LED üretim ekipmanları: Teknolojik yenilik ve endüstriyel zincirin yükseltilmesi

Üçüncü nesil bir yarı iletken ışık kaynağı olarak, LED'in (Işık Yayan Diyot) üretim süreci, alt tabaka hazırlığı, epitaksiyel büyüme, çip kesimi, paketleme ve test gibi çok sayıda bağlantıyı kapsayan karmaşık bir teknolojik zincir içerir. Son yıllarda, MicroLED ve otomotiv LED'i gibi üst düzey uygulamaların yükselişiyle birlikte, LED üretim ekipmanları hassasiyet, verimlilik ve otomasyon derecesi açısından devrim niteliğinde atılımlara tanık olmuştur. Bu makale, üç boyuttan bir analiz yapacaktır: temel proses ekipmanları, teknik zorluklar ve gelecekteki eğilimler.

Alt tabaka malzemelerinin (safir, silisyum karbür ve silikon bazlı gibi) hazırlanması, LED endüstriyel zincirinin temel taşıdır. Silikon alt tabaka teknolojisi, düşük maliyeti ve güçlü uyumluluğu nedeniyle son yıllarda bir araştırma ve geliştirme sıcak noktası haline gelmiştir. Örneğin, Nanchang Üniversitesi'nden Jiang Fengyi'nin ekibi, silikon alt tabakalar üzerinde galyum nitrür yetiştirme zorluğunun üstesinden gelerek 4.000'den fazla deneyle silikon bazlı LED çiplerin seri üretimini teşvik etti. MOCVD (Metal-Organik Kimyasal Buhar Biriktirme) makineleri gibi epitaksiyel büyüme ekipmanları, sıcaklık ve gaz akış hızı gibi parametreleri hassas bir şekilde kontrol ederek epitaksiyel katmanın kristal kalitesini doğrudan etkiler. Güney Çin Teknoloji Üniversitesi'nden yapılan araştırmalar, epitaksiyel prosesin optimize edilmesinin gofret kusurlarını azaltabileceğini ve MicroLED çiplerin verimini artırabileceğini göstermektedir.

Çip kesimi, aşındırma işlemleri yoluyla mikron boyutunda LED dizilerinin oluşturulmasını gerektirir ve Kütle Transfer teknolojisi, Microled'lerin seri üretimi için önemli bir darboğazdır. Geleneksel mekanik transfer, ±1,5μm hata gereksinimini karşılamakta zorlanır. Lazer destekli transfer teknolojisi (patentli teknolojide kama şeklindeki itme blokları ve konumlandırma çubuklarının işbirlikçi tasarımı gibi), otomatik kenetleme ve hassas konumlandırma yoluyla transfer verimliliğini ve verimini önemli ölçüde artırır. Yuanlisheng tarafından piyasaya sürülen EP-310 optoelektronik modül hassas montaj makinesi, görüntü tanıma ve sıcak presleme modüllerini entegre eder ve LED lens montajı gibi yüksek hassasiyetli talep senaryoları için uygundur.

Paketleme aşamasındaki fosfor kaplama ve kalıp yapıştırma gibi işlemler, LED'lerin ışık verimliliğini ve ömrünü doğrudan etkiler. Yuanlisheng OED-350 tam otomatik dağıtım makinesi, homojen kaplama sağlamak için bir lazer yükseklik ölçümü ve otomatik iğne temizleme sistemi kullanır. Algılama ekipmanı zekaya doğru gelişiyor. Örneğin, AMS Osram, her LED'in (ışık yoğunluğu ve renk koordinatları gibi) test verilerini paketleme yüzeyinde kodlayan, optik algılama sürecini basitleştiren ve kalibrasyon maliyetini %26 azaltan Veri Matrisi QR kodu teknolojisini tanıttı. Güney Çin Teknoloji Üniversitesi'nden bir ekip de, MicroLED ölü piksellerin verimli bir şekilde tanımlanmasını ve onarılmasını sağlamak için AOI (Otomatik Optik Denetim) ve EL (Elektrolüminesans) birleşik teknolojisini önerdi.

