激光驱动巨量转移工艺

0导言

显示技术发展至今，日益呈现出技术交叉化、多元化、应用综合化的发展，近年来，被视为新一代显示面板技术的Micro LED技术受到广泛关注。Micro LED是一种新的自发光显示技术，与OLED有许多共同之处，但相比传统LCD、OLED等，Micro LED 有着更大的优势，它有着功耗低、响应快、寿命长、光效率高等特点^[1]

Micro LED的制造核心技术在于微缩制程技术和巨量转移技术，其中巨量转移的技术难点^[2]有两个部分：

1）转移的仅仅是已经点亮的LED晶体外延层，并不转移原生基底，搬运厚度仅有3%，同时Micro LED尺寸极小，需要更加精细化的操作技术。

2）一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED，数量巨大，需要新技术满足这一要求。

目前巨量转移技术主要包括静电吸附、范德华力、电磁力、流体自组装等，各技术对比如表1^[3]

表1各技术对比

技术	MEMS	机械顶针	弹塑性印章	激光辅助	紫外线辅助	流体自组装
可靠性	中等	高	中等	高	高	低
产量	高	低	中等	高	高	高
可量测性	低	低	高	高	高	高
可选择性	高	高	低	高	高	中等
成功率	低	中等	中等	高	低	低

在各技术对比中，激光辅助巨量转移工艺在可靠性、产量、成功率等多个方面都优于其他技术。本文将从激光驱动工艺机理、激光驱动相近工艺实验研究等方面做阐述。

1激光驱动工艺机理

1971年，Avco Everett研究实验室的Kontrowitz^[4]等人员提出了激光推动（laser propulsion）的概念，认为激光推动或许可代替化学推动系统。自此，许多研究人员^[5--11]开始研究激光推动工艺并表明，在脉冲比、能量转换效率、质量功率比方面，烧蚀激光优于其他激光推动方案。

1.1烧蚀释放和热释放（ablative release & thermal release）

用于转移芯片的激光驱动工艺可分为两个机理：烧蚀释放和热释放（ablative and thermal release）.

2006年，Karlitskaya等人^[12]通过准分子激光诱导的微电子元件从透明载体释放实验，研究了基于烧蚀释放和热释放机理下芯片的控制释放速度与动力学、模具内热传递机理、激光驱动不稳定的控制等问题。

1.1.1烧蚀释放

该实验使用的是300μm×300μm，厚度为130μm的硅片，其在1064 nm波长的Q开关激光器的强脉冲（〜6x107 W / cm²）下照射白色聚氯乙烯载带（由Nitto-Denko Corporation制造，100µm）可实现烧蚀释放。

图1 激光诱导组件推进示意图

Fig 1.Schematic view of laser-induced component propulsion

研究发现，器件下落的平均速度u与能量密度的关系如图2，入射能量转化为动能（通常称为耦合效率）的比例为0.01-0.04%。

图2 预先附着在PVC胶带上的已释放Si成分的平均速度和动能，取决于Nd：YAG调Q Rofin-Sinar 50D激光器的入射能量密度

Fig.2.The average velocity and kinetic energy of the released Si components, attached previously to PVC tape, depending on the incident energy density of the Nd:YAG Q-switched Rofin-Sinar 50D laser

烧蚀释放工艺产生的问题有以下两点：

（1）激光照射释放器件并产生动能，这个动能容易损坏释放的组件或造成接收基板的塑性变形；

（2）组件释放过程中具有随机不稳定性。

1.1.2热释放

在1064 nm波长Nd：YAG激光器的低强度脉冲（5x104 W / cm²）下照射涂覆热敏粘合剂的PET载带（由Nitto-Denko Corporation制造的Revalpha胶带）可实现热释放。

研究发现，热释放速度取决于激光入射能量密度，相比烧蚀释放可以显著降低下落速度，且角度翻转更少。

图4 先前附着在Revalpha胶带上的已释放Si成分的平均速度，取决于Nd：YAG Rofin Sinar 150P激光的入射能量密度

Fig.4. The average velocity of the released Si components, attached previously to Revalpha tape, depending on the incident energy density of the Nd:YAG Rofin Sinar 150P laser

