行業(yè)背景

　　從性能指標(biāo)來看， Micro LED 在亮度、分辨率、對比度上均顯著優(yōu)于 OLED 和 LCD。功耗方面，以智能手機(jī)為例，LCD 屏幕耗電量約占手機(jī)的 50%。在相同畫面、相同亮度下，Micro LED 的功耗只有 LCD 的 10%、OLED 的 50%。壽命方面，Micro LED 約是 OLED 的 3 倍、LCD 的 1.5 倍。在消費升級和碳中和背景下，Micro LED 憑借顯著優(yōu)勢，有望逐步取代 OLED 等顯示技術(shù)成為下一代顯示的主流技術(shù)。

　　巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是已被證明能夠克服組裝Micro LED 芯片極端要求的有前途的解決方案，包括激光剝離技術(shù)、接觸式 μTP 技術(shù)、激光非接觸式 μTP 技術(shù)和自流體組裝技術(shù)等。

　　基本概念

　　Micro LED 芯片的組裝通常包括幾個關(guān)鍵工藝步驟，包括從供體/生長基板釋放大塊 Micro LED 芯片(即外延剝離工藝)、調(diào)整間距尺寸，最后將它們對準(zhǔn)并移動到背板/接收基板(即取放過程)。

　　基板分離：以某種作用力將晶片與源基板批量整體式分離;

　　晶片取放：通過轉(zhuǎn)移裝置將分離后的Micro LED晶片高精度選擇性地從源基板上拾取并轉(zhuǎn)移放置在目標(biāo)顯示基板的特定位置上。

　　襯底剝離

　　與OLED顯示技術(shù)不同，無機(jī)LED無法在玻璃或其他大尺寸襯底進(jìn)行大面積的制作，因此需要在半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行制作，然后再轉(zhuǎn)移到驅(qū)動背板上。當(dāng)前LED所采用的襯底一般為藍(lán)寶石，但藍(lán)寶石與外延層之間的晶格和熱膨脹系數(shù)不匹配，當(dāng)尺寸增大時會因為應(yīng)力而造成彎曲(Bowing)。而且藍(lán)寶石襯底與目前大規(guī)模集成電路芯片不兼容，因此也有采用硅作為外延襯底的方案。

　　無論哪種襯底形式，LED在制作成應(yīng)用成品時都或多或少需要進(jìn)行轉(zhuǎn)移動作。藍(lán)寶石襯底目前是 Micro LED 的主流襯底材料，但藍(lán)寶石襯底不導(dǎo)電且散熱差會影響 Micro LED 器件的發(fā)光效率，且脆性藍(lán)寶石不利于 Micro LED 在柔性顯示方向的運(yùn)用，所以要生產(chǎn)高分辨率、高亮度、高對比度、微尺寸的 Micro LED 芯片，剝離藍(lán)寶石襯底是必要環(huán)節(jié)。

　　基板分離制程(a)機(jī)械剝離技術(shù);(b)化學(xué)剝離技術(shù);(c)激光剝離技術(shù)

　　芯片轉(zhuǎn)移

　　傳統(tǒng)的LED采用Pick&Place 真空吸取的方式，由于真空管在物理極限下只能做到大約80μm，而Micro LED的尺寸基本小于50μm，且當(dāng)前的轉(zhuǎn)移設(shè)備的精密度是±34μm (Multi-chipper Transfer)，覆晶固晶機(jī)(Flip Chip Bonder)的精密度是±1.5μm (每次移轉(zhuǎn)為單一晶片)，一次只能轉(zhuǎn)移數(shù)顆器件，既效率低下又很難進(jìn)行高精度及小尺寸器件的轉(zhuǎn)移，因此無法用于Micro LED的量產(chǎn)過程中。

　　常規(guī)Pick&Place過程

　　隨著相關(guān)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)展，廠商已經(jīng)能夠制造出尺寸小于 100μm 但仍帶有藍(lán)寶石襯底的 Mini LED 芯片。在完成微米級 Micro LED 晶粒制作后，要把數(shù)百萬甚至數(shù)千萬顆微米級的 LED 晶粒正確且有效率地移動到電路基板上的過程稱之為“巨量轉(zhuǎn)移”。

　　整個制程對轉(zhuǎn)移過程要求極高，良率需達(dá) 99.9999%，精度需控制在正負(fù) 0.5μm 內(nèi)。以 4K 電視為例，4K 通常指 4096 x 2160 分辨率，假設(shè)每像素點為三個 R/G/B 晶粒，制作一臺 4K 電視需要轉(zhuǎn)移的晶粒高達(dá) 2600 萬顆，即使每次轉(zhuǎn)移 1 萬顆，也需要重復(fù) 2400 次。傳統(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)移設(shè)備速度最高在數(shù)十顆/秒，無法滿足 Micro LED 量產(chǎn)化的需求。

