紀(jì) 騁

一、概述

隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，給用戶帶來(lái)沉浸式人機(jī)交互體驗(yàn)的AR/VR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)已經(jīng)成為新的發(fā)展方向。特別是，去年10 月扎克伯格宣布將Facebook 改名為Meta，迅速引燃了人們對(duì)于“元宇宙”相關(guān)技術(shù)的關(guān)注，VR/AR 技術(shù)作為“元宇宙”底層硬件技術(shù)，更加成為了產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。為了帶來(lái)更有真實(shí)感的視覺(jué)體驗(yàn)，VR/AR技術(shù)對(duì)顯示技術(shù)提出了更高的要求。

Micro-LED 顯示相對(duì)于現(xiàn)有的主流顯示技術(shù)，具有功耗低、亮度高、解析度與色彩飽和度超高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、效率高等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前最有望滿足VR/AR 技術(shù)應(yīng)用的顯示技術(shù)。2012 年索尼公司推出了世界上第一個(gè)Micro-LED 顯示屏，2014 年蘋(píng)果公司收購(gòu)了一家專注于Micro-LED 顯示的公司LuxVue，并著力發(fā)展Micro-LED 顯示在其產(chǎn)品中的應(yīng)用，這引起了業(yè)界極大的關(guān)注。此后，三星、LG、京東方等顯示面板企業(yè)也陸續(xù)進(jìn)入賽道，開(kāi)始推出自己的Micro-LED 顯示屏，松下公司旗下的Shiftall 公司也將于今年推出全球首款采用Micro-LED 的VR 眼鏡。

如圖1 所示，從技術(shù)上看，盡管Micro-LED 顯示產(chǎn)業(yè)可以直接轉(zhuǎn)用傳統(tǒng)顯示產(chǎn)業(yè)和LED 產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)發(fā)展較成熟的TFT 技術(shù)和LED 技術(shù)，不少?gòu)S家也很早就推出了樣品，但至今很難走上大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的道路，其瓶頸就在于巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)（也稱微轉(zhuǎn)移技術(shù)），即如何使得預(yù)制的小尺寸LED 結(jié)構(gòu)按照需求規(guī)則地排列在TFT 背板上。巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)看似只是傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移技術(shù)小型化的演進(jìn)，然而，在當(dāng)前高度集成化的半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，將小尺寸的單體精確地轉(zhuǎn)移是非常困難的，主要的問(wèn)題在于轉(zhuǎn)移的效率和良率這兩個(gè)方面。例如在Micro-LED 顯示的應(yīng)用場(chǎng)景下，一塊面板所需要轉(zhuǎn)移的單體個(gè)數(shù)常常在千萬(wàn)量級(jí)，如何把這么大數(shù)量的單體快速進(jìn)行轉(zhuǎn)移，這對(duì)于生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要問(wèn)題；此外，對(duì)于如此大量的單體轉(zhuǎn)移工藝，如果轉(zhuǎn)移的良率不高，則會(huì)直接給顯示面板帶來(lái)過(guò)多的壞點(diǎn)。這兩個(gè)問(wèn)題直接導(dǎo)致Micro-LED 顯示的成本居高不下。

