当前位置:首页 >> 工学 >>

光学与光子学课件-LED生产工艺全介绍(推荐)


LED PROCESS
Welcome
Author:HT Service
Jemy

2004.12.15

OUTLINE
一、LED的分类 二、LED概念与发光原理解释

三、LED制程工艺
四、相关设备 五、LED应用市场及前景 六、Dicing Saw Introduction

2004.12.15

LED的分类
按颜色可分为:红、橙、黄、绿、蓝等。其 中红、橙、黄、绿为传统色,蓝为新开发的品种。 由于三基色红、绿、蓝的存在,根据不同的比例 它们可以混合成自然界中所有色彩。故全彩LED 可以扩张其应用领域。 按发光强度可分为:a.普通亮度LED(发光强 度<10mcd);高亮度LED(发光强度在10~100mcd 间) ;超高亮度LED(发光强度>100mcd)。 按制作材料可分为:GaAs、GaAsP、AlGaInP、 GaP、GaAsAlP、GaN等。
2004.12.15

LED概念与发光原理解释
什么是发光二极管?
概念:半导体发光二极管是一类具有一定 量、一定成分之三五族材料,於輸入一定電壓 電流後,會發出一定波長,一定顏色,一定亮 度光的结构较简单的半导体发光器件。其发射 的波长覆盖了可见光、红外—远红外。(通常 发光二极管是指发射可见光的二极管,发光光 谱为380—780nm,为人眼所见。)

2004.12.15

LED工作原理、特性
(一)LED发光原理 ?发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs (砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化 镓)、 AlGaInP (磷化铝镓铟)等半导体制成的, 其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特 性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外, 在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压 下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。 这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能 量以光能的形式释放。这就是P-N结发光的原理。 如图1所示。
2004.12.15

(续)

2004.12.15

(续)
理论和实践证明,光的峰值波长λ与发光 区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即 ????λ≈1240/Eg(mm) ??电子由导带向价带跃迁时以光的形式释放 能量,大小为禁带宽度Eg,由光的量子性可知, hf= Eg [h为普朗克常量,f为频率,据f=c/λ,可得 λ=hc/Eg,当λ的单位用um, Eg单位用电子伏特 (eV)时,上式为λ=1.24um·ev/Eg ],若能产生 可见光(波长在380nm紫光~780nm红光), 半导体材料的Eg应在1.59 ~ 3.26eV之间。
2004.12.15

(续)
在此能量范围之内,带隙为直接带的III-V族半 导体材料只有GaN等少数材料。解决这个问题的一 个办法是利用III-V族的二元化合物组成新的三元或 四元III-V族固溶体,通过改变固溶体的组分来改变 禁带宽度与带隙类型。 由两种III-V族化合物(如GaP和 GaAs 、GaP和 InP)组成三元化合物固溶体,它们也是半导体材料, 并且其能带结构、禁带宽度都会随着组分而变化, 由一种半导体过渡到另一种半导体。

2004.12.15

(续)
X的取值 三元化合物 Ga PX As 1-X
Ga As 0.8P0.2 GaAs0.65P0.35

禁带宽度

波长与颜色

X=0.2 X=0.35

1.66eV 1.848eV

λ =747nm 红色 λ =671nm 橙色

由此可见,调节X的值就能改变材料的能级结构, 即改变LED的发光颜色。此即所谓的能带工程。
2004.12.15

LED制程工艺(红黄光系列)
LED制程主要可分为三个阶段:前段、中段、后段(也称:上游、 中游、下游。专业术语则为:材料生长,芯片制备和器件封装。)

如下表所示:

步骤 前段 中段

内容
前段主要是外延片衬底以及外延 层的生长
中段主要包括:研磨、蒸镀、光 刻、切割等过程

后段
2004.12.15

后段则是根据不同的需要把做好 的LED封装成各种各样的形式

(续)
右图为一颗四元系LED芯 片的结构,其中: P-GaP-Mg、 GaInP-Al、 N-GaP-Si、 GaAs 是前段工序完成后的产品;而 上面五层和下面四层则是中段 工序要做的工作。 目前超高亮度发光二极管 红黄光系列用AlGaInP四元系 材料是性能最好的,其前段工 序的主要核心技术:MOVPE (有機金屬氣相磊晶法)。
Al Ti Au

AuBe
Au P-GaP-Mg GaInP-Al N-GaP-Si GaAs Au AuGeNi Ni Au

2004.12.15

上游成品(外延片)

