巨量轉(zhuǎn)移、巨量檢測(cè)，Micro LED降低成本方案？

    Micro LED 被視為未來(lái)顯示器產(chǎn)業(yè)主流技術(shù)，不僅具有更好的視覺(jué)效果，同時(shí)還擁有比LCD 和OLED 更好的整合能力與效能表現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域包括AR / VR、可穿戴產(chǎn)品、Notebook/汽車(chē)資訊面板、移動(dòng)裝置包括智慧手機(jī)、平板電腦、大尺寸顯示如顯示墻、電視等等。

     Micro LED 被視為顯示產(chǎn)業(yè)未來(lái)新寵兒，許多業(yè)者也加大發(fā)展力道。（Source：科技新報(bào)）

    但是，對(duì)于大多數(shù)消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Micro LED 仍然處在一個(gè)研發(fā)和小批量試點(diǎn)制造階段，大部分集中在3C 應(yīng)用。等到后續(xù)技術(shù)成熟的時(shí)候，再轉(zhuǎn)移到高精度要求的應(yīng)用中，如可穿戴設(shè)備、智慧手機(jī)等，這個(gè)過(guò)程將花費(fèi)2~3 年時(shí)間，半導(dǎo)體和先進(jìn)顯示裝置的跨國(guó)制造商Kulicke & Soffa (庫(kù)力索法)執(zhí)行副總裁張贊彬如是說(shuō)。

    其實(shí)，目前Micro LED 顯示器最大的挑戰(zhàn)仍在如何降低成本。因?yàn)橐�處理如此大量的晶粒，若采用原有的技術(shù)跟設(shè)備，無(wú)論是在時(shí)間上還是成本上都不符合效益，K&S 執(zhí)行副總裁張贊彬表示，成本決定Micro LED 是否量產(chǎn)和商用化。

    「Micro LED 還不是完全成熟的技術(shù)，特別是在降低成本這條道路可能要走得比較長(zhǎng)�！箯堎澅蟊硎荆骸窶icro LED 的轉(zhuǎn)移與修理成本非常高，尤其是單顆晶粒轉(zhuǎn)移或者修理的成本非常高，Micro LED 顯示如果有一兩顆死燈的不良并修理不好，屏幕就只能報(bào)廢。要達(dá)到高精密度顯示的時(shí)候，需要將小顆死燈轉(zhuǎn)移到大屏幕，用到的方法也有不同。」

    所以，不論是從生產(chǎn)設(shè)備的改良、檢測(cè)方式的革新以及巨量轉(zhuǎn)移的開(kāi)發(fā)等，都是廠商正積極努力的方向。K&S 自2018 年以先進(jìn)技術(shù)切入Mini LED 及Micro LED 巨量轉(zhuǎn)移領(lǐng)域，推出的第一代巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備以獨(dú)特的置件方式將轉(zhuǎn)移速度提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。

    張贊彬表示，如何降低成本，是Micro LED 邁向量產(chǎn)和商用化的關(guān)鍵。這就必須從Micro LED 制程技術(shù)著手，其中巨量轉(zhuǎn)移更是主要因素。目前各業(yè)者采用的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)都不相同，沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的方法。而K&S 在考量多種轉(zhuǎn)移技術(shù)之后，最后決定采用雷射的方式，因雷射在提升巨量轉(zhuǎn)移效率有更大潛力。

    巨量轉(zhuǎn)移

    Micro LED 若要量產(chǎn)，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵。在Micro LED 顯示器的生產(chǎn)過(guò)程中，巨量轉(zhuǎn)移可說(shuō)是最耗時(shí)的一段，假設(shè)以一臺(tái)解析度為3840×2160 的4K 顯示器為例，總共需轉(zhuǎn)移二千多萬(wàn)顆Micro LED。若是巨量轉(zhuǎn)移速度若不夠快，光是將這兩千多萬(wàn)顆的Micro LED 轉(zhuǎn)移至背板的過(guò)程，就需要花上幾天(甚至幾周)的時(shí)間;而在轉(zhuǎn)移速度不夠快、生產(chǎn)量不夠大的情況下，也會(huì)使Micro LED 產(chǎn)品售價(jià)居高不下。

    也因此，如何「精進(jìn)」巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，成為Micro LED 日后能否量產(chǎn)的重要關(guān)鍵，而這也是近年來(lái)許多大廠投入研發(fā)，催生巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)百家爭(zhēng)鳴的原因�，F(xiàn)階段的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)包括流體組裝、雷射轉(zhuǎn)移、滾軸轉(zhuǎn)寫(xiě)、拾取放置技術(shù)(Stamp Pick & Place)等，可應(yīng)對(duì)不同的客戶(hù)需求。

    拾取放置原理是利用微機(jī)電陣列技術(shù)進(jìn)行晶片取放，不過(guò)傳統(tǒng)的LED 取放技術(shù)，瓶頸在于取放速率。以每小時(shí)約可轉(zhuǎn)移25,000 個(gè)晶片的速率來(lái)看，先不提上述的4K 顯示器(3840×2160)，若一個(gè)高解析度(1440×2560)的智慧型手機(jī)面板(約需1,100 萬(wàn)個(gè)Micro LED)，就需轉(zhuǎn)移約19 天的時(shí)間。