该条件下释放问题：

（1）下落速度仍然不稳定，并且释放方向是随机的，初始释放角度为±20度。

（2）光束的空间轮廓与释放行为相关性很强，并发现光束强度不均匀的局部峰会引起硅的局部加热，会导致胶黏材料发生不均匀的膨胀，从而导致组件释放的不均匀性。

（3）在芯片尺寸缩小后，范德华力、静电力等会与重力的大小接近，以至于热释放过程不得不考虑这些力对其转移的影响。

1.1.3总结

由上述研究可知，无论是热释放还是烧蚀释放，其芯片下落的速度都与激光入射能量密度有关，且都会出现容易偏移和偏转等不稳定问题，但热释放较烧蚀释放下落速度要低很多，这便于芯片下落的控制，但同时热释放对光束均匀性较敏感，光束强度分布不均匀导致释放胶层不均匀膨胀，从而导致组件释放不均匀。关于研究改善光束的均匀性对释放角度的影响、机理包括（光吸收、温度随时间变化分布、能量如何转换为下落芯片的动能）等，尚待进一步研究。

1.2正常释放和受限释放（normal/direct release & confined release）

正常烧蚀（normal ablation）指的是激光在真空或气态环境中对材料进行烧蚀，受限烧蚀（confined ablation）指的是激光照射时用透明的覆盖物覆盖其上进行烧蚀。

1.2.1激光烧蚀现象的研究

1984年Raphael^[12]等人对激光烧蚀进行研究，发现考虑环境气压脉冲激光与材料相互作用的复杂性，分为四种基本情况：

（1）没有target的情况下，空气中的脉冲激光响应

在空气中，给定频率下对气体辐射，在激光脉冲下空气会发生分解，而击穿是在脉冲上升过程中发生。由多光子电离引发，产生的等离子体几乎完全吸收了脉冲剩余能量，被加热到高温。absorb and heating 波优先向后传向激光源，这个波由三个独立机制引起：

a) break down wave: 沿光路中超过阈值强度的部分逐渐击穿；

b) detonation or LSD wave:加热气体迅速膨胀产生的冲击波向各个方向扩展，但能量吸收较大的方向优先扩展；

c)等离子体发射的紫外线光子在吸收层之前电离。

在这一情况下，激光产生的冲击波以b和c占主导地位，并产生大致相同的传播速度。

（2）理想非烧蚀情况下，空气中的脉冲激光响应

target的存在（无论其是否消融）具有将周围气体分解的阈值比不存在时降低2到4个数量级的效果。无论哪种情况，都将在脉冲的早期或多或少地对目标表面进行快速加热，具体取决于在激光波长下目标的通量水平和热吸收系数。该热量被传递到目标表面正上方的薄气体层。周围气体中的等离子体引发可通过光激发或通过从靶标发出电子来进行。在现实情况下（烧蚀目标），只要引发大量目标蒸发的通量阈值与周围空气中雪崩击穿的阈值相同或更大，则该引发机制将占主导地位。其特征是：

（a）分解阈值和所产生的压力脉冲仅在很小程度上取决于目标材料；

（b）分解阈值在很大程度上取决于环境的确定性。

激光支持燃烧或LSC波：在接近等离子体阈值的通量下，吸收层的深度很大，并且该效应通过辐射传输以声波形式传播。因此，发生表面压力松弛的时间比脉冲时间长，并且是等离子体中激光辐射吸收的敏感功能。

激光支持的爆震或LSD波：在通量大大高于等离子体阈值时，通量的80％-90％被薄层吸收，该薄层通过前述机制以超声方式远离目标传播。由于将表面上的空气冲击到高压，因此脉冲被传递到目标。只要流动保持一维，表面压力就与激波前缘后面的压力成正比

（3）存在烧蚀作用时，真空中激光的相互作用

在低强度（<10^6 W / cm2）下，相互作用的时间取决于材料的表面吸收系数，主要由透明蒸气的导热，熔化和蒸发决定。来自target表面不均匀性的电离蒸汽和电子的吹散通过在target表面上方层中发生碰撞电离而引发了等离子体的发展。

在更高的强度（10^7 -10^8 W / cm2）下，蒸气在target表面附近分解，并通过热扩散传递到相邻的蒸气层。现在，入射辐射更容易被蒸汽层吸收，这主要是由于逆致勃朗斯堡效应（inverse brehmstrahlung），

