Terecircuits推出新的Micro-LED巨量轉(zhuǎn)移工藝，極大提高轉(zhuǎn)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(dǎo)體材料，可用于制作高電壓和高電流半導(dǎo)體組件，有助于開發(fā)電動(dòng)汽車等現(xiàn)代電力應(yīng)用的節(jié)能系統(tǒng)。不過一直以來，碳化硅材料都非常的脆，這使得制造工廠無法使用一些傳統(tǒng)面向硅等不太脆材料的半導(dǎo)體設(shè)備直接對(duì)其進(jìn)行加工。然而現(xiàn)在，市場(chǎng)對(duì)該材料的需求正不斷增加，且目前加工這一類較脆材料的成本也在不斷攀升，該行業(yè)和市場(chǎng)正面臨著規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)張的困難。

　　電動(dòng)汽車和類似技術(shù)的興起已經(jīng)表明，該行業(yè)有必要做出調(diào)整以適應(yīng)這些材料的工藝需求，這些都是未來半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展契機(jī)。Terecircuits公司首席執(zhí)行官Wayne Rickard在接受《電力電子新聞》采訪時(shí)，談到了他們開發(fā)的一種新型半導(dǎo)體元器件轉(zhuǎn)移工藝。據(jù)其介紹，該工藝可以在對(duì)其進(jìn)行制造加工的過程中，保持碳化硅等半導(dǎo)體材料的完整性。

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

　　制造工藝

　　未來十年，市場(chǎng)將迎來物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、智能建筑和車輛、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)以及醫(yī)療設(shè)備的指數(shù)級(jí)增長。不過，所有這些領(lǐng)域都將可能依賴于新一代、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(qū)動(dòng)背板和更低的功率等眾多優(yōu)勢(shì)。

　　然而，眾所周知，Micro-LED面板當(dāng)前最佳的組裝方案是使用傳統(tǒng)的拾取和放置(Pick-up and Place)。不過，因?yàn)镸icro-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3500萬顆芯片，如此大的處理數(shù)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(shè)備無法同時(shí)處理數(shù)千顆芯片，如果沒有更為激進(jìn)的新方法，市場(chǎng)將無法實(shí)現(xiàn)最終的批量化生產(chǎn)。

　　Rickard說：“如今，市場(chǎng)需要非常貴的簡短設(shè)備來處理放置精度低于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(duì)準(zhǔn)設(shè)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(tǒng)方案的一小部分。Terecircuits的方案可以同時(shí)放置數(shù)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(dǎo)體材料非常脆弱，在制造的最后階段可能會(huì)被組裝設(shè)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：“就目前的設(shè)備方案而言，良率很低，產(chǎn)量也不可接受;這些產(chǎn)品永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到目前制造技術(shù)所設(shè)想的規(guī)模。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體組裝工藝已經(jīng)達(dá)到了處理小型、較脆器件的能力極限。”

　　電路組件

　　根據(jù)Rickard的說法，傳統(tǒng)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(jí)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(xì)胞差不多，整個(gè)組裝工藝需要將數(shù)百萬顆微小的芯片移動(dòng)到驅(qū)動(dòng)用電路基板上。

　　“為此，Terecircuits開發(fā)了一種具有獨(dú)特物理性能的、具有粘合效果的聚合物轉(zhuǎn)移膜，它能夠讓數(shù)千顆芯片同時(shí)從供體基板上轉(zhuǎn)移到目標(biāo)電路基板上，”Rickard接著補(bǔ)充道：“我們擁有這種多用途生產(chǎn)設(shè)備的專利許可權(quán)，這種設(shè)備能夠達(dá)到亞微米級(jí)的放置精度。通過將聚合物的新配方與半導(dǎo)體領(lǐng)域開發(fā)的、具有亞微米精度的光刻技術(shù)相結(jié)合，我們最終讓快速、低成本的大規(guī)模微器件轉(zhuǎn)移和組裝成為可能”。

　　Terecircuits的工藝是使用掩模來定義哪些Micro-LED芯片需要從供體基板上釋放，這一概念與激光誘導(dǎo)正向轉(zhuǎn)移(LIFT)技術(shù)相關(guān)。據(jù)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(tǒng)的LIFT工藝中，激光器能夠單獨(dú)釋放供體基板上的芯片，接著使用機(jī)械載物臺(tái)或檢流計(jì)反射鏡重新定位，以釋放下一顆芯片器件。