　　為了實現(xiàn)全彩色Micro LED顯示器，轉(zhuǎn)移技術(shù)可分為兩類：

　　第一種策略分別是 RGB Micro LED 芯片的選擇性批量轉(zhuǎn)移。在外延剝離工藝中，不同顏色的 Micro LED 芯片與其生長基板分離。接下來，在拾放過程中，使用轉(zhuǎn)移介質(zhì)從不同的生長基板拾取 RGB Micro LED 芯片，然后是放置 RGB Micro LED 芯片到目標(biāo)接收器基板。

　　第二種策略是單色 Blue/UV Micro LED 芯片的選擇性批量轉(zhuǎn)移，然后集成顏色轉(zhuǎn)換，例如噴墨打印量子點 (QD ) 或發(fā)光聚合物. 值得注意的是，僅對于某些具有極高分辨率的特殊顯示器(例如 AR ) ，整個藍(lán)光Micro LED芯片可以在外延剝離過程后立即直接轉(zhuǎn)移(稱為“單片轉(zhuǎn)移”)，無需改變相鄰 Micro LED 芯片之間的原始距離。然而，顏色轉(zhuǎn)換技術(shù)仍然存在一些技術(shù)問題，如散熱困難、顏色轉(zhuǎn)換效率低和熱穩(wěn)定性等。因此，直到現(xiàn)在，轉(zhuǎn)移過程仍然是必不可少的步驟。

　　a圖為RGB microLED選擇性批量轉(zhuǎn)移 b圖為單色 Blue/UV microLED 的選擇性批量轉(zhuǎn)移

　　從本質(zhì)上講，轉(zhuǎn)移技術(shù)從根本上依賴于對某些關(guān)鍵界面(即 Micro LED/生長基板、傳輸介質(zhì)/Micro LED 和 Micro LED/接收器)處界面粘附的高效、可靠和并行控制。

　　首先，外延剝離工藝決定了Micro LED/生長襯底的界面粘附狀態(tài)。對于 Micro LED 的制造，必須在生長基板(藍(lán)寶石)上引入緩沖/犧牲層，以減少晶格/熱失配的影響。GaN 緩沖層通過強(qiáng) sp3 型共價鍵(即化學(xué)相互作用，~1000 kJ mol -1). 這種強(qiáng)粘附力使得僅通過物理刺激來調(diào)節(jié)界面粘附力變得非常困難。因此，需要高能工藝(例如激光或化學(xué)蝕刻。由于物理(例如激光誘導(dǎo)的加熱和熔化，以及沖擊和化學(xué)(犧牲層的分解過程之間的復(fù)雜耦合，轉(zhuǎn)移技術(shù)首先面臨一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，即如何選擇性和精確地控制外延剝離過程。多種因素，例如切屑厚度、結(jié)構(gòu)、尺寸、剝離界面注入能量(激光或刻蝕劑)的方式，影響最終的界面粘附狀態(tài)，以及剝離芯片的質(zhì)量。通常，外延剝離工藝只能直接制備有限范圍的 Micro LED 顯示器，而對于具有可變像素排列的大面積顯示器，則需要額外的取放工藝。

　　相比之下，物理粘附力(例如范德華力、流體張力、靜電力)在拾放過程中起著至關(guān)重要的作用。傳輸介質(zhì)以高度并行、高效和準(zhǔn)確的方式將粘附力從強(qiáng)狀態(tài)切換到弱狀態(tài)的能力是決定轉(zhuǎn)移技術(shù)能力的主要因素。在拾取步驟中，傳輸介質(zhì)/Micro LED 界面的粘附強(qiáng)度必須強(qiáng)于 Micro LED/供體的粘附強(qiáng)度，從而使 Micro LED 芯片能夠從供體基板上成功剝離。在放置/吸附步驟中，低界面粘附強(qiáng)度有利于將 Micro LED 轉(zhuǎn)移到接收基板。與化學(xué)粘附相比，一些物理粘附可以提供低得多且可變的粘附強(qiáng)度. 對于典型的可逆粘合劑系統(tǒng)，界面分離的臨界力Fc被發(fā)現(xiàn)為：

　　其中Gcrit (臨界能量釋放率)是由構(gòu)成界面的材料設(shè)定的屬性，A是粘合的表面積, C是系統(tǒng)合規(guī)性。這種關(guān)系表明界面的物理粘附力受三個關(guān)鍵參數(shù)的控制，這三個參數(shù)取決于界面的幾何形狀和材料特性. 因此，如何通過外部刺激調(diào)節(jié)上述三個關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)可逆粘合，以及如何快速、準(zhǔn)確、選擇性、大量地施加外部刺激，是傳質(zhì)技術(shù)的重點和核心難點。

