj) w połączeniu z narzędziami statystycznymi. Maszyna do umieszczania Yuanlisheng EM-560 przyjmuje moduł orientacji lotniczej, obsługując szybkie umieszczanie komponentów w zakresie od 0,6 mm * 0,3 mm do 8 mm * 8 mm, promując pełną automatyzację procesów.
Uprzemysłowienie technologii podłoży krzemowych (takich jak model IDM Jingneng Optoelectronics) zmniejsza koszty chipów poprzez integrację pionową, podczas gdy klaster przemysłowy LED w Nanchang utworzył pełny układ ekologiczny od podłoży po pakowanie, uzupełniając i rozszerzając łańcuch przemysłowy. Ponadto energooszczędna konstrukcja sprzętu (takiego jak skrzynki deflektorów powietrza i inteligentne systemy kontroli temperatury) stała się trendem ochrony środowiska.
Transfer laserowy i technologia transferu rolkowego dodatkowo zwiększą zdolność masowej produkcji Microledów. W połączeniu z systemem korekcji odchyleń w czasie rzeczywistym opartym na sztucznej inteligencji, oczekuje się, że przełamie wydajność transferu na poziomie przemysłowym (>50M/h).
Integracja kodów QR Data Matrix i technologii Internetu Rzeczy (IoT) umożliwi śledzenie danych w całym cyklu życia diod LED i promowanie cyfryzacji i spersonalizowanej produkcji w fabrykach.
Przyszłe urządzenia muszą uwzględniać wielofunkcyjną integrację, taką jak zintegrowane maszyny, które łączą trawienie i pakowanie, lub urządzenia do druku transferowego, które są kompatybilne z elastycznymi podłożami, aby sprostać nowym wymaganiom, takim jak oświetlenie samochodowe i wyświetlacze do noszenia.
Innowacje technologiczne w sprzęcie do produkcji LED są główną siłą napędową modernizacji łańcucha przemysłowego. Od epitaksji podłoży krzemowych po masowy transfer Microledów, od zautomatyzowanego pakowania po inteligentne wykrywanie, precyzja i inteligencja sprzętu zmieniają krajobraz branży. Dzięki przełomom Chin w diodach LED na bazie krzemu i osiągnięciom AMS Osram w zakresie inspekcji opartej na danych, globalna produkcja LED przyspiesza ewolucję w kierunku wysokiej wydajności, ekologii i wysokiej wartości dodanej. W przyszłości producenci sprzętu muszą nieustannie przekraczać limity procesowe i współpracować z nauką o materiałach i technologią AI, aby sprostać wyzwaniom bardziej złożonych scenariuszy zastosowań.
