Micro LED技术，顾名思义，就是将LED微缩化、矩阵化。它是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列，每一个像素可定址、单独驱动点亮，将像素点距离从毫米级降低至微米级。
01
激光巨量转移技术
由于Micro LED的特征尺寸小于100 μm，传统转移技术在转移效率、转移精度上很难达到要求。传统转移技术对单颗芯片的尺寸要求存在物理极限，芯片太小无法转移，转移精度也难以满足；机械臂在芯片转移的过程中也存在时间极限，转移效率难以提高，这意味着传统转移技术及设备已无法适配Micro LED转移制程。
面对以上技术挑战，为实现快速且精准地转移及减少后续检修压力，巨量转移技术应运而生。
Micro LED巨量转移设备是采用激光转移技术，利用特殊整形后的方形光斑，结合高速振镜扫描，可以实现高速加工，将微米级Micro LED芯片逐一转移到下层基板（玻璃或者膜材）上。Micro LED巨量转移设备是Micro LED生产过程中的核心装备之一，是影响Micro LED的良率与制造成本的关键。
巨量转移技术解决方案
（1）粘弹体印章转移技术
粘弹体印章微转移印刷技术最早是2004年由Rogers实验小组构想的，其关键技术是采用具有一定粘弹柱状高分子聚合物印章来调控与目标衬底的粘性力，制备该粘弹体印章普遍是使用聚二甲基硅氧烷制成的。当Micro LED显示器件与粘弹体印章充分接触时，二者表面将产生范德华力作用从而形成印章对器件的粘附。
（2）激光剥离转移技术
激光剥离转移技术是一种可以大规模转移Micro LED器件的工艺，它利用激光束诱导Micro LED显示器件与其原始衬底分离，然后将它们转移到目标衬底上。
（3）滚轴转移技术
滚轴转移技术又称卷到卷或卷到面板印刷技术，可以实现低成本、高通量和高效率的印刷Micro LED显示器件在柔性衬底或刚性衬底上。2017年，韩国机械与材料研究所KIMM的Nano Applied Mechanics团队对外提出了自对准滚印转移技术，可用于厚度小于10 μm、尺寸小于100 μm的Micro LED显示器件的转移，其转移速率达到每秒1万个器件，可以满足柔性、可拉伸和便携式显示设备的制成。
除以上方案外，还有电磁力转移技术、静电力转移技术、流体自组装转移技术、化学剥离转移技术等，因篇幅有限，此处不再一一介绍。
技术挑战
将驱动电路直接制备在 Micro LED 基板上需要二次外延生长，工艺复杂且可靠性较差，因此需要将Micro LED像素器件从其基板上转移并键合到CMOS或TFT驱动电路基板上，基板可能是柔性或刚性基板。因此，巨量转移技术面临以下几个核心问题：
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如何将Micro LED晶粒从临时基板上剥离 -
吸头技术的应用，如晶粒的拾取与转移 -
像素器件与新基板的键合
02
激光剥离技术
激光加工设备覆盖了Micro LED大部分的核心工艺制程，激光剥离设备作为核心工艺制程之一，主要用于Micro LED领域从蓝宝石上选定位置或者整面剥离氮化镓、胶材等材料的剥离加工。
基于GaN发光材料的Micro LED芯片，由于GaN与蓝宝石晶格失配度较低且价格低廉，所以蓝宝石衬底成为外延生长GaN材料的主流衬底。但是，蓝宝石衬底的不导电性、差导热性影响着Micro LED器件的发光效率；同时，脆性材料蓝宝石不利于Micro LED在柔性显示方向的运用，基于以上原因及Micro LED 显示本身分辨率高、亮度高、对比度高等优势特点，激光剥离蓝宝石是必要且关键的环节，且激光剥离技术更能凸显Micro LED 的优势。
激光剥离技术通过利用高能脉冲激光束穿透蓝宝石基板，光子能量介于蓝宝石带隙和GaN带隙之间，对蓝宝石衬底与外延生长的GaN材料的交界面进行均匀扫描；GaN层大量吸收光子能量，并分解形成液态Ga和氮气，则可以实现Al2O3 衬底和GaN 薄膜或GaN-LED芯片的分离，使得几乎可以在不使用外力的情况下，实现蓝宝石衬底的剥离。
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激光巨量键合技术
Micro LED COG封装工艺制程是使用激光剥离设备将生长基板上的芯片剥离到临时基板上，再通过激光巨量转移设备将三色RGB芯片依次转移到驱动电路基板后，采用激光巨量键合设备将芯片和焊盘进行键合，最后进行大屏拼接的过程。
相比于传统键合方式，激光巨量键合具有键合质量好、效率高、成本低等优点。激光键合是利用高精度的对位平台，将donor上的芯片和目标基板进行精准对位，利用高精度的调平系统和压力传感系统将donor和目标基板进行贴合，再利用均匀性极好的光斑，配合温度精准可控的控温系统（功率随温度实时调节）对转移后的Micro LED进行激光键合。
Micro LED激光巨量键合流程：
1、利用高精度对位系统，将暂态基板上的芯片和玻璃基板上的焊盘对应起来；
2、利用恒温激光系统，加热芯片和焊盘到一定温度。通过精准控制加工温度和加工时间，将芯片的pad和玻璃上的焊盘键合起来；
04
激光修复技术
为了提升并确保Micro LED显示器的良率，检测与修复是制程中不可或缺的关键步骤。
小间距、微尺寸是目前显示产业的发展趋势，随着芯片间距和芯片尺寸的缩减，良率和精度的控制成为了目前的技术难点。当Micro LED芯片产生损坏，如何在数百万甚至数千万颗微米级芯片中对不良进行高效修复是一大挑战。
Micro LED激光修复工艺首先要对生长基板上的不良芯片进行第一次去除，再用激光剥离设备将生长基板上的芯片剥离到临时基板上，然后针对临时基板上的不良芯片再次进行去除，并将新的好的芯片转移到临时基板上；之后采用激光巨量转移设备和激光巨量键合设备使芯片在TFT基板上形成RGB排布且实现电性相连，最后针对TFT基板上的不良芯片进行去除，再将新的好的芯片逐一转移到TFT基板上，至此Micro LED修复工艺制程结束。
根据智慧芽数据显示，截至2022年6月，Micro LED全球专利储备已超过4万件，技术储备丰富。由此看来，Micro LED技术目前正处于爆发式增长期。Micro LED有望促使显示屏向轻薄化、小型化、低功耗、高亮度方向发展。
本文技术内容整理自“HSET大族半导体”公众号及光电汇原创文章：大族激光关注的Micro-LED巨量转移技术到底是什么？部分内容引用自微纳制造技术与装备实验室、江苏第三代半导体研究院。
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