Mini和Micro LED制程光子應用解決方案

LED行業(yè)的長期發(fā)展邏輯符合“海茨定律”，即提高發(fā)光效率、降低成本，二者共同推動LED行業(yè)應用的滲透和技術的發(fā)展，這相當于LED行業(yè)的半導體摩爾定律——LED的產(chǎn)量每十年增加20倍，而成本則下降到原來的十分之一。從LED行業(yè)過去30年的發(fā)展來看，高功率、小型化、全彩成為推動LED在顯示、背光、照明等領域應用的關鍵詞。

Mini LED和Micro LED (又稱μLED) 分別指芯片尺寸小于200μm和50μm的LED。與普通LED相同，它們也是自發(fā)光的，通常應用在不同尺寸的直接顯示領域，使用時每個像素都可以通過三種發(fā)光顏色的RGB LED芯片來顯示。從技術、顯示等優(yōu)勢上講，Mini 和 Micro LED繼承了LED的特點，能耗只有LCD的10%，OLED的50%，亮度是OLED的30倍，分辨率可達1500PPI。除此之外，它還具有可靠性高、速度快、壽命長、響應快等優(yōu)點。

Mini 和 Micro LED與傳統(tǒng)顯示技術對比

（來自網(wǎng)絡公開資料）

預計在未來十年，隨著LED芯片的尺寸和成本的進一步降低及工藝難點的逐漸突破，Mini 和 Micro LED將在背光和顯示技術方面帶來一場革命，極有可能是商用顯示、可穿戴設備、手機、電腦等的終極方案。

新技術的發(fā)展，勢必帶來制程工藝和技術的不斷迭代和升級。從Mini LED發(fā)展到Micro LED的過程中，隨著單個LED芯片尺寸成倍數(shù)的縮小，其顯示效果和精度得到了不斷提升，同時相同面積下LED芯片的使用數(shù)量也成倍數(shù)增長。以4K分辨率直顯產(chǎn)品為例，其擁有近830萬顯示像素，約2400萬顆LED芯片，如此巨量的芯片，在面板制造過程中，巨量轉(zhuǎn)移、巨量焊接、芯片修復和驅(qū)動控制技術都需要全新的顛覆性的工藝來解決技術難題。

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激光巨量轉(zhuǎn)移

Mini和Micro LED顯示技術主要制程工藝中首先需要解決的就是芯片巨量轉(zhuǎn)移。芯片的轉(zhuǎn)移通常包括幾個關鍵工藝步驟，包括從供體/生長基板批量釋放 Micro LED 芯片、調(diào)整芯片間距尺寸、將芯片對準并移動到接收基板。傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)移設備速度最高在數(shù)十顆每秒，無法滿足 Micro LED 量產(chǎn)化的需求，因此巨量轉(zhuǎn)移技術應運而生。

常用的芯片巨量轉(zhuǎn)移方式有靜電力吸附轉(zhuǎn)移、流體裝配轉(zhuǎn)移、彈性印模轉(zhuǎn)移、激光巨量轉(zhuǎn)移等。通過不斷的技術開發(fā)和迭代，激光巨量轉(zhuǎn)移被認為是效益和效率俱佳的方案，其主要原理是利用激光器產(chǎn)生的激光與物質(zhì)相互作用，在LED基底材料吸收紫外（UV）波長的光子，產(chǎn)生性狀變化后，巨量LED芯片即可從基底材料上一次性脫離。該轉(zhuǎn)移技術需要精準控制激光的功率和能量密度，才能不影響芯片性能并確保轉(zhuǎn)移良率和轉(zhuǎn)移效率。

炬光科技基于產(chǎn)生光子和調(diào)控光子等基礎核心技術，為Mini LED和 Micro LED巨量轉(zhuǎn)移提供全面的光子應用解決方案。基于紫外（UV）波段的激光光源，通過靈活匹配客戶不同工藝需求的光學方案設計，滿足激光巨量轉(zhuǎn)移過程中，對激光光斑細節(jié)指標的定制，全面平衡工藝過程中的激光功率、激光能量均勻性和光斑大小，匹配客戶不同尺寸的量產(chǎn)產(chǎn)品和產(chǎn)能需求。

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激光巨量焊接

Mini和Micro LED顯示技術主要制程工藝中第二項重要工藝是巨量焊接。傳統(tǒng)的焊接方式使用回流爐，通過熔化和凝固焊料將LED芯片與電極焊接在一起。焊料固體結(jié)晶過程是一個固態(tài)——液態(tài)——固態(tài)的過程，由于LED芯片尺寸很小，在結(jié)晶過程中會發(fā)生移位，而在回流爐的整個加熱過程太長，且需要加熱整個基板，在回流過程中也容易發(fā)生基板變形。

