Terecircuits推出新的Micro-LED巨量转移工艺，极大提高转移效率并降低成本

　　CINNO Research产业资讯，碳化硅(SiC)是一种宽带隙半导体材料，可用于制作高电压和高电流半导体组件，有助于开发电动汽车等现代电力应用的节能系统。不过一直以来，碳化硅材料都非常的脆，这使得制造工厂无法使用一些传统面向硅等不太脆材料的半导体设备直接对其进行加工。然而现在，市场对该材料的需求正不断增加，且目前加工这一类较脆材料的成本也在不断攀升，该行业和市场正面临着规模进一步扩张的困难。

　　电动汽车和类似技术的兴起已经表明，该行业有必要做出调整以适应这些材料的工艺需求，这些都是未来半导体技术的发展契机。Terecircuits公司首席执行官Wayne Rickard在接受《电力电子新闻》采访时，谈到了他们开发的一种新型半导体元器件转移工艺。据其介绍，该工艺可以在对其进行制造加工的过程中，保持碳化硅等半导体材料的完整性。

　　Terecircuits开发的制造工艺用单个硬载体取代传统的处理工具，并使用尖端激光技术实现一种温和的器件释放动作，来处理上述较脆的碳化硅等材料的复杂性。据介绍，这种方法不仅能够极大降低器件材料转移过程中的损坏风险，还能提高制造良率和吞吐量。

　　制造工艺

　　未来十年，市场将迎来物联网、可穿戴设备、智能建筑和车辆、增强现实和虚拟现实以及医疗设备的指数级增长。不过，所有这些领域都将可能依赖于新一代、低成本Micro-LED显示器。这种先进的显示器具有高像素密度、可嵌入传感器件、轻薄紧凑、搭载透明柔性驱动背板和更低的功率等众多优势。

　　然而，众所周知，Micro-LED面板当前最佳的组装方案是使用传统的拾取和放置(Pick-up and Place)。不过，因为Micro-LED芯片的尺寸非常小，即使一款普通分辨率的电视也可能有接近3500万颗芯片，如此大的处理数量让这种方法在批量生产中变得不切实际。目前市场上的商业方案和设备无法同时处理数千颗芯片，如果没有更为激进的新方法，市场将无法实现最终的批量化生产。

　　Rickard说：“如今，市场需要非常贵的简短设备来处理放置精度低于10微米的小芯片器件。采用一种基于Terecircuits技术改装的中程掩模对准设备则可以轻松处理1微米放置精度以下的所有几何形状的器件，且其成本仅为传统方案的一小部分。Terecircuits的方案可以同时放置数千颗芯片器件，它不仅可以提高良率，还能够极大提高吞吐量，进而将面板的组装时间从几天缩短到几分钟。”

　　另一方面，碳化硅等较新的半导体材料非常脆弱，在制造的最后阶段可能会被组装设备损坏。较新的产品需要在小封装中高精度地组装多种不同的技术。Rickard说：“就目前的设备方案而言，良率很低，产量也不可接受;这些产品永远不会达到目前制造技术所设想的规模。传统的半导体组装工艺已经达到了处理小型、较脆器件的能力极限。”

　　电路组件

　　根据Rickard的说法，传统的制造技术已经几乎走到了使用寿命的尽头，尤其是在组装大量微米级芯片器件时。如今，电子元器件的尺寸甚至小到和一个红细胞差不多，整个组装工艺需要将数百万颗微小的芯片移动到驱动用电路基板上。

　　“为此，Terecircuits开发了一种具有独特物理性能的、具有粘合效果的聚合物转移膜，它能够让数千颗芯片同时从供体基板上转移到目标电路基板上，”Rickard接着补充道：“我们拥有这种多用途生产设备的专利许可权，这种设备能够达到亚微米级的放置精度。通过将聚合物的新配方与半导体领域开发的、具有亚微米精度的光刻技术相结合，我们最终让快速、低成本的大规模微器件转移和组装成为可能”。

　　Terecircuits的工艺是使用掩模来定义哪些Micro-LED芯片需要从供体基板上释放，这一概念与激光诱导正向转移(LIFT)技术相关。据了解，LIFT使用激光改变将Micro-LED固定在供体板上的临时粘合剂的物理或化学性质。在传统的LIFT工艺中，激光器能够单独释放供体基板上的芯片，接着使用机械载物台或检流计反射镜重新定位，以释放下一颗芯片器件。

　　Rickard说：“Terecircuits设计的这种光聚合物为Tereifilm®，它能够在低于典型掩模材料烧蚀阈值的情况下激活。因此，我们能够利用Tereifill®的LIFT工艺，使用掩模在一次操作中转移数千颗芯片器件。”

