激光驅動巨量轉移工藝


0 導言

  顯示技術發展至今,日益呈現出技術交叉化、多元化、應用綜合化的發展,近年來,被視為新一代顯示面板技術的Micro LED技術受到廣泛關注。Micro LED是一種新的自發光顯示技術,與OLED有許多共同之處,但相比傳統LCD、OLED等,Micro LED 有着更大的優勢,它有着功耗低、響應快、壽命長、光效率高等特點[1]

  Micro LED的制造核心技術在於微縮制程技術和巨量轉移技術,其中巨量轉移的技術難點[2]有兩個部分:

  1)轉移的僅僅是已經點亮的LED晶體外延層,並不轉移原生基底,搬運厚度僅有3%,同時Micro LED尺寸極小,需要更加精細化的操作技術。

  2)一次轉移需要移動幾萬乃至幾十萬顆LED,數量巨大,需要新技術滿足這一要求。

  目前巨量轉移技術主要包括靜電吸附、范德華力、電磁力、流體自組裝等,各技術對比如表1[3]

各技術對比

技術

MEMS

機械頂針

彈塑性印章

激光輔助

紫外線輔助

流體自組裝

可靠性

中等

中等

產量

中等

可量測性

可選擇性

中等

成功率

中等

中等

       在各技術對比中,激光輔助巨量轉移工藝在可靠性、產量、成功率等多個方面都優於其他技術。本文將從激光驅動工藝機理、激光驅動相近工藝實驗研究等方面做闡述。

1 激光驅動工藝機理

  1971年,Avco Everett研究實驗室的Kontrowitz[4]等人員提出了激光推動(laser propulsion)的概念,認為激光推動或許可代替化學推動系統。自此,許多研究人員[5--11]開始研究激光推動工藝並表明,在脈沖比、能量轉換效率、質量功率比方面,燒蝕激光優於其他激光推動方案。

1.1 燒蝕釋放和熱釋放(ablative release & thermal release

  用於轉移芯片的激光驅動工藝可分為兩個機理:燒蝕釋放和熱釋放(ablative and thermal release).

  2006年,Karlitskaya等人[12]通過准分子激光誘導的微電子元件從透明載體釋放實驗,研究了基於燒蝕釋放和熱釋放機理下芯片的控制釋放速度與動力學、模具內熱傳遞機理、激光驅動不穩定的控制等問題。

1.1.1 燒蝕釋放

  該實驗使用的是300μm×300μm,厚度為130μm的硅片,其在1064 nm波長的Q開關激光器的強脈沖(〜6x107 W / cm2)下照射白色聚氯乙烯載帶(由Nitto-Denko Corporation制造,100µm)可實現燒蝕釋放。

 

 

圖1 激光誘導組件推進示意圖

Fig 1.Schematic view of laser-induced component propulsion

 

  研究發現,器件下落的平均速度u與能量密度的關系如圖2,入射能量轉化為動能(通常稱為耦合效率)的比例為0.01-0.04%。

 

 

 圖2 預先附着在PVC膠帶上的已釋放Si成分的平均速度和動能,取決於Nd:YAG調Q Rofin-Sinar 50D激光器的入射能量密度

Fig.2.The average velocity and kinetic energy of the released Si components, attached previously to PVC tape, depending on the incident energy density of the Nd:YAG Q-switched Rofin-Sinar 50D laser

  燒蝕釋放工藝產生的問題有以下兩點:

  (1)激光照射釋放器件並產生動能,這個動能容易損壞釋放的組件或造成接收基板的塑性變形;

  (2)組件釋放過程中具有隨機不穩定性。

1.1.2 熱釋放

  在1064 nm波長Nd:YAG激光器的低強度脈沖(5x104 W / cm2)下照射塗覆熱敏粘合劑的PET載帶(由Nitto-Denko Corporation制造的Revalpha膠帶)可實現熱釋放。

  研究發現,熱釋放速度取決於激光入射能量密度,相比燒蝕釋放可以顯著降低下落速度,且角度翻轉更少。

圖4 先前附着在Revalpha膠帶上的已釋放Si成分的平均速度,取決於Nd:YAG Rofin Sinar 150P激光的入射能量密度

Fig.4. The average velocity of the released Si components, attached previously to Revalpha tape, depending on the incident energy density of the Nd:YAG Rofin Sinar 150P laser

  該條件下釋放問題:

  (1)下落速度仍然不穩定,並且釋放方向是隨機的,初始釋放角度為±20度。

  (2)光束的空間輪廓與釋放行為相關性很強,並發現光束強度不均勻的局部峰會引起硅的局部加熱,會導致膠黏材料發生不均勻的膨脹,從而導致組件釋放的不均勻性。

  (3)在芯片尺寸縮小后,范德華力、靜電力等會與重力的大小接近,以至於熱釋放過程不得不考慮這些力對其轉移的影響。

1.1.3 總結

       由上述研究可知,無論是熱釋放還是燒蝕釋放,其芯片下落的速度都與激光入射能量密度有關,且都會出現容易偏移和偏轉等不穩定問題,但熱釋放較燒蝕釋放下落速度要低很多,這便於芯片下落的控制,但同時熱釋放對光束均勻性較敏感,光束強度分布不均勻導致釋放膠層不均勻膨脹,從而導致組件釋放不均勻。關於研究改善光束的均勻性對釋放角度的影響、機理包括(光吸收、溫度隨時間變化分布、能量如何轉換為下落芯片的動能)等,尚待進一步研究。

1.2 正常釋放和受限釋放(normal/direct release & confined release

  正常燒蝕(normal ablation)指的是激光在真空或氣態環境中對材料進行燒蝕,受限燒蝕(confined ablation)指的是激光照射時用透明的覆蓋物覆蓋其上進行燒蝕。

1.2.1 激光燒蝕現象的研究

  1984年 Raphael[12]等人對激光燒蝕進行研究,發現考慮環境氣壓脈沖激光與材料相互作用的復雜性,分為四種基本情況:

  (1)沒有target的情況下,空氣中的脈沖激光響應

  在空氣中,給定頻率下對氣體輻射,在激光脈沖下空氣會發生分解,而擊穿是在脈沖上升過程中發生。由多光子電離引發,產生的等離子體幾乎完全吸收了脈沖剩余能量,被加熱到高溫。absorb and heating 波優先向后傳向激光源,這個波由三個獨立機制引起:

  a) break down wave: 沿光路中超過閾值強度的部分逐漸擊穿;

  b) detonation or LSD wave:加熱氣體迅速膨脹產生的沖擊波向各個方向擴展,但能量吸收較大的方向優先擴展;

  c)等離子體發射的紫外線光子在吸收層之前電離。

  在這一情況下,激光產生的沖擊波以b和c占主導地位,並產生大致相同的傳播速度。

  (2)理想非燒蝕情況下,空氣中的脈沖激光響應

  target的存在(無論其是否消融)具有將周圍氣體分解的閾值比不存在時降低2到4個數量級的效果。無論哪種情況,都將在脈沖的早期或多或少地對目標表面進行快速加熱,具體取決於在激光波長下目標的通量水平和熱吸收系數。該熱量被傳遞到目標表面正上方的薄氣體層。周圍氣體中的等離子體引發可通過光激發或通過從靶標發出電子來進行。在現實情況下(燒蝕目標),只要引發大量目標蒸發的通量閾值與周圍空氣中雪崩擊穿的閾值相同或更大,則該引發機制將占主導地位。其特征是:

  (a)分解閾值和所產生的壓力脈沖僅在很小程度上取決於目標材料;

  (b)分解閾值在很大程度上取決於環境的確定性。

  激光支持燃燒或LSC波:在接近等離子體閾值的通量下,吸收層的深度很大,並且該效應通過輻射傳輸以聲波形式傳播。因此,發生表面壓力松弛的時間比脈沖時間長,並且是等離子體中激光輻射吸收的敏感功能。

激光支持的爆震或LSD波:在通量大大高於等離子體閾值時,通量的80%-90%被薄層吸收,該薄層通過前述機制以超聲方式遠離目標傳播。由於將表面上的空氣沖擊到高壓,因此脈沖被傳遞到目標。只要流動保持一維,表面壓力就與激波前緣后面的壓力成正比

  (3)存在燒蝕作用時,真空中激光的相互作用

  在低強度(<10^6 W / cm2)下,相互作用的時間取決於材料的表面吸收系數,主要由透明蒸氣的導熱,熔化和蒸發決定。來自target表面不均勻性的電離蒸汽和電子的吹散通過在target表面上方層中發生碰撞電離而引發了等離子體的發展。

  在更高的強度(10^7 -10^8 W / cm2)下,蒸氣在target表面附近分解,並通過熱擴散傳遞到相鄰的蒸氣層。現在,入射輻射更容易被蒸汽層吸收,這主要是由於逆致勃朗斯堡效應(inverse brehmstrahlung),

  在更高的強度下,還涉及激發態的光電離和蒸汽中的許多原子過程,這些過程依賴於電離作用的電離能力,因此在target材料上。在10^8 -10^9 kW / cm的強度范圍內,取決於吹掃率(blow-off),可以在蒸氣中引發沖擊波現象。這些強度大大高於空氣中的相應閾值。在較短的波長下,增強了與表面的熱耦合,從而導致更有效的汽化和較低的等離子體引發強度閾值

  (4)環境大氣壓下,脈沖激光與燒蝕相互作用

   在等離子體爆炸閾值以下,脈沖耦合完全歸因於排出蒸氣。該蒸汽的存在降低了相對於在干凈的空氣中而言的燒蝕閾值。顯著汽化的特征時間取決於靶材的熱傳導特性; 高於閾值時,爆炸波產生的脈沖耦合系數明顯高於真空中的脈沖耦合系數。

  此文總結出脈沖激光相互作用與材料強度低於10 9W / cm2的脈沖激光相互作用的主要特征。重點介紹了激光燒蝕系統在強度,波長,脈沖長度和環境壓力的關系。但由於在研究中無法充分利用這些參數,並且樣品制備方式也不盡相同,因此很難從數據比較中得到較為精准的解釋。

1.2.2 直接燒蝕與受限燒蝕的研究

  1990年,Fabbro等人[13]用磷酸鹽釹玻璃激光器(Ecole Polytechnique)在1.06μm波長下操作,開發了一個模型,將受限燒蝕與直接燒蝕進行比較,描述了此過程涉及的三個步驟:

  (1)在激光脈沖持續時間內,由等離子體產生的壓力會引起沖擊波,該沖擊波傳播到目標和限制材料中;

  (2)關閉激光器后,等離子體在絕熱冷卻期間仍保持降低的壓力

  (3)界面內部加熱氣體的“cannon-ball-like”膨脹為目標組件增加了更多的動量。

  在第一階段中,在激光加熱期間,受限燒蝕產生的壓力通常比直接消融獲得的相應壓力大4-10倍。第二步是在關閉激光之后開始的,其特征是對等離子體進行絕熱冷卻,保持所施加的壓力的時間是激光脈沖持續時間的2倍左右。第三階段涉及對復合等離子體的絕熱冷卻,但是在此期間,由於施加的壓力過大,無法實現材料的塑性變形。

  該研究表明,給予組件下落的沖量/動量主要是在第三個步驟中產生的。在這些照射條件下,大部分吸收的激光能量(80%-90%)用於介質的電離。透明覆蓋物內部的受限激光誘導擊穿是實現更高壓力或脈沖的主要過程,而直接燒蝕想達到與受限燒蝕相同的沖擊壓力,激光能量需要增加兩個數量級。

1.2.3 激光燒蝕工藝

  1992年,Zweig A D等人[14]研究了在水中受約束的聚酰亞胺薄片在受激准分子激光燒蝕下產生的沖擊波,其中激光燒蝕引起的壓力波在水中的速度由光學探針系統確定。該實驗通過測量被輻照表面幾百微米遠的超音速,驗證該過程形成了沖擊波,隨后通過測量速度來計算產生的壓力,並得出當激光通量與燒蝕閾值相當時,該壓力已經在kbar范圍內。沖擊壓力隨着入射激光能量密度的平方根而變化,這種現象可以通過快速加熱消融的受限氣態產物來解釋。最初的平面沖擊波在周圍水中的數百微米范圍內傳播,變成球形並衰減為聲波。在球形膨脹期間,沖擊壓力下降,與傳播距離的平方成反比。產生的沖擊波可能與解釋受激准分子消融后在相應輻照下在生物組織中觀察到的光聲損傷有關。這一機理在聚合物的准分子激光燒蝕的材料處理應用中也很重要,因為它們會導致塑性變形。

 

圖3 實驗裝置圖[14]

  1998年,Holmes等人[15]在研究中指出激光驅動釋放本質上是一個爆炸性過程,其中從犧牲層上剝離的材料會膨脹並冷卻,從而對載體和釋放的零件施加機械沖動。而這個動能會使器件產生一個初速度,這個動能只占入射激光能量的一小部分,大部分能量會被部件/載體的加熱、氣化熱、犧牲層的橫向膨脹等過程所消耗。在沒有空氣阻力的情況下,0-300MJ/cm^2的范圍內,重力加速度對釋放過程的時間的影響可忽略不計。在這個過程中的關鍵問題在於激光燒蝕的能量是否能在不損壞器件、不導致最終基板塑性變形而消耗。

2 激光轉移LED芯片實驗研究

2.1 基於激光燒蝕機理的實驗研究

  1986年,Bohandy的小組創造了術語激光誘導的前向轉移(LIFT)工藝,並開發了一個模型來描述其工作原理:

  (1)激光脈沖加熱源基板上薄膜的界面;

  (2)最終的熔體前沿傳播通過薄膜,直至到達自由表面;

  (3)大約在這個時候,界面處的材料被過熱超過其沸點,

  (4)界面處所產生的蒸汽感應壓力將熔融薄膜向前推向受體基體

  並提出了要在受體基質上以良好的形態和空間分辨率實現均勻轉移必須滿足的要求:

  (1)碳帶上的薄膜厚度不應超過100 nm;

  (2)帶狀膜在使用中應強烈吸收激光波長;

  (3)轉移基底應與受主襯底接觸或非常接近(約10微米);

  (4)激光通量應幾乎不超過從色帶上去除薄膜的閾值通量。

  最后一個參數對於控制薄膜的質量非常重要,因為通量過高會導致薄膜的爆炸性氣化過度,從而影響轉印的形態和分辨率,而通量過低則會導致轉印不完全。

  1996年,Narayan C等人[16]介紹了一種薄膜互聯的自封裝技術,包括可重復使用的臨時玻璃載體上多層制造薄膜金屬/聚合物結構,然后將薄膜疊層轉移到接收基板上(可以是硅、玻璃陶瓷、氮化鋁、金剛石或印刷線路板)。這一研究雖然不是針對轉移Micro LED芯片的實驗,但其機理相近,並表明這種機理可以用於選擇性釋放。薄膜聚集體與玻璃載體的分離是通過激光工藝完成的,其中激光輻射通過玻璃載體的底面對准聚合物釋放層。控制激光能量密度,以允許消融界面聚合物層而不會損壞其上方的薄膜布線層。必須選擇玻璃載體以使其對激光輻射透明。在激光釋放過程中,以連續方式在整個表面掃描脈沖光束。如果光束尺寸約為1 cm x 1 cm,並且激光器以10 Hz的頻率運行,則有可能每分鍾釋放600 cm2的界面面積。燒蝕過程中傳遞給薄膜層的力不僅取決於激光通量,還取決於離型層聚合物的厚度。已經發現,如果剝離層的厚度大於10μm,則很少有力傳遞到布線層。

 

圖4工藝原理圖

  2002年激光誘導前向轉移(laser induction front transfer, LIFT)技術問世[17]

  Holmes A S.等人基於Laser-LIGA processes(Llthographie, Galvanoformung and Abformung )工藝,開發了一種基於直接激光輔助在基板之間轉移零件的替代組裝方法。圖5顯示了基本原理。組件是在具有聚合物犧牲層的UV透明載體上制造的。載體在目標晶片上對准,並且使用穿過載體入射的單個紫外光脈沖,通過燒蝕犧牲層將零件轉移到它們各自的目標位置。轉移后,通過普通激光燒蝕或等離子灰化,可以去除釋放部分上的殘留犧牲材料。零件的選擇性轉移也可以通過載體的遮罩曝光來實現,如圖5b所示。在載體和目標上的零件布置在不同網格上的情況下,這允許重新分配或調整間距。 它還允許載體支撐不止一種類型的組件。

 

圖5 轉移原理圖

  2004年,Karlitskaya [18] 開發了一種稱為“激光模具轉移”的新激光輔助工藝,用於高速組裝微型電子元件。實驗使用激光脈沖釋放在光學透明載體上制造的硅芯片,該模型預測了粘附在犧牲PVC膠帶上的150μm厚的Si瓷磚釋放200×200μm的激光能量閾值。

  2006年,Karlitskaya N S等人[19]使用倍頻的Nd:YAG激光,低強度的0.2 ms激光脈沖進行轉移硅片,在試驗中調節使得激光光斑的質量更高,解決了局部峰值引起“熱膨脹不均勻”現象,釋放速度更加恆定,在0.65至1 m / sec的范圍內。釋放的統計分析表明,在組件和接收表面之間的距離為0.2 mm的情況下,可以獲得±35 µm的放置精度要求。此過程的最大優勢是:與傳統的取放機器相比,每秒放置100個組件的速度更高,而每秒放置2個組件。該過程是非接觸式的,當硅組件越來越薄時,將大大降低傳統拾取工藝造成的機械損壞風險。

    2007年,Alberto Piqué等人[19]首次應用了LIFT工藝,在真空室內沉積銅金屬圖案,用准分子激光脈沖(K = 193 nm,15 ns)在圓柱透鏡聚焦為25mm×50 mm寬的直線光斑,能夠覆蓋源基板上的薄銅膜,結果銅被成功轉移到硅和熔融石英襯底上。之后,Alberto Piqué等人[20]將LDW(laser-based direct-write process)工藝應用於激光芯片轉移,並分析了應用於各種類型的硅芯片的激光驅動釋放工藝。

 

圖6 原理圖

  2011年,Marinov V 等人[24]用LEAP工藝,即LASER-ENABLED ADVANCED PACKAGINGT工藝組裝微器件,使用聚合物犧牲層將要轉移的組件附着到激光透明載體上。用激光脈沖加熱或燒蝕塗覆在目標基板另一側的犧牲材料,以產生氣體,將氣體推向緊鄰的接收基板,並已成功用於EPC Global Gen2 UHF無源RFID標簽。

  2012 年美國北達科他州立大學[21](the North Dakota State University)納米科學與工程中心報道了另一項新的前向轉移工藝——熱機械選擇性激光輔助模轉移(thermo-mechanical selective laser-assisted die transfer,tmSLADT)通過添加具有彈性的動力釋放層(dynamic releasing layer, DRL),以脈沖激光輻照釋放層的淺層區域產生高壓氣體,利用剩余釋放層的彈性特質,通過氣體熱膨脹(“氣泡”)的推送實現功能層轉移,轉移過程中器件損傷率極低,在轉移器件的微尺寸和可重復性上更具優勢。但“氣泡”的推送效應受釋放層彈性和氣泡膨脹局域限制行為的影響較大,在轉移定位精准度、轉移距離和效率上還有待改善。該文實現了相距195 µm的兩個基板之間對厚度為65 µm,規格為680×680 µm的硅磚“非接觸式”成功轉移,成功率為64%.

  2016 年 Kim J. 等[22]對生長在藍寶石上的 GaN 層 Micro-LED 陣列進行選擇性激光剝離研究,其中GaN 層厚度為 5μm,Micro LED陣列是100×100μm 的微小區域結構單元,采用散焦光束的簡單直接掃描技術以不同的光斑尺寸進行高選擇性剝離實驗(圖 2),得到低能量大光束轉移比高能量小光束的表面質量更好。

 

圖7 SLLO實驗流程

2.2 關於工藝參數

    在激光轉移芯片工藝中,涉及到基板間隙、光斑陣列化、犧牲層等多個參數。

2.2.1 基板間隙

  Holmes A S[15]等人用KrF准分子激光器(Lumonics,type TE861M-4),犧牲層為聚酰亞胺3μm厚(Dupont pyrian, PI2540型),轉移器件為鎳片(100μm方形),由金屬電鍍到PI膜上,如圖8.

 

 

圖8 轉移器件結構示意圖

  在激光照射后,發生了橫向偏移,角度偏轉,且在兩個底版之間的接近間隙小於鎳片的厚度時,才能將鎳片恰好轉入焊盤中,而在較高的間隔會出現大且明顯的隨機橫向位移,如圖9所示。另外指出,當兩個基板靠的很近時,其中產生的“擠壓膜效應”——squeeze-film effects,可能會減少釋放的動能。

 

 

圖9 基板間間隙示意圖

  Bohandy的小組提出的激光誘導的前向轉移(LIFT)工藝中強調:轉移基底應與受主襯底接觸或非常接近,才能在受體基質上以良好的形態和空間分辨率實現均勻轉移。

2.2.2 陣列化光斑

  Holmes A S[15]等人在轉移邊長為100μm方形鎳片時,將掩膜板制成直徑為500μm的透光孔,從而實現一次性轉移多個鎳片,並且將這種方式擴展為更大的范圍,提出最大的陣列尺寸受限於激光脈沖能量,例如約100mj/cm^2的激光能量,單個脈沖下可轉移釋放10平方厘米的范圍。

2.2.3 觀測工藝

  Karlitskaya N S等人[18]在轉移實驗中,用PCO SensiCam高速相機對芯片飛行過程進行拍攝,該相機可以提供多達10張連續的圖片,以確定芯片飛行狀態和速度等.

 

  

 

 

 兩個連續幀之間的時間為(a)和(b)150微秒,(c)100微秒(d)50微秒

 

圖 10 芯片拍攝視圖

  A. Piqué等人[20]在LDW轉移芯片工藝中,芯片轉移和頻閃成像由Stanford Research DG535數字延遲/脈沖發生器控制,觸發Pixelink PL-A781相機獲取單幀,從而拍攝芯片飛行狀態。

 

圖11 芯片拍攝視圖

2.2.4轉移精度表征

     2012 年美國北達科他州立大學[21](the North Dakota State University)納米科學與工程中心熱機械選擇性激光輔助模轉移(thermo-mechanical selective laser-assisted die transfer,tmSLADT)工藝中,將轉移結果采用兩個數據點表征:徑向偏移與旋轉角度,結果30個轉移成功29個,且有2個破裂的,測得的瓷磚徑向位移平均值,中位數和標准偏差分別為61.2、50.0和46.3 µm。

圖12 轉移精度表征參數

2.2.5 DRL

     多數實驗中均采用聚酰亞胺為犧牲層,根據動態釋放層數可分為單層DRL與雙層DRL,單層DRL如Holmes A S[15]等人轉移鎳片實驗,將鎳片以金屬電鍍的方式粘結在PI上,而美國北達科他州立大學tmSLADT轉移芯片的工藝則提出雙層DRL工藝,即由PI和粘附劑組成,粘附劑用於粘附轉移組件與發泡層,如圖13所示。

 

 

圖13 雙層DRL配置

2.2.6 掩膜工藝

     Holmes A S[15]等人在激光轉移工藝中提出掩膜工藝一般有兩種,一種是直接放置在基板上,另一種是通過用合適的投影光學器件將其成像在犧牲層上用合適的投影光學器件將其成像在犧牲層上,但一般選后者,因為通過載體的傳播不會導致衍射引起的分辨率損失。

2.2.7清洗工藝

  在激光轉移后,器件表面可能殘留轉移物質,如果使用濕化學清洗工藝,則需要大量的水和化學物質,而且在清洗為防止二次殘留需要多步清洗,處理工藝繁雜、廢液處理等存在多種弊端。故Engelsberg等人[23]在1994年提出激光照射到殘留物與界面,使其脫離表面,隨后配合惰性氣體如氮氣/氬氣進行沖洗,即可完成清洗工藝。Holmes A S[15]等人指出激光輔助清洗轉移殘留物,可以提高工藝效率。

3 其他在研單位成果

3.1 陳祖輝

  福州大學 千人計划,主要從事觸控技術、信息顯示技術、薄膜技術、半導體材料與器件、界面科學等研究工作

  本發明[25]提出一種MicroLED的巨量轉移方法,包括以下步驟;S1、按上下沿非對稱的MicroLED的俯視向形狀,選用對應的裝載模具,所述模具的裝載面處密集布設用於嵌入MicroLED的裝載槽;裝載槽的俯視向形狀與MicroLED的俯視向形狀匹配;S2、固定裝載模具,在裝載模具處連接震盪源,在裝載模具側設置吹風裝置;把MicroLED批量傾倒在裝載面上;S3、啟動震盪源和吹風裝置;使MicroLED在震盪力或風力作用下落入裝載槽;S4、以風力將裝載面處未落入裝載槽的MicroLED吹出裝載面;所述轉移方法在步驟S4后,還依次包括以下步驟;S5、以光檢器件或紅外檢測器件對裝載面進行檢測,判斷未嵌入MicroLED的裝載槽位置;S6、以機械手向空置的裝載槽內填入MicroLED;本發明工藝簡單,良率高,成本低。

 

 

 

圖14 專利示意圖

  本發明[26]公開了一種微型發光二極管的巨量轉移裝置及轉移方法,涉及發光顯示領域,包括微型發光二極管陣列凹槽板(1)和微型發光二極管元件(2),所述微型發光二極管元件(2)被放置於所述微型發光二極管陣列凹槽板(1)的微型發光二極管凹槽(11)中,在所述微型發光二極管陣列凹槽板(1)下方設置有水平吹風裝置(3)和豎直吹風及震盪裝置(4),在所述微型發光二極管陣列凹槽板(1)上方設置有檢測裝置(5),所述微型發光二極管陣列凹槽板(1)包括基板層(100)、驅動電路層(101)和保護層(102)。本發明的一種微型發光二極管的巨量轉移裝置及轉移方法,不使用轉移模具,工藝簡單,良率高,轉移精度高,成本低。

3.2 京東方

  本發明[27]提供一種Micro‑LED巨量轉移方法及Micro‑LED基板,該方法包括:提供轉移板,轉移板包括:襯底、位於襯底上的絕緣膜層和多個第一金屬焊盤,絕緣膜層上具有多個凹槽,第一金屬焊盤位於凹槽內;提供多個Micro‑LED晶粒,Micro‑LED晶粒的背部具有第二金屬焊盤;在第一金屬焊盤上或第二金屬焊盤上形成焊料;將轉移板和Micro‑LED晶粒置於盛有溶劑的腔室內,振動腔室,使Micro‑LED晶粒落入轉移板的凹槽內,Micro‑LED晶粒上的第二金屬焊盤與凹槽內的第一金屬焊盤通過焊料接觸,腔室內的溫度高於焊料的熔點;使焊料固化。本發明的Micro‑LED巨量轉移方法,良率高且成本低。

 

圖15專利示意圖

本發明[28]公開了一種轉移基板、制作方法及轉移方法,以提供一種全新的應用於微發光二極管巨量轉移過程的轉移基板以及轉移方法。所述轉移基板包括:襯底基板、位於所述襯底基板之上與所述原始基底的所述微發光二極管的分布方式相匹配的方式分布的多個電致形變框體,所述框體內側包圍形成有空心區域,未受電場作用時,所述空心區域大於所述微發光二極管在所述原始基底上的正投影所占區域;所述框體用於受電場作用時,發生膨脹,所述空心區域縮小為小於所述微發光二極管在所述原始基底上的正投影所占的區域;並在去除電場時,發生收縮,所述空心區域恢復原狀。

 

 

 

 

 

圖16專利示意圖

3.3華科陳建魁

  一種基於卷繞工藝的微器件激光剝離巨量轉移裝置及方法

  本發明[29]屬於半導體技術領域,並具體公開了一種基於卷繞工藝的微器件激光剝離巨量轉移裝置及方法,其包括微器件剝離轉移模塊、輔助載帶模塊、過渡載帶模塊、轉印載帶模塊、基板承載模塊、微器件補缺模塊、固化模塊、封裝模塊及基板搬運模塊,微器件剝離轉移模塊用於實現微器件的檢測及剝離;輔助載帶模塊用於粘附剝微器件;過渡載帶模塊用於拾取微器件,並將其轉移至轉印載帶模塊;轉印載帶模塊用於拾取微器件,並將其轉移至基板承載模塊;基板承載模塊用於將微器件送入補缺模塊、固化模塊、封裝模塊、基板搬運模塊中實現補缺、固化、封裝及上下料。通過本發明,利用卷繞工藝和激光技術實現微器件的巨量轉移,具有生產效率高、生產成本低等優點。

 

 

圖17專利示意圖

一種基於逐級均勻擴展的微器件巨量轉移裝置及方法

     本發明[30]包括微器件剝離轉移模塊、初級搬運模塊、初級擴晶轉印模塊、次級搬運模塊、次級擴晶轉印模塊、基板承載模塊、微器件補缺模塊、固化模塊、封裝模塊和基板搬運模塊,上述各模塊分別用於將微器件轉移至初級承載基板、將初級承載基板搬運至初級擴晶轉印模塊、實現微器件的初次擴晶轉印、將次級承載基板搬運至次級擴晶轉印模塊、實現第二次擴晶轉印、將微器件送入補缺模塊、固化模塊、封裝模塊、基板搬運模塊中實現補缺、固化、封裝及上下料。

 

 

 

  

圖18專利示意圖

一種基於雙向擴晶法的微器件巨量轉移裝置及方法

     本發明[31]包括微器件剝離轉移模塊、X向擴晶模塊、過渡承接模塊、Y向擴晶模塊、目標基板承載模塊、微器件補缺模塊、固化模塊、封裝模塊和目標基板搬運模塊,微器件剝離轉移模塊用於剝離微器件;X向擴晶模塊用於將微器件沿晶元盤的X向擴晶;過渡承接模塊用於將晶元盤旋轉90度;Y向擴晶模塊用於將微器件沿晶元盤的Y向擴晶;目標基板承載模塊用於接收微器件並將目標基板送入微器件補缺模塊、固化模塊、封裝模塊、基板搬運模塊中,實現補缺、固化、封裝及上下料。

 

圖19專利示意圖

參文獻

[1] 邰建鵬,郭偉玲.Micro LED顯示技術研究進展 [J].照明工程學報,2019,30(01):18-25.

[2] 天風證券, Micro LED 點亮新一代顯示技術,Wechat

[3] Plessey, GaN on Silicon Platform for Micro LEDs, 2nd International Micro LED Summit (2018)

[4] A. Kantrowitz, “Propulsion to orbit by ground-based lasers”, Astronautics & Aeronautics (A/A) Vol.10, 74-76, 1972

[5] A.V. Pakhomov and D.A. Gregory, “Ablative Propulsion: an old concept revisited”, AIAA Journal Vol. 38, 725727, 2000

[6] A.V. Pakhomov, M.S. Thompson, W. Swift and D.A. Gregory, “Ablative laser Propulsion: A study of Specific Impulse, Thrust and Efficiency” BEAMED ENERGY PROPULSION: First International Symposium on Beamed Energy Propulsion. AIP Conference Proceedings, Vol. 664, pp. 194-205, 2003.

[7]  C. R. Phipps, J.R. Luke, G.G. McDuff, T. Lippert, “Laser Ablation Powered Mini-Thruster”, Proc. SPIE Vol. 4760, p 833-842, High-Power Laser Ablation IV, 2002

[8] C. Phipps, J.Luke, “Diode laser-driven microthrusters: A new departure for micropropulsion”, Aiaa J., Vol. 40, 310-318, 2002

[9] M.W. Greenaway and J.E. Field “The development of a laser-driven flyer system”. AIP Conference Proceedings, Vol. 706, Issue 1, pp. 1389-1392, 2004

[10] Wayne M. Trott, Robert E. Setchell, Jaime N. Castaneda, and Dante M. Berry “Evaluation of a diffractive, microlens-array beam shaper for use in acceleration of laser-driven flyers”. Proc. of SPIE, Vol. 4443, Laser Beam Shaping II, pp 166-177, 2001.

[11]. R. Jeffery Lawrence and Wayne M. Trott, “Theoretical analysis of a pulsed-laser-driven hypervelocity flyer launcher”, Int. J. Impact Engng Vol. 14 pp. 439-449, 1993.

[12] Raphael R B . Review Of Impulse Coupling With Materials[C]// 1984 Technical Symposium East. 1984.

[13] Fabbro R, Fournier J, Ballard P, et al. Physical study of laser‐produced plasma in confined geometry[J]. Journal of applied physics, 1990, 68(2): 775-784.

[14]Zweig A D , Deutsch T F . Shock waves generated by XeCl excimer laser ablation of polyimide in air and water[C]// Conference on Lasers & Electro-optics. 1992.

[15] Holmes A S, Saidam S M. Sacrificial layer process with laser-driven release for batch assembly operations[J]. Journal of Microelectromechanical Systems, 1998, 7(4): 416-422

[16] Holmes A S. Laser processes for MEMS manufacture[C]//Second International Symposium on Laser Precision Microfabrication. International Society for Optics and Photonics, 2002, 4426: 203-209

[17] Narayan C , Purushothaman S , Doany F , et al. THIN-FILM TRANSFER PROCESS FOR LOW-COST MCM-D FABRICATION[C]// International Conference on Multichip Modules. IEEE, 1996.

[18] Karlitskaya N S , Lange D F D , Sanders R , et al. Study of laser die release by Q-switched Nd:YAG laser pulses[J]. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2004, 5448:935-943.

[19] Karlitskaya N S , Meijer J , Lange D F D , et al. Laser propulsion of microelectronic components: releasing mechanism investigation[C]// High-Power Laser Ablation VI. International Society for Optics and Photonics, 2006.

[20] A. Piqué, “Use of laser direct-write in microelectronics assembly,” J. Laser Micro/Nanoeng., vol. 2, no. 1, pp. 103–107, 2007.

[21] Miller R . Noncontact Selective Laser-Assisted Placement of Thinned Semiconductor Dice[J]. Components, Packaging and Manufacturing Technology, IEEE Transactions on, 2012, 2(6):p.971-978.

[22] Kim J , Kim J H , Cho S H , et al. Selective lift-off of GaN light-emitting diode from a sapphire substrate using 266-nm diode-pumped solid-state laser irradiation[J]. Applied Physics A, 2016, 122(4):305.

[23] Engelsberg, A. (1994). Removal of Microcontaminants From Surfaces Using a Chemicalfree, Laser-Assisted Process. MRS Proceedings, 344, 235. doi:10.1557/PROC-344-235

[24] Marinov V, Swenson O, Miller R, et al. Laser-enabled advanced packaging of ultrathin bare dice in flexible substrates[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 2011, 2(4): 569-577.

 

[29]華中科技大學.一種基於卷繞工藝的微器件激光剝離巨量轉移裝置及方法:CN201810991542.8[P].2019-01-18.

[30]華中科技大學.一種基於雙向擴晶法的微器件巨量轉移裝置及方法:CN201810991566.3[P].2019-01-29.

[31]華中科技大學.一種基於逐級均勻擴展的微器件巨量轉移裝置及方法:CN201810991541.3[P].2019-01-22.

 


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