在更高的强度下，还涉及激发态的光电离和蒸汽中的许多原子过程，这些过程依赖于电离作用的电离能力，因此在target材料上。在10^8 -10^9 kW / cm的强度范围内，取决于吹扫率（blow-off），可以在蒸气中引发冲击波现象。这些强度大大高于空气中的相应阈值。在较短的波长下，增强了与表面的热耦合，从而导致更有效的汽化和较低的等离子体引发强度阈值

（4）环境大气压下，脉冲激光与烧蚀相互作用

在等离子体爆炸阈值以下，脉冲耦合完全归因于排出蒸气。该蒸汽的存在降低了相对于在干净的空气中而言的烧蚀阈值。显著汽化的特征时间取决于靶材的热传导特性； 高于阈值时，爆炸波产生的脉冲耦合系数明显高于真空中的脉冲耦合系数。

此文总结出脉冲激光相互作用与材料强度低于10⁹W / cm²的脉冲激光相互作用的主要特征。重点介绍了激光烧蚀系统在强度，波长，脉冲长度和环境压力的关系。但由于在研究中无法充分利用这些参数，并且样品制备方式也不尽相同，因此很难从数据比较中得到较为精准的解释。

1.2.2直接烧蚀与受限烧蚀的研究

1990年，Fabbro等人^[13]用磷酸盐钕玻璃激光器（Ecole Polytechnique）在1.06μm波长下操作，开发了一个模型，将受限烧蚀与直接烧蚀进行比较，描述了此过程涉及的三个步骤：

（1）在激光脉冲持续时间内，由等离子体产生的压力会引起冲击波，该冲击波传播到目标和限制材料中；

（2）关闭激光器后，等离子体在绝热冷却期间仍保持降低的压力

（3）界面内部加热气体的“cannon-ball-like”膨胀为目标组件增加了更多的动量。

在第一阶段中，在激光加热期间，受限烧蚀产生的压力通常比直接消融获得的相应压力大4-10倍。第二步是在关闭激光之后开始的，其特征是对等离子体进行绝热冷却，保持所施加的压力的时间是激光脉冲持续时间的2倍左右。第三阶段涉及对复合等离子体的绝热冷却，但是在此期间，由于施加的压力过大，无法实现材料的塑性变形。

该研究表明，给予组件下落的冲量/动量主要是在第三个步骤中产生的。在这些照射条件下，大部分吸收的激光能量（80％-90％）用于介质的电离。透明覆盖物内部的受限激光诱导击穿是实现更高压力或脉冲的主要过程，而直接烧蚀想达到与受限烧蚀相同的冲击压力，激光能量需要增加两个数量级。

1.2.3激光烧蚀工艺

1992年，Zweig A D等人^[14]研究了在水中受约束的聚酰亚胺薄片在受激准分子激光烧蚀下产生的冲击波，其中激光烧蚀引起的压力波在水中的速度由光学探针系统确定。该实验通过测量被辐照表面几百微米远的超音速，验证该过程形成了冲击波，随后通过测量速度来计算产生的压力，并得出当激光通量与烧蚀阈值相当时，该压力已经在kbar范围内。冲击压力随着入射激光能量密度的平方根而变化，这种现象可以通过快速加热消融的受限气态产物来解释。最初的平面冲击波在周围水中的数百微米范围内传播，变成球形并衰减为声波。在球形膨胀期间，冲击压力下降，与传播距离的平方成反比。产生的冲击波可能与解释受激准分子消融后在相应辐照下在生物组织中观察到的光声损伤有关。这一机理在聚合物的准分子激光烧蚀的材料处理应用中也很重要，因为它们会导致塑性变形。

图3 实验装置图^[14]

1998年，Holmes等人^[15]在研究中指出激光驱动释放本质上是一个爆炸性过程，其中从牺牲层上剥离的材料会膨胀并冷却，从而对载体和释放的零件施加机械冲动。而这个动能会使器件产生一个初速度，这个动能只占入射激光能量的一小部分，大部分能量会被部件/载体的加热、气化热、牺牲层的横向膨胀等过程所消耗。在没有空气阻力的情况下，0-300MJ/cm^2的范围内，重力加速度对释放过程的时间的影响可忽略不计。在这个过程中的关键问题在于激光烧蚀的能量是否能在不损坏器件、不导致最终基板塑性变形而消耗。

