01
Εισαγωγή
Η τεχνολογία Micro LED, ως τομέας αιχμής-της τεχνολογίας οθόνης επόμενης- γενιάς, τυγχάνει ευρείας προσοχής και έρευνας. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές οθόνες υγρών κρυστάλλων και τις οργανικές διόδους εκπομπής φωτός- (OLED), τα Micro LED προσφέρουν υψηλότερη φωτεινότητα, υψηλότερη αντίθεση και ευρύτερη χρωματική γκάμα, ενώ παράλληλα καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Αυτό δίνει στα Micro LED σημαντικές δυνατότητες σε τηλεοράσεις, smartphone, μικρές φορητές συσκευές,-οθόνες οχημάτων και εφαρμογές AR/VR. Σύγκριση παραμέτρων μεταξύ Micro LED, LCD και OLED.
Η μεταφορά μάζας είναι ένα βασικό βήμα για τη μεταφορά τσιπ Micro LED από το υπόστρωμα ανάπτυξης στο υπόστρωμα-στόχο. Λόγω της υψηλής πυκνότητας και του μικρού μεγέθους των τσιπ Micro LED, οι παραδοσιακές μέθοδοι μεταφοράς δυσκολεύονται να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις για μεταφορά υψηλής ακρίβειας. Η επίτευξη συστοιχίας οθόνης που συνδυάζει Micro LED με κίνηση κυκλώματος απαιτεί πολλαπλές μεταφορές μάζας τσιπ Micro LED (τουλάχιστον από υπόστρωμα ζαφείρι → προσωρινό υπόστρωμα → νέο υπόστρωμα), με μεγάλο αριθμό τσιπ που μεταφέρεται κάθε φορά, απαιτώντας υψηλή σταθερότητα και ακρίβεια της διαδικασίας μεταφοράς. Η μεταφορά μάζας με λέιζερ είναι μια τεχνική για τη μεταφορά τσιπ Micro LED από το φυσικό υπόστρωμα ζαφείρι στο υπόστρωμα-στόχο. Πρώτον, τα τσιπ διαχωρίζονται από το φυσικό υπόστρωμα ζαφείρι μέσω ανύψωσης λέιζερ-απενεργοποίησης. Στη συνέχεια, εκτελείται αφαίρεση στο υπόστρωμα στόχο για να επιτραπεί η μεταφορά των τσιπ σε ένα υπόστρωμα με συγκολλητικά υλικά (όπως πολυδιμεθυλσιλοξάνη). Τέλος, χρησιμοποιώντας τη δύναμη συγκόλλησης μετάλλου στο πίσω επίπεδο TFT, τα τσιπ μεταφέρονται από το υπόστρωμα PDM στο πίσω επίπεδο TFT.
02
Laser Lift-Απενεργοποίηση τεχνολογίας
Το πρώτο βήμα της μεταφοράς μάζας λέιζερ είναι η ανύψωση λέιζερ-απενεργοποίηση (LLO). Η απόδοση της ανύψωσης λέιζερ-απενεργοποίησης καθορίζει άμεσα την τελική απόδοση ολόκληρης της διαδικασίας μεταφοράς λέιζερ. Τα Micro LED συνήθως χρησιμοποιούν υποστρώματα όπως Si και ζαφείρι για την ανάπτυξη επιταξιακών στρωμάτων GaN για κατασκευή. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές αναντιστοιχίας πλέγματος και συντελεστών θερμικής διαστολής μεταξύ Si και GaN, επομένως τα υποστρώματα από ζαφείρι χρησιμοποιούνται πιο συχνά στην παρασκευή τσιπ Micro LED.
Το bandgap του ζαφείρι είναι 9,9eV, το GaN είναι 3,39eV και το AlN είναι 6,2eV. Η αρχή της ανύψωσης λέιζερ-απενεργοποίησης είναι η χρήση ενός λέιζερ μικρού-μήκους κύματος με ενέργεια φωτονίων μεγαλύτερη από το διάκενο ζώνης GaN αλλά μικρότερη από τα διάκενα ζώνης του ζαφείρι και του AlN, που ακτινοβολείται από την πλευρά του ζαφείρι. Το λέιζερ περνά μέσα από το ζαφείρι και το AlN και απορροφάται από το επιφανειακό στρώμα GaN. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η επιφάνεια GaN υφίσταται θερμική αποσύνθεση. Δεδομένου ότι το σημείο τήξης του Ga είναι περίπου 30 μοίρες, δημιουργούνται N2 και υγρό Ga και το N2 διαφεύγει, διαχωρίζοντας έτσι μηχανικά το επιταξιακό στρώμα GaN από το υπόστρωμα ζαφείρι. Η αντίδραση αποσύνθεσης που λαμβάνει χώρα στη διεπιφάνεια μπορεί να αναπαρασταθεί ως:
Σύμφωνα με τον τύπο για την ενέργεια φωτονίων, το βέλτιστο μήκος κύματος λέιζερ που πληροί τις παραπάνω συνθήκες θα πρέπει να είναι στο ακόλουθο εύρος: 125 nm < 209 nm Λιγότερο ή ίσο με λ Μικρότερο ή ίσο με 365 nm. Η έρευνα δείχνει ότι το πλάτος του παλμού λέιζερ, το μήκος κύματος του λέιζερ και η πυκνότητα ενέργειας του λέιζερ είναι βασικοί παράγοντες για την επίτευξη της διαδικασίας αφαίρεσης με λέιζερ.
