发光二极管(LED)传质设备及其制造方法技术

实施方式涉及用于制造包含发光二极管(LED)结构的产品的传质方法。通过多个LED器件的光束辅助释放(BAR)以高速灵活的方式将LED阵列从源衬底转移到目标衬底。BAR传质方法还能够利用源衬底的已知良好管芯(KGD)数据文件来仅转移功能良好的管芯，并避免返工和产量损失。

Led mass transfer equipment and manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发光二极管(LED)传质设备及其制造方法
本申请是2017年6月26日提交的美国专利申请号62/525,105的非临时申请，其内容通过引用合并于此。本专利技术涉及发光二极管(LED)装置。更具体地，本专利技术的实施方式涉及技术，包括在制造过程期间有效地将多个发光二极管(LED)装置从源表面转移到目标表面的方法和设备。在实例中，该方法在一般的LED器件转移和放置中有用，并且对于在侧面上可小到几微米的微型LED(uLED)装置的传质特别有用。利用诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)等技术，使微型LED在支撑衬底上生长。在将各个装置用于其最终照明或显示应用之前，希望对LED器件进行测试以建立已知良好管芯(KGD)数据，该数据可驱动传质设备以高速度和高产量放置LED器件。
技术介绍
发光二极管(LED)已被用作传统光源的替代技术。例如，LED可用于标牌、交通信号灯、汽车尾灯、移动电子显示器和电视机。与传统光源相比，LED的各种益处可包括提高效率、延长寿命、可变发射光谱以及与各种形状因子集成的能力。尽管非常成功，但非常需要用于制造LED的改进技术。
技术实现思路
在LED制造过程期间，使用诸如半导体工业所使用的批量生产过程在衬底上形成LED结构。诸如清洁、沉积、光刻、蚀刻和金属化的过程步骤用于形成基本LED结构。为了实现批量生产规模制造和更低成本，使用这些过程在衬底上同时形成许多装置。根据所需的LED类型，使用不同的衬底和材料。例如，UV发射LED通常由氮化镓(GaN)材料制成，其通常是蓝宝石上的异质外延层或使用氢化物气相外延(HVPE)或氨热法制备的独立式GaN衬底。对于其他颜色，可使用GaAs或GaP衬底。最近，层状转移到支撑衬底上的GaN、GaAs或其他III-V半导体材料已经可用作另一种起始衬底类型。可以使用本专利技术中公开的设备和方法将这些以及可能的其他LED结构进行传质，以将这些LED器件结构从具有源面密度的源表面(通常是衬底)快速准确地放置到具有通常不同的目标面密度的目标表面上。需要这样的密度转换以使用通常以阵列布置的LED器件的源衬底到许多可能的目标衬底配置。电视、笔记本电脑的屏幕、计算机显示器、手机、设备、汽车和可穿戴式显示器只是少数需要可编程的面密度传质设备和方法的实例。大多数微型LED器件的“印刷”方法是“拾取和放置”制造方法的增加产量的版本，已成功用于包括半导体工业在内的许多行业。在半导体工业中，通常从托盘中拾取单个集成电路管芯，并将其放置在最终的互连衬底、中介层等中。追求改进的微型LED制造拾放传质策略的公司的实例包括加利福尼亚库比蒂诺的Apple公司和爱尔兰科克的X-Celeprint。两家公司都在开发变型，该变型可拾取多个LED器件，然后将它们放置在目标表面的至少一部分上。使用这些方法的适合性的特点是生产量，仅可打印已知良好管芯微型LED器件的选项和转移产量。当前的方法在每个这些标准中都有局限性。例如，X-Celeprint最近公开了其微转移打印功能的一些细节(SPIEPhotonicsWest2017论文10124-44和SID2017会议论文19.4)。据称生产量每小时超过约一百万个LED，并且该方法仅限于不存在的打印KGD装置的能力。取而代之的是，该公司提出了一系列的印后维修方法。这些限制被认为是物理拾取和放置方法的基本结果，并且难以进一步改进。通过认识到物理印章拾取和放置方法从源衬底提起特定的装置阵列并将该阵列放置在目标衬底内的特定位置，可以认识到利用KGD测试数据通过拾取和放置方法仅转移功能良好的管芯的固有困难。无论管芯功能的级别如何，它本质上都是对源阵列的“盲”打印。利用KGD数据的唯一解决方案是通过在目标衬底转移之前添加无功能的管芯移除步骤来降低生产量，然后在后续的丢失管芯中进行填充。下面的4kUHD电视显示器实例将用于说明这些传统的拾取和放置方法是如何不足以成为具有商业竞争力的微型LED制造的有效解决方案的。该显示器包含830万个RGB像素或大约2500万个子像素。以每小时一百万个亚像素的传输速率，X-Celeprint系统需要大约25小时才能完全填充一台4kUHD电视。假设大型电视生产线的生产速度为1电视/分钟，则需要数量不实际的微型转印系统(超过1500个)。此外，转移后的印刷维修将大大降低有效产量，并需要大量返工。假设由于转移错误和转移非功能性管芯而导致的非功能性微型LED速率为10ppm，则每台电视平均将具有250个不良子像素，需要进行某种形式的维修。对转移后维修的依赖不仅不切实际，而且价格昂贵，并且存在产量和质量问题。需要新的方式和方法来生成源衬底的KGD数据文件，并且仅以极低的传输错误率灵活且快速地传输仅满足所选功能规范集的KGD装置。高放置速度、准确性和最终装置的功能产量只是实现商业上具有竞争力的微型LED制造所需的一些要求。本专利技术中描述的传质设备和方法在满足管芯/位置匹配标准的基础上通过使用诸如激光束之类的能量束快速地将KGD管芯从源衬底释放到目标衬底，从而满足了具有商业竞争力的微型LED制造的需求。根据本专利技术的某些优选实施方式，使用垂直LED结构来放松从特定子像素位置到称为足迹(footprint，覆盖区)的子像素内的X-Y区域的放置精度，可以显著提高生产量和匹配计数。可以通过将源衬底移动到第二个位置来填充不匹配的特定像素。重复这样的移动，直到所有子像素都已匹配并填充为止。对于本专利技术，像素和子像素将可互换使用，以表示要组装LED器件的位置。