2激光转移LED芯片实验研究

2.1基于激光烧蚀机理的实验研究

1986年，Bohandy的小组创造了术语激光诱导的前向转移（LIFT）工艺，并开发了一个模型来描述其工作原理：

（1）激光脉冲加热源基板上薄膜的界面；

（2）最终的熔体前沿传播通过薄膜，直至到达自由表面；

（3）大约在这个时候，界面处的材料被过热超过其沸点，

（4）界面处所产生的蒸汽感应压力将熔融薄膜向前推向受体基体

并提出了要在受体基质上以良好的形态和空间分辨率实现均匀转移必须满足的要求：

（1）碳带上的薄膜厚度不应超过100 nm;

（2）带状膜在使用中应强烈吸收激光波长；

（3）转移基底应与受主衬底接触或非常接近（约10微米）；

（4）激光通量应几乎不超过从色带上去除薄膜的阈值通量。

最后一个参数对于控制薄膜的质量非常重要，因为通量过高会导致薄膜的爆炸性气化过度，从而影响转印的形态和分辨率，而通量过低则会导致转印不完全。

1996年，Narayan C等人^[16]介绍了一种薄膜互联的自封装技术，包括可重复使用的临时玻璃载体上多层制造薄膜金属/聚合物结构，然后将薄膜叠层转移到接收基板上（可以是硅、玻璃陶瓷、氮化铝、金刚石或印刷线路板）。这一研究虽然不是针对转移Micro LED芯片的实验，但其机理相近，并表明这种机理可以用于选择性释放。薄膜聚集体与玻璃载体的分离是通过激光工艺完成的，其中激光辐射通过玻璃载体的底面对准聚合物释放层。控制激光能量密度，以允许消融界面聚合物层而不会损坏其上方的薄膜布线层。必须选择玻璃载体以使其对激光辐射透明。在激光释放过程中，以连续方式在整个表面扫描脉冲光束。如果光束尺寸约为1 cm x 1 cm，并且激光器以10 Hz的频率运行，则有可能每分钟释放600 cm2的界面面积。烧蚀过程中传递给薄膜层的力不仅取决于激光通量，还取决于离型层聚合物的厚度。已经发现，如果剥离层的厚度大于10μm，则很少有力传递到布线层。

图4工艺原理图

2002年激光诱导前向转移（laser induction front transfer, LIFT）技术问世^[17]

Holmes A S.等人基于Laser-LIGA processes（Llthographie, Galvanoformung and Abformung ）工艺，开发了一种基于直接激光辅助在基板之间转移零件的替代组装方法。图5显示了基本原理。组件是在具有聚合物牺牲层的UV透明载体上制造的。载体在目标晶片上对准，并且使用穿过载体入射的单个紫外光脉冲，通过烧蚀牺牲层将零件转移到它们各自的目标位置。转移后，通过普通激光烧蚀或等离子灰化，可以去除释放部分上的残留牺牲材料。零件的选择性转移也可以通过载体的遮罩曝光来实现，如图5b所示。在载体和目标上的零件布置在不同网格上的情况下，这允许重新分配或调整间距。 它还允许载体支撑不止一种类型的组件。

图5 转移原理图

2004年，Karlitskaya^[18]开发了一种称为“激光模具转移”的新激光辅助工艺，用于高速组装微型电子元件。实验使用激光脉冲释放在光学透明载体上制造的硅芯片，该模型预测了粘附在牺牲PVC胶带上的150μm厚的Si瓷砖释放200×200μm的激光能量阈值。

2006年，Karlitskaya N S等人^[19]使用倍频的Nd：YAG激光，低强度的0.2 ms激光脉冲进行转移硅片，在试验中调节使得激光光斑的质量更高，解决了局部峰值引起“热膨胀不均匀”现象，释放速度更加恒定，在0.65至1 m / sec的范围内。释放的统计分析表明，在组件和接收表面之间的距离为0.2 mm的情况下，可以获得±35 µm的放置精度要求。此过程的最大优势是：与传统的取放机器相比，每秒放置100个组件的速度更高，而每秒放置2个组件。该过程是非接触式的，当硅组件越来越薄时，将大大降低传统拾取工艺造成的机械损坏风险。