MicroLED, son derece küçük çip boyutu (<50μm) nedeniyle, muazzam bir transfer verimi (%99,9999 gerektiren) elde etme ve yan duvar kusurlarını kontrol etme gibi zorluklarla karşı karşıyadır. Araştırmalar, nanoparçacık destekli aşındırma ve kendi kendine montaj teknolojisinin yan duvar hasarını azaltabileceğini, QMAT alt tabakalarının ve lazer soyma (LLO) teknolojisinin ise transfer sürecini optimize edebileceğini göstermektedir 1.

Geleneksel LED üretim hatları, verimde büyük dalgalanmalara neden olan manuel çalışmaya bağlıdır. Tayvan'daki Nan-Tai Bilim ve Teknoloji Üniversitesi tarafından yapılan bir çalışma, Six Sigma DMAIC sürecini (Tanımla, Ölç, Analiz Et, İyileştir, Kontrol Et) istatistiksel araçlarla birleştirerek ön uç tane üretim sürecinin kusur oranını azaltmıştır. Yuanlisheng EM-560 yerleştirme makinesi, 0,6 mm*0,3 mm'den 8 mm*8 mm'ye kadar değişen bileşenlerin yüksek hızlı yerleşimini destekleyen, uçan yönlendirme modülünü benimser ve tüm süreç otomasyonunu teşvik eder.

Silikon alt tabaka teknolojisinin sanayileşmesi (Jingneng Optoelektronik'in IDM modeli gibi), dikey entegrasyon yoluyla çip maliyetlerini azaltırken, Nanchang'daki LED endüstriyel kümesi, endüstriyel zinciri tamamlayarak ve genişleterek alt tabakalardan paketlemeye kadar tam bir ekolojik düzen oluşturmuştur. Ek olarak, ekipmanın enerji tasarrufu tasarımı (hava saptırıcı kutular ve akıllı sıcaklık kontrol sistemleri gibi) bir çevre koruma trendi haline gelmiştir.

Lazer transfer ve silindir transfer teknolojisi, Microled'lerin seri üretim kapasitesini daha da artıracaktır. Yapay zeka destekli gerçek zamanlı sapma düzeltme sistemi ile birleştirildiğinde, endüstriyel sınıf transfer verimliliğini (>50M/saat) aşması bekleniyor.

Veri Matrisi QR kodlarının ve Nesnelerin İnterneti (IoT) teknolojisinin entegrasyonu, LED'lerin tüm yaşam döngüsü boyunca veri izlenebilirliği sağlayacak ve fabrikalarda dijitalleşmeyi ve özelleştirilmiş üretimi teşvik edecektir.

Gelecekteki cihazların, otomotiv aydınlatması ve giyilebilir ekranlar gibi ortaya çıkan talepleri karşılamak için, aşındırma ve paketlemeyi birleştiren entegre makineler veya esnek alt tabakalarla uyumlu transfer baskı cihazları gibi çok işlevli entegrasyonu dikkate alması gerekecektir.

LED üretim ekipmanlarındaki teknolojik yenilik, endüstriyel zincirin yükseltilmesi için temel itici güçtür. Silikon alt tabaka epitaksisinden Microled'lerin büyük ölçekli transferine, otomatik paketlemeden akıllı algılamaya kadar, ekipmanın hassasiyeti ve zekası endüstri manzarasını yeniden şekillendiriyor. Çin'in silikon bazlı LED'lerdeki atılımları ve AMS Osram'ın veri odaklı denetimdeki başarıları ile küresel LED üretimi, yüksek verimlilik, yeşillik ve yüksek katma değere doğru evrimini hızlandırıyor. Gelecekte, ekipman üreticilerinin sürekli olarak proses sınırlarını aşması ve daha karmaşık uygulama senaryolarının zorluklarını ele almak için malzeme bilimi ve yapay zeka teknolojisi ile işbirliği yapması gerekmektedir.