Terecircuits推出新的Micro-LED巨量轉移工藝，極大提高轉移效率并降低成本

　　CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，碳化硅(SiC)是一種寬帶隙半導體材料，可用于制作高電壓和高電流半導體組件，有助于開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)等現代電力應用的節能系統。不過(guò)一直以來(lái)，碳化硅材料都非常的脆，這使得制造工廠(chǎng)無(wú)法使用一些傳統面向硅等不太脆材料的半導體設備直接對其進(jìn)行加工。然而現在，市場(chǎng)對該材料的需求正不斷增加，且目前加工這一類(lèi)較脆材料的成本也在不斷攀升，該行業(yè)和市場(chǎng)正面臨著(zhù)規模進(jìn)一步擴張的困難。

　　電動(dòng)汽車(chē)和類(lèi)似技術(shù)的興起已經(jīng)表明，該行業(yè)有必要做出調整以適應這些材料的工藝需求，這些都是未來(lái)半導體技術(shù)的發(fā)展契機。Terecircuits公司首席執行官Wayne Rickard在接受《電力電子新聞》采訪(fǎng)時(shí)，談到了他們開(kāi)發(fā)的一種新型半導體元器件轉移工藝。據其介紹，該工藝可以在對其進(jìn)行制造加工的過(guò)程中，保持碳化硅等半導體材料的完整性。

　　Terecircuits開(kāi)發(fā)的制造工藝用單個(gè)硬載體取代傳統的處理工具，并使用尖端激光技術(shù)實(shí)現一種溫和的器件釋放動(dòng)作，來(lái)處理上述較脆的碳化硅等材料的復雜性。據介紹，這種方法不僅能夠極大降低器件材料轉移過(guò)程中的損壞風(fēng)險，還能提高制造良率和吞吐量。

　　制造工藝

　　未來(lái)十年，市場(chǎng)將迎來(lái)物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備、智能建筑和車(chē)輛、增強現實(shí)和虛擬現實(shí)以及醫療設備的指數級增長(cháng)。不過(guò)，所有這些領(lǐng)域都將可能依賴(lài)于新一代、低成本Micro-LED顯示器。這種先進(jìn)的顯示器具有高像素密度、可嵌入傳感器件、輕薄緊湊、搭載透明柔性驅動(dòng)背板和更低的功率等眾多優(yōu)勢。

　　然而，眾所周知，Micro-LED面板當前最佳的組裝方案是使用傳統的拾取和放置(Pick-up and Place)。不過(guò)，因為Micro-LED芯片的尺寸非常小，即使一款普通分辨率的電視也可能有接近3500萬(wàn)顆芯片，如此大的處理數量讓這種方法在批量生產(chǎn)中變得不切實(shí)際。目前市場(chǎng)上的商業(yè)方案和設備無(wú)法同時(shí)處理數千顆芯片，如果沒(méi)有更為激進(jìn)的新方法，市場(chǎng)將無(wú)法實(shí)現最終的批量化生產(chǎn)。

　　Rickard說(shuō)：“如今，市場(chǎng)需要非常貴的簡(jiǎn)短設備來(lái)處理放置精度低于10微米的小芯片器件。采用一種基于Terecircuits技術(shù)改裝的中程掩模對準設備則可以輕松處理1微米放置精度以下的所有幾何形狀的器件，且其成本僅為傳統方案的一小部分。Terecircuits的方案可以同時(shí)放置數千顆芯片器件，它不僅可以提高良率，還能夠極大提高吞吐量，進(jìn)而將面板的組裝時(shí)間從幾天縮短到幾分鐘。”

　　另一方面，碳化硅等較新的半導體材料非常脆弱，在制造的最后階段可能會(huì )被組裝設備損壞。較新的產(chǎn)品需要在小封裝中高精度地組裝多種不同的技術(shù)。Rickard說(shuō)：“就目前的設備方案而言，良率很低，產(chǎn)量也不可接受;這些產(chǎn)品永遠不會(huì )達到目前制造技術(shù)所設想的規模。傳統的半導體組裝工藝已經(jīng)達到了處理小型、較脆器件的能力極限。”