2007年，Alberto Piqué等人^[19]首次应用了LIFT工艺，在真空室内沉积铜金属图案，用准分子激光脉冲（K = 193 nm，15 ns）在圆柱透镜聚焦为25mm×50 mm宽的直线光斑，能够覆盖源基板上的薄铜膜，结果铜被成功转移到硅和熔融石英衬底上。之后，Alberto Piqué等人^[20]将LDW（laser-based direct-write process）工艺应用于激光芯片转移，并分析了应用于各种类型的硅芯片的激光驱动释放工艺。

图6 原理图

2011年，Marinov V 等人^[24]用LEAP工艺，即LASER-ENABLED ADVANCED PACKAGINGT工艺组装微器件，使用聚合物牺牲层将要转移的组件附着到激光透明载体上。用激光脉冲加热或烧蚀涂覆在目标基板另一侧的牺牲材料，以产生气体，将气体推向紧邻的接收基板，并已成功用于EPC Global Gen2 UHF无源RFID标签。

2012 年美国北达科他州立大学^[21](the North Dakota State University)纳米科学与工程中心报道了另一项新的前向转移工艺——热机械选择性激光辅助模转移（thermo-mechanical selective laser-assisted die transfer，tmSLADT）通过添加具有弹性的动力释放层（dynamic releasing layer, DRL），以脉冲激光辐照释放层的浅层区域产生高压气体，利用剩余释放层的弹性特质，通过气体热膨胀（“气泡”）的推送实现功能层转移，转移过程中器件损伤率极低，在转移器件的微尺寸和可重复性上更具优势。但“气泡”的推送效应受释放层弹性和气泡膨胀局域限制行为的影响较大，在转移定位精准度、转移距离和效率上还有待改善。该文实现了相距195 µm的两个基板之间对厚度为65 µm，规格为680×680 µm的硅砖“非接触式”成功转移，成功率为64%.

2016 年 Kim J. 等^[22]对生长在蓝宝石上的 GaN 层 Micro-LED 阵列进行选择性激光剥离研究，其中GaN 层厚度为 5μm，Micro LED阵列是100×100μm 的微小区域结构单元，采用散焦光束的简单直接扫描技术以不同的光斑尺寸进行高选择性剥离实验（图 2），得到低能量大光束转移比高能量小光束的表面质量更好。

图7 SLLO实验流程

2.2关于工艺参数

在激光转移芯片工艺中，涉及到基板间隙、光斑阵列化、牺牲层等多个参数。

2.2.1基板间隙

Holmes A S^[15]等人用KrF准分子激光器（Lumonics,type TE861M-4），牺牲层为聚酰亚胺3μm厚（Dupont pyrian, PI2540型），转移器件为镍片（100μm方形），由金属电镀到PI膜上，如图8.

图8 转移器件结构示意图

在激光照射后，发生了横向偏移，角度偏转，且在两个底版之间的接近间隙小于镍片的厚度时，才能将镍片恰好转入焊盘中，而在较高的间隔会出现大且明显的随机横向位移，如图9所示。另外指出，当两个基板靠的很近时，其中产生的“挤压膜效应”——squeeze-film effects，可能会减少释放的动能。

图9 基板间间隙示意图

Bohandy的小组提出的激光诱导的前向转移（LIFT）工艺中强调：转移基底应与受主衬底接触或非常接近，才能在受体基质上以良好的形态和空间分辨率实现均匀转移。

2.2.2阵列化光斑

Holmes A S^[15]等人在转移边长为100μm方形镍片时，将掩膜板制成直径为500μm的透光孔，从而实现一次性转移多个镍片，并且将这种方式扩展为更大的范围，提出最大的阵列尺寸受限于激光脉冲能量，例如约100mj/cm^2的激光能量，单个脉冲下可转移释放10平方厘米的范围。

2.2.3观测工艺

Karlitskaya N S等人^[18]在转移实验中，用PCO SensiCam高速相机对芯片飞行过程进行拍摄，该相机可以提供多达10张连续的图片，以确定芯片飞行状态和速度等.

