LED生产流程(非常详细)

LED生产流程LED芯片的制造工艺流程外延生长的基本原理是：在一块加热至适当温度的衬底基片（主要有蓝宝石和、SiC、Si）上，气态物质InGaAlP有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学气相沉积方法。MOCVD介绍：金属有机物化学气相淀积（Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD），1968年由美国洛克威尔公司提出来的一项制备化合物半导体单品薄膜的新技术。该设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的尖端光电子专用设备，主要用于GaN（氮化镓）系半导体材料的外延生长和蓝色、绿色或紫外发光二极管芯片的制造，也是光电子行业最有发展前途的专用设备之一。LED芯片的制造工艺流程：外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→SiO2沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→P极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。其实外延片的生产制作过程是非常复杂的，在展完外延片后，下一步就开始对LED外延片做电极（P极，N极），接着就开始用激光机切割LED外延片（以前切割LED外延片主要用钻石刀），制造成芯片后，在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，如图所示：1、主要对电压、波长、亮度进行测试，能符合正常出货标准参数的晶圆片再继续做下一步的操作，如果这九点测试不符合相关要求的晶圆片，就放在一边另外处理。2、晶圆切割成芯片后，100%的目检（VI/VC），操作者要使用放大30倍数的显微镜下进行目测。3、接着使用全自动分类机根据不同的电压，波长，亮度的预测参数对芯片进行全自动化挑选、测试和分类。4、最后对LED芯片进行检查（VC）和贴标签。芯片区域要在蓝膜的中心，蓝膜上最多有5000粒芯片，但必须保证每张蓝膜上芯片的数量不得少于1000粒，芯片类型、批号、数量和光电测量统计数据记录在标签上，附在蜡光纸的背面。蓝膜上的芯片将做最后的目检测试与第一次目检标准相同，确保芯片排列整齐和质量合格。这样就制成LED芯片（目前市场上统称方片）。在LED芯片制作过程中，把一些有缺陷的或者电极有磨损的芯片，分捡出来，这些就是后面的散晶，此时在蓝膜上有一些不符合正常出货要求的晶片，也就自然成了边片或毛片等。刚才谈到在晶圆上的不同位置抽取九个点做参数测试，对于不符合相关要求的晶圆片作另外处理，这些晶圆片是不能直接用来做LED方片，也就不做任何分检了，直接卖给客户了，也就是目前市场上的LED大圆片（但是大圆片里也有好东西，如方片）。Sputter在辞典中意思为：（植物）溅散。此之所谓溅镀乃指物体以离子撞击时，被溅射飞散出。因被溅射飞散的物体附著于目标基板上而制成薄膜。在日光灯的插座附近常见的变黑现象，即为身边最赏见之例，此乃因日光灯的电极被溅射出而附著于周围所形成。溅镀现象，自19世纪被发现以来，就不受欢迎，特别在放电管领域中尤当防止。近年来被引用于薄膜制作技术效效佳，将成为可用之物。薄膜制作的应用研究，当初主要为BellLab.及WesternElectric公司，于1963年制成全长10m左右的连续溅镀装置。1966年由IBM公司发表高周波溅镀技术，使得绝缘物之薄膜亦可制作。后经种种研究至今已达“不管基板的材料为何，皆可被覆盖任何材质之薄膜”目的境地。而若要制作一薄膜，至少需要有装置薄膜的基板及保持真空状况的道具（内部机构）。这种道具即为制作一空间，并使用真空泵将其内气体抽出的必要。一、真空简介：所谓真空，依JIS（日本工业标准）定义如下：较大气压力低的压力气体充满的特定的空间状态。真空区域大致划分及分子运动如下：二、Sputter（磁控溅镀）原理：1、Sputter溅镀定义：在一相对稳定真空状态下，阴阳极间产生辉光放电，极间气体分子被离子化而产生带电电荷，其中正离子受阴极之负电位加速运动而撞击阴极上之靶材，将其原子等粒子溅出，此溅出之原子则沉积于阳极之基板上而形成薄膜，此物理现象即称溅镀。