LED芯片检测分选装备国产化指日可待

据悉，我国LED产业起步发展比较晚，芯片的测试与分选技术主要依赖进口，虽然单元技术的水平已经达到一定程度，但成熟的LED芯片的自动分选设备还没能问世。而一旦将LED芯片自 动测试与分选设备产业化后，将填补国内芯片测试分选装备供应市场的空白。具有创新的、有自主知识产权的核心技术历来在外延、芯片产业化中占有至关重要的地位， 而作为芯片产业“瓶颈”之一的芯片测试与分选技术首先在东莞得到破解。LED芯片检测分选装备国产化指日可待吴涛 东莞华中科技大学制造工程研究院受艺，当前的L E D芯片还限 于 外 延 材 料 制 备 工子产品制造商提供半导体装备设备及材料。 目前， 在检测与分选设备方 面，A S M P T拥有从晶圆芯片扫描设 备W S896，芯片分类设备M S810， A S 8 9 9 ，A S S 8 9 9 I S ，M S 8 9 9 D L / M S899D L A 等一系列产品，提供全 自动芯片分类，自动上下晶圆框，自 动更换晶圆框等， 最快分拣周期为190m s，是国内市场上主要的设备供 应商之一。长洛精仪国际贸易（ 上海） 有 限公司以代理L E D、L C D、S E M I等 高科技产业制造所需之设备，耗材为 主营业务。目前，该公司提供C h i p C o u n t e r/F S-C P C-T1晶粒计数器， L E D A-8S P o w a半导体晶圆针测设 备，LED晶粒针测设备LEDA-8S EVA-3G Probe Station，LED高速晶粒挑拣 设备LEDA-PNP M6600 High-Speed Mapping Sorter等系列设备，拥有全 自动化角度校正，上下料，上下框等能力，最快分拣周期达到200m s，是国内市场上主要的设备供应商之一。威控自动化致力于精密机械设 计， 电路及程序设计， 视觉系统开 发，机电系统整合，安装施工等。目 前，公司研发及制造精密高速的固晶 机，晶粒分类挑选机，晶圆点测机及 晶圆外观检测机，广泛应用于L E D光 电及半导体相关产业。LED 芯片分选 机（LED Chip Mapping Sorter ）LS-326，ls360，PB220，PB-260LED晶粒检测机，L S-520 I C全自动晶粒分 类挑拣机。检测产能达到20k/h，分类 Bin数达到100，产能达到18k/h，是国 内市场上主要的设备供应商之一。谱微光电科技有限公司是一家 设计、研发与制造高亮度L E D芯片行 业与半导体行业自动化测试设备的公 司。目前已开发出PTW7200型芯片自 动分选机，分选速度达到2000UPH， 目前未见到厂商使用报告。很难满足光电特性的一致性要求，在投入后续封装之前，必须要进行严格的测试与 分选。当前，国内的自动化芯片测试 与分选设备基本依赖进口，以致芯片 的检测与分选已经成为众多芯片厂的 产能瓶颈，迅速研制并推出自主知识 产权的芯片检测与分选设备是L E D照 明产业发展的急迫需求。测试与分选设备发展现状目前，国内LED芯片的测试分选设 备主要由台湾地区、香港厂商提供，国 内还没有能提供类似设备的厂家。ASM Pacific Technology Led ASMPT ASM太平洋科技有限公司是 全球最大的半导体二极管行业的继承 和封装设备供货商，为跨国芯片制造 商，独立继承电路装配工厂和消费电26FORTUNE WORLD 2010.01深 圳市矽电半 导 体设备有限公司是一家由海外博士创办的高科技公 司，公司引进国外先进技术，专业研 发、生产各种半导体设备。目前规模 化生产的设备已有各种型号的探针台（英文名Prober Station，中文名又称 中测台、点测台）、倒片机、激光打标 机、焊卡台等，同时为客户提供产品及 相关配件的订制服务及芯片测试的全 方位解决方案。中电45所是国内开发半导体及电 子器件加工设备比较有实力的单位， 开发了DB-8002S型LED自动捡片机， 其工作流程是先全片扫描，后逐一拾 片，捡片等级可选择划分，并可存储 读取详细的统计数据，但是其技术指 标相对较低，拾片速度较慢，拣片精 度和定位精度不是很高，而且所使用 的晶圆尺寸也偏小,只有23英寸，而 如今很多晶圆尺寸达到4英寸，甚至6 英寸。北京科技大学的郗安民、朱欣昱 等于2007年开发出了一套全新的L E D 芯片分选设备，他们大胆放弃了国外 的摆臂式分选方案，而是创新的设计 开发了直接用顶针将芯片顶至另一膜 片上，两膜片平行放置，并制造出了实验样机，但在市场上尚未见到该机使用情况。另外，大赢数控设备（深圳）有 限公司(Huge Winners CNC System (Shenzhen) Co. Ltd)也在开发LED分 选设备， 但是由于核心技术难以突 破，关键部件难以设计，尚未研制出 满足要求的产品。