1. Технологията Micro LED, като гранична област в технологията на дисплея от следващо-поколение, получава широко внимание и изследвания. В сравнение с традиционните дисплеи с течни кристали и органични -диоди, излъчващи светлина (OLED), Micro LED предлага по-висока яркост, по-висок контраст и по-широка цветова гама, като същевременно има по-ниска консумация на енергия и по-дълъг живот. Това дава на Micro LED огромен потенциал в области като телевизори, смартфони, малки-размери интелигентни носими устройства,-екрани за автомобили и AR/VR. Сравнението на параметрите между Micro LED, LCD и OLED е показано на фигура 1.
Преносът на маса е ключова стъпка в прехвърлянето на Micro LED чипове от растежния субстрат към целевия субстрат. Поради високата плътност и малкия размер на Micro LED чиповете, традиционните методи за прехвърляне се борят да отговорят на изискванията за висока точност. Постигането на масив от дисплеи, който съчетава Micro LED с драйвери на вериги, изисква многобройни масови трансфери на Micro LED чипове (поне от сапфирен субстрат към временен субстрат към нов субстрат), с голям брой чипове, прехвърляни всеки път, поставяйки високи изисквания към стабилността и прецизността на процеса на трансфер. Лазерният масов трансфер е технология за прехвърляне на Micro LED чипове от естествения сапфирен субстрат към целевия субстрат. Първо, чиповете се отделят от естествения сапфирен субстрат чрез лазерен пилинг; след това се извършва аблационна обработка върху целевия субстрат за прехвърляне на чиповете върху субстрат с лепкав материал (като полидиметилсилоксан). Накрая, чиповете се прехвърлят от PDM субстрата към TFT задната платка, като се използва силата на метално свързване върху TFT задната платка.
02 Технология за лазерен пилинг
Първата стъпка от лазерния обемен трансфер е лазерният пилинг (LLO). Добивът на лазерен пилинг директно определя крайния добив на целия процес на лазерен трансфер. Микро светодиодите обикновено използват субстрати като Si и сапфир за отглеждане на GaN епитаксиални слоеве за подготовка. Има значителни проблеми като голямо несъответствие на решетката и разлики в коефициентите на топлинно разширение между Si материалите и GaN; следователно сапфирените субстрати се използват по-често при подготовката на микро LED чипове. Широчина на обхвата на сапфира е 9,9 eV, GaN е 3,39 eV, а AlN е 6,2 eV. Принципът на лазерния пилинг включва използване на лазери с къса-дължина на вълната с фотонна енергия, по-голяма от GaN енергийната ширина на лентата, но по-малка от ширината на лентата на сапфира и AlN, излъчващи от страната на сапфира. Лазерът преминава през сапфир и AlN, след което се абсорбира от повърхността GaN. По време на този процес повърхностният GaN претърпява термично разлагане и тъй като точката на топене на Ga е около 30 градуса, се генерират N2 и течен Ga, като N2 впоследствие излиза, като по този начин се постига отделяне на епитаксиалния слой GaN от сапфировия субстрат чрез механична сила. Реакцията на разлагане, протичаща на интерфейса, може да бъде представена като:
Съгласно формулата за фотонната енергия оптималната дължина на лазерната вълна, която отговаря на горните условия, трябва да попада в следния диапазон: 125 nm < 209 nm По-малко или равно на λ По-малко или равно на 365 nm. Изследванията показват, че ширината на лазерния импулс, дължината на лазерната вълна и плътността на лазерната енергия са ключови фактори за постигане на процеса на лазерна аблация.
За да се реализира пълно{0}}цветно Micro LED осветление, е необходимо прецизно да се подредят и интегрират Micro LED чипове в червено, зелено и синьо върху една и съща основа, за да се създаде малък цветен дисплей с висока -резолюция. Методът за лазерно повдигане (LLO) не е подходящ за селективно интегриране на не-еднородни червени, зелени и сини микро светодиодни устройства. Освен това, селективното поправяне на малък брой повредени Micro LED чипове е от решаващо значение за подобряване на добива на дисплейни продукти. Поради това се появи технологията за селективно лазерно лифтинг-изключване (SLLO). Тази технология е приложима за хетерогенна интеграция и селективен ремонт, без необходимост от сложна процедура за партидна обработка. Може също така селективно да прехвърля специфични предварително-определени светодиоди и да поправя повредени светодиоди. SLLO работи, като използва лазерно лъчение за селективно отлепване на микро LED чипове от интерфейса със субстрата. Ултравиолетовата светлина обикновено се използва като източник на светлина. Светлината с по-къса дължина на вълната взаимодейства по-силно с материалите, което позволява по-прецизен процес на белене. Освен това топлината, генерирана по време на процеса на пилинг с ултравиолетова светлина, е относително ниска, което намалява риска от термично увреждане.