而透过激发、解离、离子化……等反应面产生的分子、原子、受激态物质、电子、正负离子、自由基、UV光（紫外光）、可见光……等物质，而这些物质混合在一起的状态就称之为电浆（Plasma）。下图为Sputter溅镀模型（类似打台球模型）：图一中的母球代表被电离后的气体分子，而红色各球则代表将被溅镀之靶材（Si、ITO&Ti等），图二则代表溅镀后被溅射出的原子、分子等的运动情形；即当被加速的离子与表面撞击后，通过能量与动量转移过程（如图三），低能离子碰撞靶时，不能从固体表面直接溅射出原子，而是把动量转移给被碰撞的原子，引起晶格点阵上原子的链锁式碰撞。这种碰撞将沿着晶体点阵的各个方向进行。同时，碰撞因在原子最紧密排列的点阵方向上最为有效，结果晶体表面的原子从邻近原子那里得到愈来愈大的能量，如果这个能量大于原子的结合能，原子就从固体表面从各个方向溅射出来。图四为CPTF之Sputter磁控溅射设备简要模型：电子在交互电场与磁场E×B作用下将气体电离后撞击靶材表面，使靶材原子或分子等溅射出来并在管面经过吸附、凝结、表面扩散迁移、碰撞结合形成稳定晶核。然后再通过吸附使晶核长大成小岛，岛长大后互相联结聚结，最后形成连续状薄膜。2、Sputter溅镀物理原理：2.1、Sputter溅镀理论根据详解：洛仑兹力：实验和理论证明，在磁感强度为B的磁场中，电荷为q、运动速度为的带电粒子，所受的磁场力为此力通常称为洛伦兹力．此公式称为洛伦兹公式。根据运动电荷在磁场中的洛伦兹力公式，洛伦兹力的大小为：。从公式可以看出，洛伦兹力的大小不仅和的大小有关，而且取决于和之间的夹角的正弦。当时，，。此时，运动电荷不受磁力作用。当时，，。此时，运动电荷受到最大磁力作用。洛伦兹力的方向为：服从右手螺旋法则。运动电荷带电量的正负不同，即使在均相同的情况下，洛伦兹力的方向也不同。当时，，即磁场力的方向服从右手螺旋法则。当时，，负号说明磁场力的方向在右手螺旋法则规定的反方向。始终运动方向垂直，故洛伦兹力对运动电荷永不做功,洛伦兹力公式是安培定律的微观形式。洛伦兹公式是洛伦兹在20世纪初首先根据安培定律导出的，之后从实验上得到了验证。对载流导体在磁场中所受的力，从微观上看，是导体中作定向运动的电子受磁场力作用的结果。根据安培定律，和电流强度的微观表示形式，如右图中电流元受到的安培力可改写为:粒子速度平行于磁场方向的分量所对应的洛伦兹分力，将使粒子作匀速直线运动，两个分运动合成为螺旋线运动。2.2、Sputter溅镀物理原理：磁控溅射的工作原理如下图所示；电子在电场E作用下，在飞向基板过程中与氩原子发生碰撞，使其电离出Ar+和一个新的电子，电子飞向基片，Ar+在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子则淀积在基片上形成薄膜。二次电子el一旦离开靶面，就同时受到电场和磁场的作用。为了便于说明电子的运动情况，可以近似认为：二次电子在阴极暗区时，只受电场作用；一旦进入负辉区就只受磁场作用。于是，从靶面发出的二次电子，首先在阴极暗区受到电场加速，飞向负辉区。进入负辉区的电子具有一定速度，并且是垂直于磁力线运动的。在这种情况下，电子由于受到磁场B洛仑兹力的作用，而绕磁力线旋转。电子旋转半圈之后，重新进入阴极暗区，受到电场减速。当电子接近靶面时，速度即可降到零。以后，电子又在电场的作用下，再次飞离靶面，开始一个新的运动周期。电子就这样周而复始，跳跃式地朝着E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移(见下图)。简称E×B漂移。电子在正交电磁场作用下的运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面作圆周运动。二次电子在环状磁场的控制下，运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，在该区中电离出大量的Ar+离子用来轰击靶材，从而实现了磁控溅射淀积速率高的特点。随着碰撞次数的增加，电子e1的能量消耗殆尽，逐步远离靶面。