传质设备利用KGD数据文件来避免传送根据预设标准无法正常工作的LED。为了在制造环境中实用，功能测试方法需要快速测试密集的微型LED源衬底阵列。例如，一个具有10μmx10μm微型LED阵列和5mm边缘排除的6”衬底将包含大约1.5亿个LED器件。该专利技术人已经开发了这种阵列的非直接接触功能测试的方法，并且已经在题为“发光二极管(LED)测试设备和制造方法”的美国专利申请号62/522,576中描述，在此出于所有目的通过引用并入本文。这种传质方法提供的主要好处是其以每小时估计超过1-2.5亿个LED的高速率填充KGDLED器件的能力。这将使得该方法能够以几乎无错误的方式并且以与大批量生产线兼容的速率制造目标产品。本专利技术中描述的设备和方法被描述为束寻址释放(BAR)传质设备和方法。附图说明图1显示了LED结构的简化横截面。图2显示了在LED批量生产过程中包含LED器件结构的LED源衬底。图3A-3B示出了具有被街道隔离的单个LED器件的LED源衬底的俯视图(A)和截面图(B)。图4示出了具有被街道隔离的单个LED器件的LED源衬底的截面图，并且还示出了根据本专利技术实施方式的LED器件的光束诱导释放。图5示出了具有被街道隔离的单个LED器件的LED源衬底的截面图，并且还示出了根据本专利技术的另一实施方式的LED器件的光束诱导释放。图6A示出了根据本专利技术的具体实施方式的源衬底组件的测试步骤，利用与具有埋入公共触点和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将设置在源衬底上的多个发光器件结构转移到目标衬底的设备，所述发光器件结构具有从表面能够到达的第一接触层和包括在所述发光器件结构上的第二接触层，所述发光器件结构能够通过释放过程释放，并且能够从垂直发光器件结构或横向发光器件结构中选择，所述设备包括：/n计算机装置，能够读取和更新已知良好管芯(KGD)计算机文件，所述文件包含有关能够释放的可用发光器件的信息，并且能够控制扫描装置、所述源衬底和所述目标衬底的相对运动以及激光源控制；/n激光源，能够发出足以通过释放过程使发光器件与所述源衬底分离的光脉冲；/n扫描装置，能够将激光引导到位于所述源衬底的至少一部分上的扫描区域内；/n垂直运动和控制装置，将包含所述发光器件结构的所述源衬底的至少一部分紧靠所述目标衬底的至少一部分放置而具有中间界面区域；/n支撑和运动系统，能够使所述源衬底相对于所述目标衬底移动；/n其中，能够光束寻址的释放过程使多个发光器件被释放并固定在所述目标衬底上的预定位置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170626 US 62/525,1051.一种用于将设置在源衬底上的多个发光器件结构转移到目标衬底的设备，所述发光器件结构具有从表面能够到达的第一接触层和包括在所述发光器件结构上的第二接触层，所述发光器件结构能够通过释放过程释放，并且能够从垂直发光器件结构或横向发光器件结构中选择，所述设备包括：
计算机装置，能够读取和更新已知良好管芯(KGD)计算机文件，所述文件包含有关能够释放的可用发光器件的信息，并且能够控制扫描装置、所述源衬底和所述目标衬底的相对运动以及激光源控制；
激光源，能够发出足以通过释放过程使发光器件与所述源衬底分离的光脉冲；
扫描装置，能够将激光引导到位于所述源衬底的至少一部分上的扫描区域内；
垂直运动和控制装置，将包含所述发光器件结构的所述源衬底的至少一部分紧靠所述目标衬底的至少一部分放置而具有中间界面区域；
支撑和运动系统，能够使所述源衬底相对于所述目标衬底移动；
其中，能够光束寻址的释放过程使多个发光器件被释放并固定在所述目标衬底上的预定位置。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述发光器件结构通过称为释放层的中间层被安装在所述源衬底上。


3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述释放层是ITO，并且所述激光源是355nm、532nm或1064nm的被动锁模激光器。


4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述界面区域是间隙介质。


5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述间隙介质包括气体或真空。


6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述间隙介质包括液体。


7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述已知良好管芯计算机文件利用每个先前释放的发光器件的位置来更新。


8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述扫描装置被索引到新的目标区域，以用于附加的发光器件释放过程。


9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述源衬底和所述目标衬底之间的所述紧靠是实际接触。


10.一种制造光学器件的方法，所述方法包括：
提供发光二极管结构，多个发光器件结构设置在源衬底上以转移到目标衬底，所述发光器件结构具有从表面能够到达的第一接触层和包括在所述发光器件结构上的第二接触层，所述发光器件结构能够通过释放过程释放，并且可从垂直发光器件结构或横向发光器件结构选择；
使用计算机装置读取和更新已知良好管芯(KGD)计算机文件以指导所述释放过程，所述文件包含有关能够被释放的可用发光器件的信息；
使用激光源发出足...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰乔斯·J·亨利，
申请(专利权)人：特索罗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US