半导体照明产业的链条很长,包括矿产资源的采集、提纯和加工;半导体单晶衬底的制作和加工;半导体外延材料的生长和检测;半导体发光二极管(light emitting diode,LED)芯片的制造和检测;LED器件的封装和检测;半导体照明产品的制备和包装。
半导体照明装备
用来实现半导体照明产业化应用的相关装备。
- 英文名称
- semiconductor lighting equipment
- 所属学科
- 电子科学与技术
从半导体工艺上讲,半导体的衬底是基础,其制备包括单晶衬底的单晶烧结炉装备、晶体切割装备、晶体研磨装备、晶体抛光装备,以及衬底清洗、检测和包装装备。
半导体照明领域使用的是化合物半导体材料,如氮化物体系材料,包括氮化镓、氮化铝、氮化铟,以及三元或者四元化合物,如铝镓铟氮。通过不同化合物半导体材料的组合,可以得到不同发光长度的材料。这些材料的生长要使用生长外延材料的金属有机物化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)、分子束外延(molecular beam epitaxy,MBE)等外延装备,制备出精细复杂的多层薄膜结构材料,用于LED芯片的制备;这些外延材料的质量要通过相关的材料检测装备进行检测,检测内容主要是光的波长是否合适,晶体质量是否达标,整片均匀性是否满足生产需要等。
外延材料制备后,需要使用半导体工艺装备制造LED芯片。有常规的半导体照明领域通用的装备,如形成微观图形的涂胶、甩胶和曝光显影的光刻装备,生长介质薄膜的等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)装备,刻蚀材料用的电感耦合等离子体(inductively coupled plasma,ICP)装备,蒸镀金属的金属蒸发装备,减薄抛光装备;有半导体照明领域专用的装备,如透明电极铟锡氧化物(indium tin oxide,ITO)的蒸发或者溅射装备,去除蓝宝石衬底的激光剥离装备等。LED芯片同样需要检测装备,而且由于半导体的精细加工工艺,往往需要用到多种显微观察装备了解细若发丝的半导体芯片,包括显微镜、电子显微镜、探针台、自动点测机台、自动分选机台等先进检测装备。其中自动点测机台、自动分选机台是针对数量庞大、尺寸细微的半导体LED芯片进行大规模工业化生产的必备装备。
制作好LED芯片后,还需要进行LED芯片封装,将电极引出,制作出光通路,并做好各种保护,以实现LED芯片长达数万小时的工作寿命。LED封装使用的相关装备,包括贴片机、点胶机、引线键合机、封帽机等。封装后的LED芯片也需要相关装备进行测试,以保证其质量。其测试内容包括发光强度、光场分布等。此外,还需要在出厂前对其进行一定时间的老化处理,这是基于半导体器件可靠性的考虑,经受得了老化处理的LED芯片,最终可以交付用户。理想的LED芯片产品设计寿命可达到数万小时,而且光衰在设计范围内变化。
半导体照明灯具已经逐步替代白炽灯、荧光灯等,进入主流的照明应用中。为了制造这些相关的灯具,需要使用各种相关装备,而且这些装备大都是自动化大规模生产装备,如LED芯片编带机、贴片机、焊线机、灯管安装用机器等。对半导体照明灯具最终产品同样需要进行检验、质量管控的测试装备,通过检测,在满足国家标准的情况下,这些产品才会进入千家万户,给人们带来光明,满足人们生活、学习和工作的需求。
半导体照明装备是实现半导体照明的物质基础,只有优良的配套装备才能生产出满足要求的半导体照明产品。