    也因此，許多廠商進(jìn)而發(fā)展新的轉(zhuǎn)移機(jī)制，像是蘋(píng)果收購(gòu)的LuxVue，便采用靜電轉(zhuǎn)移方式。靜電轉(zhuǎn)移是指利用靜電力將Micro LED 自載體基板(或稱(chēng)為中間基板)拾取并且釋放至目的基板，復(fù)數(shù)個(gè)靜電轉(zhuǎn)移頭形成靜電轉(zhuǎn)移頭陣列，可同時(shí)完成大量的Micro LED 陣列轉(zhuǎn)移，以滿(mǎn)足高解析度顯示器的需求。當(dāng)然，除了LuxVue 之外，還有其他的拾取轉(zhuǎn)移技術(shù)，像是凡得瓦力轉(zhuǎn)印、電磁力轉(zhuǎn)移等。

    而雷射轉(zhuǎn)移，顧名思義便是使用雷射束將Micro LED 從原始基板快速且大規(guī)模轉(zhuǎn)移Micro LED 到目標(biāo)基板;同樣地，雷射轉(zhuǎn)移也衍生數(shù)種不同的流派。像是美國(guó)新創(chuàng)公司Uniqarta 所研發(fā)的雷射轉(zhuǎn)移技術(shù)(LEAP)，可以透過(guò)單雷射光束，或者是多重雷射光束的方式做移轉(zhuǎn);以高精度、超快速的雷射轉(zhuǎn)移置晶系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)取放貼裝的技術(shù)瓶頸，同時(shí)透過(guò)以非接觸方法大批量放置晶粒，使轉(zhuǎn)移速率變得更快。

    QMAT 則是采用雷射定址釋放法(Beam Addressed Release, BAR)，原理也是使用雷射光束將Micro LED 從原始基板快速且大規(guī)模轉(zhuǎn)移Micro LED 到目標(biāo)基板。特別的是，為了確保巨量轉(zhuǎn)移制程的零ppm 缺陷及高產(chǎn)量目標(biāo)，QMAT 提出轉(zhuǎn)移、檢測(cè)并行的概念，發(fā)展PL/EL 檢測(cè)方案，在轉(zhuǎn)移之前先行檢測(cè)及確認(rèn)，確保轉(zhuǎn)移的Micro LED 是良品，以減少后續(xù)維修時(shí)間和加工成本。

    至于流體組裝技術(shù)則是以eLux 為主。eLux 利用熔融焊料毛細(xì)管的介面，以便在組裝期間藉由流體懸浮液體當(dāng)介質(zhì)對(duì)電極進(jìn)行機(jī)械和電器連接，可快速的將Micro LED 捕獲及對(duì)準(zhǔn)至焊點(diǎn)上，成本較低同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)高速組裝。滾軸轉(zhuǎn)寫(xiě)制程技術(shù)則為南韓機(jī)械研究院(KIMM)獨(dú)創(chuàng)的專(zhuān)利技術(shù)，系利用滾軸對(duì)滾軸方式，將TFT 元件與LED 元件「轉(zhuǎn)寫(xiě)」至基板上，最后形成可伸縮主動(dòng)矩陣Micro LED(AMLED)面板。

    高效率巨量檢測(cè)技術(shù)

    除了巨量轉(zhuǎn)移之外，為了提升并確保Micro LED 顯示器的良率，檢測(cè)技術(shù)也是另一個(gè)重點(diǎn)。由于Micro LED 產(chǎn)品使用的晶片數(shù)量眾多，要能「正確且快速」的檢測(cè)并修復(fù)巨量而細(xì)小的Micro LED 晶片，依然是一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)。

    針對(duì)Micro LED 測(cè)試，目前業(yè)界常用的方式有兩種，分別是光致發(fā)光測(cè)試(Photoluminescence, PL)及電致發(fā)光測(cè)試(Electroluminescence, EL)，然而這兩種方式都未盡完美。PL 特點(diǎn)在于，可在不接觸LED 晶片的情況下進(jìn)行測(cè)試，如此一來(lái)較不易損壞晶片，但測(cè)試效果不如EL;至于EL 則剛好相反，可透過(guò)通電LED 晶片來(lái)進(jìn)行測(cè)試，能找出更多缺陷，卻可能因接觸而造成晶片損傷。

    為了提升Micro LED 檢測(cè)效率，不少技術(shù)開(kāi)發(fā)人員與設(shè)備制造商持續(xù)精進(jìn)巨量檢測(cè)技術(shù)。新創(chuàng)公司Tesoro Scientific 便開(kāi)發(fā)了非接觸式的EL 檢測(cè)方法，使用載體基板的結(jié)構(gòu)和整合層來(lái)導(dǎo)入電流，并測(cè)試LED 元件;根據(jù)測(cè)試結(jié)果，可以模擬已知良好晶片的良率，顯示功能正常的Micro LED，進(jìn)而提高M(jìn)icro LED 巨量轉(zhuǎn)移良率。

