1. Технологія мікросвітлодіодів, як передова галузь у технології дисплеїв наступного-покоління, привертає широку увагу та дослідження. Порівняно з традиційними рідкокристалічними дисплеями та органічними світло-діодами (OLED), Micro LED пропонує вищу яскравість, вищу контрастність і ширшу палітру кольорів, а також має менше споживання енергії та довший термін служби. Це надає Micro LED величезний потенціал у таких галузях, як телевізори, смартфони, невеликі-розумні пристрої, що носяться,-автомобільні екрани та AR/VR. Порівняння параметрів Micro LED, LCD і OLED показано на малюнку 1.
Перенесення маси є ключовим кроком у перенесенні чіпів мікросвітлодіодів із підкладки для вирощування на підкладку-мішень. Завдяки високій щільності та малому розміру чіпів Micro LED традиційні методи передачі важко відповідають вимогам високої точності. Створення масиву дисплеїв, який поєднує мікросвітлодіоди зі схемними драйверами, вимагає багаторазового переміщення мас мікросхем мікросвітлодіодів (принаймні від сапфірової підкладки до тимчасової підкладки на нову підкладку), причому щоразу передається велика кількість мікросхем, що висуває високі вимоги до стабільності та точності процесу перенесення. Лазерний масоперенесення — це технологія переміщення чіпів мікросвітлодіодів з нативної сапфірової підкладки на цільову підкладку. Спочатку чіпи відокремлюються від нативної сапфірової підкладки за допомогою лазерного пілінгу; потім виконується абляційна обробка цільової підкладки для перенесення стружки на підкладку з липким матеріалом (наприклад, полідиметилсилоксан). Зрештою, мікросхеми переносяться з підкладки PDM на задню панель TFT за допомогою сили з’єднання металу на задній панелі TFT.
02 Технологія лазерного пілінгу
Першим кроком лазерного об’ємного перенесення є лазерний пілінг (LLO). Продуктивність лазерного пілінгу безпосередньо визначає кінцевий результат усього процесу лазерного перенесення. Мікросвітлодіоди зазвичай використовують такі підкладки, як Si та сапфір, для нарощування епітаксійних шарів GaN для підготовки. Існують значні проблеми, такі як велика невідповідність граток і відмінності в коефіцієнтах теплового розширення між матеріалами Si та GaN; тому сапфірові підкладки частіше використовуються при виготовленні чіпів мікросвітлодіодів. Ширина забороненої зони сапфіру становить 9,9 еВ, GaN — 3,39 еВ, а AlN — 6,2 еВ. Принцип лазерного пілінгу передбачає використання лазерів із короткою-довжиною хвилі з енергією фотонів, більшою за ширину забороненої зони GaN, але меншою за ширину забороненої зони сапфіра та AlN, які випромінюють зі сторони сапфіру. Лазер проходить через сапфір і AlN, а потім поглинається поверхнею GaN. Під час цього процесу поверхня GaN піддається термічному розкладанню, і оскільки температура плавлення GaN становить приблизно 30 градусів, утворюється N2 і рідкий Ga, причому N2 згодом виходить, таким чином досягаючи відділення епітаксійного шару GaN від сапфірової підкладки за допомогою механічної сили. Реакцію розкладання, що відбувається на межі розділу, можна представити у вигляді:
Згідно з формулою для енергії фотона, оптимальна довжина хвилі лазера, яка відповідає наведеним вище умовам, повинна знаходитися в такому діапазоні: 125 нм < 209 нм Менше або дорівнює λ Менше або дорівнює 365 нм. Дослідження показують, що ширина лазерного імпульсу, довжина лазерної хвилі та щільність лазерної енергії є ключовими факторами для досягнення процесу лазерної абляції.
Щоб реалізувати повно-кольорове мікросвітлодіодне освітлення, необхідно точно розташувати та об’єднати червоні, зелені та сині чіпи мікросвітлодіодів на одній підкладці, щоб створити невеликий кольоровий піксель із високою -роздільністю. Метод Laser Lift{3}}Off (LLO) не підходить для вибіркової інтеграції не-однорідних мікросвітлодіодних пристроїв червоного, зеленого та синього кольорів. Крім того, вибірковий ремонт невеликої кількості пошкоджених мікро-світлодіодних чіпів має вирішальне значення для підвищення продуктивності дисплеїв. Тому з’явилася технологія Selective Laser Lift-Off (SLLO). Ця технологія застосовна для гетерогенної інтеграції та вибіркового ремонту без необхідності складної процедури пакетної обробки. Він також може вибірково переносити певні попередньо -призначені світлодіоди та відновлювати пошкоджені світлодіоди. SLLO працює за допомогою лазерного випромінювання, щоб вибірково відшаровувати чіпи Micro LED від інтерфейсу з підкладкою. В якості джерела світла зазвичай використовується ультрафіолетове світло. Світло з меншою довжиною хвилі сильніше взаємодіє з матеріалами, забезпечуючи більш точний процес відшарування. Крім того, тепло, що виділяється під час процесу пілінгу ультрафіолетовим світлом, відносно низьке, що знижує ризик термічного пошкодження.
