Оборудование для производства светодиодов: технологические инновации и модернизация промышленной цепочки

Как источник света третьего поколения на основе полупроводников, процесс производства светодиодов (LED, Light Emitting Diode) включает в себя сложную технологическую цепочку, охватывающую множество этапов, таких как подготовка подложки, эпитаксиальный рост, резка чипов, упаковка и тестирование. В последние годы, с появлением высокотехнологичных применений, таких как MicroLED и автомобильные светодиоды, оборудование для производства светодиодов претерпело революционные прорывы с точки зрения точности, эффективности и степени автоматизации. В этой статье будет проведен анализ с трех позиций: основное технологическое оборудование, технические вызовы и будущие тенденции.

Подготовка материалов подложек (таких как сапфир, карбид кремния и кремний) является краеугольным камнем производственной цепочки светодиодов. Кремниевая технология подложек стала центром исследований и разработок в последние годы из-за своей низкой стоимости и высокой совместимости. Например, команда Цзян Фэнъи из Наньчанского университета преодолела проблему выращивания нитрида галлия на кремниевых подложках посредством более 4000 экспериментов, способствуя массовому производству кремниевых светодиодных чипов. Оборудование для эпитаксиального роста, такое как MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition), напрямую влияет на качество кристаллов эпитаксиального слоя, точно контролируя такие параметры, как температура и скорость потока газа. Исследования Южно-Китайского технологического университета показывают, что оптимизация эпитаксиального процесса может уменьшить дефекты пластин и повысить выход чипов MicroLED.

Резка чипов требует формирования массивов светодиодов микронного размера посредством процессов травления, а технология массового переноса является ключевым узким местом для массового производства Microled. Традиционный механический перенос трудно удовлетворить требованию погрешности ±1,5 мкм. Технология переноса с лазерной поддержкой (например, совместная конструкция клиновидных толкателей и позиционирующих стержней в запатентованной технологии) значительно повышает эффективность переноса и выход за счет автоматизированного зажима и точного позиционирования. Прецизионная сборочная машина оптоэлектронных модулей EP-310, выпущенная компанией Yuanlisheng, объединяет распознавание изображений и модули горячего прессования и подходит для сценариев с высокими требованиями к точности, таких как сборка линз светодиодов.

Процессы, такие как нанесение люминофора и прикрепление кристаллов на этапе упаковки, напрямую влияют на светоотдачу и срок службы светодиодов. Полностью автоматический дозатор Yuanlisheng OED-350 использует лазерное измерение высоты и систему автоматической очистки иглы для обеспечения равномерного покрытия. Контрольное оборудование развивается в направлении интеллекта. Например, AMS Osram внедрила технологию Data Matrix QR-кода, кодируя данные испытаний каждого светодиода (например, интенсивность света и цветовые координаты) на поверхности упаковки, упрощая процесс оптического обнаружения и снижая затраты на калибровку на 26%. Команда из Южно-Китайского технологического университета также предложила комбинированную технологию AOI (автоматический оптический контроль) и EL (электролюминесценция) для эффективной идентификации и ремонта мертвых пикселей MicroLED.

MicroLED из-за своего чрезвычайно малого размера чипа (<50 мкм) сталкивается с такими проблемами, как достижение огромного выхода при переносе (требуется 99,9999%) и контроль дефектов боковых стенок. Исследования показывают, что травление с помощью наночастиц и технология самосборки могут уменьшить повреждение боковых стенок, в то время как подложки QMAT и технология лазерного отслаивания (LLO) могут оптимизировать процесс переноса 1.

Традиционные производственные линии светодиодов полагаются на ручное управление, что приводит к большим колебаниям выхода. Исследование, проведенное Научно-техническим университетом Нань-Тай на Тайване, снизило процент дефектов процесса производства заготовок на переднем крае, используя процесс Six Sigma DMAIC (Определение, Измерение, Анализ, Улучшение, Контроль) в сочетании со статистическими инструментами. Машина для размещения Yuanlisheng EM-560 использует модуль ориентации в полете, поддерживающий высокоскоростное размещение компонентов размером от 0,6 мм * 0,3 мм до 8 мм * 8 мм, способствуя полной автоматизации процесса.

Индустриализация кремниевой технологии подложек (например, модель IDM компании Jingneng Optoelectronics) снижает затраты на чипы за счет вертикальной интеграции, в то время как светодиодный промышленный кластер в Наньчане сформировал полную экологическую схему от подложек до упаковки, дополняя и расширяя производственную цепочку. Кроме того, энергосберегающая конструкция оборудования (например, дефлекторные коробки и интеллектуальные системы контроля температуры) стала тенденцией защиты окружающей среды.

Технология лазерного переноса и роликового переноса будет и дальше повышать возможности массового производства Microled. В сочетании с системой коррекции отклонений в реальном времени на основе искусственного интеллекта ожидается прорыв в эффективности переноса промышленного уровня (>50M/ч).

Интеграция Data Matrix QR-кодов и технологии Интернета вещей (IoT) позволит отслеживать данные на протяжении всего жизненного цикла светодиодов и способствовать цифровизации и индивидуальному производству на заводах.

Будущие устройства должны учитывать многофункциональную интеграцию, такую как интегрированные машины, сочетающие травление и упаковку, или устройства переноса печати, совместимые с гибкими подложками, для удовлетворения новых потребностей, таких как автомобильное освещение и носимые дисплеи.

Технологические инновации в оборудовании для производства светодиодов являются основной движущей силой модернизации производственной цепочки. От эпитаксии на кремниевых подложках до массового переноса Microled, от автоматизированной упаковки до интеллектуального обнаружения, точность и интеллект оборудования меняют отраслевой ландшафт. Благодаря прорывам Китая в области светодиодов на основе кремния и достижениям AMS Osram в области инспекции на основе данных, мировое производство светодиодов ускоряет свою эволюцию в направлении высокой эффективности, экологичности и высокой добавленной стоимости. В будущем производителям оборудования необходимо постоянно преодолевать технологические ограничения и сотрудничать с наукой о материалах и технологиями искусственного интеллекта для решения задач более сложных сценариев применения.