两个连续帧之间的时间为（a）和（b）150微秒，（c）100微秒（d）50微秒

图 10 芯片拍摄视图

A. Piqué等人^[20]在LDW转移芯片工艺中，芯片转移和频闪成像由Stanford Research DG535数字延迟/脉冲发生器控制，触发Pixelink PL-A781相机获取单帧，从而拍摄芯片飞行状态。

图11 芯片拍摄视图

2.2.4转移精度表征

2012 年美国北达科他州立大学^[21](the North Dakota State University)纳米科学与工程中心热机械选择性激光辅助模转移（thermo-mechanical selective laser-assisted die transfer，tmSLADT）工艺中，将转移结果采用两个数据点表征：径向偏移与旋转角度，结果30个转移成功29个，且有2个破裂的，测得的瓷砖径向位移平均值，中位数和标准偏差分别为61.2、50.0和46.3 µm。

图12 转移精度表征参数

2.2.5 DRL层

多数实验中均采用聚酰亚胺为牺牲层，根据动态释放层数可分为单层DRL与双层DRL，单层DRL如Holmes A S^[15]等人转移镍片实验，将镍片以金属电镀的方式粘结在PI上，而美国北达科他州立大学tmSLADT转移芯片的工艺则提出双层DRL工艺，即由PI和粘附剂组成，粘附剂用于粘附转移组件与发泡层，如图13所示。

图13 双层DRL配置

2.2.6掩膜工艺

Holmes A S^[15]等人在激光转移工艺中提出掩膜工艺一般有两种，一种是直接放置在基板上，另一种是通过用合适的投影光学器件将其成像在牺牲层上用合适的投影光学器件将其成像在牺牲层上，但一般选后者，因为通过载体的传播不会导致衍射引起的分辨率损失。

2.2.7清洗工艺

在激光转移后，器件表面可能残留转移物质，如果使用湿化学清洗工艺，则需要大量的水和化学物质，而且在清洗为防止二次残留需要多步清洗，处理工艺繁杂、废液处理等存在多种弊端。故Engelsberg等人^[23]在1994年提出激光照射到残留物与界面，使其脱离表面，随后配合惰性气体如氮气/氩气进行冲洗，即可完成清洗工艺。Holmes A S^[15]等人指出激光辅助清洗转移残留物，可以提高工艺效率。

3其他在研单位成果

3.1陈祖辉

福州大学 千人计划，主要从事触控技术、信息显示技术、薄膜技术、半导体材料与器件、界面科学等研究工作

本发明^[25]提出一种MicroLED的巨量转移方法，包括以下步骤；S1、按上下沿非对称的MicroLED的俯视向形状，选用对应的装载模具，所述模具的装载面处密集布设用于嵌入MicroLED的装载槽；装载槽的俯视向形状与MicroLED的俯视向形状匹配；S2、固定装载模具，在装载模具处连接震荡源，在装载模具侧设置吹风装置；把MicroLED批量倾倒在装载面上；S3、启动震荡源和吹风装置；使MicroLED在震荡力或风力作用下落入装载槽；S4、以风力将装载面处未落入装载槽的MicroLED吹出装载面；所述转移方法在步骤S4后，还依次包括以下步骤；S5、以光检器件或红外检测器件对装载面进行检测，判断未嵌入MicroLED的装载槽位置；S6、以机械手向空置的装载槽内填入MicroLED；本发明工艺简单，良率高，成本低。

图14 专利示意图

本发明^[26]公开了一种微型发光二极管的巨量转移装置及转移方法，涉及发光显示领域，包括微型发光二极管阵列凹槽板(1)和微型发光二极管元件(2)，所述微型发光二极管元件(2)被放置于所述微型发光二极管阵列凹槽板(1)的微型发光二极管凹槽(11)中，在所述微型发光二极管阵列凹槽板(1)下方设置有水平吹风装置(3)和竖直吹风及震荡装置(4)，在所述微型发光二极管阵列凹槽板(1)上方设置有检测装置(5)，所述微型发光二极管阵列凹槽板(1)包括基板层(100)、驱动电路层(101)和保护层(102)。本发明的一种微型发光二极管的巨量转移装置及转移方法，不使用转移模具，工艺简单，良率高，转移精度高，成本低。

3.2京东方

本发明^[27]提供一种Micro‑LED巨量转移方法及Micro‑LED基板，该方法包括：提供转移板，转移板包括：衬底、位于衬底上的绝缘膜层和多个第一金属焊盘，绝缘膜层上具有多个凹槽，第一金属焊盘位于凹槽内；提供多个Micro‑LED晶粒，Micro‑LED晶粒的背部具有第二金属焊盘；在第一金属焊盘上或第二金属焊盘上形成焊料；将转移板和Micro‑LED晶粒置于盛有溶剂的腔室内，振动腔室，使Micro‑LED晶粒落入转移板的凹槽内，Micro‑LED晶粒上的第二金属焊盘与凹槽内的第一金属焊盘通过焊料接触，腔室内的温度高于焊料的熔点；使焊料固化。本发明的Micro‑LED巨量转移方法，良率高且成本低。