　　Rickard說：“Terecircuits設(shè)計(jì)的這種光聚合物為Tereifilm®，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(zhuǎn)移數(shù)千顆芯片器件。”

　　使用其他材料的LIFT設(shè)備需要在逐個(gè)芯片的過程中，順序移動(dòng)梁體和目標(biāo)芯片。如果顯示器的目標(biāo)間距(像素間距)是晶圓基板上Micro-LED芯片間距的整數(shù)倍，則該工藝還可以利用這種已有的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)移工藝，其完整工藝步驟如圖1所示。Terecircuits的設(shè)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(tǒng)，不需要像傳統(tǒng)拾取和放置工藝一樣就能高速實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)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(zhuǎn)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(biāo)芯片器件被選擇性地釋放，進(jìn)而準(zhǔn)確地放置在基板上。

圖1. 基于光聚合物的巨量轉(zhuǎn)移工藝(來源：Terecircircuits公司)

　　未來的一瞥

　　Rickard表示，今天市場(chǎng)的形勢(shì)正見證著半導(dǎo)體使用方式的巨大轉(zhuǎn)變，它們正從“半導(dǎo)體為人類規(guī)模的使用”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;半導(dǎo)體為傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)提供更大規(guī)模電源的世界”。這一變革帶來了無數(shù)的應(yīng)用挑戰(zhàn)，例如晶體管尺寸縮小效應(yīng)的減弱，它導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)傳統(tǒng)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的重新評(píng)估。另外，傳感器網(wǎng)絡(luò)、薄膜電池、RFID、5G和6G天線等應(yīng)用可能需要硅以外的半導(dǎo)體材料，所以市場(chǎng)可能需要將開發(fā)重點(diǎn)從晶體管縮放轉(zhuǎn)向封裝和組裝。

　　Rickard說：“半導(dǎo)體器件的封裝和組裝，傳統(tǒng)意義上是一個(gè)直接面向終端產(chǎn)品的低風(fēng)險(xiǎn)、勞動(dòng)密集型制造過程，然而它們現(xiàn)在正變得類似于一種非?？壳暗闹圃旃に?。這種轉(zhuǎn)變不僅給市場(chǎng)帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)——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了新的投資機(jī)會(huì)，不過它需要長達(dá)十年的承諾，而不是短期收益。很多初創(chuàng)企業(yè)都對(duì)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(rèn)一個(gè)事實(shí)，那就是他們?cè)谘邪l(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(duì)半導(dǎo)體行業(yè)未來的領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要。

　　對(duì)于許多應(yīng)用來說，晶體管尺寸的縮小正逐步達(dá)到邊際收益遞減的地步。新工藝節(jié)點(diǎn)的每個(gè)晶圓廠的成本比前一個(gè)節(jié)點(diǎn)都要高出數(shù)十億美元。半導(dǎo)體正走向一個(gè)岔路，其中之一是撇開傳統(tǒng)在尺寸層面上更執(zhí)著的追求，轉(zhuǎn)而面向應(yīng)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(yīng)用和封裝的新思路，將從根本上改變整個(gè)半導(dǎo)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)汽車是當(dāng)前推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)增長和創(chuàng)新的主要趨勢(shì)，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(shè)備和器件尺寸上越來越小、越來越薄，同時(shí)其強(qiáng)度也越來越脆弱。然而，現(xiàn)有的設(shè)備和工具往往無法應(yīng)對(duì)這些AP帶來的挑戰(zhàn)，從而影響制造良率、產(chǎn)量和成本。市場(chǎng)需要新的方法來制造商業(yè)上可行的產(chǎn)品。

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

　　關(guān)于Terecircuits公司

　　Terecircuits是一家來自美國的半導(dǎo)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(duì)卷工藝。Jayna Sheats目前擔(dān)任Terecircuits的CTO，Terecircuits擁有其前身Terapac公司的眾多技術(shù)許可。

　　Terecircuits目前致力于開發(fā)先進(jìn)的材料解決方案，它們可輕松集成到當(dāng)前的半導(dǎo)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(shè)備和無源器件的異構(gòu)組裝。公司目前的工藝非常適合在減少浪費(fèi)的情況下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)?；?，同時(shí)滿足關(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，Terecircuits一直獲得商業(yè)天使資助，截至目前籌集了約530萬美元的股權(quán)資金，另外還以國家科學(xué)基金會(huì)贈(zèng)款的形式獲得了125萬美元。