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        巨量轉移、巨量檢測.....,Micro LED如何降成本?

        發布日期:2021-08-23     文章來源:科技新報     瀏覽量:2302
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        Micro LED 被視為未來顯示器產業主流技術,不僅具有更好的視覺效果,同時還擁有比LCD 和OLED 更好的整合能力與效能表現,應用領域包括AR / VR、可穿戴產品、Notebook/汽車資訊面板、移動裝置包括智慧手機、平板電腦、大尺寸顯示如顯示墻、電視等等。

        Micro LED 被視為顯示產業未來新寵兒,許多業者也加大發展力道。

        但是,對于大多數消費類應用來說,Micro LED 仍然處在一個研發和小批量試點制造階段,大部分集中在3C 應用。等到后續技術成熟的時候,再轉移到高精度要求的應用中,如可穿戴設備、智慧手機等,這個過程將花費2~3 年時間,半導體和先進顯示裝置的跨國制造商Kulicke & Soffa (庫力索法)執行副總裁張贊彬如是說。

        其實,目前Micro LED 顯示器最大的挑戰仍在如何降低成本。因為要處理如此大量的晶粒,若采用原有的技術跟設備,無論是在時間上還是成本上都不符合效益,K&S 執行副總裁張贊彬表示,成本決定Micro LED 是否量產和商用化。

        「Micro LED 還不是完全成熟的技術,特別是在降低成本這條道路可能要走得比較長。」張贊斌表示:「Micro LED 的轉移與修理成本非常高,尤其是單顆晶粒轉移或者修理的成本非常高,Micro LED 顯示如果有一兩顆死燈的不良并修理不好,屏幕就只能報廢。要達到高精密度顯示的時候,需要將小顆死燈轉移到大屏幕,用到的方法也有不同。」

        所以,不論是從生產設備的改良、檢測方式的革新以及巨量轉移的開發等,都是廠商正積極努力的方向。K&S 自2018 年以先進技術切入Mini LED 及Micro LED 巨量轉移領域,推出的第一代巨量轉移設備以獨特的置件方式將轉移速度提升一個數量級。

        張贊彬表示,如何降低成本,是Micro LED 邁向量產和商用化的關鍵。這就必須從Micro LED 制程技術著手,其中巨量轉移更是主要因素。目前各業者采用的巨量轉移技術都不相同,沒有標準的方法。而K&S 在考量多種轉移技術之后,最后決定采用雷射的方式,因雷射在提升巨量轉移效率有更大潛力。


        巨量轉移

        Micro LED 若要量產,巨量轉移技術是一個關鍵。在Micro LED 顯示器的生產過程中,巨量轉移可說是最耗時的一段,假設以一臺解析度為3840×2160 的4K 顯示器為例,總共需轉移二千多萬顆Micro LED。若是巨量轉移速度若不夠快,光是將這兩千多萬顆的Micro LED 轉移至背板的過程,就需要花上幾天(甚至幾周)的時間;而在轉移速度不夠快、生產量不夠大的情況下,也會使Micro LED 產品售價居高不下。

        也因此,如何「精進」巨量轉移技術,成為Micro LED 日后能否量產的重要關鍵,而這也是近年來許多大廠投入研發,催生巨量轉移技術百家爭鳴的原因。現階段的巨量轉移技術包括流體組裝、雷射轉移、滾軸轉寫、拾取放置技術(Stamp Pick & Place)等,可應對不同的客戶需求。

        拾取放置原理是利用微機電陣列技術進行晶片取放,不過傳統的LED 取放技術,瓶頸在于取放速率。以每小時約可轉移25,000 個晶片的速率來看,先不提上述的4K 顯示器(3840×2160),若一個高解析度(1440×2560)的智慧型手機面板(約需1,100 萬個Micro LED),就需轉移約19 天的時間。

        也因此,許多廠商進而發展新的轉移機制,像是蘋果收購的LuxVue,便采用靜電轉移方式。靜電轉移是指利用靜電力將Micro LED 自載體基板(或稱為中間基板)拾取并且釋放至目的基板,復數個靜電轉移頭形成靜電轉移頭陣列,可同時完成大量的Micro LED 陣列轉移,以滿足高解析度顯示器的需求。當然,除了LuxVue 之外,還有其他的拾取轉移技術,像是凡得瓦力轉印、電磁力轉移等。

        而雷射轉移,顧名思義便是使用雷射束將Micro LED 從原始基板快速且大規模轉移Micro LED 到目標基板;同樣地,雷射轉移也衍生數種不同的流派。像是美國新創公司Uniqarta 所研發的雷射轉移技術(LEAP),可以透過單雷射光束,或者是多重雷射光束的方式做移轉;以高精度、超快速的雷射轉移置晶系統突破了傳統取放貼裝的技術瓶頸,同時透過以非接觸方法大批量放置晶粒,使轉移速率變得更快。

        QMAT 則是采用雷射定址釋放法(Beam Addressed Release, BAR),原理也是使用雷射光束將Micro LED 從原始基板快速且大規模轉移Micro LED 到目標基板。特別的是,為了確保巨量轉移制程的零ppm 缺陷及高產量目標,QMAT 提出轉移、檢測并行的概念,發展PL/EL 檢測方案,在轉移之前先行檢測及確認,確保轉移的Micro LED 是良品,以減少后續維修時間和加工成本。

