LED封装工艺及生产步骤

MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)亦稱 MOVPE, OMVPE, OMCVDLED磊晶上游磊晶方式液相磊晶(LPE)有機金屬氣相磊晶(MOCVD)分子束磊晶(MBE)MOCVD ( Metal Organic Chemical Vapor Deposition ) 亦稱 MOVPE , OMVPE , OMCVDMOCVD為LED業界主流機台；其優點為磊晶速度快：45 hr量產能力佳：90片(紅), 121片(藍)應用領域廣：LED,LD,HBT設備：MOCVD攜帶氣體(Carrier Gas)：H2清管路或反應腔氣體(Purge Gas)： N2原料：基板(Substrate)：GaAs,Sapphire,InP有機金屬氣體(MO)如TMA, TMG, TMI其它反應氣體：NH3氫化物(Hydride)如PH3, AsH3摻質如CP2Mg, DMZn, SiH4磊晶環境高溫(750C1100C)低壓(10100 Torr)磊晶(Epitaxy)：於單晶基板上沿特定方向成長單晶晶体，並控制其厚度及摻質濃度。基板(Substrate)：支撐成長之單晶薄膜，厚度約300350mm。摻質(Doping) ：摻入P型(N型)材料改變磊晶層中主要導電載子電洞(電子)濃度。發光層(Active layer) ：發光區，電子與電洞結合。緩衝層(Buffer layer) ：緩衝磊晶層與基板間因晶格差異而造成缺陷。 LED生产工艺及封装技术（生产步骤） 1.工艺： a) 清洗：采用超声波清洗PCB或LED支架，并烘干。 b) 装架：在LED管芯（大圆片）底部电极备上银胶后进行扩张，将扩张后的管芯（大圆片）安置在刺晶台上，在显微镜下用刺晶笔将管芯一个一个安装在PCB或LED支架相应的焊盘上，随后进行烧结使银胶固化。 c)压焊：用铝丝或金丝焊机将电极连接到LED管芯上，以作电流注入的引线。LED直接安装在PCB上的，一般采用铝丝焊机。（制作白光TOP-LED需要金线焊机） d)封装：通过点胶，用环氧将LED管芯和焊线保护起来。在PCB板上点胶，对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度。这道工序还将承担点荧光粉（白光LED）的任务。 e)焊接：如果背光源是采用SMD-LED或其它已封装的LED，则在装配工艺之前，需要将LED焊接到PCB板上。 f)切膜：用冲床模切背光源所需的各种扩散膜、反光膜等。 g)装配：根据图纸要求，将背光源的各种材料手工安装正确的位置。 h)测试：检查背光源光电参数及出光均匀性是否良好。 I)包装：将成品按要求包装、入库。 二、封装工艺 1. LED的封装的任务是将外引线连接到LED芯片的电极上，同时保护好LED芯片，并且起到提高光取出效率的作用。关键工序有装架、压焊、封装。 2. LED封装形式 LED封装形式可以说是五花八门，主要根据不同的应用场合采用相应的外形尺寸，散热对策和出光效果。LED按封装形式分类有Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED、SMD-LED、High-Power-LED等。 3. LED封装工艺流程 4封装工艺说明 1.芯片检验 镜检：材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑（lockhill） 芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求 电极图案是否完整 2.扩片 由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。 3.点胶 在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。（对于GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿芯片，采用银胶。