图15专利示意图

本发明^[28]公开了一种转移基板、制作方法及转移方法，以提供一种全新的应用于微发光二极管巨量转移过程的转移基板以及转移方法。所述转移基板包括：衬底基板、位于所述衬底基板之上与所述原始基底的所述微发光二极管的分布方式相匹配的方式分布的多个电致形变框体，所述框体内侧包围形成有空心区域，未受电场作用时，所述空心区域大于所述微发光二极管在所述原始基底上的正投影所占区域；所述框体用于受电场作用时，发生膨胀，所述空心区域缩小为小于所述微发光二极管在所述原始基底上的正投影所占的区域；并在去除电场时，发生收缩，所述空心区域恢复原状。

图16专利示意图

3.3华科陈建魁

一种基于卷绕工艺的微器件激光剥离巨量转移装置及方法

本发明^[29]属于半导体技术领域，并具体公开了一种基于卷绕工艺的微器件激光剥离巨量转移装置及方法，其包括微器件剥离转移模块、辅助载带模块、过渡载带模块、转印载带模块、基板承载模块、微器件补缺模块、固化模块、封装模块及基板搬运模块，微器件剥离转移模块用于实现微器件的检测及剥离；辅助载带模块用于粘附剥微器件；过渡载带模块用于拾取微器件，并将其转移至转印载带模块；转印载带模块用于拾取微器件，并将其转移至基板承载模块；基板承载模块用于将微器件送入补缺模块、固化模块、封装模块、基板搬运模块中实现补缺、固化、封装及上下料。通过本发明，利用卷绕工艺和激光技术实现微器件的巨量转移，具有生产效率高、生产成本低等优点。

图17专利示意图

一种基于逐级均匀扩展的微器件巨量转移装置及方法

本发明^[30]包括微器件剥离转移模块、初级搬运模块、初级扩晶转印模块、次级搬运模块、次级扩晶转印模块、基板承载模块、微器件补缺模块、固化模块、封装模块和基板搬运模块，上述各模块分别用于将微器件转移至初级承载基板、将初级承载基板搬运至初级扩晶转印模块、实现微器件的初次扩晶转印、将次级承载基板搬运至次级扩晶转印模块、实现第二次扩晶转印、将微器件送入补缺模块、固化模块、封装模块、基板搬运模块中实现补缺、固化、封装及上下料。

图18专利示意图

一种基于双向扩晶法的微器件巨量转移装置及方法

本发明^[31]包括微器件剥离转移模块、X向扩晶模块、过渡承接模块、Y向扩晶模块、目标基板承载模块、微器件补缺模块、固化模块、封装模块和目标基板搬运模块，微器件剥离转移模块用于剥离微器件；X向扩晶模块用于将微器件沿晶元盘的X向扩晶；过渡承接模块用于将晶元盘旋转90度；Y向扩晶模块用于将微器件沿晶元盘的Y向扩晶；目标基板承载模块用于接收微器件并将目标基板送入微器件补缺模块、固化模块、封装模块、基板搬运模块中，实现补缺、固化、封装及上下料。

图19专利示意图

参文献

[1] 邰建鹏,郭伟玲.Micro LED显示技术研究进展 [J].照明工程学报,2019,30(01):18-25.

[2] 天风证券, Micro LED 点亮新一代显示技术，Wechat

[3] Plessey, GaN on Silicon Platform for Micro LEDs, 2nd International Micro LED Summit (2018)

[4] A. Kantrowitz, “Propulsion to orbit by ground-based lasers”, Astronautics & Aeronautics (A/A) Vol.10, 74-76, 1972

[5] A.V. Pakhomov and D.A. Gregory, “Ablative Propulsion: an old concept revisited”, AIAA Journal Vol. 38, 725727, 2000

[6] A.V. Pakhomov, M.S. Thompson, W. Swift and D.A. Gregory, “Ablative laser Propulsion: A study of Specific Impulse, Thrust and Efficiency” BEAMED ENERGY PROPULSION: First International Symposium on Beamed Energy Propulsion. AIP Conference Proceedings, Vol. 664, pp. 194-205, 2003.