圖1 Micro-LED顯示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)圖

從業(yè)界動(dòng)態(tài)也能看出巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的重要程度。諸如蘋(píng)果、索尼這樣的巨頭在這項(xiàng)技術(shù)上緊鑼密鼓的布局已足以引起行業(yè)普遍重視。2013 年伊利諾伊大學(xué)的Roger 教授團(tuán)隊(duì)基于微米轉(zhuǎn)?。∕icro-Transfer-Printing，μTP）的科研成果成立了在業(yè)界頗具影響力的X-celeprint 公司。2016 年臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱“臺(tái)灣工研院”）推動(dòng)成立了巨量微組裝產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（Consortium for Intelligent Micro-assembly System，CIMS），臺(tái)灣地區(qū)20 多個(gè)涉及LED、材料、IC 設(shè)計(jì)、封裝、面板、系統(tǒng)等領(lǐng)域的廠商可以基于此平臺(tái)積極合作，共同推動(dòng)臺(tái)灣地區(qū)的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，目前已經(jīng)涌現(xiàn)出了多家在Micro-LED 顯示領(lǐng)域非常活躍的公司，如錼創(chuàng)（Play Nitride）、友達(dá)光電、美科米尚（Mikro Mesa）等。近幾年，許多傳統(tǒng)顯示大廠也紛紛與具有巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的公司展開(kāi)合作，開(kāi)始發(fā)力Micro-LED 顯示，如2017 年中電熊貓開(kāi)始與臺(tái)灣Mikro Mesa 公司合作開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，2022 年華星光電與三安光電合作成立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。此外，還有一些企業(yè)以自研巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的方式快速進(jìn)入賽道，如2019 年康佳集團(tuán)設(shè)立重慶康佳光電技術(shù)研究院，截至2021 年已建成生產(chǎn)線并完成小批量試產(chǎn)；2020 年維信諾設(shè)立成都辰顯光電，次年即發(fā)布產(chǎn)品。

另一方面，隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品走向高整合、多功能、微型化的趨勢(shì)日益明顯，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)除了首先在Micro-LED 顯示中的發(fā)力之外，必將在下一代的新興技術(shù)中占有重要地位。這從X-celeprint公司、臺(tái)灣CIMS 等相關(guān)專利申請(qǐng)的表述方式中可見(jiàn)端倪，相信這些單位在成立時(shí)對(duì)巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的這種廣闊應(yīng)用前景是有一定預(yù)期的。

二、專利文獻(xiàn)分析

本文針對(duì)與巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)相關(guān)的專利文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索，檢索的截止日期為2022 年6 月23 日。檢索采用的數(shù)據(jù)庫(kù)是中國(guó)專利全文數(shù)據(jù)庫(kù)（CNTXT）、外國(guó)專利全文中文翻譯數(shù)據(jù)庫(kù)（ENTXTC）和德溫特世界專利索引（DWPI），我們以IPC、CPC 分類號(hào)和關(guān)鍵詞作為入口在不同庫(kù)中分別檢索，最后將得到的文獻(xiàn)統(tǒng)一轉(zhuǎn)庫(kù)到DWPI 庫(kù)，共得到4641 項(xiàng)專利文獻(xiàn)?？紤]到基于同一優(yōu)先權(quán)的專利申請(qǐng)可以在不同地區(qū)形成多件專利文獻(xiàn)，在統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，將不同地區(qū)基于同一優(yōu)先權(quán)的專利文獻(xiàn)族稱為一“項(xiàng)”，而將各個(gè)地區(qū)的專利文獻(xiàn)稱為一“件”。

（一）申請(qǐng)趨勢(shì)分析

我們利用DWPI 庫(kù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了各項(xiàng)專利的最早優(yōu)先權(quán)日，以期了解發(fā)明活動(dòng)的整體進(jìn)行情況。

在技術(shù)發(fā)展的早期，芯片封裝行業(yè)中的轉(zhuǎn)移技術(shù)是巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的技術(shù)原型，基于半導(dǎo)體行業(yè)微縮化的趨勢(shì)，海外對(duì)微小尺寸芯片的轉(zhuǎn)移技術(shù)一直有零星的前瞻性研究。如圖2 所示，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)相關(guān)的發(fā)明專利申請(qǐng)可以追溯到上世紀(jì)90 年代，甚至更早，但是直到2009 年全球申請(qǐng)量一直徘徊在二三十項(xiàng)左右。此時(shí)期的申請(qǐng)主要是海外申請(qǐng)，中國(guó)大陸的申請(qǐng)幾乎沒(méi)有。加利福尼亞州立大學(xué)于1993 年的專利申請(qǐng)（CN1147153A，下文將詳細(xì)介紹）是此時(shí)期較有代表性的專利申請(qǐng)。

