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Micro LED转移技术与量产可行性分析

LEDinside 中字

OFweek半导体照明网讯 集邦咨询LED研究中心最新报告3Q17 Micro LED次世代显示技术- Micro LED转移技术与检测维修技术分析报告表示,Micro LED制程中,巨量转移是一关键性制程,如何快速且精准的将Micro LED转移至目标,UPH (Unit Per Hour)及良率的提升将是首要努力的课题方向之一。

Micro LED转移技术分析

Micro LED技术,目前面临相当多的技术挑战,LEDinside研究副理杨富宝表示,Micro LED制程共计四大关键技术,转移技术是目前最困难的关键制程之一,其他包括电路驱动设计、色彩转换方式、检测设备及方法、晶圆波长的均匀度控制等,也都是尚待突破的技术瓶颈。

Micro LED制造成本居高不下,原因在于相关转移技术瓶颈仍待突破,区分为以下七大要素,如生产设备精密度的要求、制程良率的提升、产出速度(UPH:Unit Per Hour)的效率提升、制程能力的控制、生产方式之最佳化确定、检测设备及仪器的精确稳定性、坏点维修方式、制程加工成本的降低......等。由于涉及的产业横跨LED、半导体、面板上下游供应链,包括芯片、机台、材料、检测设备等都与过去的规格相异,提高了技术的门槛,而异业间的沟通整合也增加了研发时程。

(图:LEDinside整理)

LEDinside以工业制程六个标准差做为Micro LED量产可行性评估依据。转移制程良率须达到四个标准差等级,才有机会产品商品化但加工及维修成本仍然很高,若要达到成熟的产品及具有竞争性的加工成本,其转移良率至少要达到五个标准差以上,才能真正成为成熟的商品化产品。

Micro LED量产可行性评估

一般传统的LED例如3030的封装体其光源尺寸3,000μm,可借由SMT设备即可达到转移之作用,当光源尺寸在100μm时也可借由固晶机(Die Bonder)设备达到芯片转移,当光源尺寸不断的缩小至10μm时,现状的转移(Pick & Place)设备其精密度及准确度将面临严重考验。

Micro LED制程的设备的精密度需小于±1.5μm才能精确的转移至目标背板,目前现况转移设备(Pick & Place)的精密度是±34μm (Multi-chip per Transfer),覆晶固晶机(Flip Chip Bonder)的精密度是±1.5μm (每次移转为单一芯片) ,皆无法达到Micro LED巨量转移的精密度规格需求。

芯片级銲接 (Chip Bonding)及外延级焊接 (Wafer Bonding)由于产能过低及工时成本过高,在巨量转移上将无法应用上,但Wafer Bonding(外延级焊接)现状的应用是因为以现有机台来开发Micro LED技术及研发像素数量(Pixel Volume)较小的产品,但产能及工时成本皆是挑战,未来转移技术将是以薄膜转移(Thin Film Transfer)的各种技术为主。

五大薄膜转移技术包含静电吸附、凡得瓦力转印、雷射激光烧蚀、相变化转移、流体装配。流体组装方式是一种高速度的组装技术,对各式之产品应用皆有较高的产出量(UPH),可以大幅度缩减组装工时及成本。

转移技术的选择需视不同之应用产品决定,最主要是考量设备投资、产出量(UPH)及加工成本等因素,另外各厂家之制程能力及良率的控制,可视为产品发展顺遂的关键因素。

以现况来说室内显示屏、智慧手表、智慧手环的应用,将会是首先实现Micro LED的产品,由于转移技术的困难度甚高及各应用产品的像素数量(Pixel Volume)的不同,投入的厂商先以既有的外延焊接设备(Wafer Bonding)来做研发及选择像素数量(Pixel Volume)较少之应用产品为目标,以缩短开发的时间,也有厂商直接朝向薄膜转移 (Thin Film Transfer)技术的方向发展,但因设备需另外设计及调整,必需投入资源甚多及消耗更长的研发时间,也将会产生更多的制程问题。

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