　　發(fā)展簡史

　　基于實現(xiàn)界面粘附批量控制的不同策略，已經(jīng)開發(fā)了一系列轉(zhuǎn)移技術(shù)。作為轉(zhuǎn)移的先決條件，外延剝離技術(shù)于 1978 年首次發(fā)展，通過高頻選擇性蝕刻具有 AlAs 犧牲層的 LED，即化學(xué)剝離(CLO)技術(shù)。不久之后，1997年開發(fā)了范德華力外延剝離 ( VWDE ) 技術(shù)和激光剝離 (LLO) 技術(shù). 與 CLO 技術(shù)不同，VWDE 技術(shù)使用二維材料的緩沖層，通過用范德華力代替化學(xué)粘附力來顯著降低界面粘附力。為了提高剝離效率和質(zhì)量，引入了激光以實現(xiàn)犧牲 GaN 層的分解。后來，LLO成為主流。同時，選擇性剝離Micro LED芯片的技術(shù)提供了一種更簡單的解決方案來適應(yīng)特定的像素排列密度。因此，最近開發(fā)了選擇性剝離技術(shù)。

　　Micro LED顯示器和轉(zhuǎn)移技術(shù)發(fā)展的簡要年表

　　一般來說，取放技術(shù)可以根據(jù)轉(zhuǎn)移介質(zhì)和接收基板的相對位置分為三種類型。

　　接觸式μTP 技術(shù)需要Micro LED芯片在特殊印章的幫助下直接與接收基板接觸，該技術(shù)首先由羅杰斯等人引入。2013年，LuxVue提出了一種新的靜電力接觸μTP設(shè)計理念。典型的接觸式 μTP 技術(shù)可以達(dá)到很高的轉(zhuǎn)移率 (>99.99%)。然而，低傳輸速率是一個瓶頸。

　　激光非接觸式μTP 技術(shù)，它引入激光，通過 2012年引入的界面熱失配或氣泡噴射將所選芯片與印模分離。具體來說，這些技術(shù)需要印模和接收基板之間有一定的距離。激光非接觸式μTP 技術(shù)可以實現(xiàn)高傳輸率，然而，成功率卻令人無法接受(90%)。

　　自組裝技術(shù)利用流體(例如 2008 年的流體自組裝) 作為傳輸介質(zhì)，并產(chǎn)生引力、疏水或親水力，以識別和定位具有特定尺寸的 Micro LED 芯片。自組裝技術(shù)也可以實現(xiàn)高傳輸率(99.9% )，然而，對 Micro LED 芯片和接收器面板有特殊要求。

　　轉(zhuǎn)移技術(shù)的不斷進(jìn)步顯著提升了Micro LED顯示器的顯示質(zhì)量和集成規(guī)模。Micro LED顯示器的發(fā)展大致可分為三個階段：單色微型顯示器的集成、低PPI的大面積顯示器的高成本集成、任意尺寸的高成本顯示器的集成PPI(未來)。

　　Micro LED顯示器最早由Jiang課題組于2000年發(fā)明，此時的轉(zhuǎn)移技術(shù)只能集成少量的Micro LED陣列，形成無源矩陣(PM)微型顯示器。第一個 10 × 10 分辨率的 PM Micro LED 顯示器于 2001 年問世, 2002 年 32 × 32 , 2003 年 64 × 64, 2004 年 128 × 96 的陣列，隨后報道了更多的元素。2008年，Rogers課題組首先利用μTP技術(shù)實現(xiàn)了16 × 16的Micro LED顯示器，為制備大面積顯示器奠定了基礎(chǔ)。2012 年，第一款配備 600 萬個 Micro LED 的大面積顯示器(55 英寸 LCD)上市，采用拾放技術(shù)制造。2014 年，通過接觸μTP 制造了具有 1700 PPI 分辨率的全彩色 Micro LED 顯示器. 為了獲得更好的分辨率和亮度，引入了有源矩陣 ( AM ) 驅(qū)動技術(shù)。2019 年，通過接觸式μTP 結(jié)合 CLO 展示了 3.3 英寸全彩 AM Micro LED 顯示器(324 μ m × 324 μ m 像素尺寸) 。索尼于 2019 年推出了尺寸為 21 m × 5.5 m的最新大型 Micro LED 顯示器 (～16 K) 。近年來，新型 Micro LED 顯示器產(chǎn)品的不斷增加依賴于轉(zhuǎn)移技術(shù)的進(jìn)步。然而，到目前為止，制造成本的高昂價格阻礙了Micro LED顯示器的普及。

　　人們不斷追求更具成本效益(依靠極高的效率、良率和準(zhǔn)確性)的轉(zhuǎn)移技術(shù)成為Micro LED顯示器普及的關(guān)鍵點。為了便于更好地理解不同的轉(zhuǎn)移技術(shù)，下表總結(jié)了所有涵蓋技術(shù)的特性、傳輸產(chǎn)量、可用效率、可調(diào)節(jié)界面粘附的機(jī)制以及局限性。

　　技術(shù)難點

　　巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是 Micro LED 量產(chǎn)化應(yīng)用的關(guān)鍵一步，目前還存在許多問題。

　　Micro LED 芯片需要進(jìn)行多次轉(zhuǎn)移(至少需要從藍(lán)寶石襯底→臨時襯底→新襯底)，且每次轉(zhuǎn)移芯片量非常大，對轉(zhuǎn)移工藝的穩(wěn)定性和精確度要求非常高。