并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传给基片的能量很小，致使基片温升较低。另外，对于e2类电子来说，由于磁极轴线处的电场与磁场平行，电子e2将直接飞向基片，但是在磁极轴线处离子密度很低，所以e2电子很少，对基片温升作用极微。综上所述，磁控溅射的基本原理，就是以磁场来改变电子的运动方向，并束缚和延长电子的运动轨迹，从而提高了电子对工作气体的电离几率和有效地利用了电子的能量。因此，使正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效。同时，受正交电磁场束缚的电子，又只能在其能量要耗尽时才沉积在基片上。这就是磁控溅射具有“低温”，“高速”两大特点的道理。具体应用于Sputter磁控溅射中之情形如下图所示。LED制作流程分为两大部分。首先在衬低上制作氮化镓（GaN）基的外延片，这个过程主要是在金属有机化学气相沉积外延炉中完成的。准备好制作GaN基外延片所需的材料源和各种高纯的气体之后，按照工艺的要求就可以逐步把外延片做好。常用的衬底主要有蓝宝石、碳化硅和硅衬底，还有GaAs、AlN、ZnO等材料。MOCVD是利用气相反应物（前驱物）及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3在衬底表面进行反应，将所需的产物沉积在衬底表面。通过控制温度、压力、反应物浓度和种类比例，从而控制镀膜成分、晶相等品质。MOCVD外延炉是制作LED外延片最常用的设备。接下来是对LEDPN结的两个电极进行加工，电极加工也是制作LED芯片的关键工序，包括清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨；然后对LED毛片进行划片、测试和分选，就可以得到所需的LED芯片。如果晶片清洗不够干净，蒸镀系统不正常，会导致蒸镀出来的金属层（指蚀刻后的电极）会有脱落，金属层外观变色，金泡等异常。蒸镀过程中有时需用弹簧夹固定晶片，因此会产生夹痕（在目检必须挑除）。黄光作业内容包括烘烤、上光阻、照相曝光、显影等，若显影不完全及光罩有破洞会有发光区残多出金属。晶片在前段制程中，各项制程如清洗、蒸镀、黄光、化学蚀刻、熔合、研磨等作业都必须使用镊子及花篮、载具等，因此会有晶粒电极刮伤情形发生。基板（衬底）磊晶制程（扩散、溅射、化学气相沉积）磊晶片清洗蒸镀黄光作业化学蚀刻熔合研磨切割测试单晶炉、切片机、磨片机等外延炉（MOCVD）清洗机蒸镀机、电子枪烘烤、上光阻、照相曝光、显影切割机探针测试台颗粒度检测仪刻蚀机减薄机、清洗机大功率LED封装技术导读：大功率型LED的应用面非常广,不同应用场合下对功率LED的要求不一样。根据功率大小,目前的功率型LED分为普通功率LED和W级功率LED二种。输入功率小于1W的LED(几十mW功率LED除外)为普通功率LED；输入功率等于或大于1W的LED为W级功率LED。而W级功率LED常见的有二种结构形式,一种是单芯片W级功率LED,另一种是多芯片组合的W级功率LED。一、引言半导体发光二极管简称LED,从上世纪六十年代研制出来并逐步走向市场化,其封装技术也是不断改进和发展。LED由最早用玻璃管封装发展至支架式环氧封装和表面贴装式封装,使得小功率LED获得广泛的应用。从上世纪九十年代开始,由于LED外延、芯片技术上的突破,四元系AlGaInP和GaN基的LED相继问世,实现了LED全色化,发光亮度大大提高,并可组合各种颜色和白光。器件输入功率上有很大提高。目前单芯片1W大功率LED已产业化并推向市场,台湾国联也已研制出10W的单芯片大功率LED。这使得超高亮度LED的应用面不断扩大,首先进入特种照明的市场领域,并向普通照明市场迈进。由于LED芯片输入功率的不断提高,对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要求。功率型LED封装技术主要应满足以下二点要求：一是封装结构要有高的取光效率,其二是热阻要尽可能低,这样才能保证功率LED的光电性能和可靠性。所以本文将重点对功率型LED的封装技术作介绍和论述。二、功率型LED封装