        至于流體組裝技術則是以eLux 為主。eLux 利用熔融焊料毛細管的介面,以便在組裝期間藉由流體懸浮液體當介質對電極進行機械和電器連接,可快速的將Micro LED 捕獲及對準至焊點上,成本較低同時也可實現高速組裝。滾軸轉寫制程技術則為南韓機械研究院(KIMM)獨創的專利技術,系利用滾軸對滾軸方式,將TFT 元件與LED 元件「轉寫」至基板上,最后形成可伸縮主動矩陣Micro LED(AMLED)面板。


        高效率巨量檢測技術

        除了巨量轉移之外,為了提升并確保Micro LED 顯示器的良率,檢測技術也是另一個重點。由于Micro LED 產品使用的晶片數量眾多,要能「正確且快速」的檢測并修復巨量而細小的Micro LED 晶片,依然是一項艱巨挑戰。

        針對Micro LED 測試,目前業界常用的方式有兩種,分別是光致發光測試(Photoluminescence, PL)及電致發光測試(Electroluminescence, EL),然而這兩種方式都未盡完美。PL 特點在于,可在不接觸LED 晶片的情況下進行測試,如此一來較不易損壞晶片,但測試效果不如EL;至于EL 則剛好相反,可透過通電LED 晶片來進行測試,能找出更多缺陷,卻可能因接觸而造成晶片損傷。

        為了提升Micro LED 檢測效率,不少技術開發人員與設備制造商持續精進巨量檢測技術。新創公司Tesoro Scientific 便開發了非接觸式的EL 檢測方法,使用載體基板的結構和整合層來導入電流,并測試LED 元件;根據測試結果,可以模擬已知良好晶片的良率,顯示功能正常的Micro LED,進而提高Micro LED 巨量轉移良率。

        當然, 除了PL、EL 檢測之外,也有專家另辟蹊徑,研發新的檢測技術。像是中國廈門大學與國立交通大學的研究團隊合力研發了一種攝影機型顯微成像系統供Micro LED 測試使用,該系統結合了電腦、電流、數位攝影機、電流供應棒與顯微鏡搭配支援軟體,能夠捕捉并分析顯微鏡影像,測量Micro LED 晶片的亮度。


        如何降低Micro LED成本?

        為進一步發展雷射轉移技術,張贊彬透露,K&S 今年初宣布收購美國科技公司Uniqarta。此次收購包括Uniqarta 的知識產權及專利組合,之前K&S 與Uniqarta 已進行廣泛合作,將獨有LED 晶粒轉移技術商用化。

        據悉,Uniqarta 的Laser-Enabled Advanced Placement(LEAP)技術以高精確度、超快速的雷射轉移置晶系統突破了傳統取放貼裝的技術瓶頸。以非接觸方法大批量放置晶粒,使轉移速率變得更快,亦加速了K&S 下一代高精度解決方案的開發,進而促進多功能、低成本顯示技術被廣泛采用。預計這種下一代LED 轉移方法將加速Mini LED 背光的導入,同時也將推動Micro LED 直顯應用的發展。

        K&S 副總裁兼技術長Bob Chylak 說,Uniqarta 的收購加強和擴大了K&S Mini LED 與Micro LED 的整體技術組合。這項投資是團隊能力和價值主張的重要戰略補充,使團隊更完備地參與到快速發展的先進顯示市場。


        Micro LED大尺寸小間距與可穿戴最有機會率先導入市場

        展望Micro LED 未來幾年發展,由于短期內降低成本的困難度仍高,因此張贊彬認為大尺寸小間距顯示器產品與穿戴式裝置,成為最有機會率先導入市場的應用類別。

        由于大型看板、廣告螢幕等,對于解析度的要求沒有這么嚴格,因此在轉移上的技術門檻較低,而穿戴式裝置則是因為尺寸較小,Micro LED 磊晶晶圓切割后的良率會有較好的良率,報廢機會較小,成本也因而較低。所以,張贊彬認為未來幾年Micro LED 將從大型看板、穿戴式兩大市場先行發展,待技術越趨成熟后再進而轉往其他消費性產品,例如手機、電腦平板、電視等。

        另外,張贊彬也透露,除了積極發展Micro LED 技術外,K&S 同時也持續針對LED 產品的需求做機臺最佳化。像是K&S 備有一款LED 打線機ConnX ELITE Opto,其特色在于當中的套裝軟體可應用于不同材質(金、銀、銅及其合金線)的打線;打線同時做電眼定位;內建料盒推料手臂,以及直光、斜光、低角度斜光并有紅藍雙色光源等,針對LED 打線制程建立的功能。


        簡而言之,此設備可針對LED 產品的需求做最佳化,藉由硬體與制程能力的強化來達成最佳輸出,同時支援更寬更薄的釘架和基板,允許多顆相同或不同LED 在同模組內,得以快速導入,縮短產品上市時程。

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