　　電路組件

　　根據Rickard的說(shuō)法，傳統的制造技術(shù)已經(jīng)幾乎走到了使用壽命的盡頭，尤其是在組裝大量微米級芯片器件時(shí)。如今，電子元器件的尺寸甚至小到和一個(gè)紅細胞差不多，整個(gè)組裝工藝需要將數百萬(wàn)顆微小的芯片移動(dòng)到驅動(dòng)用電路基板上。

　　“為此，Terecircuits開(kāi)發(fā)了一種具有獨特物理性能的、具有粘合效果的聚合物轉移膜，它能夠讓數千顆芯片同時(shí)從供體基板上轉移到目標電路基板上，”Rickard接著(zhù)補充道：“我們擁有這種多用途生產(chǎn)設備的專(zhuān)利許可權，這種設備能夠達到亞微米級的放置精度。通過(guò)將聚合物的新配方與半導體領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的、具有亞微米精度的光刻技術(shù)相結合，我們最終讓快速、低成本的大規模微器件轉移和組裝成為可能”。

　　Terecircuits的工藝是使用掩模來(lái)定義哪些Micro-LED芯片需要從供體基板上釋放，這一概念與激光誘導正向轉移(LIFT)技術(shù)相關(guān)。據了解，LIFT使用激光改變將Micro-LED固定在供體板上的臨時(shí)粘合劑的物理或化學(xué)性質(zhì)。在傳統的LIFT工藝中，激光器能夠單獨釋放供體基板上的芯片，接著(zhù)使用機械載物臺或檢流計反射鏡重新定位，以釋放下一顆芯片器件。

　　Rickard說(shuō)：“Terecircuits設計的這種光聚合物為T(mén)ereifilm®，它能夠在低于典型掩模材料燒蝕閾值的情況下激活。因此，我們能夠利用Tereifill®的LIFT工藝，使用掩模在一次操作中轉移數千顆芯片器件。”

　　使用其他材料的LIFT設備需要在逐個(gè)芯片的過(guò)程中，順序移動(dòng)梁體和目標芯片。如果顯示器的目標間距(像素間距)是晶圓基板上Micro-LED芯片間距的整數倍，則該工藝還可以利用這種已有的優(yōu)勢實(shí)現更快的制作工藝。

　　工藝示例

　　作為一個(gè)工藝示例，我們借此理解下基于光致聚合物的巨量轉移工藝，其完整工藝步驟如圖1所示。Terecircuits的設備和工藝可以使用SiP或Micro-LED芯片等基本器件組裝完成顯示面板等完整的系統，不需要像傳統拾取和放置工藝一樣就能高速實(shí)現亞微米級器件放置精度。

　　所涉及的工藝步驟如下：

　　1.使用粘性聚合物轉移膜粘住透明供體基板上的多顆芯片;

　　2.使用一種高精度的顆粒定位工具將掩模、供體板和襯底堆疊排列;

　　3.在外在激光的激活和控制下，目標芯片器件被選擇性地釋放，進(jìn)而準確地放置在基板上。

圖1. 基于光聚合物的巨量轉移工藝(來(lái)源：Terecircircuits公司)

　　未來(lái)的一瞥

　　Rickard表示，今天市場(chǎng)的形勢正見(jiàn)證著(zhù)半導體使用方式的巨大轉變，它們正從“半導體為人類(lèi)規模的使用”轉變?yōu)?ldquo;半導體為傳感器網(wǎng)絡(luò )和物聯(lián)網(wǎng)提供更大規模電源的世界”。這一變革帶來(lái)了無(wú)數的應用挑戰，例如晶體管尺寸縮小效應的減弱，它導致市場(chǎng)對傳統半導體設計的重新評估。另外，傳感器網(wǎng)絡(luò )、薄膜電池、RFID、5G和6G天線(xiàn)等應用可能需要硅以外的半導體材料，所以市場(chǎng)可能需要將開(kāi)發(fā)重點(diǎn)從晶體管縮放轉向封裝和組裝。