对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片。） 工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。 由于银胶和绝缘胶在贮存和使用均有严格的要求，银胶的醒料、搅拌、使用时间都是工艺上必须注意的事项。 4.备胶 和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。 将扩张后LED芯片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED芯片一个一个刺到相应的位置上。手工刺片和自动装架相比有一个好处，便于随时更换不同的芯片，适用于需要安装多种芯片的产品.6.自动装架 自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。 自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的。因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层。 7.烧结 烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。 银胶烧结的温度一般控制在150，烧结时间2小时。根据实际情况可以调整到170，1小时。绝缘胶一般150，1小时。银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。烧结烘箱不得再其他用途，防止污染。 压焊的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作。 LED的压焊工艺有金丝球焊和铝丝压焊两种。右图是铝丝压焊的过程，先在LED芯片电极上压上第一点，再将铝丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断铝丝。金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似。 压焊是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力。 对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀（钢嘴）选用、劈刀（钢嘴）运动轨迹等等。（下图是同等条件下，两种不同的劈刀压出的焊点微观照片，两者在微观结构上存在差别，从而影响着产品质量。）我们在这里不再累述。 9.点胶封装 LED的封装主要有点胶、灌封、模压三种。基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点。设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的环氧和支架。（一般的LED无法通过气密性试验） 如右图所示的TOP-LED和Side-LED适用点胶封装。手动点胶封装对操作水平要求很高（特别是白光LED），主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在荧光粉沉淀导致出光色差的问题。 Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。 11.模压封装 将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。 12.固化与后固化 固化是指封装环氧的固化，一般环氧固化条件在135，1小时。模压封装一般在150，4分钟。 13.后固化 后固化是为了让环氧充分固化，同时对LED进行热老化。后固化对于提高环氧与支架（PCB）的粘接强度非常重要。一般条件为120，4小时。 14.切筋和划片 由于LED在生产中是连在一起的（不是单个），Lamp封装LED采用切筋切断LED支架的连筋。SMD-LED则是在一片PCB板上，需要划片机来完成分离工作。 15.