Για να επιτύχετε πλήρη-χρωματική εκπομπή με Micro LED, είναι απαραίτητο να τακτοποιήσετε και να ενσωματώσετε με ακρίβεια κόκκινα, πράσινα και μπλε τσιπ Micro LED στο ίδιο υπόστρωμα για να δημιουργήσετε μικροσκοπικά, έγχρωμα pixel υψηλής ανάλυσης-. Ωστόσο, το LLO δεν είναι κατάλληλο για την επιλεκτική ενσωμάτωση μη-μη ομοιόμορφων κόκκινων, πράσινων και μπλε συσκευών Micro LED. Επιπλέον, η επιλεκτική επισκευή ενός μικρού αριθμού κατεστραμμένων τσιπ Micro LED είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της απόδοσης των προϊόντων οθόνης. Ως εκ τούτου, έχει εμφανιστεί η τεχνολογία Laser Selective Lift-Off (SLLO). Αυτή η τεχνολογία είναι κατάλληλη για ετερογενή ενσωμάτωση και επιλεκτική επισκευή, χωρίς να απαιτούνται πολύπλοκες διαδικασίες παρτίδας. Μπορεί επίσης να μεταφέρει επιλεκτικά ορισμένες προ-καθορισμένες λυχνίες LED και να επισκευάσει κατεστραμμένες λυχνίες LED.
Το SLLO επιτυγχάνεται με τη χρήση λέιζερ για τον επιλεκτικό διαχωρισμό της διεπαφής μεταξύ των τσιπ Micro LED και του υποστρώματος. Το υπεριώδες φως χρησιμοποιείται συνήθως ως πηγή φωτός. Το φως μικρού-μήκους κύματος αλληλεπιδρά πιο έντονα με το υλικό, επιτρέποντας μια πιο ακριβή διαδικασία ανύψωσης-απενεργοποίησης. Επιπλέον, η θερμότητα που παράγεται από το υπεριώδες φως κατά τη διαδικασία ανύψωσης-απενεργοποίησης είναι σχετικά χαμηλή, μειώνοντας τον κίνδυνο θερμικής βλάβης.
Η Uniqarta έχει προτείνει μια-μέθοδο απολέπισης με παράλληλη κλίμακα λέιζερ μεγάλης κλίμακας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Προσθέτοντας έναν σαρωτή λέιζερ X-Y με βάση ένα λέιζερ μεμονωμένου-παλμού, μια μεμονωμένη δέσμη λέιζερ διαθλάται σε πολλαπλές δέσμες, επιτρέποντας exfolii τσιπ μεγάλης κλίμακας{-. Αυτό το σχήμα αυξάνει σημαντικά τον αριθμό των τσιπ που απολεπίζονται σε μία μόνο διαδρομή, επιτυγχάνοντας ρυθμό απολέπισης 100 M/h, ακρίβεια μεταφοράς ±34 μm και καλή ικανότητα ανίχνευσης ελαττωμάτων, κατάλληλη για τη μεταφορά διαφόρων μεγεθών ρεύματος και υλικών.
03
Τεχνολογία μεταφοράς λέιζερ
Το δεύτερο βήμα της μαζικής μεταφοράς λέιζερ είναι η μεταφορά με λέιζερ, η οποία μεταφέρει το αποκολλημένο τσιπ από το προσωρινό υπόστρωμα στο πίσω επίπεδο. Η τεχνολογία-επαγόμενης μπροστινής μεταφοράς με λέιζερ (LIFT) που προτείνεται από την Coherent είναι μια τεχνική που μπορεί να τοποθετήσει διάφορα λειτουργικά υλικά και δομές σε μοτίβα που καθορίζονται από τον χρήστη, επιτρέποντας την τοποθέτηση σε μεγάλη- κλίμακα δομών ή συσκευών με μικρά μεγέθη χαρακτηριστικών. Επί του παρόντος, η τεχνολογία LIFT έχει επιτύχει με επιτυχία τη μεταφορά διαφόρων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, με μεγέθη που κυμαίνονται από 0,1 έως πάνω από 6mm2. Το σχήμα 5 δείχνει μια τυπική διαδικασία LIFT. Στη διαδικασία LIFT, το λέιζερ περνά μέσα από το διαφανές υπόστρωμα και απορροφάται από το στρώμα δυναμικής απελευθέρωσης. Μέσω της αφαίρεσης με λέιζερ ή της εξάτμισης, η υψηλή πίεση που δημιουργείται από το στρώμα δυναμικής απελευθέρωσης αυξάνεται γρήγορα, μεταφέροντας έτσι το τσιπ από τη σφραγίδα στο υπόστρωμα υποδοχής.
