Micro LED技術在當前面臨著相當多的挑戰,集邦咨詢LED研究中心(LEDinside)最新報告3Q17 Micro LED次世代顯示技術- Micro LED轉移技術與檢測維修技術分析報告表示,Micro LED制程中,巨量轉移是一關鍵性制程,如何快速且精準的將Micro LED轉移至目標,UPH (Unit Per Hour)及良率的提升將是首要努力的課題方向之一。
Micro LED轉移技術分析
LEDinside研究副理楊富寶表示,Micro LED制程共計四大關鍵技術,轉移技術是目前最困難的關鍵制程之一,其他包括電路驅動設計、色彩轉換方式、檢測設備及方法、晶圓波長的均勻度控制等,也都是尚待突破的技術瓶頸。
為什么Micro LED制造成本會居高不下?原因在于制程中還有很多轉移技術相關瓶頸仍待突破。大致區分為以下七大要素:
1. 生產設備精密度的要求
2. 制程良率的提升、產出速度(UPH:Unit Per Hour)的效率提升
3. 制程能力的控制
4. 生產方式之最佳化確定
5.檢測設備及儀器的精確穩定性
6. 壞點維修方式
7. 制程加工成本的降低
由于Micro LED涉及的產業橫跨LED、半導體、面板上下游供應鏈,包括芯片、機臺、材料、檢測設備等都與過去的規格相異,提高了技術的門檻,而異業間的溝通整合也增加了研發時程。
(圖:LEDinside整理)
LEDinside以工業制程六個標準差做為Micro LED量產可行性評估依據。轉移制程良率須達到四個標準差等級,才有機會產品商品化但加工及維修成本仍然很高,若要達到成熟的產品及具有競爭性的加工成本,其轉移良率至少要達到五個標準差以上,才能真正成為成熟的商品化產品。
Micro LED量產可行性評估
一般傳統的LED例如3030的封裝體其光源尺寸3,000μm,可借由SMT設備即可達到轉移之作用,當光源尺寸在100μm時也可借由固晶機(Die Bonder)設備達到芯片轉移,當光源尺寸不斷的縮小至10μm時,現狀的轉移(Pick & Place)設備其精密度及準確度將面臨嚴重考驗。
Micro LED制程的設備的精密度需小于±1.5μm才能精確的轉移至目標背板,目前現況轉移設備(Pick & Place)的精密度是±34μm (Multi-chip per Transfer),覆晶固晶機(Flip Chip Bonder)的精密度是±1.5μm (每次移轉為單一芯片) ,皆無法達到Micro LED巨量轉移的精密度規格需求。
芯片級銲接 (Chip Bonding)及外延級焊接 (Wafer Bonding)由于產能過低及工時成本過高,在巨量轉移上將無法應用上,但Wafer Bonding(外延級焊接)現狀的應用是因為以現有機臺來開發Micro LED技術及研發像素數量(Pixel Volume)較小的產品,但產能及工時成本皆是挑戰,未來轉移技術將是以薄膜轉移(Thin Film Transfer)的各種技術為主。
五大薄膜轉移技術包含:
1. 靜電吸附
2. 凡得瓦力轉印
3. 雷射激光燒蝕
4. 相變化轉移
5. 流體裝配
流體組裝方式是一種高速度的組裝技術,對各式之產品應用皆有較高的產出量(UPH),可以大幅度縮減組裝工時及成本。
轉移技術的選擇需視不同之應用產品決定,最主要是考量設備投資、產出量(UPH)及加工成本等因素,另外各廠家之制程能力及良率的控制,可視為產品發展順遂的關鍵因素。
按照當前的情況,智慧手環、智慧手表、室內顯示屏的應用,將會是率先實現使用Micro LED的電子產品。但是由于轉移技術的困難度比較高及各應用產品的像素數量(Pixel Volume)的不同,投入的廠商先以既有的外延焊接設備(Wafer Bonding)來做研發及選擇像素數量(Pixel Volume)較少之應用產品為目標,以縮短開發的時間,也有廠商直接朝向薄膜轉移 (Thin Film Transfer)技術的方向發展,但因設備需另外設計及調整,必需投入資源甚多及消耗更長的研發時間,也將會產生更多的制程問題。
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