　　對于 R/G/B 全彩顯示而言，由于每一種工藝只能生產(chǎn)一種顏色的芯片，故需要將紅/ 綠/藍(lán)芯片分別進(jìn)行轉(zhuǎn)移，需要非常精準(zhǔn)的工藝進(jìn)行芯片的定位，極大的增加了轉(zhuǎn)移的工藝難度。

　　Micro LED 的厚度僅為幾微米，將其精確地放置在目標(biāo)襯底上的難度非常高，芯片尺寸及間距都很小，要將芯片連上電路也是一個挑戰(zhàn)。

　　此外，由于 Micro LED 尺寸極小，傳統(tǒng)測試設(shè)備難以使用，如何在百萬級甚至千萬級的芯片中對壞點進(jìn)行檢測修復(fù)是一大挑戰(zhàn)，同樣通過檢測技術(shù)挑出缺陷晶粒后，如何替換壞點也是一項不可或缺的技術(shù)。

　　不同尺寸的技術(shù)要求

　　當(dāng)P1.0以上間距LED顯示屏，迭代向Mini/Micro級別的LED晶體顆粒的時候，依然可以采用傳統(tǒng)的RGB三元色燈珠封裝方式。即完全傳統(tǒng)的做法依然有效。但是，如果采用一定的巨量轉(zhuǎn)移工藝，如LED顆粒的提取、轉(zhuǎn)移、固定技術(shù)，無論是RGB三原色燈珠，還是四合一的更大規(guī)模燈珠板，其效率都會提升。

　　同時，與標(biāo)準(zhǔn)的巨量轉(zhuǎn)移不同，如果目標(biāo)是三原色燈珠、或者四合一燈珠板，其對于“巨量轉(zhuǎn)移后端的修復(fù)設(shè)備與技術(shù)”的需求就會很低——一個基礎(chǔ)產(chǎn)品只集成三個、或者十余個LED晶體，出現(xiàn)不合格情況“報廢”是最簡單的操作，當(dāng)然也可以進(jìn)行修復(fù)處理(何種選擇主要看經(jīng)濟(jì)性)。這方面典型的應(yīng)用是國星光電的多合一燈珠。

　　當(dāng)然，在P0.5-p2.0間距的LED顯示大屏上，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的應(yīng)用可以是完整體。如直接制備10*10厘米的CELL單元，其上集成數(shù)萬，甚至數(shù)十萬個LED晶體顆粒。這時候在后端的檢測和修復(fù)工藝，就成了必須的環(huán)節(jié)。尤其是在巨量轉(zhuǎn)移缺陷率在十萬分之一到百萬分之一水平上時，CELL單元需要修復(fù)的概率很高。不過在LED大屏上采用完整的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)流程，意味著對既有的表貼為核心的終端制程的顛覆與替代。其市場推廣難度不僅是技術(shù)上的、也包括投資端和產(chǎn)業(yè)鏈利益重新分配方面的。

　　但是，如果Micro LED顯示應(yīng)用在穿戴設(shè)備上，其要求可能是1-2英寸的基板上，轉(zhuǎn)移百萬顆單位的燈珠。這時候，對巨量轉(zhuǎn)移的效率、準(zhǔn)確度和缺陷率、檢測和修復(fù)技術(shù)的要求，就是另一個數(shù)量級的問題。即應(yīng)用于越小尺寸的Micro LED顯示產(chǎn)品，其對巨量轉(zhuǎn)移的“規(guī)模和精度”要求也就越高。

　　然而，在大尺寸顯示上，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)也有獨特的難度：即從硅基板等上提取LED顆粒之后，顆粒間距擴(kuò)張尺寸，在大尺寸顯示上會更大。比較而言，如果Micro LED應(yīng)用于XR等近眼顯示，則幾乎沒有晶體顆粒間距擴(kuò)張問題——甚至Micro LED微型近眼顯示，可以采用非巨量轉(zhuǎn)移，而是驅(qū)動結(jié)構(gòu)和發(fā)光結(jié)構(gòu)在同一塊硅基晶圓上分層制造的技術(shù)實現(xiàn)。

　　因為顯示目標(biāo)產(chǎn)品的顯示尺寸、像素密度和間距的不同，對巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)及其配套技術(shù)的要求也會截然不同。——差異巨大的巨量轉(zhuǎn)移在不同目標(biāo)市場的需求，也就是技術(shù)難度的不同。后者導(dǎo)致在越是像素密度低的、越是大尺寸LED顯示產(chǎn)品上，巨量轉(zhuǎn)移現(xiàn)階段的技術(shù)成熟度，可商用性就越強(qiáng)。

