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半導體清洗技術
晶體硅太陽能電池的制造工藝
LED芯片的制造工藝流程簡介
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About SPMC
 
硅密(常州)電子設備有限公司(SPMC)是設立在常州電子產業園的美商獨資企業,成立于2004年,專業提供半導體濕法方面的解決方案。擁有豐富的行業經驗,提供半導體、太陽能、LED濕法設備的設計、制造、維護和技術支持服務。
 
 
硅密(常州)電子設備有限公司
常州新北區電子產業園新科路21號
 
工作時間
周一~周五8:30-17:30

電話:(0519) 85486173
傳真:(0519) 85486203

濕法高溫刻蝕設備的應用
硅密(常州)電子設備有限公司


近年來,高亮度LED(High-Brightness LED)市場需求和發展異常迅速,2010年,全球高亮度LED市場為108億美元,比2009年的56億美元增長了93%,美國LED研究專業機構Strategies Unlimited (SU)預測,到2015年,全球高亮度LED市場將達到189億美元,復合年均增長率為11.8%。但是,良好的市場前景中,存在著一個問題,那就是,不斷增加的生產成本可能會抑制市場的發展。美國能源部報告顯示,LED照明如果想在2015年取代熒光照明市場,產品成本需從目前的$18/klm降8倍,即$2.2/klm。因此,提高制造過程中的效率是降低生產成本的關鍵因素。襯底尺寸的增加使得生產效率的大幅提高成為可能,當藍寶石襯底直徑從2”增大為4”時,可用面積是原來的4倍,直徑從4”增大到6”時,可用面積則是原來的2倍。不過,隨著面積的增大,傳統的工藝制造設備如果無法以經濟的辦法來提高產能,則襯底尺寸增加而提高的生產效率將被高昂的設備成本所削弱。濕法刻蝕技術在半導體集成電路制造過程中以其產能大,運營成本低而得到充分應用,當前,LED芯片,尤其是高亮度(High Brightness)LED芯片制造過程中,濕法高溫刻蝕工藝也同樣受到越來越多芯片制造、襯底生產、設備制造廠商的重視。
濕法高溫刻蝕設備的應用范圍:
1.圖形化襯底制備工藝(Patterned Sapphire Substrates)
2.激光正切后的側邊腐蝕工藝(Sapphire Sidewall Etching)

圖形化襯底制備工藝(Patterned Sapphire Substrates)
可以大幅的增加LED光萃取效率,通??紗?5%~30%,目前,干法刻蝕PSS仍是市場主流,可以形成一致性非常好的圓頂形狀(Dome-Shaped)的圖形化襯底,從而制作出效率很高的高亮度LED。但是,干法刻蝕的不足之處也是顯而易見的:
與干法相對比,濕法高溫刻蝕工藝在成本上和產能上有著非常大的優勢:
1.濕法高溫刻蝕的速度非???,5~10分鐘即可完成襯底的刻蝕,產能是干法刻蝕的20~60倍的產能;
2.濕法高溫刻蝕不會損傷藍寶石表面;
3.濕法高溫刻蝕設備價格相對于干法設備便宜的多,而且,隨著襯底尺寸的增加,要處理相同數量的襯底,更大的工藝槽成本上增加的很有限,設備投資和運行成本優勢很明顯。

