MicroLED 顯示作為(wei) LED 領域最重要的發展曆程之一，其魅力除了美觀之外，相比於(yu) 其他顯示技術（例如 LED 和 OLED），更具備諸多優(you) 勢，包括提升的能耗效率、更長的使用壽命、更高的亮度和更好的色彩精準度。此外，采用 MicroLED 技術，製造商能夠輕鬆修改麵板尺寸、形狀和分辨率，以創建新的顯示設計，而無需專(zhuan) 門采購新設備。

　　MicroLED 顯示具備諸多優(you) 勢，包括美觀、提升的能耗效率、更長的使用壽命、更高的亮度和更好的色彩精準度等。

　　盡管有上述諸多優(you) 點，但目前 microLED 尚未普及。這是因為(wei) 其製造工藝通常比其他顯示技術更複雜。要使該技術成功商業(ye) 化，仍然必須克服一些重大挑戰。

　　準分子激光為(wei) MicroLED 發展提供動力

　　為(wei) 了幫助理解這些挑戰來自哪裏，下麵這張圖展示了 MicroLED 顯示製造中的一些關(guan) 鍵步驟。這些步驟完成後，還有各種其他測試步驟和"老化"工藝。大型顯示器通過組合多個(ge) 較小尺寸麵板製作而成，在這種情況下，需要額外的組裝和封裝步驟。

　　1) 紅、綠、藍三色 LED 分別製作在透明基板生長晶圓上。2) LLO：生長晶圓上的 LED 與(yu) 帶有粘合劑的臨(lin) 時載板接觸並固定，準分子激光透過透明基板聚焦並將 LED 與(yu) 其分離。3) LIFT：準分子激光透過臨(lin) 時載板聚焦，選擇性分離各個(ge) 單顆 LED，並將它們(men) 轉移到最終基板上的焊盤位置。4) LAB：半導體(ti) 激光一次加熱多顆 LED 和焊料，使其快速熔化並形成最終鍵合。

　　與(yu) 大多數半導體(ti) 器件一樣，LED 最初是在晶圓上做外延生長的，通常采用藍寶石基板。MicroLED 顯示的每個(ge) 像素都需要獨立的 LED，分別發出紅、綠、藍三原色，但每個(ge) 生長晶圓僅(jin) 包含單一顏色的 LED 發光器件。因此，必須將 LED 外延層分割成一顆顆單獨的裸芯片，然後按照必要的設計圖案排列在一起，以形成最終的顯示屏。

　　準分子激光已經被業(ye) 界認可是前兩(liang) 個(ge) 主要工藝的高效方案，且兼具經濟性。其中，激光剝離技術 (LLO) 首先將單顆 LED 芯片從(cong) 藍寶石晶圓上分離出來，並將其轉移到臨(lin) 時載板上。

　　接下來，激光誘導前向轉移 (LIFT) 被用作"巨量轉移"。此工藝將 LED 芯片從(cong) 臨(lin) 時載板轉移到最終顯示基板。很重要的是，巨量轉移可以將 LED 芯片排列匹配到所需的像素圖案。

　　MicroLED 組裝挑戰

　　LED 在轉移到基板後，必須通過鍵合工藝將其電氣連接到基板上。否則，顯示屏無法點亮，並且在移動時 LED 芯片會(hui) 從(cong) 上麵掉落！

　　為(wei) 了執行鍵合工藝，首先要將焊料"凸塊"（小焊球）放置在基板上所有預設的電氣連接點上。然後，使用 LIFT 轉移設備將 LED 芯片放置到位，再將焊料加熱直至熔化。在此狀態下，焊料在基板和芯片上的電氣觸點周圍流動，隨後焊料冷卻並重新凝固，在它們(men) 之間形成電氣和機械連接。這是整個(ge) 電子材料行業(ye) 的標準組裝技術。

　　最常見的熔化焊料的方法稱為(wei) "批量回流焊"（MR），其工藝過程中，將包含焊球和芯片的整個(ge) 基板組件放入烤箱中，通過循環溫度以熔化焊料，然後重新冷卻。

　　但批量回流焊對於(yu) MicroLED 顯示製造幫助不大，其用到的 LED 芯片尺寸極小，彼此間距很近且位置精度極高。回流焊的關(guan) 鍵問題是加熱周期需要幾分鍾，這會(hui) 在所有部件上產(chan) 生大量熱負載，並可能導致部件變形、引入熱機械應變，並移動 LED 芯片在基板上的位置。回流焊加熱爐中的較長處理時間則增加了電氣連接不良的風險。該工藝本身也是能源密集型的。