(续)
LED 工艺

光罩作业
显影、定影

研磨(减薄、抛光)
去腊清洗、库房

腐蚀金、铍
去胶清洗

正面涂胶保护(P面)
化学抛光
去胶清洗

合金 蒸镀钛、铝(P面)
涂胶

腐蚀
清洗

套刻
显影、定影

腐蚀铝、钛
去胶清洗

蒸镀(P面)
清洗

切割工序
客户要求较高的

蒸镀(N面) 黄光室涂胶
涂胶前先涂光阻附着液 2004.12.15

半切

点测

全切

中游成品 送各封装厂

客 一 户 刀 要 切 求 不 高

LED Wafer 的成长
融化 此过程是将置放于石英坩锅内的块状原材料加热至其融化温度之 上,此阶段中最重要的参数为坩锅的位置与热量的供应,若使用较大 的功率来融化原材料,石英坩锅的寿命会降低,反之功率太低则融化 的过程费时太久,影响整体的产能。 颈部成长 当融浆的温度稳定之后,慢慢的将晶种往上拉升,并使直径缩小 到一定(约6mm),维持此直径并拉长10-20cm,以消除晶种内的排差 (dislocation),此种零排差(dislocation-free)的控制主要为将排差局限 在颈部的成长。 晶冠成长 长完颈部后,慢慢地降低拉速与温度,使颈部的直径逐渐增加到 所需的大小。 晶体成长 利用拉速与温度变化的调整来维持固定的晶棒直径,所以坩锅必 须不断的上升来维持固定的液面高度,于是由坩锅传到晶棒及液面的 辐射热会逐渐增加,此辐射热源将致使固业界面的温度梯度逐渐变小, 所以在晶棒成长阶段的拉速必须逐渐地降低,以避免晶棒扭曲的现象 产生。 尾部成长 当晶体成长到固定(需要)的长度后,晶棒的直径必须逐渐地缩小, 直到与液面分开,此乃避免因热应力造成排差与滑移面现象。
2004.12.15

切割

切割:

晶棒长成以后就可以把它切割成一片一片的,也就是Wafer。
磊晶:

砷化镓磊晶依制程的不同,可分为LPE(液相磊晶)、MOCVD(有机金属气 相磊晶)及MBE(分子束磊晶)。LPE的技术较低,主要用于一般的发光二极管, 而MBE的技术层次较高,容易成长极薄的磊晶,且纯度高,平整性好,但量 产能力低,磊晶成长速度慢。MOCVD除了纯度高,平整性好外,量产能力 及磊晶成长速度亦较MBE为快,所以现在大都以MOCVD来生产。

其过程首先是将GaAs衬底放入昂贵的有机化学汽相沉积炉(简MOCVD, 又称外延炉),再通入III、II族金属元素的烷基化合物(甲基或乙基化物) 蒸气与非金属(V或VI族元素)的氢化物(或烷基物)气体,在高温下,发生 热解反应,生成III-V或II-VI族化合物沉积在衬底上,生长出一层厚度仅几微 米(1毫米=1000微米)的化合物半导体外延层。长有外延层的GaAs片也就 是常称的外延片。外延片经芯片加工后,通电就能发出颜色很纯的单色光, 如红色、黄色等。不同的材料、不同的生长条件以及不同的外延层结构都可 以改变发光的颜色和亮度。其实,在几微米厚的外延层中,真正发光的也仅 是其中的几百纳米(1微米=1000纳米)厚的量子阱结构。
反应式: Ga(CH3)3 +PH3= GaP+3CH4
2004.12.15

LED制程工艺
基板(衬底)
GaAs

N-GaP-Si

基板(衬底)

GaInP-Al发光层 N-GaP-Si

基板(衬底)

2004.12.15

P-GaP-Mg GaInP-Al发光层 N-GaP-Si

基板(衬底)

蒸镀Au(P面)

蒸镀AuBe(P面)

2004.12.15

蒸镀Au(P面)

蒸镀Au(N面)

蒸镀AuGeNi(N面)

2004.12.15

蒸镀Ni(N面)

蒸镀Au(N面)

黄光室涂胶

2004.12.15


掩膜版



光罩作业

显影、定影

2004.12.15

腐蚀金、铍

去胶清洗

2004.12.15

蒸镀钛(P面)

蒸镀铝(P面)

2004.12.15

套刻前涂胶





光罩作业(套刻)

