1. Технология микросветодиодов, являющаяся передовой областью в области технологий отображения следующего-поколения, привлекает широкое внимание и исследования. По сравнению с традиционными жидкокристаллическими дисплеями и органическими светодиодами-излучающими диодами (OLED), Micro LED обеспечивает более высокую яркость, контрастность и более широкую цветовую гамму, а также более низкое энергопотребление и более длительный срок службы. Это дает Micro LED огромный потенциал в таких областях, как телевизоры, смартфоны, небольшие-носимые устройства, автомобильные экраны-и дополненная и виртуальная реальность. Сравнение параметров Micro LED, LCD и OLED показано на рисунке 1.
Массообмен является ключевым этапом в переносе чипов Micro LED с подложки для выращивания на целевую подложку. Из-за высокой плотности и небольшого размера чипов Micro LED традиционные методы переноса с трудом отвечают требованиям высокой точности. Создание массива дисплеев, сочетающего микро-светодиоды со схемными драйверами, требует многократного переноса микросхем микро-светодиодов (по крайней мере, с сапфировой подложки на временную подложку на новую подложку), причем каждый раз переносится большое количество чипов, что предъявляет высокие требования к стабильности и точности процесса переноса. Лазерный массоперенос — это технология переноса чипов Micro LED с собственной сапфировой подложки на целевую подложку. Сначала чипы отделяются от родной сапфировой подложки посредством лазерной очистки; затем на целевой подложке проводится абляционная обработка для переноса чипсов на подложку с липким материалом (например, полидиметилсилоксан). Наконец, чипы переносятся с подложки PDM на объединительную плату TFT с использованием силы сцепления металла на объединительной плате TFT.
02Технология лазерного пилинга
Первым этапом лазерного переноса является лазерный пилинг (LLO). Выход лазерного пилинга напрямую определяет конечный результат всего процесса лазерного переноса. В микросветодиодах обычно используются такие подложки, как кремний и сапфир, для выращивания эпитаксиальных слоев GaN для подготовки. Существуют серьезные проблемы, такие как большое несоответствие решеток и различия в коэффициентах теплового расширения между материалами Si и GaN; поэтому при изготовлении чипов Micro LED чаще используются сапфировые подложки. Ширина запрещенной зоны сапфира составляет 9,9 эВ, GaN - 3,39 эВ и AlN - 6,2 эВ. Принцип лазерного пилинга заключается в использовании коротковолновых лазеров с энергией фотонов, превышающих ширину запрещенной зоны GaN, но меньшей, чем ширина запрещенной зоны сапфира и AlN, излучающих со стороны сапфира. Лазер проходит через сапфир и AlN, затем поглощается поверхностью GaN. Во время этого процесса поверхность GaN подвергается термическому разложению, и, поскольку температура плавления Ga составляет около 30 градусов, образуются N2 и жидкий Ga, при этом N2 впоследствии выходит, тем самым достигая отделения эпитаксиального слоя GaN от сапфировой подложки посредством механической силы. Реакцию разложения, происходящую на границе раздела, можно представить как:
Согласно формуле для энергии фотонов, оптимальная длина волны лазера, удовлетворяющая вышеуказанным условиям, должна находиться в следующем диапазоне: 125 нм < 209 нм Меньше или равна λ Меньше или равна 365 нм. Исследования показывают, что ширина лазерного импульса, длина волны лазера и плотность энергии лазера являются ключевыми факторами в достижении процесса лазерной абляции.
Чтобы реализовать полноцветное-светодиодное освещение Micro, необходимо точно расположить и объединить чипы Micro LED красного, зеленого и синего цветов на одной подложке, чтобы создать небольшой пиксель цветного дисплея с-высоким разрешением. Метод Laser Lift-Off (LLO) не подходит для выборочной интеграции неоднородных-красных, зеленых и синих микросветодиодов. Более того, выборочный ремонт небольшого количества поврежденных чипов Micro LED имеет решающее значение для повышения качества выпускаемой продукции. Поэтому появилась технология селективного лазерного лифтинга-Off (SLLO). Эта технология применима для гетерогенной интеграции и выборочного ремонта без необходимости сложной процедуры пакетной обработки. Он также может выборочно переносить определенные заранее-назначенные светодиоды и восстанавливать поврежденные светодиоды. SLLO использует лазерное облучение для выборочного отделения чипов Micro LED от интерфейса с подложкой. В качестве источника света обычно используется ультрафиолет. Свет с более короткой длиной волны сильнее взаимодействует с материалами, обеспечивая более точный процесс отслаивания. Кроме того, тепло, выделяемое в процессе отшелушивания ультрафиолетовым светом, относительно низкое, что снижает риск термического повреждения.
