LED管芯制作过程中透明电极表面异常的分析处理方法

【摘 要】本文综合分析了公司LED发光二级管芯片制造过程中透明电极表面异常产生的成因，控制改进的方法措施，介绍了公司运用QC质量管理小组方法在分析改进透明电极表面异常方面的经验教训，供从事LED管芯制造的同仁借鉴参考。

【关键词】LED发光二级管；芯片；透明电极；表面异常

1 公司背景

由西京电气总公司控股的西安中为光电科技有限公司主要从事LED外延及芯片产品的研究、开发、生产、销售和服务。公司依托西安电子科技大学在技术研发方面的优势，以宽禁带半导体材料与器件重点实验室为技术研发基地，开展了GaN基发光二极管的研究和产业化工作。近年来，对高质量GaN外延材料及管芯制备技术方面进行了深入细致的研究，关键技术取得了突破性进展，同时产业化工艺技术逐步成熟，持续改进，生产的紫光、蓝光、绿光LED芯片产品批量推向市场。公司在管芯制作过程中遇到了因透明电极（以氧化铟锡简称ITO材料制作的透明电极为例）表面异常造成的返工率居高不下的问题，因此成立了攻关型QC项目组，旨在降低ITO表面异常返工率，提高管芯前段产品合格率。

2 组成项目组

组成名为中为光电0%QC攻关型项目组，成员由公司的副总工程师牵头，公司的技术质量生产骨干组成，组内责任清楚，分工明确。

3 选择课题

选择课题（见图1）。

图1 管芯前段返工率统计直方图

根据图1对3月份我公司生产部前段主要返工原因的统计，我们可以看出ITO表面异常是返工的主要原因，针对此问题，我们组成攻关型QC小组，以提高产品质量为前提确定“降低ITO表面异常返工率”为我们本次活动的课题。

图2 课题确认流程图

4 设定目标

为完成活动要求2012年4-6月考核指标，项目组将活动目标定为：2012年1-3月 ITO表面异常合格率均值21.15%在4-6月降低至7-10%。

5 目标可行性分析

（1）根据2012年1-3月ITO表面异常第一季度情况数据分析和对本公司工艺技术水平和生产管理水平全面评估的结果，现行返工率与目标值差异不大，这是项目组完成目标的基础（见图3）。