2004.12.15

显影、定影

腐蚀铝、钛

2004.12.15

Wafer半切

切割 上视图

Wafer全切

2004.12.15

经过封装后的LED

2004.12.15

高亮度发光二极管是国内刚起步的一个 新兴的行业,这里只是所有LED制作工艺中的 一种,不同的厂家都有自己独到的一套制作 工艺,各厂家所使用的设备都可能不一样, 各道工序的作业方式、化学配方等也不一样, 甚至不同的厂家其各道制作工序都有可能是 互相颠倒的。

但是万变不离其宗,其主要的思想都是 一样的:外延片的生长(PN结的形成)---电 极的制作(有金电极,铝电极,并形成欧姆 接触)---封装。
2004.12.15

相关设备
? 用于LED光罩对准曝光微影制程。 该设备是利用照相的技术,定义出所 需要的图形,因为采用感光剂易曝光, 得在黄色灯光照明区域内工作,所以 其工作的区域叫做「黄光区」 光罩对准曝光机 ? 用于金属蒸镀(ITO,Al,Ti, Au,Ni,Mo,Pd,Pt,Ag);金属 薄膜欧姆接触蒸镀 (四元LED,蓝 光LED,蓝光LD)制程。

单电子枪金属蒸镀系统
2004.12.15

(续)
? 介电质薄膜厚度及折射率量 测
光谱解析椭圆测厚仪

? 雜質熱退火處理

? 金半接面合金處理
高溫快速熱處理系統
2004.12.15

(续)
? 晶片研磨(Sapphire、GaN、 Si)
? 晶片拋光
晶片研磨機

? 晶片研磨(GaAs、InP)

? 晶片拋光
晶片研磨機/拋光機
2004.12.15

(续)
切 割 机

? Dicing Saw

用于中道工序Wafer的切 割。

2004.12.15

(续)
? 用于Wafer切割前,把Wafer很 好的贴于切割用膜的表面。

贴膜机

清 洗 机

? 用于Wafer切割后,把Wafer表 面经切割后留下的污物冲洗干净。

2004.12.15

LED应用市场及前景
发光二极管的寿命一般很长,电流密度小于 1A/cm2的情况下,寿命可达1000000小时,即可 连续点燃一百多年。这是任何光源均无法与它竞 争的。 汽车市场:车用市场是LED运用发展最快 的市场,主要用于车内的仪表盘、空调、音响等 指示灯及内部阅读灯,车外的第三刹车灯、尾灯、 转向灯、侧灯等。 背光源市场:LED作为背光源已普遍运用 于手机、电脑、手持掌上电子产品及汽车、飞机 仪表盘等众多领域。
2004.12.15

交通灯市场:由于红、黄、绿光LED有亮度 高、寿命长、省电等优点,在交通信号灯市场的 需求大幅增加。厦门市自2000年采用第一座LED 交通信号灯后,如今全市100多座交通信号灯已 有近70%更换为LED,上海市则明文规定,新上 的交通信号灯一律采用LED。

户外大屏幕显示:由于高亮度LED能产生红、 绿、蓝三原色的光,LED全彩色大屏幕显示屏在 金融、证券、交通、机场、邮电等领域备受青睐。 近两年,全彩色LED户外显示屏已代替传统的灯 箱、霓虹灯、磁翻板等成为主流,尤其是在全球 各大型体育场馆几乎已成为标准配备。
2004.12.15

特殊环境和军事运用:由于LED光源具有抗 震性、耐候性,密封性好,以及热辐射低、体积 小、便于携带等特点,可广泛应用于防爆、野外 作业、矿山、军事行动等特殊工作场所或恶劣工 作环境之中。 其它应用:LED还可用于玩具、礼品、手电 筒、圣诞灯等轻工产品之中,我国作为全球轻工 产品的重要生产基地,对LED有着巨大的市场需 求。

2004.12.15

特点:低耗电、高亮度、
高使用寿命 、可靠性高。
LED交通信号灯

特点:耗电省、产生热量小、
寿命长、耐冲击,有红、黄、 绿、兰、白等多种发光颜色, 能满足不同场合对发光色彩的 要求。

LED草坪灯

2004.12.15

(续)

特点:寿命长、节能 源、耐冲击、不易破 碎、交直流两用,可 代替传统的白炽灯。

2004.12.15

(续)
? 采用超高亮LED器 件,无需滤色片,即 可生成所需颜色 。 ? 多色彩:红、黄、 橙、绿、兰、白等。
LED水下射灯

? 下图为LED水下射 灯装潢效果图。
LED水下射灯装潢效果图
2004.12.15

(续)