　　技術(shù)路線

　　巨量轉(zhuǎn)移主要包括精準(zhǔn)抓取、選擇性釋放、自組裝、轉(zhuǎn)印等動作。根據(jù)轉(zhuǎn)移過程中的作用力或具體的轉(zhuǎn)移方式，大致可以分為：范德華力，靜電力，磁力，激光轉(zhuǎn)印，流體自組裝和卷對卷轉(zhuǎn)印幾種路線。不同的路線也有重合的部分。

　　工程應(yīng)用中主要采用的技術(shù)包括靜電力吸附轉(zhuǎn)移、流體裝配轉(zhuǎn)移、彈性印模轉(zhuǎn)移、激光選擇性釋放轉(zhuǎn)移等。

　　靜電吸附

　　利用靜電力來控制內(nèi)外電極電壓差，實現(xiàn)對晶粒的吸附和轉(zhuǎn)移。靜電力采用具有雙級結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移頭，轉(zhuǎn)移頭被介電層對半分離呈一對 Si 電極。拾取晶粒階段，在吸附轉(zhuǎn)移頭和芯片上產(chǎn)生不同電荷，利用異性相吸的原理將晶粒吸附拾取。當(dāng)需要把 LED 放到既定位置時，通過調(diào)節(jié)電極電壓差，同性電荷相斥，把晶粒放到既定位置完成轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)移過程中要求被吸取的微型晶粒襯底平整度必須精確控制，以免造成無效的抓取動作，降低良率。

　　在靜電轉(zhuǎn)移過程中，靜電轉(zhuǎn)移頭陣列平面需跟Micro LED陣列平面對準(zhǔn)，再進(jìn)行拾取及轉(zhuǎn)移，因此，在制造上，每一Micro LED的位置以及高度必須精確控制，任一Micro LED位置的偏移、高度的差異或是污染，都有可能導(dǎo)致整個Micro LED陣列轉(zhuǎn)移的失敗，造成良率的降低以及成本的增加。因此，研發(fā)具有robust的發(fā)明，使得靜電轉(zhuǎn)移具備強(qiáng)健的免疫力以抵御制程的變異，是靜電轉(zhuǎn)移技術(shù)最大之困難與挑戰(zhàn)。

　　特點：靜電易損壞芯片;芯片制造要求高。

　　探頭用常規(guī)微電子加工的方式制得，因此可以用微電路將這些探頭進(jìn)行連接，這樣可以快速施加不同的電壓信號，去分別決定哪些需要轉(zhuǎn)移，哪些不需要，這樣就可以進(jìn)行篩選，避免將壞的Micro LED也一并轉(zhuǎn)移過去。

　　兩種類型的靜電載臺都可以通過對電極施加電場而產(chǎn)生靜電吸附：

　　J-R(Johnsen-Rahbek)靜電載臺，與物體接觸的表面是金屬

　　庫侖力(Coulombic)靜電載臺，與物體接觸的表面為絕緣體

　　加拿大的名叫Cooledge的公司也采用了靜電力巨量轉(zhuǎn)移的技術(shù)，但是他們的方法和LuxVue又很不一樣。Cooledge的靜電轉(zhuǎn)移頭并沒有額外的電路。

　　在靜電頭中存在著一層可以吸收光而產(chǎn)生電荷的材料，而采用光照的方式，使照射的部位產(chǎn)生靜電，從而可以對Micro LED器件進(jìn)行轉(zhuǎn)移。要實現(xiàn)選擇性的選取，則需要配合著光罩的使用。

　　流體自組裝

　　利用刷桶在襯底上滾動，使得 LED 置于液體懸浮液中，通過流體力和重力作用， Micro LED 芯片顆粒捕獲并放置到襯底上的對應(yīng)井中。流體組裝技術(shù)僅需在 Micro LED 芯片上做特殊設(shè)計， 芯片即可精準(zhǔn)對位。流體組裝技術(shù)僅需在 Micro LED 芯片上做特殊設(shè)計，芯片即可精準(zhǔn)對位。

　　特點：選擇性差;技術(shù)難度高。

　　流體自組裝派是利用流體的驅(qū)動，通過磁力、機(jī)械力或毛細(xì)作用力等方式，使Micro LED器件在流體中自動裝配到設(shè)計的指定區(qū)域。根據(jù)目前的調(diào)查，不少廠商都有在流體自組裝巨量轉(zhuǎn)移的報道，包括Self Array，Elux，Nth Degree, 三星，夏普等等。

　　Self Array采用的流體自組裝技術(shù)中：Micro LED器件上沉積一層熱解石墨，然后被放置在磁性震動平臺上，在平臺上根據(jù)設(shè)計的磁性陣列快速完成定位，然后就可以將這些器件巨量轉(zhuǎn)移到驅(qū)動基板上。

　　eLux也提出流體自組裝巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)方案。2021 年 4 月 19 日，eLux在官方網(wǎng)站上宣布通過流體組裝技術(shù)已生產(chǎn)出 12.3 英寸 Micro LED 顯示器，自然產(chǎn)率為 99.987%。顯示器由 581,400 個 GaN Micro LED 在 10 分鐘內(nèi)組裝而成， 組裝速度為每小時 310 萬顆，即 3.1KK/時。其中有 34 個失效顆粒，33 個可用激光修復(fù)， 修復(fù)缺陷率接近百萬分之一。