　　使用其他材料的LIFT设备需要在逐个芯片的过程中，顺序移动梁体和目标芯片。如果显示器的目标间距(像素间距)是晶圆基板上Micro-LED芯片间距的整数倍，则该工艺还可以利用这种已有的优势实现更快的制作工艺。

　　工艺示例

　　作为一个工艺示例，我们借此理解下基于光致聚合物的巨量转移工艺，其完整工艺步骤如图1所示。Terecircuits的设备和工艺可以使用SiP或Micro-LED芯片等基本器件组装完成显示面板等完整的系统，不需要像传统拾取和放置工艺一样就能高速实现亚微米级器件放置精度。

　　所涉及的工艺步骤如下：

　　1.使用粘性聚合物转移膜粘住透明供体基板上的多颗芯片;

　　2.使用一种高精度的颗粒定位工具将掩模、供体板和衬底堆叠排列;

　　3.在外在激光的激活和控制下，目标芯片器件被选择性地释放，进而准确地放置在基板上。

图1. 基于光聚合物的巨量转移工艺(来源：Terecircircuits公司)

　　未来的一瞥

　　Rickard表示，今天市场的形势正见证着半导体使用方式的巨大转变，它们正从“半导体为人类规模的使用”转变为“半导体为传感器网络和物联网提供更大规模电源的世界”。这一变革带来了无数的应用挑战，例如晶体管尺寸缩小效应的减弱，它导致市场对传统半导体设计的重新评估。另外，传感器网络、薄膜电池、RFID、5G和6G天线等应用可能需要硅以外的半导体材料，所以市场可能需要将开发重点从晶体管缩放转向封装和组装。

　　Rickard说：“半导体器件的封装和组装，传统意义上是一个直接面向终端产品的低风险、劳动密集型制造过程，然而它们现在正变得类似于一种非常靠前的制造工艺。这种转变不仅给市场带来了技术挑战——需要更为清洁的制造环境，还大大提高了最终产品的整体价值。”

　　这样的代际变化带来了新的投资机会，不过它需要长达十年的承诺，而不是短期收益。很多初创企业都对美国的《芯片法案》等举措感到兴奋，他们看到了政府正在承认一个事实，那就是他们在研发投资层面不仅要支持老牌公司，还要更大力地支持新兴公司地发展。这些颠覆性的变化对半导体行业未来的领导地位至关重要。

　　对于许多应用来说，晶体管尺寸的缩小正逐步达到边际收益递减的地步。新工艺节点的每个晶圆厂的成本比前一个节点都要高出数十亿美元。半导体正走向一个岔路，其中之一是撇开传统在尺寸层面上更执着的追求，转而面向应用和更高阶的封装(AP，Advanced Packaging)，这就是“More than Moore”发展模式。“More than Moore”这种致力于应用和封装的新思路，将从根本上改变整个半导体行业，进而推动器件的性能提升、效率提高和成本的降低。

　　众所周知，人工智能、HPC、5/6G、物联网和电动汽车是当前推动半导体行业继续增长和创新的主要趋势，他们需要AP支持3D堆叠、光学、MEMS、小芯片、传感器和硅基以外的其他材料。这些设备和器件尺寸上越来越小、越来越薄，同时其强度也越来越脆弱。然而，现有的设备和工具往往无法应对这些AP带来的挑战，从而影响制造良率、产量和成本。市场需要新的方法来制造商业上可行的产品。

　　Terecircuits公司开发的一系列材料和方案将这一类AP的创新方法应用到更为广泛的领域，包括SiP、小芯片的拾取和转移、芯片到晶圆键合和柔性混合电子等。

　　关于Terecircuits公司

　　Terecircuits是一家来自美国的半导体创业公司，其前身是Jayna Sheats 2008年创立的Terapac公司，该公司开发了一种用于制造物联网(IoT)和智能卡产品的多芯片集成RFID型嵌件的卷对卷工艺。Jayna Sheats目前担任Terecircuits的CTO，Terecircuits拥有其前身Terapac公司的众多技术许可。

　　Terecircuits目前致力于开发先进的材料解决方案，它们可轻松集成到当前的半导体制造工艺中，以提高良率和产量，同时降低总拥有成本。公司的技术支持小型、脆弱和薄型器件、小芯片、传感器、电源设备和无源器件的异构组装。公司目前的工艺非常适合在减少浪费的情况下实现产品的规模化，同时满足关键的组装需求，如3D堆叠、物联网、碳化硅芯片连接、柔性电路和Micro-LED显示器等。

　　自成立以来，Terecircuits一直获得商业天使资助，截至目前筹集了约530万美元的股权资金，另外还以国家科学基金会赠款的形式获得了125万美元。