　　熱壓鍵合（TCB）是一種替代方法，可以降低因回流焊引起的翹曲風險。熱壓鍵合在施加熱量的同時施加壓力，從(cong) 而更好地控製了所形成互連的高度和形狀。但它需要一個(ge) 複雜的噴嘴，該噴嘴是針對特定芯片和封裝尺寸定製的，並且每次隻能鍵合一顆芯片。由於(yu) MicroLED 技術可能需要鍵合數百萬(wan) 顆 LED 芯片來製作一個(ge) 顯示屏，這使得熱壓鍵合工藝不太適合。

激光輔助鍵合（LAB）能解決(jue) MicroLED 組裝過程中的難題

　　激光輔助鍵合

　　激光輔助鍵合（LAB）解決(jue) 了所有這些問題。在 LAB 工藝中，高功率紅外波段半導體(ti) 激光整形為(wei) 矩形光斑，經過勻化處理後，整個(ge) 光斑區域的強度分布實現高度一致性。矩形光斑尺寸因應用而異，其麵積可以一次性覆蓋基板上數千甚至數百萬(wan) 顆 LED。

　　在 LAB 工藝期間，激光器的開啟時間非常短——不到一秒鍾，但這足以將足夠的熱量傳(chuan) 遞到組件中以熔化焊料。由於(yu) 時間極短，LAB 不會(hui) 產(chan) 生任何能導致基板翹曲或 LED 芯片位置偏移的整體(ti) 加熱。激光工藝能夠精確控製加熱周期，並根據需要控製冷卻階段，因此焊接過程可以快速執行，並且不會(hui) 產(chan) 生任何明顯的負麵結果。LAB 的周期時間短也使其比回流焊或熱壓鍵合更加節能。

　　改進 LAB 的更好激光器

　　就激光而言，LAB 的一個(ge) 關(guan) 鍵且必要的要求是光束強度在整體(ti) 區域內(nei) 的高度一致性，以實現焊料加熱過程的一致和均勻，並獲得一致的鍵合結果。其目標是隻選擇性地加熱所需的區域（包含特定數量的 LED 芯片），而完全不加熱周圍區域。因此，輸出一個(ge) 優(you) 質的矩形光斑尤為(wei) 重要，這要求在靠近光斑邊緣的位置光束強度不會(hui) 下降太多，否則該區域的 LED 芯片可能根本無法鍵合。與(yu) 此同時，矩形光斑的光束強度必須在照射區域外迅速下降。

　　Coherent HighLight DL 係列半導體(ti) 激光器，通過光纖耦合輸出方式，可與(yu) 我們(men) 的 PH50 DL Zoom Optic 變焦光學組件搭配使用，以產(chan) 生這種高勻化度矩形光斑。通常，典型功率為(wei) 4 kW 的 HighLight DL 激光器可用於(yu) MicroLED 激光輔助鍵合工藝。

　　Coherent PH50 DL Zoom Optic 變焦光學組件通過光纖耦合方式，將 Hilight DL 係列半導體(ti) 激光器輸出的多模激光整形為(wei) 高度勻化的矩形光斑，其長度和寬度可以獨立動態調整。上圖中展示的光斑尺寸從(cong) 12x12 毫米到 110x110 毫米不等，並有其他配置可供選擇。

　　通過使用我們(men) 自己的專(zhuan) 有光學設計，上述組合可提供比任何競品更好的光束強度一致性。具體(ti) 來說，光束勻化是通過使用微透鏡陣列將入射激光分成許多"小光束"來實現的，這些小光束隨後被擴展並重疊以產(chan) 生高度一致的強度分布。

　　Coherent PH50 DL Zoom Optic 變焦光學組件的另一大優(you) 點是，在加工過程中可以"即時"調節，即矩形光斑的長度和寬度都可以根據需要在大範圍內(nei) 獨立調節。這種縮放功能對於(yu) 製造商開發和驗證工藝非常有用，這使他們(men) 能夠嚐試各種配置以尋找最優(you) 工藝條件。當然，Coherent 也可以采用同樣方法生產(chan) 固定（非變焦）光學組件以滿足客戶特定要求，線光斑的長度範圍可以從(cong) 幾毫米到 1000 毫米不等。

　　LLO 和 LIFT 已成為(wei) 賦能 MicroLED 顯示製造的兩(liang) 項關(guan) 鍵技術。現在看來，基於(yu) Coherent 激光器的另一種工藝--LAB--將促進高分辨率 MicroLED 顯示屏的批量生產(chan) 。

　　來源：互聯網