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由SEMI、TAITRA主辦;TOSIA協辦的「2015 LED製程展」(LED Taiwan 2015) 於3月25~28日在南港展覽館盛大舉行。主要展示內容涵括LED元件製造之設備材料、磊晶片、晶粒、封裝及模組等相關產品技術與解決方案。同期舉辦的還有「台灣國際照明科技展」與「台灣固態照明展」(TSSL),三大展會同步登場,合計吸引來自全球10個國家的337家廠商參展,為2015開春業界掀起熱鬧話題(圖一)。

                 圖一 2015年 LED製程展邀請到吳敦義副總統為剪綵嘉賓

「LED製程展」為國內最專業的LED製程設備展,聚焦於最新LED製程設備與技術。本屆參展的知名大廠包括:維明、聚昌、中微半導體、奧瑞德、兆遠、圓準、志聖工業、凱勒斯、中日精密雷射、迪思科、上海微電子、瑞士Meyer Burger、白雲化工、道康寧、鈦晴、Monocrystal、大陽日酸等海內外廠商,是台灣規模最大、最具影響力的LED製程展。(圖二)

              圖二 2015 LED Taiwan在南港世貿展覽館4樓雲端展場舉行

主辦單位配合市場需求,開闢有「藍寶石暨圖案化基板」、「OLED製造」與「高亮度LED」等專區,展示最新LED製程解決方案。另外,除了開展首日邀請國際級專家主講「2015 LED 高峰論壇」之外,也舉辦了「國際LED先進製程暨設備技術商業媒合會」,提供設備材料商與製程、封裝廠交流的平台,並進行一對一採購洽談,締造商機。(圖三) 

      圖三 LED Taiwan 2015舉辦之「國際LED先進製程暨設備技術商業媒合會」現場

以下將就展會的技術趨勢觀察做一精簡報告。

■ LED圖案化藍寶石基板磊晶技術
從今年的LED製程展可發現,圖案化藍寶石基板PSS(Patterned Sapphire Substrate)技術已經完全導入高效能LED晶片的必須製程,市場競爭已趨白熱化。有多家PSS的廠商參展,規模比例相對於其他製程廠商高,包括永鑫光電、德晶科技與大陸的中微半導體等,各表面微結構化藍寶石基板廠商都競相發表6吋面積PSS基板作為MOCVD磊晶的基材。未來有些廠商也有可能往12吋等更大的面積發展。從以往的2 inch、4inch到目前的6 inch(圖四),國內MOCVD科技大廠已正式進入6吋基板出貨的時代,對大尺寸PSS基板的需求也持續增加中。由於每季的價格變化,晶圓尺寸變大成為必然。隨著PSS為LED磊晶的制式規格,製作流程已經很確定,設備系統商均可直接整套販售黃光製程、電漿離子蝕刻ICPRIE蝕刻生產線與成品,檢測與分析都可一貫作業。PSS基板需求端除了台灣的磊晶廠外,中國大陸崛起的磊晶廠也是台灣PSS廠商的爭取目標。不過,中國大陸本土的PSS廠商也開始建立,在中國中微公司的展示區就可以看出端倪。  

                                圖四 德晶科技展示的2~6 inch PSS基板

目前四吋PSS的市場價位介於40-50 美元之間,有採用傳統黃光顯影蝕刻製程,亦有採用奈米轉印製程,新舊設備的使用都有,毛利則看各家製程與設備攤提的速度而定。6吋PSS基板目前在國內屬於推廣中,德晶公司特別製作了PSS結構模型供大家參考與討論(圖五)。錐形的幾何結構陣列,藉由排列密佈與方式,就會產生不同的等效折射率效應,減少全內反射的發生,增加LED發光層的取光量,一般可以達到1.2-1.5倍出光效能。微結構尺寸最小的為0.4um Pitch Size附近,目前真正大量使用的為2um Pitch Size大小的PSS基板,微錐度在某些廠商會有差異,有些是兩段錐度的型態,各家廠商都強調可以客製化調整微結構尺寸。經由製程條件的改變,每一家PSS基板廠商的表面粗糙度與細部構型都會有所變化(圖六)。 

                                   圖五 德晶科技之PSS實體模型結構

                            圖六 德晶科技主力4吋 PSS展品具價格競爭力

■ 新型螢光轉換材料
傳統的螢光粉封裝膠製程的變異性很大,配方會隨著LED晶粒而不同,每一批次的螢光粉與矽膠的混摻比例都要精密控制,意味著各種LED晶片等級都需要調配不同的螢光粉比例才能達到演色性一致化。這次DOW Chemical 推出了矽膠螢光轉印薄膜,結合了耐候性與製程便利性,採用兩段式矽膠反應,利用連續塗佈的方式製作矽膠螢光薄膜,以PET作為轉印基材,利用轉印原理可以在各種的LED光源上使用,可以混和各種不同等級的藍光晶粒,成為單一光譜,以厚度作為控制參數,螢光粉塗佈均勻性是關鍵,包括分散性與穿透密度等都是重點,精密塗佈製程是委由工研院所完成。另外,中國製釉也有一款螢光粉與玻璃共燒的陶瓷螢光片,經過特別改質的螢光粉陶瓷片具有耐高溫、耐UV、腐蝕與各種嚴苛的使用條件,可以作為LED航太、軍事等特殊用途使用。

■ 新製程技術開發
中日精密代理之PICOSUN ALD 20nm 12吋大面積製程,可因應目前6吋LED磊晶的需求。ALD單原子沈積製程也嘗試應用在LED的磊晶與構裝上(圖七),藉以增加環境的耐候性與穩定性。因為ALD的高穿透性與數奈米的薄度在製程中不會影響現有的製程狀態,在基板變形時較不會有破碎應力產生,可在磊晶完成後加上一層二氧化矽層來提升取光率與增加阻氣阻水的能力。  

圖七 中日精密代理PICOSUN ALD製程設備,應用在CHIP封裝多二氧化矽奈米層保護

另外,中日精密代理的Dexerials異方性導電膠,可以應用在覆晶的製程壓合上,適用於玻璃、塑膠光學基板等薄型LED發光元件上。晶片切割關係到生產良率與效率,一般雷射切割由晶片的表面形成裂口,再由裂片方式分切,表面會受到雷射的破壞,增加切割損失與影響晶片切口邊緣的出光效能。DISCO推出隱形雷射切割,藉由雷射透鏡的焦點放在晶片內層,形成裂紋後再進行裂片,就可以大幅提升切割效率良率與將晶片的損壞降到最低(圖八)。

圖八 DISCO Stealth Dicing Laser Process可更有效率的切割晶片