Uniqarta предложи широкомащабен-метод за паралелен лазерен пилинг, както е показано на Фигура 4. Чрез добавяне на X-Y лазерен скенер към единичния импулсен лазер, единичен лазерен лъч се дифрагира на множество лазерни лъчи, което позволява широко{3}}мащабно белене на чипове. Тази схема значително увеличава броя на обелените чипове в една операция, постигайки скорост на обелване от 100 M/h, с точност на прехвърляне от ±34 μm и притежава добри възможности за откриване на дефекти, което я прави подходяща за прехвърляне на различни размери и материали в момента.
3Технология за лазерен трансфер
Втората стъпка от лазерния масивен трансфер е лазерният трансфер, който включва прехвърляне на оголените чипове от временния субстрат към задната платка. Лазерно{1}}индуцираната технология за прехвърляне напред (LIFT), предложена от Coherent, е метод, който може да постави различни функционални материали и структури в-дефинирани от потребителя шаблони, позволявайки широкомащабно-разполагане на структури или устройства с малък размер на функциите. В момента технологията LIFT е постигнала успешно прехвърляне на различни електронни компоненти с размери от 0,1 до над 6 mm². Фигура 5 показва типичен LIFT процес. В процеса LIFT лазерът преминава през прозрачния субстрат и се абсорбира от динамичния освобождаващ слой. Поради ефекта на аблация или изпаряване на лазера, високото налягане, генерирано от динамичния освобождаващ слой, бързо се увеличава, като по този начин прехвърля чипа от щампата към приемащия субстрат.
След подобрения Uniqarta разработи лазерно-индуцирана технология за прехвърляне напред, базирана на блистери (BB-LIFT). Както е показано на фигура 6, разликата е, че по време на лазерно облъчване само малка част от DRL се аблира и произвежда газ, за да осигури енергия на удара. DRL може да капсулира ударната вълна в разширяващ се блистер, леко натискайки чипа към приемащия субстрат, което може да подобри точността на прехвърляне и да намали щетите.
Не-повторната употреба на печата е важен фактор, ограничаващ приложението на BB-LIFT. За да подобрят-ефективността на разходите, изследователите разработиха технология BB-LIFT за многократна употреба, базирана на дизайна на печати за многократна употреба, както е показано на фигура 7. Печатът се състои от микрокухини с метален слой, със стените на кухината и еластична адхезивна форма с микроструктури, използвани за капсулиране на микрокухините и свързване на чипа. Когато е облъчен от 808 nm лазер, металният слой абсорбира лазера и генерира топлина, което кара въздуха вътре в кухината да се разширява бързо, което води до деформация на щампата и значително намалява нейната адхезия. В този момент ударът, генериран от мехурчетата, кара чипа да се отдели от печата.
При-прехвърляне в голям мащаб е необходимо силно сцепление по време на бране, за да се осигури надеждно улавяне; по време на поставянето, адхезията трябва да бъде възможно най-минимална, за да се постигне трансфер, като по този начин ядрото на технологията се крие в подобряването на съотношението на превключване на силата на сцепление. Изследователите са вградили разширяващи се микросфери в адхезивния слой и са използвали система за лазерно нагряване, за да генерират външни топлинни стимули. По време на процеса на бране вградените разширяващи се микросфери с малък -размер осигуряват гладкостта на повърхността на адхезивния слой, докато ефектът върху силната адхезия на адхезивния слой може да бъде пренебрегнат. Въпреки това, по време на процеса на прехвърляне, външният топлинен стимул от 90 градуса, генериран от лазерната система за нагряване, бързо се прехвърля към адхезивния слой, причинявайки бързо разширяване на вътрешните микросфери, както е показано на Фигура 8. Това води до слоеста микро-грапава структура на повърхността, което значително намалява повърхностната адхезия и постига надеждно освобождаване.
За постигане на -трансфер в голям мащаб изследователите откриха, че трансферът зависи от промяната в адхезията между TRT и функционалното устройство и се контролира от температурни параметри, както е показано на Фигура 9. Когато температурата е под критичната температура Tr, скоростта на освобождаване на енергия на TRT/функционалното устройство е по-голяма от критичната скорост на освобождаване на енергия на субстрата на функционалното устройство/източника, което води до тенденция за разпространение на пукнатини в интерфейса TRT/функционално устройство, като по този начин което позволява функционалното устройство да бъде взето. По време на процеса на прехвърляне температурата се повишава над критичната температура Tr чрез лазерно нагряване и скоростта на освобождаване на енергия на TRT/функционалното устройство е по-малка от критичната скорост на освобождаване на енергия на функционалното устройство/целевия субстрат, което позволява функционалното устройство да бъде успешно прехвърлено към целевия субстрат.
