巨量轉移
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
巨量轉移的實例教程
大族半導體Mini LED巨量轉移項目中心研發總監莊昌輝受邀并在峰會上作主題《Micro LED顯示研發進度及激光巨量轉移技術分享》的分享。
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大族半導體的Micro LED發展之路
自2019年起，大族半導體率先在國內啟動Micro LED領域的激光加工設備研發，先后開發了準分子激光剝離、固體及準分子激光巨量轉移、全段激光修復、激光鍵合、玻璃基板測走線無縫拼接等多項國內首創的技術設備，成為國內唯一一家完成Micro LED領域激光應用全套解決方案的公司。
盡管行業在此過程中面臨了不少挑戰，尤其是早期蘋果項目的取消對行業信心造成了一定打擊，但國內企業如京東方等仍在積極開拓車載、大型電視和AR等更具潛力的應用領域。莊昌輝堅信：“Micro LED技術的發展道路雖然曲折，但其核心技術優勢決定了前景是光明的。”
激光巨量轉移技術加速Micro LED商業化
激光巨量轉移技術被認為是Micro LED制造中的關鍵技術，莊昌輝表示：“我們主要從準分子激光和固體激光兩個方向對激光巨量轉移技術進行技術開發。準分子系統具有較大的工藝窗口和高良率優勢，一次可以轉移多顆芯片，適用于大規模生產；固體激光系統則因其靈活性，特別適用于需要快速修復的應用場景。
據了解，大族半導體于2021年5月率先推出了固體激光巨量轉移樣機，并在2022年7月推出了準分子激光巨量轉移樣機。目前兩套系統均已經實現了2.5代線，轉移精度小于2微米的穩定量產，并已小批量合同出貨。
展開 前者的技術挑戰在于巨量轉移，而后者則在于全彩顯示。資料顯示，當前蘋果在上述兩個技術領域都已經有了一定的技術儲備。
《2023 Micro-LED產業技術洞察白皮書》，添加微信即可獲取
蘋果巨量轉移技術儲備全球第一
由于Micro-LED發光層和驅動基板生長工藝差異，很難通過生長工藝將顯示陣列和驅動器件集成起來，所以需要轉移步驟將制作好的Micro-LED晶粒轉移到驅動電路基板上。
以一個4K電視為例，需要轉移的晶粒就高達2400萬顆（以4000 x 2000 x RGB三色計算），即使一次轉移1萬顆，也需要重復2400次，轉移過程中的轉移效率、精度、良率問題將重點影響轉移后顯示性能。
根據智慧芽最新發布的《2023 Micro-LED產業技術洞察白皮書》顯示，在巨量轉移技術領域，該方向領頭的創新主體以美國蘋果和XDC為主，兩者在巨量轉移方向技術儲備最多。
值得一提的是，白皮書中針對蘋果（包括其收購的Luxvue）公司的核心專利家族進行了詳細的解讀，深入拆解了蘋果圍繞巨量轉移技術開展的全面的專利保護布局。
圖：蘋果/Luxvue核心專利家族解讀
進一步分析上述專利可知，蘋果在巨量轉移技術中采用的方案多為“靜電”這一技術流派，即通過向轉移頭的電極施加電壓產生靜電吸附來完成轉移。
其中具有代表性的例如蘋果手中一件涉及“靜電轉移頭”的技術方案。利用智慧芽研發情報庫可以看到，該方案包括基底、臺面結構、電極、介電層，以及介電層上圍繞臺面結構的導電接地平面，可將電壓施加到微型器件轉移頭和頭陣列以從載體襯底拾取微型器件并將微型器件釋放到接收襯底上。
展開 通常來說，受限于外延生長技術，在大面積外延基板上同時生長高質量的三色RGB芯片極為困難，因此需要將生長在外延基板上數百萬甚至數千萬顆微米級的三色RGB芯片依次轉移到驅動電路基板上，實現RGB排布。
三色RGB芯片轉移示意圖
然而，由于Micro LED的特征尺寸小于100μm，傳統轉移技術在轉移效率、轉移精度上很難達到要求。傳統轉移技術對單顆芯片的尺寸要求存在物理極限，芯片太小無法轉移，轉移精度也難以滿足；機械臂在芯片轉移的過程中也存在時間極限，轉移效率難以提高，這意味著傳統轉移技術及設備已無法適配Micro LED轉移制程。
