Mini LED专题研究报告：产业爆发在即，设备先行机遇何在？

一、Mini LED前道制造工艺与设备介绍

1.1 LED芯片前道制造包括衬底、外延和芯片加工三大环节

LED芯片制造包括三大环节：

① 衬底。LED芯片通常使用蓝宝石衬底，流程包 括蓝宝石晶体生长、切片、抛光等。

② 外延。在蓝宝石衬底上生长不同特性的GaN外 延层，形成PN结。这是LED芯片最核心的环节。

③ 芯片加工：在外延片上通过光刻、刻蚀、溅射、 蒸镀等工艺形成最终的芯片结构。具体包括：

刻蚀。通过ICP刻蚀，将N型GaN台面暴露出来， 形成PN结台阶。

溅射。在P台面上溅射蒸镀一层电流扩展层， 实现更好的导电性（N-GaN导电性良好，无需 此步骤）。

蒸镀。LED芯片需要使用金属作为电极与焊接 介质，通常通过蒸镀工艺形成金属电极。

光刻：上述步骤均需要光刻来实现图形化，使 LED的不同层有序沉积或暴露。

测试分选：LED芯片制备完成后，需要对其进 行检测分选，以保证进入下一步骤的良率。

1.2 外延： Mini LED 对MOCVD设备提出更高要求

外延片的制备是LED芯片制造的重要环节，需要通 过MOCVD设备实现。一个LED完整发光结构通常包 含70-80层不同掺杂浓度、薄层厚度的沉积层，各 沉积层均会影响最终产品的发光特性，因此外延生长环节是LED芯片生产的重要步骤。MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposition)即 金属有机化合物化学气相沉积工艺，是LED外延片 生产的主流工艺，通过MOCVD设备实现。

Mini LED外延片对波长均匀性和缺陷控制要求提高，传统的MOCVD设备需要升级。随着LED芯片尺 寸的缩小和单位面积数目的增加，芯片良率成为 厂商无法回避的挑战。提高良率可以有效的降低 生产成本。就外延环节而言，提高良率的关键在 于波长均匀性和缺陷密度，这对MOCVD 设备的设 计与制造提出了更高要求。

1.3 芯片加工：倒装芯片优势明显，渗透率有望逐步提升

根据结构划分，LED芯片可分为水平、垂直、倒装三 类，其工艺流程存在一定差异。

水平结构：最常见的结构，P电极和N电极都镀在 芯片上表面，制作流程相对最为简单。

垂直结构：P电极仍制作在芯片上表面，但N电极 置于芯片底部。垂直结构无需刻蚀PN台阶，但需 要剥离蓝宝石衬底，并增加一层导电衬底。芯片 底部蒸镀金属薄膜，作为电极的同时可将出射光 反射到正面。衬底剥离工艺难度较大，一定程度 制约了垂直结构的发展。

倒装结构：外观类似于水平结构的翻转，但制作 流程存在差别，成本也比水平芯片高。为了使光 线从芯片背面出射，倒装芯片一方面需要在P-GaN 层和电极之间蒸镀金属反射层，另一方面需要减 薄或剥离蓝宝石衬底，以减少光线损失。

在Mini LED规格下，倒装结构芯片存在发光效率 高、散热好等优势。倒装芯片渗透率有望逐步提 升。

二、Mini LED后道封装工艺与设备介绍

2.1 封装路线：LED封装主要包括SMD、IMD和COB三大类

根据封装结构的集成度，LED封装路线可分为SMD、COB与 IMD(n合一)三类。SMD（Surface Mounted Devices)是先将 单个芯片封装成灯珠，再将其组装至基板上的封装方案，单 个封装结构中只包含1个像素。COB(Chip on Board)方案则 是将多颗LED裸芯片直接与PCB电路板相连，省去LED芯片单颗封装后贴片的工艺流程，单个封装结构中可包含大量像素。 IMD(Integrated Matrix Devices)方案通常被视为两种方案 的折中，将多颗芯片（通常为4-9颗）封装在单个结构中， 然后再组装到基板上。

根据芯片封装方向，LED封装路线又可分为正装与倒装方案。 正装方案使用水平或垂直结构芯片，芯片通过焊线与PCB基 板相连；倒装方案使用倒装芯片，无需引线焊接，金属电 极通过回流焊与基板相连。倒装方式具有多项优势：1）出 光面无遮挡，提升了光效；2）电极与基板接触面积大，改善了焊线虚焊、断线不良问题，可靠性更强；3）芯片热量 直接通过焊点传导到基板，易于散热，提高器件寿命及色 彩稳定性。

