Micro-LED产业化进度及制程核心瓶颈在哪？

需要流程与工艺全面革新，仍存在技术瓶颈。

Micro-LED的工艺制程与配套设备变化较大。首先，制程中所需芯片尺寸极大缩小， 芯片厂需要更精密的设备和流程控制，良率要求高达99.99%+；其次，Micro-LED无 法使用传统封装技术，而需要将制成的芯片批量转移至基板上，并在专用的IC驱动 色彩化之后进入高精度的检测与修复环节。这一整套工艺流程需要全新的产线、设 备和工艺，仍存在诸多技术瓶颈，已有的研发成果距离成本可控的产业化落地也有 一定的距离。

Micro LED制程的核心瓶颈在芯片、巨量转移、驱动IC与检测修复等环节： ①芯片技术 。在高度微缩的制程中，芯片的外延、制备和切割都需升级。对保留衬底的Micro LED 而言，切割是最大的挑战。需采用激光划片机在晶圆内部隐形切割出裂纹，然后用 裂片机将弹性力应用于晶体内部裂纹并朝着表面拉升，裂纹扩展后可以得到独立地 LED芯片。在该过程中，芯片尺寸的减小对裂片良率形成很大的挑战。对剥离衬底的 Micro LED，外延质量和制备工艺是核心挑战。此时的外延在波长一致性和低瑕疵率 方面的要求很高，Micro-LED下对于外延的一般要求是6英寸晶圆上瑕疵和particle要 低于0.15/平方厘米，而波长一致性则是要在3nm以下（传统LED约8-10nm）。

②巨量转移技术 。巨量转移是Micro LED的核心技术瓶颈，需要实现千万颗微米级LED晶粒高效转移。 在外延芯片流程之后需要将晶粒批量移动到基板上，一个4K电视需要转移的晶粒将 多达2500万颗。此时，传统固晶技术难以处理尺寸微小又数量庞大的Micro LED晶 粒，晶粒的转移技术成为限制Micro LED良率和成本的关键瓶颈，其技术难点包括： 其一，芯片的尺寸、厚度和间距很小，需要精准放置在衬底并连接电路；其二，芯片 需要多次转移（蓝宝石衬底-临时衬底-新衬底），巨大的转移数量对工艺稳定性和精 确度要求很高；其三，全彩显示中需分别转移红绿蓝芯片，进一步考验工艺精度。

现有技术主要有芯片转移和外延级键合两大类。芯片转移主要是通过剥离LED衬底， 以一临时衬底承载LED外延薄膜层，再利用感应耦合等离子蚀刻形成微米级外延薄 膜结构，进一步通过剥离LED衬底，再通过临时衬底承载LED外延薄膜结构最终完成 转移；外延级键合技术则是将一片单色Micro LED外延片和一整片CMOS驱动电路晶 圆键合在一起，但仅限于近眼显示器、智能手表等高分辨率微显示领域。因此，芯片 转移，也即巨量转移可以说是Micro-LED制备中的核心瓶颈，工业化制备中一般要求 转移良率高于99.99%，误差低于1.5微米。目前处于密集研发阶段的主流技术有精准 拾取转移、自对准滚轮转印、流体自组装转移、激光辅助转移等，不同技术路径所依赖的化学/物理原理不同。

激光是实现巨量转移的重要技术路径，目前仅有少数国内厂商取得进展。激光辅助 转移能够利用界面区域材料吸收光束能量引起快速物理化学变化产生驱动力，进而 调控界面状态并克服彩标与Micro-LED的粘附。在合适工艺参数下激光转移可以达到 较高的良率、精度和效率，同时可靠性与选择性也较佳，被3D-Micromac 认为是效 率最高且具有潜力的方案。根据激光参数和响应层材料的不同，可根据界面现象将 激光转移分为三类：第一种，直接分解，响应层材料从界面处吸收激光能量发生反 应并完全分解，器件与界面粘附力减弱而转移；第二种，形成鼓泡，效应层材料在界 面处烧蚀一定深度，产生的气体产物形成鼓泡使得其上附着的器件面积减小，芯片 脱落而转移；第三种，应力辅助，效应层材料吸收激光能量后产生热膨胀并形变，界 面裂纹使得芯片转移到基板。在不同工艺中，激光自身的波长、能量密度、脉宽、重 复频率、光斑大小，以及响应层材料、转移间距等都是重要的影响参数。目前宣布有 巨量转移进展的国内激光厂商非常有限。

③驱动IC技术 。Micro-LED需要使用整合多通道高集成的专用驱动IC，这将是驱动环节节省空间和 IC用量、保证稳定性的关键。Micro LED时代下像素密度的提高使得IC数量成倍增长， 这一方面增加了模组设计难度，另一方面也对驱动IC提出更高要求，专用驱动IC是 节省空间提高效率的需要，更是保证产品品质稳定性的关键。Micro LED的电源驱动 电流间距很低，使用传统IC不仅会带来更大功耗和热量，导致温度上升影响产品可 靠性，而且其低灰阶状态表现更差，会造成Micro LED在相同电流但亮度差异大甚至 部分不亮的情况。因此，Micro LED专用驱动IC芯片需要更高精度、更宽工作电流范 围，才可以充分保证产品的质量和性能优势。

④检测修复。 Micro-LED需要高效率的检测修复保证稳定性与产品质量。检测修复在Micro-LED 工艺中属于靠后的流程，由于Micro LED芯片尺寸和间隔极小，传统的探针等测试设备难以使用。Micro-LED专用的检测设备需要在百万甚至千万级的芯片中对坏点进行 精准的检测，同时在检测技术挑选出存在缺陷的晶粒后，如何替换该坏点也是一项 不可或缺的技术。目前提出的 Micro-LED 检测修复技术有光电技术 （Photoluminescence）和电子技术（Electroluminescence）两种，前者可用避免直 接接触芯片，后者精度略高但过程过于复杂。光电技术（PL）主要是将激光照射到 LED芯片上并激发出特定波长的光，进一步根据PL光谱中被检测的LED芯片光学特 性判断LED芯片的性能。电子技术（EL）则是直接通过电子技术，如直接通过数码 显微成像在电流下检测光学亮度并加以识别。在检测出坏点后需要精准地替换/修复， 现有研究提出的方法主要是“拾取重放置”（Pick-and-Place）法，即对损坏LED针 对性拾取移除后，从相邻的冗余区域拾取完好的LED并重新放置在该坏点区域，这 一过程中同样需要精密激光/探头的协助。