面對以上技術挑戰，為實現快速且精準地轉移及減少后續檢修壓力，巨量轉移技術應運而生。Micro LED巨量轉移技術已被證明是能夠克服組裝Micro LED芯片極端要求的有效解決方案。Micro LED巨量轉移設備是采用激光轉移技術，利用特殊整形后的方形光斑，結合高速振鏡掃描，可以實現高速加工，將微米級Micro LED芯片逐一轉移到下層基板（玻璃或者膜材）上。Micro LED巨量轉移設備是Micro LED生產過程中的核心裝備之一，是影響Micro LED的良率與制造成本的關鍵。
Micro LED激光巨量轉移技術示意圖
大族半導體自2019年開始對激光巨量轉移技術進行布局，探索應對Micro LED芯片轉移要求的關鍵解決方案，于2021年11月，自主研發并推出國內首臺固體Micro LED激光巨量轉移設備；于2022年10月，自主研發并推出國內首臺準分子Micro LED激光巨量轉移設備，均通過頭部客戶驗證，實現銷售。
展開 Micro LED COG封裝工藝制程是使用激光剝離設備將生長基板上的芯片剝離到臨時基板上，再通過激光巨量轉移設備將三色RGB芯片依次轉移到驅動電路基板后，采用激光巨量鍵合設備將芯片和焊盤進行鍵合，最后進行大屏拼接的過程。當然，各工藝制程環節中均穿插了AOI檢測、激光去除和激光修補的動作。激光剝離技術和激光巨量轉移技術在前兩期中均有詳細講述（可點擊文末鏈接查看），本期我們重點講述Micro LED制程中最重要的環節之一—激光巨量鍵合技術。
Micro LED COG常規制程
Micro LED芯片尺寸的縮小，意味著在制造同樣尺寸大小的顯示屏幕時，Micro LED的驅動電路基板上需要鍵合更多數量的芯片，其焊點大幅增加，鍵合工藝難度因此大幅提升，這對芯片鍵合的制造工藝和設備提出了更高的要求。
傳統鍵合方式利用印章、靜電力等巨量轉移的方式將芯片與目標基板進行貼合后，再采用加熱加壓的方式將芯粒和焊盤進行共晶合金鍵合。目前鍵合多采用Au-In鍵合、Au-Au鍵合和Au-Sn鍵合，效果穩定，鍵合強度大，但Au單價偏高，影響生產成本，不符合Micro LED的商業化發展趨勢；不僅如此，傳統鍵合方式還要克服因為溫度升高，轉移頭和目標基板的熱膨脹系數不一樣而導致的對位偏移等問題。
展開 Micro LED概念自2016年開始引起了業界的關注和研究，其在發展當中面臨了一些技術瓶頸的限制，尤其是巨量轉移工藝上。“業界仍然在Micro LED的技術上進行突破當中，但距離真正把良率提高和降低成本，尚需時日。”一名行業人士表示。
LED并不是全新的事物，不過很長一段時間只是用于戶外廣告屏幕，要將其做到手機/電視級別尺寸的屏幕產品，難點就在于將“巨量”的三色微小LED轉移到制作好驅動電路的基底上，這是決定其是否能夠提高良率并成功實現商用落地的關鍵。
其次要在更小的畫面上保持相同分辨率，必須將Micro LED芯片排列的更密，其密度更大，而且數量更多，巨量轉移難度再提升，因此這過程中成本上漲是不可避免的。800萬個Micro LED器件中，哪怕只有1%的器件轉移不良，也要更換8萬個芯片。
芯片排列越密，良率就越低。Micro LED畫面越小，制程所需的時間和費用就越高，降本是個艱巨之路。
Micro LED另外一個難題就是屏幕統一性的問題。無論對于手機還是電視屏幕，其像素的數量都是巨大的，而每個像素的尺寸又相當小。與巨量轉移技術一樣，屏幕統一性也是限制Micro LED技術發展的另一大瓶頸。
業界推測三星推遲99英寸Micro LED上市的原因是成本難以控制。從普通消費者的立場上看，畫面越小，產品價格就該越低，但越小的Micro LED，芯片像素間距越小，但成本反而上漲。110英寸Micro LED產品的價格為1.7億韓元。
不過也有業界人士推測，三星電子沒有急于推出99英寸等小于100英寸的Micro LED產品。據悉，三星電子今年的Micro LED產品包含家庭用和商用(The wall)的出貨量計劃為400至500臺。