除了上述厂商之外，目前国内尚 无同类产品出现。High Power 测试方面，因为晶粒普遍都用表面粗化来增加效率，使用 积分球测光通量渐为趋势。Multi-chip 因测试的产量高，可节省时间，也多 家公司使用中。至于F l i p-C h i p 测试 为特例，LED发光面朝下、Pad 面朝 上，需要针对中间多了一层介质(膜) 做校正。使用 Probe Card的多针测试 方式也是节省成本的好方式之一。目 前 的 分 选 机 主 要 是 2 维 的B I N TA B L E 模式，速度大概在220-240m s/c y c l e，月产能7K K左右。但 是需要进行倒膜工序来实现芯片从 B I N到最后出货兰膜的转移，或者只 能放少量B I N，从而免去倒膜工序。 至于A O I要求，检查的项目有焊垫： 失焊垫、失铝(金)、多铝(金)、铝(金) 变 色 、 铝 ( 金 ) 垫 污 染 、 铝 垫 ( 金 ) 刮 伤、 点测探痕、 牛角缺失断裂。 发 光 区： 保护层脱落、 变色、 污染、 表面雾状。 切割外观： 最小晶粒、 晶粒变晶( 毛边) 、 正崩等。 目前无 法做到节省1 0 0 的人力， 但可以 提高一定的良率。分选机性能要稳定， 不可分错 B I N ， 不可错位， 不可刮伤C h i p 表 面，不可压碎 Chip，排列要整齐，最测试与分选发展趋势测试机重点在于定位准确，介面 M a p p i n g档格式及测试系统。目前业 界一般规格是：机构移动时间(I n d e x time) 65-85ms、测试时间(Test Time)100-150m s，合计约200m s，每小时 产出速度为18 k(3600 sec/0.2sec)。 测试项目每家公司不同，原则上是波 长，光强与顺向电压。L E D测试机的 趋势是全罩式设计，以 低外部光源 干扰，后段封装厂大多买大圆片自己 测试，以缩短制程与降低成本。探针 台还涉及到探针针痕, 主流现在试用 针尖为6微米的铍铜探针, 针痕一般要 求在30微米以下,台湾有厂要求在20微 米以下。东莞华中科技大学制造工程研究院27Urban LED project十城万盏参考好能直接做光学的外观辨识 (A O I)，也要节省耗材(顶针、吸嘴)的消耗。 分类未来的趋势是C h i p 小型化及大 型化、AOI inside、Auto Casset in/ out、省人力的全自动分类机。新 一 代 的 L E D 分 选 机 已 经 是 3维的B I N TA B L E模式,速度可以达到1 8 0 m s / 颗, 而且已经实现自动上下 B I N ， 自动上下片功能， 自动对位 等一系列的作业, 对生产效率大大提 升，月产能能达到12KK以上。手臂部 分直接采用直驱马达，B I N数量可以 达到100个B I N， 而且直接分选在出 货兰膜上，不需要再进行倒膜。在芯 片检测分选生产过程中，虽然全自动 检测分选机并不一定能节省人工（4 台/人），但生产性能高很多，比如， 速度高，分类多等亮点，而半自动检 测分选机仍然需要手动“翻模”，给 芯片生产检测分选工艺繁琐。因此， 全自动芯片检测分选机也已成为主流 发展方向，半自动越来越少用，将逐 步被淘汰。目前市场上的分选机大多是通 用型，但实际上芯片的类型很多，大 功率和低功率的分选要求差别很大。 对低功率而言，速度选择很重要，因 为单片的附加值低，要求设备产能要 高。对大功率而言，分Bin的数量很重 要，因为单片的附加值高，要求进行 非常细致的分类。因此，针对用户需 求定制设备是一种必然趋势。进行高新技术推广服务和成果转化。受2 0 0 8 年广东省重大科研专项数 字化装备产业共性技术项目的支持， 工研院自主研制了L E D芯片自动检测 与分选成套设备，该项目已形成专利30多项，包括两台设备产品，该项目 今年9月成功通过验收，目前已经在 企业中进行试运行， 效果良好， 性能达到国际先 进水平。 设备研 制主要突破了以 下几个方面的关 键技术：视 觉 运 动 联动控制技术。 机器视觉就是用 机器代替人眼来 做测量和判断。结合结构部件的轻量化，安装结构优化，振动抑制，基于轨迹驱动的速度 调节等技术，最终所有结构部件的精 度都满足需要； 芯片检测工艺数字 化。芯片检测工艺要求在保证高速点 测的同时， 既要探针与电极充分接 触，又不能在电极上留下太大压痕，结合高精度视觉标定， 快速扫描 和匹配， 高速高 精运动控制等技 术， 最终实现芯 片的高速扫描、 点测和分拣； 高 速高精运动控制 技术。 由于芯片 尺 寸 较 小 ， 对7 5 m i l 的 芯 片 而言， 电极尺寸 仅仅4 0 m 。 