测试 测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选。 16.包装 将成品进行计数包装。超高亮LED需要防静电包装。引用地址：浅析LED焊接技术及步骤 （1）烙铁焊接：烙铁（最高30W）尖端温度不超过300；焊接时间不超过3秒；焊接位置至少离胶体2毫米。 （2）波峰焊：浸焊最高温度260；浸焊时间不超过5秒；浸焊位置至少离胶体2毫米。 LED焊接曲线 引脚成形方法 （1）必需离胶体2毫米才能折弯支架。 （2）支架成形必须用夹具或由专业人员来完成。 （3）支架成形必须在焊接前完成。 （4）支架成形需保证引脚和间距与线路板上一致。 清洗 当用化学品清洗胶体时必须特别小心，因为有些化学品对胶体表面有损伤并引起褪色如三氯乙烯、丙酮等。可用乙醇擦拭、浸渍，时间在常温下不超过3分钟。 静电防护 静电和电流的急剧升高将会对LED产生损害，InGaN系列产品使用时请使用防静电装置，如防护带和手套。防訓儲-高亮度發光二極體(LED) 磊晶與晶粒技術研發工程師高亮度發光二極體(LED)磊晶及晶粒技術研發. 國防訓儲-高亮度發光二極體(LED)製程工程師InGaN LED製程研究及產品特性分析. LED前製程整合:乾蝕刻、溼蝕刻、蒸鍍、黃光及製程改善. LED後製程整合:研磨、切割、測試、分類改良及產品特性分析.國防訓儲-高亮度發光二極體(LED)磊晶工程師高亮度LED磊晶工程及產品開發。 AlGaInP / InGaN LED元件結構設計，MOCVD磊晶技術開發，磊晶片特性分析，元件特性分析。期間目標短期計畫開發以透明基板為素材的超高亮度LED製程技術，其發光亮度可達一般基板的兩倍，以符合照明市場之需求。開發適用於塑膠光纖通訊之高速LED，可適用於汽車內部各項資訊傳輸用，此外，計畫進行超高速LED之開發，應用於室內塑膠光纖資料傳輸，以滿足寬頻網路時代之訊號傳輸需求。長期計畫建立用於CD/DVD讀寫頭及高速數據通訊用之雷射發光二極體(Laser Diode)晶片及晶粒生產技術，以爭取與國外大廠OEM之合作機會。建立高均勻性4英吋晶片之MOCVD光電元件磊晶技術，此種晶片平均每單位面積對有機金屬的耗用量較3英吋晶片少，可降低產品成本，強化市場競爭力。建立新世代超高亮度、高功率LED的量產關鍵技術。LED 市場主要產品及售價GaN Blue(藍光晶粒)尺寸:14X14mil波長:460475, 505,525 nm亮度:2050, 50 mcd以上售價:NT$36 /個，視亮度而訂AlGaInP(四元紅光高亮度晶粒)尺寸:8X8,9X9,12X12 mil波長:585, 610,625 nm亮度:2050, above 50 mcd售價:NT$200300/仟粒，視亮度而訂價格通常依其光電信賴特性決定台灣LED產值與預測1998年下游封裝產值為NT$158億元，較1997年成長約10%，主要是台灣與大陸需求上揚。1998年上中游晶粒產值為NT$57.42億元較1997年成長約29.6%，主要是下游需求量增大及台灣廠商投入四元高亮度量產。因台灣廠商持續投入上游四元高亮度磊晶片量產，於19992000年中游複合成長率預測可達21%，其中20%來自磊晶片貢獻， 1999 2000年下游複合成長率預測可達15%，其中10%來自磊晶片貢獻。至於紅外光之產值，台灣投入紅外光生產之廠商較少，約僅佔全世界產值之2%4%，未來紅外光尚有極大發展空間。高亮度LED市場發展趨勢高亮度LED主要發光材料有AlGaAs、AlGaInP、GaN，而 AlGaAs應用有衰退現場，目前市場仍以AlGaInP、GaN為主流。從1998年高亮度產值僅佔可見光產值約20%應用市場不斷開發故產值比例逐年增加。技術發展上因受專利保護，產品的發展較受限制，尤其是GaN藍綠光LED，需要更加強努力。藍光LED可激發螢光粉產生白光，可望取代日光燈，為新世代環保光源，市場商機龐大。高亮度LED價格發展趨勢氮化鎵的藍、綠光LED價格偏高，主要因目前受專利保護，為較新發展之技術，故價格較AlGaInP四元高亮度為高。氮化鎵(GaN)價格的下降趨勢仍相當明顯，1998年平均每顆約0.73美元，預計至2000年平均每顆約0.59美元。