2.2 Mini LED封装工艺对固晶机、检测和返修设备提出新要求

LED封装流程所需设备包括固晶机、焊线机/回流焊 机、灌胶机、检测与返修设备等。固晶机用于芯片 贴装环节；焊线机用于正装芯片与基板之间的引线 键合；回流焊机用于倒装工艺下的芯片焊接；灌胶 机用于封胶环节；检测设备用于生产各环节的检测； 返修设备用于去除和替换存在缺陷的部分晶粒。

Mini LED封装对作业速度与良率提出挑战。随着LED 芯片尺寸缩小，单位面积芯片用量急剧增加，生产 速度与良率的平衡成为厂商的重要挑战。一方面， 提高速度有助于降低生产成本，是实现量产的关键； 另一方面，如果速度提高时良率无法保证，返修工 序会相应加重，从而抬升成本。Mini LED封装流程 中，固晶机、检测设备和返修设备涉及到芯片的巨 量处理，与作业速度和良率息息相关，是量产的关 键设备。

2.3 固晶环节：芯片转移技术是提升Mini LED产能的关键

固晶机是LED封装的重要设备。在 LED封装流程中，固 晶机用于将晶片从晶片盘吸取后贴装到 PCB（印刷线 路板）或支架的指定区域，并进行缺陷检测。常见的 Pick & Place模式固晶机工作原理为：①对晶片和 PCB/支架板进行图像识别、定位及图像处理。②通过 银胶拾取装置对支架板的给定位置进行点胶处理。③ 利用晶片吸取装置将晶片准确放置于点胶处固定。

芯片转移技术的突破是Mini LED产能提升的关键。 Mini LED芯片的大量转移是突破产能瓶颈的关键，对 固晶机芯片转移的精度和速度提出了更高需求。目前， 固晶机芯片转移方案主要包括传统的拾取放置方案 (Pick & Place)、刺晶方案和激光转移方案。此外， 为了应对未来Micro LED的更高要求，各厂商分别推出 了不同的巨量转移方案。芯片转移速度和精度的突破， 有望成为未来固晶设备厂商的关键竞争点。

2.4 测试与返修环节：工艺与设备路线各异，设备商多方探索

测试设备是Mini LED最终产品良率的重要保障。LED封装完成 后，需再次进行光电测试，并进行色度学参数测试。Mini LED可通过AOI(Automated Optical Inspection，自动光学检 测)设备进行检测，应用视觉方案检测固晶和焊接情况、产品 外观情况，亦可对点亮后的LED进行测试。目前Mini LED封装 测试领域设备的种类繁多，设备标准化程度不高，各厂商提 供的设备路线与工艺不尽相同，但均要求检测精度和速度的 不断提升。

返修设备的开发是Mini LED新的痛点与难点，设备厂商多方 探索。对微米尺寸且数量庞大的LED灯珠进行有效检测并修复 坏点难度很大，封装后的Mini LED返修对设备厂商提出挑战。 目前市场上尚无标准化的技术路线。部分设备产品可实现的 功能包括自动获取不良坐标和不良类型、自动剔除不良元件 （超声波或激光）和清理焊盘、自动重置焊锡或银胶、二次 固晶和焊接等。设备厂商的多方探索有利于加速Mini LED的 量产运用。

三、设备企业布局情况

国内重点公司聚焦

中微公司：公司是国产刻蚀设备和MOCVD双龙头，MOCVD和ICP刻蚀设备业务有望受益于Mini LED爆发。 MOCVD方面，公司于2021年6月推出专为高性能Mini LED量产设计的Prismo UniMax MOCVD设备；ICP刻蚀设备方面，公司半 导体ICP刻蚀设备已获客户验证，作为国内刻蚀设备龙头有望受益于Mini LED带来的ICP刻蚀设备增量需求。

北方华创：公司半导体设备布局全面，受益于Mini LED爆发，刻蚀设备和PVD设备有望量价齐升。 公司是国内半导体设备龙头，设备业务布局广泛。公司LED芯片加工设备产品包括等离子刻蚀设备、物理气相沉积（PVD） 设备、清洗设备等，均可用于Mini LED生产，有望形成一站式服务能力。

新益昌：公司是国产LED固晶机龙头，Mini LED固晶机有望成为国内厂商首选，分享市场爆发红利。 公司是国内 LED 固晶机龙头企业，LED 固晶机全球市占率 28%，国内市占率60%，国内市场认可度高。Mini LED 固晶机 竞争对手包括ASMPT 和 K&S，公司具有价格和服务优势，有望成为国内厂商首选，分享 Mini LED 爆发红利。目前公司 Mini LED固晶机在手订单充足，业绩增长动力强。

深科达：显示行业智能装备领导者，Mini LED设备布局形成新增量。 公司从事全自动贴合系列、半自动贴合系列、AOI/检测系列、指纹模组系列、COG/FOG系列、非标系列、半导体系列邦定贴合设备研发、生产、销售、服务。公司Mini LED测试分光设备已获得下游订单。

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