    當(dāng)然， 除了PL、EL 檢測(cè)之外，也有專(zhuān)家另辟蹊徑，研發(fā)新的檢測(cè)技術(shù)。像是中國(guó)廈門(mén)大學(xué)與國(guó)立交通大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)合力研發(fā)了一種攝影機(jī)型顯微成像系統(tǒng)供Micro LED 測(cè)試使用，該系統(tǒng)結(jié)合了電腦、電流、數(shù)位攝影機(jī)、電流供應(yīng)棒與顯微鏡搭配支援軟體，能夠捕捉并分析顯微鏡影像，測(cè)量Micro LED 晶片的亮度。

采用攝影機(jī)型顯微成像系統(tǒng)的Micro LED 測(cè)試方式

    如何降低Micro LED成本？

    為進(jìn)一步發(fā)展雷射轉(zhuǎn)移技術(shù)，張贊彬透露，K&S 今年初宣布收購(gòu)美國(guó)科技公司Uniqarta。此次收購(gòu)包括Uniqarta 的知識(shí)產(chǎn)權(quán)及專(zhuān)利組合，之前K&S 與Uniqarta 已進(jìn)行廣泛合作，將獨(dú)有LED 晶粒轉(zhuǎn)移技術(shù)商用化。

K&S 收購(gòu)Uniqarta 強(qiáng)化雷射轉(zhuǎn)移技術(shù)。（Source：K&S）

    據(jù)悉，Uniqarta 的Laser-Enabled Advanced Placement(LEAP)技術(shù)以高精確度、超快速的雷射轉(zhuǎn)移置晶系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)取放貼裝的技術(shù)瓶頸。以非接觸方法大批量放置晶粒，使轉(zhuǎn)移速率變得更快，亦加速了K&S 下一代高精度解決方案的開(kāi)發(fā)，進(jìn)而促進(jìn)多功能、低成本顯示技術(shù)被廣泛采用。預(yù)計(jì)這種下一代LED 轉(zhuǎn)移方法將加速M(fèi)ini LED 背光的導(dǎo)入，同時(shí)也將推動(dòng)Micro LED 直顯應(yīng)用的發(fā)展。

    K&S 副總裁兼技術(shù)長(zhǎng)Bob Chylak 說(shuō)，Uniqarta 的收購(gòu)加強(qiáng)和擴(kuò)大了K&S Mini LED 與Micro LED 的整體技術(shù)組合。這項(xiàng)投資是團(tuán)隊(duì)能力和價(jià)值主張的重要戰(zhàn)略補(bǔ)充，使團(tuán)隊(duì)更完備地參與到快速發(fā)展的先進(jìn)顯示市場(chǎng)。

    Micro LED大尺寸小間距與可穿戴最有機(jī)會(huì)率先導(dǎo)入市場(chǎng)

    展望Micro LED 未來(lái)幾年發(fā)展，由于短期內(nèi)降低成本的困難度仍高，因此張贊彬認(rèn)為大尺寸小間距顯示器產(chǎn)品與穿戴式裝置，成為最有機(jī)會(huì)率先導(dǎo)入市場(chǎng)的應(yīng)用類(lèi)別。

    由于大型看板、廣告螢?zāi)坏龋瑢?duì)于解析度的要求沒(méi)有這么嚴(yán)格，因此在轉(zhuǎn)移上的技術(shù)門(mén)檻較低，而穿戴式裝置則是因?yàn)槌叽巛^小，Micro LED 磊晶晶圓切割后的良率會(huì)有較好的良率，報(bào)廢機(jī)會(huì)較小，成本也因而較低。所以，張贊彬認(rèn)為未來(lái)幾年Micro LED 將從大型看板、穿戴式兩大市場(chǎng)先行發(fā)展，待技術(shù)越趨成熟后再進(jìn)而轉(zhuǎn)往其他消費(fèi)性產(chǎn)品，例如手機(jī)、電腦平板、電視等。

穿戴式裝置是Micro LED 可先行發(fā)展的市場(chǎng)之一。（Source：錼創(chuàng)）

    另外，張贊彬也透露，除了積極發(fā)展Micro LED 技術(shù)外，K&S 同時(shí)也持續(xù)針對(duì)LED 產(chǎn)品的需求做機(jī)臺(tái)最佳化。像是K&S 備有一款LED 打線機(jī)ConnX ELITE Opto，其特色在于當(dāng)中的套裝軟體可應(yīng)用于不同材質(zhì)(金、銀、銅及其合金線)的打線;打線同時(shí)做電眼定位;內(nèi)建料盒推料手臂，以及直光、斜光、低角度斜光并有紅藍(lán)雙色光源等，針對(duì)LED 打線制程建立的功能。

    簡(jiǎn)而言之，此設(shè)備可針對(duì)LED 產(chǎn)品的需求做最佳化，藉由硬體與制程能力的強(qiáng)化來(lái)達(dá)成最佳輸出，同時(shí)支援更寬更薄的釘架和基板，允許多顆相同或不同LED 在同模組內(nèi)，得以快速導(dǎo)入，縮短產(chǎn)品上市時(shí)程。