激光巨量焊接作為傳統(tǒng)技術的替代技術，其優(yōu)點為加熱時間短，焊接效果可控，芯片基本無位移，局部加熱，基板無變形。但傳統(tǒng)“點”光源的激光回流焊接在這一應用中受到了巨大的挑戰(zhàn)。拿一個4K的Micro LED電視為例，其像素點個數(shù)為4096×2160（約830萬像素），每個像素點有RGB三色芯片，芯片總數(shù)約為2400萬個。如果使用點光源焊接，效率低到不敢想象，因此激光巨量焊接是最佳的解決方案。

什么是巨量焊接？

相對于一次只能焊接一個點的傳統(tǒng)焊接方法來說，巨量焊接可以一次性實現(xiàn)一定面積內(nèi)所有LED芯片的焊接。利用炬光科技獨有的微光學調(diào)控光子技術，巨量焊接工藝將傳統(tǒng)的“點”光束整形為一個大面積的勻化“面”光斑，使用勻化后的光斑對Mini 和 Micro LED焊接區(qū)域進行加熱，實現(xiàn)勻化光斑區(qū)域照射下的LED芯片一次性焊接，達到巨量焊接的效果。

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激光芯片修復

為了提升Mini LED和 Micro LED芯片巨量轉(zhuǎn)移和巨量焊接的良品率，修復是制程中不可或缺的關鍵工藝步驟。以巨量轉(zhuǎn)移為例，轉(zhuǎn)移過程中每顆芯片的精準度必須控制在正負0.5微米以內(nèi)，否則就會造成良率的損失，以制造4K電視為例，即使達到99.999%的良率，仍會有260個壞點需要進行修復。激光的高精度和高指向性在這里發(fā)揮了巨大的作用。通常激光芯片修復工藝中包含AOI檢測、激光去除和激光焊接修復等步驟，首先通過高精度檢測設備識別和定位芯片壞點，然后使用高峰值能量的激光束去除壞點芯片，之后通過單個芯片的轉(zhuǎn)移和激光焊接修復，最終完成修復壞點。

炬光科技基于產(chǎn)生光子和調(diào)控光子等基礎核心技術，為Mini LED和 Micro LED芯片修復提供全面的光子應用解決方案，如近紅外波段的極小矩形光斑激光系統(tǒng)，光斑尺寸可根據(jù)客戶應用進行定制，最小可達50μm光斑長度；同時光斑長寬方向能量為平頂分布，光斑能量均勻性＞97%，滿足不同尺寸LED芯片的修復需求。

炬光科技較早地識別了Mini & Micro LED的發(fā)展趨勢。從2019年開始，炬光科技率先在Mini & Micro LED巨量焊接上開始研究，近兩年又在激光巨量轉(zhuǎn)移和激光芯片修復領域與客戶展開合作，憑借其在半導體激光器以及光學整形上的技術優(yōu)勢，公司經(jīng)過幾年的研發(fā)和積淀，發(fā)布了Flux H系列激光系統(tǒng)，可提供分別應用于激光巨量焊接和激光芯片修復領域的光子應用解決方案。

應用于巨量焊接的Flux H激光系統(tǒng)，采用4000-10000W功率976nm波長的半導體光纖輸出激光光源，通過炬光科技自主知識產(chǎn)權(quán)的光學設計，從光斑長度和寬度方向分別使用微光學模組進行光斑尺寸調(diào)控和光學勻化，光斑長度和寬度可實現(xiàn)從2mm到200mm分段連續(xù)可調(diào)且光斑能量均勻度＞97%。

應用于巨量焊接的Flux H激光系統(tǒng)

應用于激光芯片修復的Flux H激光系統(tǒng)，采用30-150W功率976nm波長的半導體光纖輸出激光光源，光斑長度和寬度方向分別實現(xiàn)精準尺寸調(diào)控（365umx105um）和光學勻化，且光斑能量均勻度＞90%。

炬光科技 Flux H系列激光系統(tǒng)，牢牢把握了Mini LED和 Micro LED巨量焊接、激光芯片修復工藝的以下三個關鍵點，為Mini 和 Micro LED工藝提供了優(yōu)選解決方案。

光斑調(diào)控：炬光科技獨特的折射光學(ROE)整形技術，可以讓半導體激光器輸出方形、線性、矩形的大光斑或精準小光斑?？蛻艨蛇x擇標準的光斑尺寸，也可根據(jù)實際需求定制光斑參數(shù)，實現(xiàn)一次性焊接整個光斑覆蓋內(nèi)的區(qū)域，真正達到巨量焊接的目的， 或通過精確光斑尺寸進行激光芯片修復。

均勻性：炬光科技的光場勻化技術，光斑均勻性的上限可達99%，無零級衍射，在實際產(chǎn)品中也有＞97%的光斑均勻性表現(xiàn)，有效保證焊接區(qū)域內(nèi)的良率和極高的一致性。

溫控閉環(huán)：溫控閉環(huán)控制可以有效地模擬高溫回流爐的控制過程，實現(xiàn)溫度曲線的編輯以及實現(xiàn)錫膏預熱-升溫-保溫-降溫-冷卻的過程。

審核編輯：劉清