AlGaInP之紅、黃光產品較不像氮化鎵受到專利影響，因此全球比較多公司投入，且價格較氮化鎵價格低，因此其應用市場比較容易開拓。AlGaInP因發光效率較佳，有取代中高亮度AlGaAs的紅、黃光LED趨勢。AlGaInP與目前傳統一般亮度之價格差異極大，期待未來技術之突破，價格才能再下降，應用市場才能更廣泛。一般COB制作工艺流程及设备应用情况 第一步:扩晶采用扩张机将厂商提供的整张LED晶片薄膜均匀扩张,使附着在薄膜表面紧密排列的LED(发光二极管)晶粒拉开,便于刺晶.第二步背胶将扩好晶的扩晶环放在已刮好银浆层的背胶机面上,背上银浆.点银浆.适用于散装LED芯片.采用点胶机将适量的银浆点在PC印刷线路板上.第三步将备好银浆的扩晶环放入刺晶架中,由操作员在显微镜下将LED晶片用刺晶笔刺在PCB印刷线路板上.第四步将刺好晶的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置一段时间,待银浆固化后取出(不可久置,不然LED芯片镀层会烤黄,即氧化,给邦定造成困难).注:如有LED芯片邦定,则需要以上几个步骤;如只有IC芯片邦定则取消以上步骤.第五步:粘芯片,用点胶机在PCB印刷线路板的IC位置上适量的红胶(或黑胶),再用防静电设备(真空吸笔或子)将IC裸片正确放在红胶或黑胶上第六步烘干.将粘好裸片放入热循环烘箱中放在大平面加热板上恒温静置一段时间,也可以自然固化(时间较长)第七步:邦定(打线)采用铝丝焊线机将晶片(LED晶粒或IC芯片)与PCB板上对应的焊盘铝丝进行桥接,即COB的内引线焊接.第八步:前测.使用专用检测工具(床煌猛镜腃OB有不同的设备,简单的就是高精密度稳压电源)检测COB板,将不合格的板子重新返修.第九步:点胶采用点胶机将调配好的AB胶适量地点到邦定好的LED晶粒上,IC则用黑胶封装,然后根据客户要求进行外观封装第十步:固化将封好胶的PCB印刷线路板放入热循环烘箱中恒温静置,根据要求可设定不同的烘干时间第十一步:后测将封装好的PCB印刷线路板再用专用的检测工具进行电气性能测试,区分好坏优劣半導體激光器:公司主要核心技術人員來自海內外著名光電企業，在半導體激光器材料和結構計、外延生長、芯片制作和器件封裝等領域具有豐富的產品研發、生產和市場拓展經驗。公司在半導體激光器方面具有完整的技術與工藝平臺，包括外延生長、芯片制作以及器件封裝與光電模塊開發和批量生產能力。利用該工藝平臺可以進行大功率半導體激光器（HPLD）和光纖通信光電器件以及其它應用半導體光電子器件的開發與生產。 先進的材料外延生長和測試技術與工藝公司具有砷化鎵（GaAs）、磷化銦(InP)類光電器件和光電集成器件的外延材料結構設計、制備和材料性能測試的能力。主要設備包括MOCVD材料外延生長系統、X射線雙晶衍射分析儀、光熒光測試儀(PL)、掃描電子顯微鏡（SEM）、高倍光學偏光顯微鏡、電化學C-V測試儀等。 完備的芯片制作技術與工藝 公司具有半導體激光器（LD）芯片設計和制作的核心技術和能力，工藝設備主要包括：高精度光刻機、反應離子刻蝕機、PECVD、電子束蒸發臺、光學鍍膜機、光柵制作系統、濺射機、快速熱處理設備、擴散系統等。可以滿足FP、DFB激光器和PIN、APD探測器芯片的制作工藝的需要。 高精密光電器件封裝技術與工藝 公司具有光電器件設計和高精度微系統裝配、耦合和精確定位技術和工藝能力。工藝設備主要包括：金絲鍵合機（wire bonder）、自動共晶貼片機（Die bonder）、高精度倒裝焊系統（flip chip bonder）、全自動光纖耦合激光焊接系統、專用大功率LDA貼裝系統、PIV測試系統、光波器件分析儀、光譜分析儀、半導體激光器老化測試系統等 高性能光電模塊開發、測試技術與工藝公司具有光通信光電模塊、大功率半導體激光器相關功能模塊的開發、生產和測試技術與工藝能力。主要設備包括：頻譜分析儀、矢量網絡分析儀、高速寬帶示波器、誤碼分析儀、高低溫沖擊環境實驗箱、高低溫循環實驗箱等。LED外延片與芯片: 1、LED外延片生長技術 目前，國際上通用的LED外延生長方法是采用金屬有機物化學汽相沉積法（MOCVD）。