Μετά από βελτιώσεις, η Uniqarta ανέπτυξε μια τεχνολογία μεταφοράς προς τα εμπρός με βάση-λέιζερ-με κυψέλες (BB-LIFT). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 6, η διαφορά έγκειται στο ότι κατά τη διάρκεια της ακτινοβολίας λέιζερ, μόνο ένα μικρό τμήμα του DRL αφαιρείται για να παραχθεί αέριο για να παρέχει ενέργεια κρούσης. Το DRL μπορεί να εγκλωβίσει το κρουστικό κύμα μέσα δημιουργώντας μια διευρυμένη κυψέλη, πιέζοντας το τσιπ πιο απαλά προς το υπόστρωμα υποδοχής, κάτι που μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια μεταφοράς και να μειώσει τη ζημιά.
Η μη-μη επαναχρησιμοποίηση της σφραγίδας είναι ένας σημαντικός παράγοντας που περιορίζει την εφαρμογή του BB-LIFT. Για να βελτιώσουν την{3}}αποτελεσματικότητα κόστους, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια επαναχρησιμοποιήσιμη τεχνική BB-LIFT που βασίζεται στο σχεδιασμό επαναχρησιμοποιήσιμων καλουπιών, όπως φαίνεται στην Εικόνα 7. Η σφραγίδα αποτελείται από μια μικροκοιλότητα με μεταλλικό στρώμα, με τοιχώματα κοιλότητας και ένα μικροδομημένο ελαστικό καλούπι κόλλας που χρησιμοποιείται για την ενθυλάκωση του μικροενθυλακίου. Υπό φωτισμό από ένα λέιζερ 808 nm, το μεταλλικό στρώμα απορροφά το λέιζερ και παράγει θερμότητα, με αποτέλεσμα ο αέρας μέσα στην κοιλότητα να διαστέλλεται γρήγορα, παραμορφώνοντας τη σφραγίδα και μειώνοντας σημαντικά την πρόσφυσή της. Σε αυτό το σημείο, η κρούση που δημιουργείται από το σχηματισμό φυσαλίδων διευκολύνει την αποκόλληση του τσιπ από τη σφραγίδα.
Σε μεγάλη-μεταφορά κλίμακας, απαιτείται ισχυρή πρόσφυση κατά την παραλαβή-για να διασφαλιστεί η αξιόπιστη απόκτηση, ενώ η πρόσφυση πρέπει να είναι όσο το δυνατόν χαμηλότερη κατά την τοποθέτηση για να επιτευχθεί η μεταφορά. Επομένως, η βασική τεχνολογία έγκειται στη βελτίωση της αναλογίας μεταγωγής πρόσφυσης. Οι ερευνητές έχουν ενσωματώσει διογκώσιμες μικροσφαίρες στο συγκολλητικό στρώμα και χρησιμοποίησαν ένα σύστημα θέρμανσης με λέιζερ για να δημιουργήσουν εξωτερική θερμική διέγερση. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας παραλαβής-, οι μικροσφαίρες-ενσωματωμένες με δυνατότητα επέκτασης εξασφαλίζουν την επίπεδη επιφάνεια της συγκολλητικής στρώσης, ενώ η επίδραση στην ισχυρή πρόσφυση της συγκολλητικής στρώσης μπορεί να παραμεληθεί. Κατά τη διαδικασία μεταφοράς, η εξωτερική θερμική διέγερση 90 μοιρών που δημιουργείται από το σύστημα θέρμανσης λέιζερ μεταφέρεται γρήγορα στο συγκολλητικό στρώμα, προκαλώντας γρήγορη διαστολή των εσωτερικών μικροσφαιρών, όπως φαίνεται στο σχήμα 8. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια δομή μικρο{10}}ανύψωσης στην επιφάνεια, μειώνοντας σημαντικά την πρόσφυση της επιφάνειας και επιτυγχάνοντας αξιόπιστη απελευθέρωση.
Για να επιτευχθεί μεταφορά-μεγάλης κλίμακας, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μεταφορά εξαρτάται από τη διακύμανση της πρόσφυσης μεταξύ του TRT και της λειτουργικής συσκευής και ελέγχεται από παραμέτρους θερμοκρασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 9. Όταν η θερμοκρασία είναι κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία Tr, ο ρυθμός απελευθέρωσης ενέργειας του TRT/λειτουργικής συσκευής υπερβαίνει τον κρίσιμο ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας της λειτουργικής συσκευής. Διασύνδεση TRT/λειτουργικής συσκευής, συλλέγοντας έτσι τη λειτουργική συσκευή. Κατά τη διαδικασία μεταφοράς, η θέρμανση με λέιζερ αυξάνει τη θερμοκρασία πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία Tr, καθιστώντας τον ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας του TRT/λειτουργικής συσκευής χαμηλότερο από τον κρίσιμο ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας της λειτουργικής συσκευής/υποστρώματος στόχου, μεταφέροντας έτσι με επιτυχία τη λειτουργική συσκευή στο υπόστρωμα στόχο.