　　Rickard說(shuō)：“半導體器件的封裝和組裝，傳統意義上是一個(gè)直接面向終端產(chǎn)品的低風(fēng)險、勞動(dòng)密集型制造過(guò)程，然而它們現在正變得類(lèi)似于一種非?？壳暗闹圃旃に?。這種轉變不僅給市場(chǎng)帶來(lái)了技術(shù)挑戰——需要更為清潔的制造環(huán)境，還大大提高了最終產(chǎn)品的整體價(jià)值。”

　　這樣的代際變化帶來(lái)了新的投資機會(huì )，不過(guò)它需要長(cháng)達十年的承諾，而不是短期收益。很多初創(chuàng )企業(yè)都對美國的《芯片法案》等舉措感到興奮，他們看到了政府正在承認一個(gè)事實(shí)，那就是他們在研發(fā)投資層面不僅要支持老牌公司，還要更大力地支持新興公司地發(fā)展。這些顛覆性的變化對半導體行業(yè)未來(lái)的領(lǐng)導地位至關(guān)重要。

　　對于許多應用來(lái)說(shuō)，晶體管尺寸的縮小正逐步達到邊際收益遞減的地步。新工藝節點(diǎn)的每個(gè)晶圓廠(chǎng)的成本比前一個(gè)節點(diǎn)都要高出數十億美元。半導體正走向一個(gè)岔路，其中之一是撇開(kāi)傳統在尺寸層面上更執著(zhù)的追求，轉而面向應用和更高階的封裝(AP，Advanced Packaging)，這就是“More than Moore”發(fā)展模式。“More than Moore”這種致力于應用和封裝的新思路，將從根本上改變整個(gè)半導體行業(yè)，進(jìn)而推動(dòng)器件的性能提升、效率提高和成本的降低。

　　眾所周知，人工智能、HPC、5/6G、物聯(lián)網(wǎng)和電動(dòng)汽車(chē)是當前推動(dòng)半導體行業(yè)繼續增長(cháng)和創(chuàng )新的主要趨勢，他們需要AP支持3D堆疊、光學(xué)、MEMS、小芯片、傳感器和硅基以外的其他材料。這些設備和器件尺寸上越來(lái)越小、越來(lái)越薄，同時(shí)其強度也越來(lái)越脆弱。然而，現有的設備和工具往往無(wú)法應對這些AP帶來(lái)的挑戰，從而影響制造良率、產(chǎn)量和成本。市場(chǎng)需要新的方法來(lái)制造商業(yè)上可行的產(chǎn)品。

　　Terecircuits公司開(kāi)發(fā)的一系列材料和方案將這一類(lèi)AP的創(chuàng )新方法應用到更為廣泛的領(lǐng)域，包括SiP、小芯片的拾取和轉移、芯片到晶圓鍵合和柔性混合電子等。

　　關(guān)于Terecircuits公司

　　Terecircuits是一家來(lái)自美國的半導體創(chuàng )業(yè)公司，其前身是Jayna Sheats 2008年創(chuàng )立的Terapac公司，該公司開(kāi)發(fā)了一種用于制造物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和智能卡產(chǎn)品的多芯片集成RFID型嵌件的卷對卷工藝。Jayna Sheats目前擔任Terecircuits的CTO，Terecircuits擁有其前身Terapac公司的眾多技術(shù)許可。

　　Terecircuits目前致力于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的材料解決方案，它們可輕松集成到當前的半導體制造工藝中，以提高良率和產(chǎn)量，同時(shí)降低總擁有成本。公司的技術(shù)支持小型、脆弱和薄型器件、小芯片、傳感器、電源設備和無(wú)源器件的異構組裝。公司目前的工藝非常適合在減少浪費的情況下實(shí)現產(chǎn)品的規?；?，同時(shí)滿(mǎn)足關(guān)鍵的組裝需求，如3D堆疊、物聯(lián)網(wǎng)、碳化硅芯片連接、柔性電路和Micro-LED顯示器等。

　　自成立以來(lái)，Terecircuits一直獲得商業(yè)天使資助，截至目前籌集了約530萬(wàn)美元的股權資金，另外還以國家科學(xué)基金會(huì )贈款的形式獲得了125萬(wàn)美元。