　　在這個技術(shù)方案中，eLux對Micro LED的形狀有特殊的設(shè)計，這樣可以保證在自組裝的過程中正面朝上。eLux的技術(shù)在轉(zhuǎn)移時：首先目標(biāo)基板放置在液體中，然后將大量的Micro LED器件也放入并置于目標(biāo)基板上方，然后通過振動，通過流體和重力的共同作用，使Micro LED器件定位到指定的位置。

　　關(guān)于流體自組裝轉(zhuǎn)移，還有包括在轉(zhuǎn)移過程中利用機(jī)械力進(jìn)行組裝，焊接組裝，疏水性組裝，電泳組裝等等。

　　與最常見的取放及激光轉(zhuǎn)移方案相比，流體組裝技術(shù)耗材使用較少、成本較低，在轉(zhuǎn)移設(shè)備和轉(zhuǎn)移過程中，流體組裝設(shè)備不需要精密的對位控制，因此成本相對低廉。采用流體自組裝雖然具有一些優(yōu)點，但目前看起來還有一些難點需要克服：比如難以進(jìn)行三色器件的轉(zhuǎn)移，自組裝的效率等等。

　　彈性印模

　　使用彈性印模，結(jié)合高精度運(yùn)動控制打印頭，利用范德華力，通過改變打印頭的速度，讓 LED 粘附在轉(zhuǎn)移頭上，或打印到目標(biāo)襯底片的預(yù)定位置上。先處理 Micro LED 芯片襯底，使其只通過錨點和斷裂鏈固定在基底上，然后利用聚二甲基硅氧烷作為轉(zhuǎn)移膜材料制作彈性印模。彈性印模與芯片通過范德華力結(jié)合，斷裂鏈發(fā)生斷裂，所有芯片按原來的陣列排布被轉(zhuǎn)移到彈性體上面，通過調(diào)整印與芯片之間的黏著性，完成釋放動作。要求精準(zhǔn)控制各個階段粘力大小，且印模必須表面度極為平坦，才不影響轉(zhuǎn)移的良率和精度。

　　特點：操作簡單;選擇性好;作用力調(diào)控困難;印模表面需極為平坦。

　　2021 年 1 月，美國 X Display Company 在官網(wǎng)宣布 2020 年底在美國安裝全球首個基于彈性印模轉(zhuǎn)移技術(shù)的巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備，并將在 2021 年供應(yīng)更多巨量轉(zhuǎn)移工具。XDC 是由巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)廠商 X-Celeprint 在 2019 年分拆出來的公司，擁有 Micro LED 巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的 IP 和制造能力。

　　X-Celeprint的Elastomer Stamp技術(shù)，也屬于pick&place陣營的范德華力派。采用高精度控制的打印頭，進(jìn)行彈性印模，利用范德華力讓LED黏附在轉(zhuǎn)移頭上，然后放置到目標(biāo)襯底片上去。目前采用的彈性體(Elastomer)一般是PDMS。

　　這兩家的核心技術(shù)也被稱為μTP技術(shù)，即微轉(zhuǎn)印(Micro-Transfer Printing)技術(shù)。

　　在往目標(biāo)基板上轉(zhuǎn)移的過程中，目標(biāo)基板本身也需要和器件有一定的作用力，這個作用力需要大于彈性印章與器件在轉(zhuǎn)移過程中的作用力。要實現(xiàn)這一點，可以通過某種方式增加目標(biāo)基板表面的吸附力，比如應(yīng)用一層具有黏附力的材料，或者利用bonding材料的毛細(xì)作用等等，如涂上了一層DVS-BCB材料。

　　目前在業(yè)界也有采用另外一種方法--LLO轉(zhuǎn)移外延層--來進(jìn)行轉(zhuǎn)印，這種方法可以免于在器件制造的時候?qū)ζ骷Y(jié)構(gòu)進(jìn)行弱化。

　　首先采用LLO(Laser Lift-Off)將外延層整體轉(zhuǎn)移到一個中間基板，然后在中間基板上進(jìn)行器件制作，制作好的器件通過PDMS彈性印章轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上。

　　因為中間基板和器件之間的作用力可以通過一定的方式設(shè)計得較弱，因此可以通過彈性印章直接進(jìn)轉(zhuǎn)移。這種方案首先采用了激光剝離制程，這個制程目前在平板或半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中較為常見。而整體工藝步驟也更加簡單，可能在工業(yè)界是一個比較關(guān)注的方法。

