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广东省半导体产业技术研究院龚政:高密度Micro-LED阵列的制造、巨量转印及封装集成

编辑:chinafpd 2020-09-02 14:30 浏览 评论 评论 0 赞    来源:  中华显示网

  尽管Micro-LED作为下一代显示技术以其优越的显示性能得到业内的认可,但在材料、设备以及制程工艺上还不能满足量产化需求,仍然存在诸多技术挑战。在2020Micro-LED产业技术峰会上,广东省半导体产业技术研究院龚政教授以“高密度Micro-LED阵列的制造、巨量转印及封装集成”为主题,分享了广东省半导体产业技术研究院(以下简称:广东半导体研究院)在高分辨率Micro-LED与背板封装集成、量子点/荧光粉光转换、巨量转移设备以及GaN 红光micro-LED 芯片上的研究进展。

广东省半导体产业技术研究院教授、学科带头人龚政

  众所周知,Micro-LED具有高亮度、对比度、超高分辨率、低功耗、节能、可靠性好、寿命长、响应速度超快、自发光、无需背光源等特点,其功率消耗量约为LCD的10%、OLED的50%,具有较佳的材料稳定性。龚政教授指出,Micro-LED更容易实现高像素密度,兼具发光效率高、体积小、功耗低、寿命长等优点,与其它显示技术相比在智能手表(手环)、虚拟现实显示等可穿戴设备领域的竞争优势明显,“Micro LED优越的性能还将有助于其在智能移动终端领域与OLED技术竞争。”

  在高分辨率Micro-LED显示驱动方式上,龚政教授表示,无源驱动方式相对比较简单,但仍然存在诸多技术问题,而有源驱动方式则由晶体管控制每个像素的开启或者关闭,“这样意味着Micro-LED必须通过一定的方式集成到TFT背板。”

  关于如何将Micro-LED集成到CMOS上?龚政教授介绍,广东半导体研究院通过bump连接到CMOS基板上,从而实现像素的电气连接。关于这个凸点形成,他也介绍,类似利用ball bonding 的原理,通过电火花放电在金属丝尾端形成球,然后通过超声、加压方式直接在bonding bad上形成bump,但bump却不太适合超高分辨率的Micro-LED。

  发展高密度Micro-LED显示器的必要性毋庸置疑,毕竟分辨率越高,显示效果越好,特别是近眼显示、VR/AR需要极高分辨率,才能消除格子效应。但龚政教授表示,高分辨率Micro-LED仍然面临着诸多技术难题:一是光刻是难点,会产生一些坏的Micro-LED,还存在金属脱落的问题;二是对微加工技术参数敏感,主要体现在尺寸效应、边缘效应显著,对Micro-LED的发光效率会产生非常大的影响;三是与背板键合集成困难,需要考虑怎么把这么高密度的阵列集成到CMOS上。

  在高密度的阵列集成上,龚政教授介绍,广东半导体研究院采用铟球回流焊,形成高分辨率In凸点。但他也指出,基于In球集成的Active matrix LED /CMOS 显示器,高密度阵列键合也存在不少问题:一是对位困难,易短路、断路;二是In球高度差,导致bonding过程中受力不均;三是bonding良率65%(蓝色),90%(绿色)正在改进。

  在其他集成方式上,他也介绍,各向异性导电胶键合不太适合高分辨率、像素尺寸较小的键合,“由于Micro-LED的尺寸非常小,而导电颗粒分布不匀容易造成坏点的产生,”而In凸点键合、微管键合、晶圆级键合比较适合像素尺寸小、高分辨率键合集成。

  在巨量转移技术上,龚政教授介绍,产业界急需攻关Micro-LED巨量组装技术,需要从组装方法和原理上革新,而不是传统贴片技术的简单升级。他也介绍,现有转印技术主要有激光转移、流体组装、卷对卷、静电组装、磁力等方式,但大多数技术不能同时兼顾转移良率、效率及成本的问题,离量产仍然有很长的距离。

  龚政教授表示,广东半导体研究院则采用“黏附性转印头+可转印Micro-LED”的方案,具有成本低、精度高、速度快、多芯片转移等特点,其自主搭建 Micro-LED 转移设备样机兼容不同芯片尺寸(5um-1mm)Micro-LED的转印工艺;兼有手动模式和自动批量转印模式;印精度+-1um;转印速度可控;智能、友好控制界面;对抓取和释放的力进行精确监控;高精度CCD对Micro-LED进行定位。

  在具体应用上,龚政教授介绍,广东半导体研究院主要利用Micro-LED进行透明显示和柔性显示器件的应用。

  根据现场速记整理

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