Компанія Uniqarta запропонувала-великомасштабний метод паралельного лазерного лущення, як показано на малюнку 4. Додавши X-Y-лазерний сканер до одноімпульсного лазера, один лазерний промінь дифрагує на кілька лазерних променів, що забезпечує-великомасштабне лущення стружки. Ця схема значно збільшує кількість стружки, що очищається за одну операцію, досягаючи швидкості відшаровування 100 М/год, з точністю перенесення ±34 мкм, і має хороші можливості виявлення дефектів, що робить її придатною для передачі різних розмірів і матеріалів.
3Технологія лазерного перенесення
Другим етапом лазерного перенесення масиву є лазерне перенесення, яке передбачає перенесення очищених чіпів із тимчасової підкладки на задню плату. Технологія лазерного-прямого перенесення (LIFT), запропонована Coherent, — це метод, який може розміщувати різні функціональні матеріали та структури у-шаблонах, визначених користувачем, дозволяючи-великомасштабне розміщення невеликих структур чи пристроїв. В даний час технологія LIFT успішно переносить різні електронні компоненти розміром від 0,1 до понад 6 мм². На рисунку 5 показаний типовий процес LIFT. У процесі LIFT лазер проходить через прозору підкладку та поглинається динамічним роздільним шаром. Завдяки абляційному ефекту або ефекту випаровування лазера високий тиск, створюваний динамічним роздільним шаром, швидко зростає, таким чином переміщуючи чіп зі штампа на приймальну підкладку.
Після вдосконалень Uniqarta розробила лазерну-технологію прямого перенесення на основі блістерів (BB-LIFT). Як показано на малюнку 6, різниця полягає в тому, що під час лазерного опромінення лише невелика частина DRL абляційна та виробляє газ для забезпечення енергії удару. DRL може інкапсулювати ударну хвилю в блістері, що розширюється, обережно штовхаючи мікросхему до приймальної підкладки, що може підвищити точність передачі та зменшити пошкодження.
Не-повторне використання штампа є суттєвим фактором, що обмежує застосування BB-LIFT. Щоб підвищити-рентабельність, дослідники розробили багаторазову технологію BB-LIFT на основі дизайну багаторазових штампів, як показано на малюнку 7. Штамп складається з мікропорожнин із металевим шаром із стінками порожнини та еластичною клейкою формою з мікроструктурами, які використовуються для інкапсуляції мікропорожнин і склеювання мікросхеми. Під час опромінення лазером 808 нм шар металу поглинає лазер і виділяє тепло, в результаті чого повітря всередині порожнини швидко розширюється, що призводить до деформації штампа та значного зниження його адгезії. У цей момент поштовх, створений бульбашками, призводить до того, що чіп від’єднується від штампа.
У-великомасштабному перенесенні потрібна міцна адгезія під час збирання, щоб забезпечити надійне захоплення; під час розміщення адгезія повинна бути якомога мінімальною для досягнення перенесення, тому суть технології полягає в покращенні коефіцієнта перемикання сили адгезії. Дослідники вбудували розширювані мікросфери в клейовий шар і використовували систему лазерного нагріву для створення зовнішніх теплових подразників. Під час збирання вбудовані розширювані мікросфери невеликого- розміру забезпечують рівність поверхні клейового шару, тоді як впливом на міцне зчеплення клейового шару можна знехтувати. Однак під час процесу перенесення зовнішній термічний стимул 90 градусів, створюваний системою лазерного нагріву, швидко передається на клейовий шар, спричиняючи швидке розширення внутрішніх мікросфер, як показано на малюнку 8. Це призводить до шаруватої мікро-шорсткої структури на поверхні, що значно зменшує поверхневу адгезію та забезпечує надійне звільнення.
Щоб досягти великомасштабної передачі, дослідники виявили, що передача залежить від зміни адгезії між TRT і функціональним пристроєм і контролюється температурними параметрами, як показано на малюнку 9. Коли температура нижча за критичну температуру Tr, швидкість вивільнення енергії TRT/функціонального пристрою більша, ніж критична швидкість вивільнення енергії підкладки функціонального пристрою/джерела, що спричиняє тенденцію до поширення тріщин на межі TRT/функціонального пристрою, таким чином дозволяючи підібрати функціональний пристрій. Під час процесу перенесення температура підвищується вище критичної температури Tr за допомогою лазерного нагрівання, а швидкість вивільнення енергії TRT/функціонального пристрою менша за критичну швидкість вивільнення енергії функціонального пристрою/цільової підкладки, що дозволяє успішно перенести функціональний пристрій на цільову підкладку.
