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MicroLED 的巨量转移,库力索法做好了准备!

最近几年,因为厂商们的前赴后继,Micro LED 市场进入了爆发前夕。

据市场分析机构 TrendForce 统计,2021 年 Micro LED 市值预计将达到 2300 万美金,到 2025 年,整个市场规模将达到 38 亿美金。应用领域包括 AR/VR、可穿戴产品、Notebook/ 汽车屏显、移动显示包括智能手机、平板电脑、大尺寸显示如视屏墙、电视等等。

在应用方面,商用大尺寸显示器仍是当下的焦点,视频墙 ( 数字显示 ) 将继续是现阶段 Micro LED 显示的主要产品。目前的 Micro LED 大体上还都处于研发和小批量生产阶段,未来 Micro LED 显示屏的推广需先解决成本问题。

Kulicke & Soffa 集团执行副总裁、总经理张赞彬先生指出,持续投资 Micro LED 的研发与制造,提高良率并降低成本,是 Micro LED 产业的必然发展方向为一家业内领先的半导体设备供应商,Kulicke & Soffa 也正在大规模投入其中,而巨量转移正是他们聚焦于解决的头号难题。

巨量转移是瓶颈

从原理上看,作为一个将 LED 微缩化和矩阵化的技术,Micro LED 在实际生产中需要将数百万乃至数千万颗小于 100 微米的 LED RGB die 排列整齐放置在基板上。如果采用过往 LED 面板制造的方式,不但效率慢,而且成本惊人,为此行业就探索了巨量转移技术的引入。

据了解,巨量转移是一个学术名词,经常用于物质处理流程的工程设计上,它涉及物理系统内的物质或粒子的扩散和对流。更具体的说,巨量转移是在描述一个化学或物理的机制,它是一种运输的现象,它意指大数量的点(分子或粒子)从某一端移动到另一端。它可以是单一阶段,或者多重阶段,且涉及一个液体或者气体的阶段,有时候也可能在固体物质中发生。

来到 Micro LED 屏幕生产的时候,就是要把数百万甚至数千万颗微米级的 LED die 正确且有效率的移动到电路基板上。以一个 4K 电视为例,需要转移的 die 就高达 2400 万颗(以 4000 x 2000 x RGB 三色计算),即使一次转移 1 万颗,也需要重复 2400 次。这带来的挑战是显而易见的。

TrendForce 在其分析报告中也表示,除了巨量转移,检修也将是 Micro LED 在制程方面面临的极大挑战。近 2,500 万颗的 Micro LED 芯片,对于转移良率、加工时间、以及后续检测与修复而言皆是沉重的负担。

据 TrendForce 介绍,目前业界采用的巨量转移技术大致上可以分为拾取放置、激光转移、流体组装、磁性巨量转移、滚轮转印及晶圆键结等技术,依照应用产品的分辨率与芯片大小不同,搭配的移转技术也有所差异,连带影响产能、良率与投入设备成本,成为增添 Micro LED 生产线构建复杂度的主因。

而从张赞彬的介绍我们得知,K&S 在对良率、速度以及精密度等多个方面进行综合以后得出结论,激光转移是一种更适合 Micro LED 的制造方式。" 激光转移采用高速扫描的方式,使得转移速度大大提升,扫描的方法比传统的机械方法更加方便快速。" 张赞彬表示。

激光转移是答案

资料显示,激光驱动转移的主要原理是利用激光器产生的激光与物质的相互作用,其中紫外(UV)波长的光子在被物质吸收时会引起电子激发,产生烧蚀分解,从而产生冲击力;红外(IR)波长的光子被物质吸收后导致电子振动和旋转激发,然后发生热分解,从而产生驱动力。与传统的微器件取放工艺相比,这个转移过程是非接触式的,当芯片比较小且薄时,将大大降低传统拾取工艺造成的机械损坏,此外单次照射下能够并行转移多个芯片,转移速度更高。

张赞彬也指出,激光转移工艺在可靠性、产量、成功率等多个方面都优于其他技术,同时能够达到高精度的芯片要求。他进一步表示,利用激光转移的方法能够达到 1000 颗每秒的速度,目前 K&S 在 Mini LED 已经发展了 2-3 年的 PIXALUX 设 备(和 Rohinnih 合作开发) 大 概 是 50 颗每秒的速度, 而激光转移将提升速度达到 20 倍,甚至更多。往往做一个 4K(3840x2160)显示器大概需要 2500 万颗 die 的高精度连接,用传统的机械方法去转移,制造一台 75 寸的 4K 电视可能需要花费一周的时间,利用激光转移的方式只需要个把小时,而 K&S 未来的目标是半个小时完成。

为了实现这个目标,K&S 在今年 1 月宣布收购了美国初创公司 Uniqarta,包括其知识产权与专利组合。据了解,Uniqarta 提供的 Laser-Enabled Advanced Placement ( LEAP ) 技术以高精度、超快速的激光转移置晶系统突破了传统的取放贴装模式,采用无接触方式大批量放置芯片,实现超高转移速率。

( LEAP: Laser Enabled Advance Placement;高速置件,选择性置件;适用于无蓝宝石玻璃层的 micro LED )

Uniqarta CEO 及创办人 Ronn Kliger 之前在接受 LEDinside 采访的时候谈过,使用激光将 die 从载体材料转移到目标基板其实并非创新技术。然而,过去使用的方法,是用激光烧蚀一层剥离层,将 die 结合到载体。这些方法无法用于 Micro LED,因为转移精准度难以控制,此外,Micro LED 芯片也可能被雷射损坏或受到剥离层材料残留物的影响。

为此 Kliger 强调,Uniqarta 开发出的是与其他同行不同的技术。其独特之处在于,在激光转移过程中,他们开发出一种称为「动态剥离层(DRL)」的特殊材料。借助这种材料,激光在打下去的时候,会有气泡产生会推挤 die,让 die 剥离。而此该动态释放层也能将转移过程中位置错误的状况减到最少,同时让 LED die 免受激光影响。

此外,Uniqarta 结合多束和单束激光,能在转移过程中避开损坏的 die,只转移质量完好的。透过切换不同雷射模式,Uniqarta 可以能有效并准确地转移 LED 芯片。

张赞彬告诉记者,Uniqarta 的激光巨量转移技术不但适用于 Micro LED,还适用于 Mini LED,在频率方面,可以高达 1000Hz,精度更是可是做到 10 μ m。公司也正在开发新一代精度高于 10 μ m 的 LED 转移设备。

按照 Kulicke & Soffa 之前的说法,公司预计将在 2021 财年结束前引入并启动这个新型先进显示系统的资格认证,让我们翘首以待。

* 免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。

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