MOCVD是適合于IIIV族化合物半導體材料的一種技術含量非常高的先進生長方法。它是在一定的溫度（5001100）和真空度下通過載流氣體將有機金屬源和氫化物送進生長爐，然后外延生長半導體材料。MOCVD生長的配套設備包括排氣設備、廢氣處理和監測控制設備、恒溫恒濕設備和材料測試及分析設備等。公司擁有世界目前最先進的從德國Aixtron公司進口的2600G3型MOCVD機臺設備，同時也有從美國、日本、臺灣回來，并擁有先進LED外延技術的團隊。 2、LED芯片的設計和制作技術 公司擁有先進完整的LED芯片設計、制作工藝以及分析測試技術，包括計算機輔助下的制版設計工藝、晶片清洗工序、光刻工藝、鍍膜工藝、晶片刻蝕工藝、晶片切割工藝、器件性能的檢驗和校準工藝等。整套芯片制作和分析測試設備分別從日本、德國、美國、臺灣等國家和地區進口，主要設備包括，RIE、ICP、PECVD、光刻機、鍍膜機、切片機、DCXRD、PL、HALL測試儀、EL、SEM等等。大功率LED封裝: 公司擁有先進完整的全彩及白光大功率LED封裝工藝技術及全自動封裝設備。主要設備包括，固晶機、晶片擴張機、邦定機、金線機、點膠機、LED檢測儀、脫膜機、 貼膜機、刺晶設備等等。微波公司具備的外延技術 分子束磊晶 (Molecular Beam Epitaxy, MBE) 金屬有機化學氣相沉積 (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)微波外延片產品技術能力具有高質量的磊晶層；薄膜合金的成分；摻雜厚度的均勻分布，都能得到高精度的控制而能夠滿足化合物半導體器件制造工藝中嚴格之品質要求，其外延片產品的關鍵技術如下。 優良的磷化銦鎵停滯層的制作技術 標準的砷化銦鎵通道層的臨界厚度的關鍵技術 各式優良的緩沖層的關鍵技術 先進的基片前處理的關鍵技術 豐富的外延片電性及光性之分析技術 嚴格的制程品質管制能力擁有先進的外延材料測試線公司具有對砷化鎵、磷化銦等的外延材料性能之精確測試能力。經由以下測試設備將可對于外延片特性作嚴格的品質監控。 表面微粒掃描儀 (Surfscan) Tencor Surfscan 6220 阻值測量儀 (Lehighton) Lehighton 1510C RP 載子移動率分析儀 (Mobility-test) MINATO M6600 冷放光譜儀 (PL) Accent RPM4000 X光雙晶繞射儀 (X-ray)Bede QC200 霍爾效應分析儀 (Hall) Accent HL5500 載子濃度分析儀 (ECV) PN4300 PC 汞探針濃度分析儀 (Hg-CV) MSI Hg-612RD-3LLED材料及配件衬底晶体 MO源 高纯气体 荧光粉 模条/夹具/基板 支架 透镜 化学溶液 翻转膜 晶片膜 金线/铝线 扩晶环 LED胶带 环氧树脂 绝缘胶/有机胶/导电银浆 精密模具 刺晶座 塑胶制品 LED增亮剂 劈刀/钢/瓷咀 其它 LED外延芯片黄色芯片 绿色芯片 蓝色芯片 红色芯片 紫色芯片 橙色芯片 紫外芯片 普通芯片 功率型芯片 高亮度芯片 激光管芯片 GaN外延 GaAs外延 Gap外延 InGaAIP外延 InGaN外延 AIGaAs外延 其它 LED封装产品全色LED发光管 双色LED发光管 单色LED发光管 食人鱼型 SMD-LED CHIP-LED 大功率LED 数码管 红外发射/接收系列 集束型LED LED激光管 其它 LED封装设备LED灌胶机 分光分色机 焊线机 扩晶机 固晶机 邦定机 点胶机 粘胶机 晶片划机 背胶机 脱模机 切脚机 烘烤箱 光电显微镜 显微镜座 数码管/点阵检测仪 测试仪器 光热固化机 抽真空机 液压机 光源器 MOCVD及配套设备 其它 LED光电设备衬底外延设备 芯片制造设备 测试设备/仪器 超声清洗 LED设备配件 其它设备/仪器 LED背光源及材料侧背光 底背光 SMD贴片背光 高亮度背光 液晶背光源 背光板 LED导光板 导光膜 反射/扩散膜 ITO膜 其它 LED控制系统恒流驱动 恒压驱动 LED电源 显示屏控制系统 电池 其它 LED点阵模块LED点阵 LED模块 led发光模块/条 其它