Uniqarta предложила крупномасштабный-метод параллельной лазерной очистки, как показано на рисунке 4. При добавлении X-Y-лазерного сканера к одноимпульсному лазеру одиночный лазерный луч дифрагируется на несколько лазерных лучей, что позволяет-отслаивать стружку в больших масштабах. Эта схема значительно увеличивает количество стружки, очищаемой за одну операцию, достигая скорости очистки 100 М/ч, с точностью переноса ± 34 мкм, и обладает хорошими возможностями обнаружения дефектов, что делает ее в настоящее время подходящей для переноса различных размеров и материалов.
3Технология лазерного переноса
Вторым этапом лазерного массивного переноса является лазерный перенос, который включает в себя перенос очищенных чипов с временной подложки на объединительную плату. Технология лазерного-индуцированного прямого переноса (LIFT), предложенная компанией Coherent, — это метод, позволяющий размещать различные функциональные материалы и структуры в-задаваемых пользователем шаблонах, что позволяет размещать-крупномасштабные конструкции или устройства небольшого размера. В настоящее время с помощью технологии LIFT успешно удалось перенести различные электронные компоненты размером от 0,1 до более 6 мм². На рисунке 5 показан типичный процесс LIFT. В процессе LIFT лазер проходит через прозрачную подложку и поглощается слоем динамического высвобождения. Благодаря абляционному или испарительному эффекту лазера высокое давление, создаваемое слоем динамического высвобождения, быстро увеличивается, тем самым перенося чип от штампа на принимающую подложку.
После усовершенствований Uniqarta разработала технологию лазерного-прямого переноса на основе блистеров (BB-LIFT). Как показано на рисунке 6, разница состоит в том, что во время лазерного облучения только небольшая часть ДХО удаляется и выделяет газ, обеспечивающий энергию удара. DRL может инкапсулировать ударную волну в расширяющемся блистере, мягко подталкивая чип к принимающей подложке, что может повысить точность передачи и уменьшить повреждения.
Невозможность-повторного использования штампа является существенным фактором, ограничивающим применение BB-LIFT. Чтобы повысить экономическую-эффективность, исследователи разработали технологию многоразового BB-LIFT, основанную на конструкции многоразовых штампов, как показано на рисунке 7. Штамп состоит из микрополостей с металлическим слоем, со стенками полостей и эластичной клеевой формы с микроструктурами, используемыми для герметизации микрополостей и склеивания чипа. При облучении лазером с длиной волны 808 нм металлический слой поглощает лазер и выделяет тепло, в результате чего воздух внутри полости быстро расширяется, что приводит к деформации штампа и значительному снижению его адгезии. В этот момент удар, вызванный пузырьками, приводит к отделению чипа от штампа.
При крупномасштабной-пересылке во время сбора требуется сильная адгезия, чтобы обеспечить надежный захват; во время размещения адгезия должна быть минимальной, чтобы обеспечить перенос, поэтому суть технологии заключается в улучшении коэффициента переключения силы адгезии. Исследователи встроили расширяемые микросферы в клейкий слой и использовали систему лазерного нагрева для генерации внешних тепловых раздражителей. В процессе захвата встроенные расширяющиеся микросферы небольшого-размера обеспечивают ровность поверхности клеевого слоя, при этом влиянием на прочную адгезию клеевого слоя можно пренебречь. Однако во время процесса переноса внешнее тепловое воздействие под углом 90 градусов, создаваемое системой лазерного нагрева, быстро передается на клейкий слой, вызывая быстрое расширение внутренних микросфер, как показано на рисунке 8. Это приводит к образованию слоистой микро-шероховатой структуры на поверхности, что значительно снижает адгезию поверхности и обеспечивает надежное отделение.
Чтобы добиться крупномасштабного переноса, исследователи обнаружили, что перенос зависит от изменения адгезии между TRT и функциональным устройством и контролируется температурными параметрами, как показано на рисунке 9. Когда температура ниже критической температуры Tr, скорость выделения энергии TRT/функционального устройства превышает критическую скорость выделения энергии функционального устройства/подложки источника, что приводит к распространению трещин на границе раздела TRT/функциональное устройство, что позволяет подхватить функциональное устройство. Во время процесса переноса температура повышается выше критической температуры Tr за счет лазерного нагрева, и скорость выделения энергии TRT/функционального устройства меньше критической скорости выделения энергии функционального устройства/целевой подложки, что позволяет успешно перенести функциональное устройство на целевую подложку.