LED彩灯串

LED点阵显示屏

LED彩灯 LED汽车尾灯 LED汽车防雾灯

2004.12.15

THE END
THANKS

2004.12.15

Dicing Saw Introduction
一般我们把Dicing Saw 称之为砂轮划片机,因为这 种设备所用的刀片本身就是 一个微型的砂轮,其厚度可 以小到0.015mm。 目前市场上主要的品牌 有Uni-Tek(台湾)、Disco(日 本)、Loadpoint英国)、TSK (日本)、CETC (四十五所)等 品牌,而占主导地位的是日 本的Disco。
2004.12.15

设备用途:
?该种设备主要应用于光电业、IC半导体业、电子业、光电 通讯业,用于硅集成电路、发光二极管、铌酸锂、压电陶瓷、石 英、砷化镓、磷化铝镓铟、蓝宝石、氧化铝、氧化铁、玻璃等材 料的划切加工。

主要技术特点:
?空气静压主轴,恒力矩变频调速,具有精度高、刚性好、 磨擦小、寿命长等特点。 ?工作台采用滚动导轨, 光栅尺璧换控制,无误差积累,高 精度定位伺服电机,定位准确,交流伺服系统调速范围宽,运行 平稳。 ?采用工业计算机控制系统,故障实时检测,声光报警显示, 运行准确可靠。 ?主轴升降定位精度高,具有刃具磨损补偿功能。 ?多文件参数化摸式控制,适应多种材料、多种模式划切。
2004.12.15

工作原理:
利用装于主轴上高速(可达 60000rpm)旋转的刀片(分为软 刀和硬刀)划过被切割件的具有 特定标记的表面,而把整个被 切割件分割成所需要的小颗粒。 如右图:

Wafer

软刀
2004.12.15

硬刀

其它产品的切割:

一、IC切割

2004.12.15

二、SMD切割

三、电子零件切割

2004.12.15

四、玻璃切割

2004.12.15

五、陶瓷切割

2004.12.15

See You!!!

THANKS!
2004.12.15


赞助商链接
相关文章:
LED工艺概述
搜 试试 帮助 全部 DOC PPT TXT PDF XLS ...LED生产流程非常详细 55页 2财富值 LED生产工艺及产品...然后就会以光子的形式发出能量,这就是 LED 发光的...
LED制作流程
LED 内部产生光子出射的几率,提高 光效,解决散热,取光热沉优化设计,改进光学...这两种方法都取得实用化,日本2000年生产白光 LED 达1亿只, 发展成一类稳定地...
《LED封装与工艺》报告
搜 试试 7 帮助 全部 DOC PPT TXT PDF XLS ...《LED封装与工艺》报告_工学_高等教育_教育专区。一...光子的能量反过来与光的颜色 对应,可见光的频谱范围...
光子学与信息时代每讲作业及答案汇总
答案出自于课件每讲1. 从信息载体的角度简述光子...通常是在大尺寸晶片上采用集成工艺制作 LED 阵列模块...1/2 相关文档推荐 光子学与信息时代第二讲 55页 ...
光学方向
二、学科、专业及研究方向 简介光学工程是一门历史...医学光子学领域的前沿课题——光分组交换全光网的 ...研究稀土发光、半导体发光、白光 LED 照明、无汞荧光...
0803光学工程一级学科简介
搜 试试 7 帮助 全部 DOC PPT TXT PDF XLS ...和光子学技术 在信息科学中的应用,将成为今后光学...LED 及其它各种光源等;3)光与物质相互作用 的应用...
LED电光学特性
一般性知识介绍 1、 LED 电学特性 、 1.1 I-V...前者可用辐射度,后者可用光度学 来量度其光学特性。...η=发射的光子数/pn 结载流子数=(e/hcI)∫λP...
LED知识及制作技术
搜 试试 7 帮助 全部 DOC PPT TXT PDF XLS ...然后就会以光子的形式发出能量,这就是 LED 发光的...3. 采用独创的环氧树脂封装工艺以电子的形式发出能量...
S-LED打印技术
组件由高感光性材质制造而成,可藉由光线的光子使其...S-LED 印字头 印字头,达到统一的光学特性以提供 ...材料学课件[1] 45页 免费 键盘英文字母大小写对照...
LED工艺流程图及LED封装技术
搜 试试 7 帮助 全部 DOC PPT TXT PDF XLS ...增强 LED 内部产生光子出射的几率,提高光效,解 决...采用先进的生产工艺与设备,可为客户提供: 18um/20um...
更多相关标签: