01
Wstęp
Technologia Micro LED, jako-najnowsza dziedzina technologii wyświetlania-nowej generacji, cieszy się powszechnym zainteresowaniem i badaniami. W porównaniu z tradycyjnymi wyświetlaczami ciekłokrystalicznymi i organicznymi-diodami elektroluminescencyjnymi (OLED), diody Micro LED zapewniają wyższą jasność, wyższy kontrast i szerszą gamę kolorów, a jednocześnie zużywają mniej energii i mają dłuższą żywotność. Daje to diodom Micro LED znaczny potencjał w telewizorach, smartfonach, małych urządzeniach do noszenia,-ekranach pojazdów i aplikacjach AR/VR. Porównanie parametrów Micro LED, LCD i OLED.
Transfer masy jest kluczowym krokiem w przenoszeniu chipów Micro LED z podłoża wzrostowego na podłoże docelowe. Ze względu na dużą gęstość i mały rozmiar chipów Micro LED tradycyjne metody przesyłania mają trudności ze spełnieniem wymagań w zakresie-precyzyjnego transferu. Uzyskanie układu wyświetlaczy łączącego Micro LED ze sterowaniem obwodem wymaga wielokrotnych transferów masy chipów Micro LED (przynajmniej z podłoża szafirowego → podłoża tymczasowego → nowego podłoża), przy każdorazowym przenoszeniu dużej liczby chipów, co wymaga dużej stabilności i dokładności procesu transferu. Laserowy transfer masy to technika przenoszenia chipów Micro LED z natywnego podłoża szafirowego na podłoże docelowe. Po pierwsze, wióry są oddzielane od natywnego podłoża szafirowego za pomocą lasera-; następnie na docelowym podłożu przeprowadza się ablację, aby umożliwić przeniesienie wiórów na podłoże z materiałami klejącymi (takimi jak polidimetylosiloksan). Na koniec, wykorzystując siłę wiązania metalu na płycie montażowej TFT, chipy są przenoszone z podłoża PDM na płytę montażową TFT.
02
Technologia laserowego podnoszenia-wyłączania
Pierwszym krokiem laserowego przenoszenia masy jest-wyłączenie podnoszenia lasera (LLO). Wydajność odrywania lasera-bezpośrednio określa ostateczną wydajność całego procesu transferu lasera. Mikrodiody LED zazwyczaj wykorzystują podłoża takie jak Si i szafir do hodowli warstw epitaksjalnych GaN do celów produkcyjnych. Istnieją znaczne niedopasowania sieci i różnice współczynników rozszerzalności cieplnej pomiędzy Si i GaN, dlatego podłoża szafirowe są częściej stosowane w przygotowaniu chipów Micro LED.
Szczelina wzbroniona szafiru wynosi 9,9 eV, GaN 3,39 eV, a AlN 6,2 eV. Zasada-wyłączenia lasera polega na użyciu-lasera o krótkiej długości fali o energii fotonów większej niż pasmo wzbronione GaN, ale mniejszej niż przerwy wzbronione szafiru i AlN, promieniującego od strony szafiru. Laser przechodzi przez szafir i AlN i jest absorbowany przez warstwę powierzchniową GaN. Podczas tego procesu powierzchnia GaN ulega rozkładowi termicznemu. Ponieważ temperatura topnienia Ga wynosi około 30 stopni, wytwarzany jest N2 i ciekły Ga, a N2 ucieka, w ten sposób mechanicznie oddzielając epitaksjalną warstwę GaN od szafirowego podłoża. Reakcję rozkładu zachodzącą na granicy faz można przedstawić jako:
Zgodnie ze wzorem na energię fotonów optymalna długość fali lasera spełniająca powyższe warunki powinna mieścić się w przedziale: 125 nm < 209 nm Mniejsza lub równa λ Mniejsza lub równa 365 nm. Badania pokazują, że szerokość impulsu laserowego, długość fali lasera i gęstość energii lasera są kluczowymi czynnikami wpływającymi na przebieg procesu ablacji laserowej.
Aby osiągnąć pełną-emisję kolorów za pomocą diod Micro LED, konieczne jest precyzyjne rozmieszczenie i zintegrowanie czerwonych, zielonych i niebieskich chipów Micro LED na tym samym podłożu, aby utworzyć małe,-kolorowe piksele wyświetlacza o wysokiej rozdzielczości. Jednakże LLO nie nadaje się do selektywnej integracji-niejednolitych czerwonych, zielonych i niebieskich urządzeń Micro LED. Co więcej, selektywna naprawa niewielkiej liczby uszkodzonych chipów Micro LED ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności produktów wyświetlających. Dlatego pojawiła się technologia Laser Selective Lift-Off (SLLO). Technologia ta nadaje się do integracji heterogenicznej i selektywnej naprawy, bez konieczności stosowania skomplikowanych procesów wsadowych. Może także selektywnie przesyłać niektóre-z góry określone diody LED i naprawiać uszkodzone diody LED.
SLLO osiąga się poprzez użycie lasera do selektywnego oddzielania interfejsu pomiędzy chipami Micro LED a podłożem. Jako źródło światła powszechnie stosuje się światło ultrafioletowe. Światło o krótkiej-fali oddziałuje silniej z materiałem, umożliwiając bardziej precyzyjny proces-odrywania. Ponadto ciepło generowane przez światło ultrafioletowe podczas procesu-odrywania jest stosunkowo niskie, co zmniejsza ryzyko uszkodzenia termicznego.
Firma Uniqarta zaproponowała metodę równoległego złuszczania laserowego-na dużą skalę, jak pokazano na rysunku 4. Po dodaniu skanera laserowego X-Y opartego na pojedynczym-laserze impulsowym pojedyncza wiązka lasera jest dyfrakowana na wiele wiązek, umożliwiając złuszczanie wiórów na-wielką skalę. Schemat ten znacznie zwiększa liczbę wiórów złuszczanych w jednym przebiegu, osiągając szybkość złuszczania 100 M/h, dokładność przenoszenia ± 34 μm i dobrą zdolność wykrywania defektów, odpowiednią do przenoszenia prądu o różnych rozmiarach i materiałach.
03
Technologia transferu laserowego
Drugim etapem laserowego transferu masy jest transfer laserowy, który przenosi rozwarstwiony chip z tymczasowego podłoża na płytę montażową. Technologia transferu do przodu-indukowanego laserem (LIFT) zaproponowana przez Coherent to technika, która umożliwia umieszczanie różnych materiałów i struktur funkcjonalnych w-wzorach zdefiniowanych przez użytkownika, umożliwiając-rozmieszczanie na dużą skalę struktur lub urządzeń o małych rozmiarach. Obecnie w technologii LIFT z powodzeniem udało się przenieść różne komponenty elektroniczne o rozmiarach od 0,1 do ponad 6mm2. Rysunek 5 przedstawia typowy proces LIFT. W procesie LIFT laser przechodzi przez przezroczyste podłoże i jest absorbowany przez warstwę dynamicznego uwalniania. W wyniku ablacji laserowej lub odparowania wysokie ciśnienie generowane przez dynamiczną warstwę rozdzielającą gwałtownie wzrasta, przenosząc w ten sposób chip ze stempla na podłoże przyjmujące.
Po udoskonaleniach firma Uniqarta opracowała technologię transferu do przodu-opartą na pęcherzach-indukowanego laserem (BB-LIFT). Jak pokazano na rysunku 6, różnica polega na tym, że podczas napromieniowania laserowego tylko niewielka część DRL jest usuwana w celu wytworzenia gazu zapewniającego energię uderzenia. DRL może zamknąć falę uderzeniową wewnątrz, tworząc rozszerzony blister, delikatniej popychając chip w kierunku podłoża odbiorczego, co może poprawić dokładność transferu i zmniejszyć uszkodzenia.
Istotnym czynnikiem ograniczającym zastosowanie BB-LIFT jest brak-ponownego użycia znaczka. Aby zwiększyć-opłacalność, badacze opracowali technikę BB-LIFT wielokrotnego użytku opartą na konstrukcji form wielokrotnego użytku, jak pokazano na rysunku 7. Stempel składa się z mikrownęki z warstwą metalu, ścianek wnęki i mikrostrukturyzowanej elastycznej formy klejącej używanej do hermetyzacji mikrownęki i spajania chipa. Pod wpływem oświetlenia laserem o długości fali 808 nm warstwa metalu pochłania laser i wytwarza ciepło, powodując gwałtowne rozszerzanie się powietrza wewnątrz wnęki, deformując stempel i znacznie zmniejszając jego przyczepność. W tym momencie uderzenie wywołane powstawaniem pęcherzyków ułatwia oderwanie chipa od stempla.
W przypadku przenoszenia-na dużą skalę wymagana jest silna przyczepność podczas pobierania-, aby zapewnić niezawodne pobieranie, natomiast przyczepność podczas umieszczania musi być jak najniższa, aby zapewnić transfer. Dlatego kluczowa technologia polega na poprawie współczynnika przełączania przyczepności. Naukowcy osadzili rozszerzalne mikrosfery w warstwie kleju i wykorzystali laserowy system ogrzewania do wygenerowania zewnętrznej stymulacji termicznej. Podczas procesu pobierania-wbudowane, rozszerzalne mikrokulki o małych-rozmiarach zapewniają płaskość powierzchni warstwy kleju, przy czym można pominąć wpływ na silną przyczepność warstwy kleju. Podczas procesu przenoszenia zewnętrzna stymulacja termiczna pod kątem 90 stopni generowana przez system ogrzewania laserowego jest szybko przenoszona na warstwę kleju, powodując szybkie rozszerzanie się wewnętrznych mikrosfer, jak pokazano na rysunku 8. W rezultacie na powierzchni powstaje struktura mikro-lift, znacznie zmniejszająca przyczepność powierzchni i zapewniająca niezawodne uwalnianie.
Aby osiągnąć transfer na dużą-skalę, badacze odkryli, że transfer zależy od zmian adhezji pomiędzy TRT a urządzeniem funkcjonalnym i jest kontrolowany przez parametry temperatury, jak pokazano na rysunku 9. Gdy temperatura jest niższa od temperatury krytycznej Tr, szybkość uwalniania energii przez TRT/urządzenie funkcjonalne przekracza krytyczną szybkość uwalniania energii przez urządzenie funkcjonalne/podłoże źródłowe, powodując rozprzestrzenianie się pęknięć na styku TRT/urządzenie funkcjonalne, w ten sposób podnosząc urządzenie funkcjonalne. Podczas procesu przenoszenia ogrzewanie laserowe podnosi temperaturę powyżej temperatury krytycznej Tr, powodując, że szybkość uwalniania energii TRT/urządzenia funkcjonalnego jest niższa niż krytyczna szybkość uwalniania energii urządzenia funkcjonalnego/podłoża docelowego, w ten sposób skutecznie przenosząc urządzenie funkcjonalne na docelowe podłoże.