　　激光轉(zhuǎn)移

　　選擇性釋放轉(zhuǎn)移技術(shù)跳過拾取和釋放的環(huán)節(jié)，直接從原有的襯底上將 LED 進(jìn)行轉(zhuǎn)移。目前實現(xiàn)方式通常是通過高能量脈沖激光透過鍍有材料薄膜的基底，聚焦到基底與材料薄膜的交界面上，使薄膜被加熱至熔融狀態(tài)，基底上的芯片即可轉(zhuǎn)移沉積到與之平行放置的受體上。主要原理是利用激光器產(chǎn)生的激光與物質(zhì)的相互作用，其中紫外(UV)波長的光子在被物質(zhì)吸收時會引起電子激發(fā)，產(chǎn)生燒蝕分解，從而產(chǎn)生沖擊力;紅外(IR)波長的光子被物質(zhì)吸收后導(dǎo)致電子振動和旋轉(zhuǎn)激發(fā)，然后發(fā)生熱分解，從而產(chǎn)生驅(qū)動力。該轉(zhuǎn)移技術(shù)需要精準(zhǔn)控制激光的功率和分辨率，才能不影響芯片性能并達(dá)到產(chǎn)品良率。

　　特點：響應(yīng)快速;高度可選擇性;需要精準(zhǔn)控制激光參數(shù)。

　　激光選擇性釋放轉(zhuǎn)移為效率最高的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，預(yù)計未來激光選擇性釋放轉(zhuǎn)移技術(shù)將成為 LED 芯片巨量轉(zhuǎn)移的主流技術(shù)。

　　德國激光微加工系統(tǒng)廠商 3D-Micromac 推出新型 Micro CETI 巨量轉(zhuǎn)移平臺，支持小于 2μm 精度，每小時顆轉(zhuǎn)移 1.3 億顆 Micro LED 芯片，即效率為 130KK/小時，而機(jī)械轉(zhuǎn)移受限于拾取/放置的速度和精度。

　　2021 年 3 月 17 日慕尼黑上海光博會期間，Coherent 相干公司推出基于激光 LIFT 轉(zhuǎn)移技術(shù) 的 Micro LED 巨量轉(zhuǎn)移解決方案，據(jù)公司公布轉(zhuǎn)移速度高達(dá)每秒數(shù)萬顆，即數(shù)十KK/小時， 并可實現(xiàn) 2μm 間距的高精準(zhǔn)加工。

　　激光剝離(Laser Lift-Off, LLO)可以將MicroLED器件從藍(lán)寶石外延片上剝離下來，轉(zhuǎn)移到一個載板基板上，供后續(xù)巨量轉(zhuǎn)移。

　　LLO過程

　　激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)(Laser Induced Forward Transfer, LIFT)用于巨量轉(zhuǎn)移的過程中，將Micro LED轉(zhuǎn)移到背板基板上。

　　對于Micro LED的整體的過程，激光所用到的LLO和LIFT可以用下圖來表示：

　　MicroLED制造過程中的LLO和LIFT

　　Coherent采用了248nm的激光來轉(zhuǎn)移GaN Micro LED，激光束通過一個Mask和投影鏡頭，可以實現(xiàn)1000個die的同時轉(zhuǎn)移。

　　另外一家美國的公司QMAT也提出激光轉(zhuǎn)移的技術(shù)方案，他們所采用的巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備稱為Zero-ppm BAR Mass-Transfer Tool。所謂Zero-ppm即為零缺陷的轉(zhuǎn)移，而BAR為Beam-Addressed Release的縮寫，即激光束尋址釋放，可以實現(xiàn)精確的選擇性轉(zhuǎn)移。在巨量轉(zhuǎn)移前，源基板上的MicroLED器件需要經(jīng)過測試，并將測試結(jié)果作為KGD File保存在計算機(jī)中(KGD即為Known Good Die)。

　　在后續(xù)轉(zhuǎn)移的過程中，通過讀取KGD文件中缺陷的位置信息，可以通過激光精確地進(jìn)行選擇性轉(zhuǎn)移，從而使有缺陷的器件不會被轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上。

　　他們的方案關(guān)鍵點在于：采用薄膜轉(zhuǎn)移的方式，可以得到高質(zhì)量的GaN薄膜，這樣可以提升Micro LED器件的效率。

　　薄膜轉(zhuǎn)移

　　減少了2倍MOCVD的時間，使得成本大大降低。可以在巨量轉(zhuǎn)移前進(jìn)行電學(xué)測試篩選，得到KGD的信息。

　　集成功能測試層

　　EPI基底就是轉(zhuǎn)移基底，采用激光可以實現(xiàn)選擇性轉(zhuǎn)移位于基底和EPI GaN之間的功能層，在LLO過程中作為釋放層，可以避免GaN的損傷。

　　Uniqarta是一家英國公司，采用LEAP(Laser-Enabled Advanced Placement)技術(shù)。通過激光束對源基底的快速掃描，讓其直接脫離源基板而集成到目標(biāo)基板上。與QMAT的方案的轉(zhuǎn)移過程有相似之處，即都能夠?qū)崿F(xiàn)選擇性轉(zhuǎn)移。