濕法高溫刻蝕工藝的挑戰:
1.由于是在250℃~300℃的高溫磷酸與硫酸混合溶液工藝,人員的安全性和設備的可靠性非常
2.刻蝕的均勻性指標,包括溫度的均勻性及溶液的濃度控制,將直接影響到PSS的質量;
3.濕法高溫刻蝕設備價格相對于干法設備便宜的多,而且,隨著襯底尺寸的增加,要處理相同數量的襯底,更大的工藝槽成本上增加的很有限,設備投資和運行成本優勢很明顯。
濕法高溫刻蝕工藝的挑戰:
1.由于是在250℃~300℃的高溫磷酸與硫酸混合溶液工藝,人員的安全性和設備的可靠性非常重要;
2.刻蝕的均勻性指標,包括溫度的均勻性及溶液的濃度控制,將直接影響到PSS的質量;
3.量產時產能的保證,包括Up Time, 換酸時間,維修時間等;
4.高溫酸霧的處理、廢酸液的處理等;
5.濕法高溫刻蝕目前還無法做到與干法刻蝕PSS一樣的高亮度,圖形化襯底的質量遜于干法刻蝕,刻蝕的圖形是平頂(Truncated Cone Shapes),從而影響光萃取效率。
隨著越來越多的廠商投入濕法高溫刻蝕工藝的研究,包括平頂研磨技術的應用,濕法刻蝕將成為實現LED市場產能擴大及成本降低的有效途徑。

激光正切后的側邊腐蝕工藝(Sapphire Sidewall Etching)
在LED芯片制造后道過程中,需要對晶圓進行切割及裂片,切割的方法主要有三種:
1.金剛石劃片,利用金剛石刀對藍寶石晶圓進行切割;
2.激光切割(燒蝕加工),利用激光光束的能量,在涂膜的的晶圓正面進行切割,完成后需要清洗工序;
3.激光切割(隱形切割):將激光聚光于晶圓內部,在內部形成改質層,通過擴展膠膜等方法將晶圓分割成芯片;

三種方法的優缺點比較(摘自DISCO網站):

 


目前,激光正面切割是應用最成熟的工藝,但由于存在側邊燒蝕而產生的光損(5%~10%),需要利用濕法高溫刻蝕設備進行側邊腐蝕,以去除切割道上堆積的副產物,提升LED芯片的亮度。

濕法高溫側邊腐蝕利用高溫磷酸和硫酸的混合溶液對于激光正切后的副產物與藍寶石襯底之間具有良好的選擇性,在不損傷襯底的情況下,將副產物清除掉。當工藝溫度控制在250℃以上時,只需5分鐘即可將副產物腐蝕去除干凈,產品良率可達98%以上。
隱形切割技術雖然光損很小,但由于技術專利已有所屬,結構復雜,一般國外品牌的設備價格都很高,價格在一千萬人民幣左右,每年的維護費用和運營成本也相對較高。 如果按一臺日產量200~250片2寸LED芯片計算,月產4萬片的工廠需要配備6~10臺隱形切割設備,設備投入成本會非常大,這也是目前多數LED廠商采用激光正切和隱形切割混合使用的原因。

SPMC LED高溫側邊腐蝕&圖形化襯底濕法設備
面對LED藍寶石晶片側邊腐蝕及圖形化襯底工藝的要求,SPMC與美國IMTEC 公司共同合作開發,向中國市場推出技術先進、工藝精湛的濕法高溫刻蝕設備。該設備的優勢體現在以下諸多點:
A.全自動的封閉系統,多重硬件和軟件?;?,可視化UI控制介面;
B.高產能的保證:配置1:224,000WPM(2”); 配置2:336,000WPM(2”);
C.極佳的兼容性:囊括了2’’、4’’、6’’藍寶石晶片的制備,一次投資可適用不同產品的生產;
D.精準、穩定的工藝控制:
溫度精度范圍:+/-2℃;
1 刻蝕的均勻性:+/-5%以內;
E.IMTEC Xe系列高溫腐蝕槽,利用IMTEC公司具有超過37年半導體行業加熱石英槽工藝設計及生產制備的工程經驗;
F.有溫度的動態監測和自動配酸、自動補液功能;
G.具有專利的局部高溫酸排風設計;
H.最經濟的化學品消耗量:化學品壽命長,2800片/換酸周期;
I.最大化的設備運行可靠及安全性:
1 MBTF>1000hours;
1 MTTR<4hours
1 Up time>95%

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