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巨量轉移的最新內容
制造中，需要快速、精確而且可靠的巨量轉移工藝，以確保所有LED在背板上都能夠正確對齊。
拾放式轉移方法流程
盡管大規模制造存在一些挑戰，LG、索尼和三星等企業仍在開發大型高端MicroLED電視。當然，在它們面向消費者推出之前，仍需要解決許多設計和規模挑戰。目前，由于耗時且成本高昂的拾放式制造流程，這些電視的成本非常高昂。
據了解，大族半導體于2021年5月率先推出了固體激光巨量轉移樣機，并在2022年7月推出了準分子激光巨量轉移樣機。目前兩套系統均已經實現了2.5代線，轉移精度小于2微米的穩定量產，并已小批量合同出貨。
莊昌輝指出，高精度高效率的自動化對位加工、光斑調制以及與激光相匹配的材料研發是激光巨量轉移技術研發中的三大瓶頸。
演講主題：《Micro LED顯示研發進度及激光巨量轉移技術分享》
演講嘉賓：大族半導體Mini LED巨量轉移項目中心 研發總監 莊昌輝
大族半導體Mini LED巨量轉移項目中心研發總監莊昌輝詳細介紹了大族半導體在Micro LED顯示技術上的五年研發歷程，強調Micro LED在商顯民用大屏、車載和AR等領域的核心應用。
環保生產：VueReal公司的巨量轉移技術，可以更有效地使用材料和能源，支持有環保意識的制造過程。
關于VueReal公司
VueReal公司是MicroSolid Printing?技術開發的先驅，其極具環保意識的微像素制造工藝正在徹底改變微半導體器件行業。該平臺能夠實現Micro-LED和其他微型半導體器件的高效轉移，為用戶提供無與倫比的效率、可靠性和可擴展性。
工藝示例
作為一個工藝示例，我們借此理解下基于光致聚合物的巨量轉移工藝，其完整工藝步驟如圖1所示。Terecircuits的設備和工藝可以使用SiP或Micro-LED芯片等基本器件組裝完成顯示面板等完整的系統，不需要像傳統拾取和放置工藝一樣就能高速實現亞微米級器件放置精度。
如Vcsel激光雷達芯片的過程膠帶、SiC外延片的研磨保護膜、MiniLED刺晶的巨量轉移膠一代和刺晶UV藍膜二代等。這種定制化的合作有助于積極參與客戶的創新研發，滿足不同客戶需求。”
在新產品與新技術的布局方面，賽伍技術圍繞傳統封裝用膠帶進口替代，先進封裝制程與客戶共同開發材料的方向進行規劃。
中國科學院院士鄭有炓為大會致辭的時候說道：“業界正努力向Micro LED量產化的解決方案攻關，解決包括芯片的外延、驅動、巨量轉移等技術難關。我們南京大學電子科學與工程學院在Micro LED技術材料利用基于III族氮化物半導體的Micro LED器件提升量子效率與RGB顯示指數，從而有效解決Micro LED顯示技術研發過程中仍面臨巨量轉移、紅光缺失等科學難題。”
Micro LED量產化的關鍵技術難題，業界仍然持續向解決方案努力攻關，包括芯片的外延、驅動、巨量轉移等。目前技術方面已經取得一些重要突破，如采用新的材料和制造工藝提高Micro LED的亮度、飽和度和對比度，此外也有采用新的組裝技術來提升制造效率和可靠性。
Micro LED量產化的關鍵技術難題，業界仍然持續向解決方案努力攻關，包括芯片的外延、驅動、巨量轉移等。目前技術方面已經取得一些重要突破，如采用新的材料和制造工藝提高Micro LED的亮度、飽和度和對比度，此外也有采用新的組裝技術來提升制造效率和可靠性。
為了解決巨量轉移技術的瓶頸問題，眾多研究機構和公司致力于開發更高效的制程技術。其中，彭信翰介紹海目星激光利用最新的激光和光學技術，已實現了激光巨量轉移的全流程工藝。該技術可以實現高精度的轉移，同時大大提高了生產效率和產量，為MicroLED商業化帶來了新的希望。
演講主題：《先進半導體制程及晶圓檢測技術介紹》
演講嘉賓：COWIN (韓國) 總裁 S.I.