图3 2012年第一季度ITO表面异常不合格率统计

（2）根据不合格ITO表面异常片在各机台分布的情况分析，在抽取的50个检验数据进行分析。

（3）公司领导对小组活动的全力支持，为我们小组活动提供了所需要的全部资源，这是小组完成目标的有力保证。

由以上3个条件作保证小组完成目标可行。

6 原因分析

小组采用因果图从人、机、料、法、环、测六个方面进行分析，查找原因，详见因果图（见图5）。

图4 ITO表面异常分析因果图

7 确定主要原因

确定主要原因见表1

表1 要因确认计划表

序号 末端因素 确认内容 确认方法 标准 时间

1 素质 人员素质是否满足工序要求 对镀膜ITO操作人员进行培训考核 90分 1个月

2 机器的保养和检修 1.机器是否定期保养 1.查阅设备保养记录 《工位作业卡》 1个月

2.保养检修是否符合要求 2.现场检测保养检修过程 执行《操作规程》

3 设备清理 是否及时清理ITO机器，保持机器清洁 1. 清理镀锅后检查ITO表面情况 《工位作业卡》 1个月

2. 更换石英灯玻璃板后检查ITO表面情况

4 蒸镀前原材料的检查 1.表面处理是否符合要求 擦洗是否干净，甩干机甩干时是否符合要求 外延片表面清洁无异物 1个月

2.ITO原料是否符合蒸镀标准 检查进检检测报告；现场监测 符合公司内测标准 1个月

5 运行参数未优化 根据目前的运行参数，检查ITO蒸镀机是否符合要求 随机从每个班抽取一组数据进行检测 ITO表面异常不合格率

6 环境因素 温湿度、洁净度是否符合要求 测量是否达标 《技术通知书》 1个月

7 检查和反馈 1.显微镜是否符合检定标准 1.检定标准 《技术通知书》 1个月

2.是否及时反馈 2.相关人员是否及时处理问题

按表1计划要求对末端原因进行逐项确认，最终确认：设备清理、甩干机甩干程序及设备状态、蒸镀前原材料的检查三项为主要原因。

8 制定对策

对于确认的两个要因，我们分别制定了多项对策，并用矩阵表从五个方面进行了评价分析，得分高者为优，确定出最有价值的对策列入对策表。对策评价矩阵表（见表2），对策表（见表3）。

表2 对策评价矩阵表

5分：A；3分：B；1分：C；OK：选中

要因 对策方法 评价 得分 选定方案

有效性 可靠性 可实施性 时间性 经济性

1.重新确定ITO机器清理 调整ITO机器清理周期 A B A B B 19 OK

调整ITO机器各零件更换周期 A B A B B 19 OK

2.甩干机程序的改进 甩干机甩干时增加冲水程序 A B A B A 21 OK

3.ITO蒸镀原料的改善 减少ITO材料使用频次 A A B B B 19 OK

表3 对策表

要因 对策 目标 措施 地点 完成日期

1.重新确定ITO机器清理 调整ITO机器清理周期 提高ITO机器洁净度 缩短ITO机器清理周期 镀膜间 4月

调整ITO机器各零件更换周期 提高ITO机器洁净度 缩短ITO机器石英灯玻璃板更换周期 镀膜间 4月

2.甩干机程序的改进 甩干机甩干冲水程序调整 提高甩干机甩水洁净度 调整甩干机冲水甩干关键参数 清洗间 4月

3.ITO蒸镀原料的改善 减少ITO材料使用频次 降低腔体

污染源 缩短ITO材料更换周期 镀膜间 4月

9 对策实施

按对策表的要求，进行数据收集分析，进行反复试验，确定改进的关键参数，在满足产品工艺质量要求和生产效率之间均衡考虑，ITO机器反应室清理周期及石英灯玻璃板更换周期缩短了50%；对甩干机进行改造，并进行一系列工艺参数调整，确定了冲水加甩干程序；ITO材料的更换周期也进行了调整，从每五个run更换一次改为每三个run更换一次。这些更改经过反复验证后，修订技术文件实施。

10 效果检查

实施完成后，4-6月份ITO表面异常不合格率降低到8.6%，完成本次活动目标（见图5）

图5 实施效果验证图

11 巩固措施

修订《LED管芯产品标准工位作业卡》―甩干，修订《LED管芯产品标准工位作业卡》―ITO蒸发。

成果巩固情况（见图6）

图6 2012年4-6月ITO表面异常返工率

12 总结及下一步打算

（1）综合素质方面（见图7）

图7 自我评价雷达图

从自我评价雷达图看出：节能意识、工具的运用、团队精神、改进意识、工作热情有所提高，尤其是节能意识，获得了较大的改善。进取精神还有差距，今后应在工作中加强进取意识，不断进步。

（2）管理技术方面

小组成员对PDCA循环有了更深刻的理解，因果图、分层法、排列图等工具的运用更加熟练，使大家分析、解决问题的能力更进一步加强。

（3）专业技术方面

通过活动，小组成员改进了工艺方法，对工艺过程参数进行了改进调整，降低了由于透明电极表面异常造成的返工率，提高了产品合格率，改善了产品性能质量。同时对设备进行了改进，提高了设备利用率，减轻了清洗、镀膜工人操作强度，减少了材料消耗，生产成本降低，也使生产效率大大提高。

通过此次QC工艺攻关项目组活动的开展，从团队综合素质、管理技术、专业技术等方面得到了明显提高，QC小组活动目标达成效果显著，目前已在全公司范围内开展QC小组活动。因此，从我公司开展QC小组活动的实践来看，在LED管芯制造企业推广QC攻关小组活动是非常有必要的。