分 拣机运动控制系 统 由 8 轴 驱 动 ， 任一驱动方向有 效行程内的精度 要求都不能超过 5 u m ， 这对运 动控制系统提出 了严格的要求，突破关键技术步入产业化初期东莞华中科技大学制造工程研究 院（简称工研院）由广东省科技厅， 华中科技大学， 东莞市政府合作共 建。该研究院充分利用华中科技大学 在制造方向的综合性学科、人才、技 术和研发条件等资源优势，在东莞市28FORTUNE WORLD 2010.01技术规格：实测指标国际先进水平对比最高检测速度:180ms/颗180ms/颗达到可视芯粒大小：7*9mil(min)45*45mil(max)7*9mil(min)45*45mil(max)达到视觉识别精度0.1pixel0.1pixel达到运动控制精度5um5um达到测试机台搭配实现实现达到探针针压可调实现实现达到表面检测实现实现达到彩图生成显示实现实现达到中文化界面全中文化英文（繁体）超过分选速度:200ms/颗200ms/颗达到芯片排列精度1mil ,31mil ,3达到芯片角度校正实现实现达到顶针、吸嘴高度可程式化设置实现实现达到分类数32100不足自动上下料未实现实现不足符合中国信息产业部半导体照明技 术相关标准符合部分符合超过损伤电极。结合L E D芯片微动探测，压力自感应，检测与运动控制并行调 度等技术，检测速度已达到180m s/ 颗，达到国际先进水平；芯片分选工 艺数字化。芯片分选是将芯片由蓝膜 上剥离，并按照类别分类排列。整机 系统由芯片剥离，芯片移送，芯片排 列等模块组成。芯片的排列有技术上 的要求，通常排列精度不超过1m i l， 芯片角度不超过3。结合变加速轨迹 驱动凸轮设计，芯片高速剥离抑振技 术，轻量化摆臂设计，高速高精回转 定位，基于神经元网络的轨迹自动规 划等技术，最终实现200m s/颗的分拣 速度，达到国际先进水平；设备软体 开发。结合用户实际需要，尤其是国 内产业界普工的操作水平，软体进行 了优化和改良。所有软件界面均为中 文简体，参数设置相对简单，有主界 面深入的任何目标路径均不超过3次 点击。设备样机模型和水平如下：到目前为止， 该设备已经投入 实用。这些研发工作，尤其是对检测 与分选工艺的研究，从无到有，积累 了很多经验。不过有很多不足之处还 需要进一步深入研究，如芯片高度实 际上是不一致的，这势必会影响对芯 片的点测。国外已经有设备配 置了侧方向的光路和感应器， 实时监控芯片高度的变化，并 根据这种变化调整芯片探测力 度。在一些先进的设备上，压 电驱动器等高速的引动装置， 线性马达等驱动装置，自动打 点标识装置，自动上下料系统 等开始得到应用。另外，功率 型的芯片测试要求有差别，如 寿命测试，稳定性测试，芯片加速老化测试等，这些会给芯片检测工艺带来很多新的变化和要求。分选几方面，厚膜粘片高速剥离 的微冲击抑制关系到芯片剥离的稳定 性，还有待完善。另外，自动化B I N 台的设计与实现也很重要，能够扩充 分类数量， 将3 2 类扩充到1 0 0 类 以上， 集成新一代自动上下料的设 备正在试制当中， 样机已经开始在 业界试用。芯片自动检测和分选装备是L E D 芯片产业关键装备之一，国产化率很 低， 业界对该设备的国产化呼声甚 高。 为了迅速推进成果产业化， 工 研院与广东志成冠军集团有限公司合 资成立广东志成华科光电设备有限公 司，公司将以芯片检测与分选设备为 主，向上突破，向下整合，最终实现 半导体制造装备的配套成线。东莞华中科技大学制造工程研究 院与广东志成冠军集团有限公司的合 作将力推L E D 芯片自动测试和分选 设备的产业化， 国产测试与分选设 备的产业化将从三个方面推进L E D 产业发展：首先，设备成本的降低。随着国 产设备的产业化，设备市场竞争必然 会加剧， 目前的成套设备价格约1 3万美金，届时单套设备价格会降低到8万美金。以未来3到5年，国内市场3000台的需求量来看，产业界当节省 投入15000万美元。其次，设备国产化有利于从产业 链的上层来解决工艺问题，从而提升 国产L E D芯片的质量和竞争力。检测 与分选的技术水平与芯片质量关系密 切，当前，L E D产品上没有形成规范 和标准，新工艺层出不穷，必将推动 检测与分选设备发展，同时，设备发 展又会推进新工艺的迅速普及和产业 化。对于我国L E D产业的发展而言， 这是一个良好的契机，有机会由此站 到LED制造产业链的前端。再次，设备国产化的成功有利于 尽快突破L E D芯片产业的产能瓶颈。 从总体来看，芯片产业的瓶颈主要体 现在两头，材料制造和分选。从目前 的发展来看，材料制备方面设备的国 产化较为困难， 远不能满足实际需 要，大量购买国外的M O C V D设备是 一种必然选择。分选设备则不同，随 着我国高速高精制造水平的提高，分 选工艺基本被突破，国产设备的成功 产业化将极大降低分选成本，使得这 一瓶颈被突破指日可待。29