[7] C. R. Phipps, J.R. Luke, G.G. McDuff, T. Lippert, “Laser Ablation Powered Mini-Thruster”, Proc. SPIE Vol. 4760, p 833-842, High-Power Laser Ablation IV, 2002

[8] C. Phipps, J.Luke, “Diode laser-driven microthrusters: A new departure for micropropulsion”, Aiaa J., Vol. 40, 310-318, 2002

[9] M.W. Greenaway and J.E. Field “The development of a laser-driven flyer system”. AIP Conference Proceedings, Vol. 706, Issue 1, pp. 1389-1392, 2004

[10] Wayne M. Trott, Robert E. Setchell, Jaime N. Castaneda, and Dante M. Berry “Evaluation of a diffractive, microlens-array beam shaper for use in acceleration of laser-driven flyers”. Proc. of SPIE, Vol. 4443, Laser Beam Shaping II, pp 166-177, 2001.

[11]. R. Jeffery Lawrence and Wayne M. Trott, “Theoretical analysis of a pulsed-laser-driven hypervelocity flyer launcher”, Int. J. Impact Engng Vol. 14 pp. 439-449, 1993.

[12] Raphael R B . Review Of Impulse Coupling With Materials[C]// 1984 Technical Symposium East. 1984.

[13] Fabbro R, Fournier J, Ballard P, et al. Physical study of laser‐produced plasma in confined geometry[J]. Journal of applied physics, 1990, 68(2): 775-784.

[14]Zweig A D , Deutsch T F . Shock waves generated by XeCl excimer laser ablation of polyimide in air and water[C]// Conference on Lasers & Electro-optics. 1992.

[15] Holmes A S, Saidam S M. Sacrificial layer process with laser-driven release for batch assembly operations[J]. Journal of Microelectromechanical Systems, 1998, 7(4): 416-422

[16] Holmes A S. Laser processes for MEMS manufacture[C]//Second International Symposium on Laser Precision Microfabrication. International Society for Optics and Photonics, 2002, 4426: 203-209

[17] Narayan C , Purushothaman S , Doany F , et al. THIN-FILM TRANSFER PROCESS FOR LOW-COST MCM-D FABRICATION[C]// International Conference on Multichip Modules. IEEE, 1996.

[18] Karlitskaya N S , Lange D F D , Sanders R , et al. Study of laser die release by Q-switched Nd:YAG laser pulses[J]. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2004, 5448:935-943.

[19] Karlitskaya N S , Meijer J , Lange D F D , et al. Laser propulsion of microelectronic components: releasing mechanism investigation[C]// High-Power Laser Ablation VI. International Society for Optics and Photonics, 2006.

[20] A. Piqué, “Use of laser direct-write in microelectronics assembly,” J. Laser Micro/Nanoeng., vol. 2, no. 1, pp. 103–107, 2007.

[21] Miller R . Noncontact Selective Laser-Assisted Placement of Thinned Semiconductor Dice[J]. Components, Packaging and Manufacturing Technology, IEEE Transactions on, 2012, 2(6):p.971-978.

[22] Kim J , Kim J H , Cho S H , et al. Selective lift-off of GaN light-emitting diode from a sapphire substrate using 266-nm diode-pumped solid-state laser irradiation[J]. Applied Physics A, 2016, 122(4):305.

[23] Engelsberg, A. (1994). Removal of Microcontaminants From Surfaces Using a Chemicalfree, Laser-Assisted Process. MRS Proceedings, 344, 235. doi:10.1557/PROC-344-235

[24] Marinov V, Swenson O, Miller R, et al. Laser-enabled advanced packaging of ultrathin bare dice in flexible substrates[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 2011, 2(4): 569-577.

[29]华中科技大学.一种基于卷绕工艺的微器件激光剥离巨量转移装置及方法:CN201810991542.8[P].2019-01-18.

[30]华中科技大学.一种基于双向扩晶法的微器件巨量转移装置及方法:CN201810991566.3[P].2019-01-29.

[31]华中科技大学.一种基于逐级均匀扩展的微器件巨量转移装置及方法:CN201810991541.3[P].2019-01-22.