　　在Uniqarta的設(shè)備中，首先將激光束分束，然后在X-Y平面上掃描，達(dá)到選擇性轉(zhuǎn)移的目的。

　　LEAP轉(zhuǎn)移

　　不過在轉(zhuǎn)移的時候，Uniqarta采用了一個釋放層，稱為Blistering轉(zhuǎn)移，而不是QMAT的ablative轉(zhuǎn)移。釋放層吸收激光的能量，而將其上的MicroLED彈射出去，轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上。采用這個技術(shù)，Micro LED背面不會吸收激光的能量，從而減少激光對其的損傷。

　　Blistering示意

　　國內(nèi)中麒光電自主研發(fā)的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)已實現(xiàn)超過250萬顆芯片/小時，是傳統(tǒng)工藝的30倍以上。

　　實現(xiàn)轉(zhuǎn)移排晶UPH≥2.5KK/小時

　　精度可達(dá)5μm

　　良率高達(dá)99.99%

　　在線點測及修復(fù)后良率達(dá)100%

　　3D-Micromac認(rèn)為激光轉(zhuǎn)移方式效率最高，是其它幾種巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)效率的數(shù)倍。

　　設(shè)備方面分為已經(jīng)有Micro LED激光轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)的，和有激光轉(zhuǎn)移技術(shù)儲備，有可能切入的：

　　德龍激光：公司針對藍(lán)寶石襯底的MicroLED晶圓巨量轉(zhuǎn)移工藝需求，開發(fā)出了激光剝離設(shè)備，已經(jīng)有客戶：已經(jīng)有客戶華燦光電、深康佳。

　　大族激光:Micro LED巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備正在驗證過程中。

　　易天古份：聲稱自己做到99.9999%

　　博眾精工：在研。針對晶圓級異質(zhì)芯片封裝、3D封裝、TSV、MicroLED的巨量轉(zhuǎn)移，以及面版級的封裝工級的封裝工藝，其制程基版(晶圓)與載版須進(jìn)行1次或多次的暫時貼合

　　聯(lián)得裝備在研

　　賽伍技術(shù)(耗材-巨量轉(zhuǎn)移膜唯一一個有做)應(yīng)用于Mini LED工藝制程的RBG切割、針刺減粘膜和巨量轉(zhuǎn)移膜等

　　巨量轉(zhuǎn)移加工、產(chǎn)線：

　　深康佳：公司在自主開發(fā)的“混合式巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)”上有所突破，轉(zhuǎn)移良率達(dá)到99.9%，試產(chǎn)階段效果較好。

　　維信諾：公司參股公司成都辰顯同期建成大陸首條從驅(qū)動背版、巨量轉(zhuǎn)移到模組全覆蓋的Micro LED中試線，良率達(dá)到99.95%。

　　鴻利智匯：內(nèi)部的巨量轉(zhuǎn)移良品率為99.99%

　　利亞德：6月份，利亞德“黑鉆”系列Micro LED新品發(fā)布，表示其巨量轉(zhuǎn)移良率大幅提升，PCB基巨量良率已提升至99.995%，半導(dǎo)體級轉(zhuǎn)移良率邁向99.999%，轉(zhuǎn)移效率1000-1500顆/秒。

　　深天馬:擬攜國貿(mào)產(chǎn)業(yè)等建設(shè)一條從巨量轉(zhuǎn)移到顯示模組的全制程Micro LED試驗線。

　　華燦光電：巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)與設(shè)備廠商以及下游戰(zhàn)略客戶聯(lián)合開發(fā)，進(jìn)展順利。

　　滾軸轉(zhuǎn)印

　　利用帶有計算機(jī)接口的滾輪系統(tǒng)，反饋模塊包含兩個負(fù)載傳感器和兩個 Z 軸執(zhí)行器，滾輪系統(tǒng)通過兩個顯微鏡保持精確對準(zhǔn)，通過反饋模塊精準(zhǔn)控制，將 Micro LED 轉(zhuǎn)印至接收襯底上。

　　KIMM公司的轉(zhuǎn)印技術(shù)技術(shù)，轉(zhuǎn)印技術(shù)通過滾輪將TFT與LED轉(zhuǎn)移到玻璃基底上面。對于這種技術(shù)，技術(shù)難度看起來非常大，特別是在于如果保證生產(chǎn)良率上面。

　　韓國的KIMM開發(fā)了卷對卷打印的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)：首先通過滾輪將源基板上的Micro LED器件轉(zhuǎn)移到滾輪上，然后再將滾輪上的器件轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上。

　　要通過滾輪對Micro LED進(jìn)行拾取，在滾輪上面也需要一層PDMS材料作為印章，但如何實現(xiàn)選擇性拾取，或源基板上微器件的間隔拾取，仍然是需要討論的地方。

　　參考資料：

　　20220726-西部證券-德龍激光-688170-首次覆蓋：國產(chǎn)激光精密加工先驅(qū)，突破激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)

　　20210925-安信證券-電子元器件行業(yè)：Micro LED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)持續(xù)進(jìn)展，Mini LED應(yīng)用方興未艾