圖2 申請(qǐng)量趨勢(shì)圖

到了2009 年，Rogers 教授及其合作者在Science雜志上發(fā)表論文“Printed Assemblies of Inorganic Light-Emitting Diodes for Deformable and Semitransparent Displays”，公布了其應(yīng)用巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)制造Micro-LED 顯示器的相關(guān)工作，引起了國(guó)際上廣泛的關(guān)注。從圖2 的申請(qǐng)量趨勢(shì)圖也可以看出，2009 年以后的申請(qǐng)量開(kāi)始逐步增長(zhǎng)，包括索尼、夏普在內(nèi)的諸多公司在這一年提出了相關(guān)的專利申請(qǐng)，而且值得注意的是，后來(lái)被蘋(píng)果公司收購(gòu)的LuxVue公司恰恰就是在這一年成立的。

從圖2 中可以看出，從2016 年開(kāi)始國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)量呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，并于2019 年達(dá)到巔峰，這與Micro-LED 顯示作為下一代顯示技術(shù)的發(fā)展方向開(kāi)始被業(yè)界普遍重視有關(guān)。特別是中國(guó)大陸的申請(qǐng)量增長(zhǎng)迅猛，很快超過(guò)海外申請(qǐng)量，可見(jiàn)“集中猛攻”是我國(guó)技術(shù)研發(fā)的一大特色。值得注意的是，盡管2020年仍然有小部分專利文獻(xiàn)尚未公開(kāi)而導(dǎo)致當(dāng)年數(shù)據(jù)不完整，但已經(jīng)可以看出，相比于海外申請(qǐng)量很可能跌落的趨勢(shì)，中國(guó)大陸的申請(qǐng)量已經(jīng)有小幅提升。2021年和2022 年申請(qǐng)的專利大部分因還未公開(kāi)而數(shù)據(jù)不全，故總量不具有參考價(jià)值。

（二）申請(qǐng)的來(lái)源和目標(biāo)區(qū)域分析

首先，我們利用DWPI 庫(kù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了每一件專利文獻(xiàn)分布的區(qū)域。如圖3 所示，中國(guó)大陸和美國(guó)是專利文獻(xiàn)分布的主要區(qū)域，兩者之和超過(guò)了總量的一半，可見(jiàn)中國(guó)大陸和美國(guó)是全球巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)最主要的市場(chǎng)。其次是日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、歐洲和德國(guó)①本文中“歐洲”對(duì)應(yīng)歐洲專利局的相應(yīng)數(shù)據(jù)?！暗聡?guó)”對(duì)應(yīng)德國(guó)專利局的相應(yīng)數(shù)據(jù)。，都有數(shù)百的文獻(xiàn)量，也是巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)較重要的市場(chǎng)。最后加拿大也有少量的文獻(xiàn)分布，該市場(chǎng)也值得關(guān)注。

圖3 專利文獻(xiàn)主要區(qū)域分布圖

然后，我們利用DWPI 庫(kù)的數(shù)據(jù)對(duì)每一件專利的來(lái)源地和目標(biāo)地進(jìn)行更細(xì)化的統(tǒng)計(jì)。如圖4 所示，無(wú)論從專利來(lái)源還是市場(chǎng)布局來(lái)看，中國(guó)大陸和美國(guó)的文獻(xiàn)量都是最大的?？梢?jiàn)兩個(gè)區(qū)域在技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)兩方面都是全球最重要的區(qū)域。

圖4 專利文獻(xiàn)主要目標(biāo)地-來(lái)源地區(qū)域分布圖

從專利布局來(lái)看，來(lái)自中國(guó)大陸的專利申請(qǐng)主要進(jìn)入中國(guó)大陸和美國(guó)兩個(gè)區(qū)域，進(jìn)入其他區(qū)域的量比較少；然而，來(lái)自美國(guó)的專利申請(qǐng)除了進(jìn)入中國(guó)大陸和美國(guó)兩個(gè)區(qū)域之外，在日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣、歐洲等區(qū)域都有一定的布局?？梢?jiàn)，中國(guó)大陸的專利技術(shù)主要關(guān)注中國(guó)大陸和美國(guó)市場(chǎng)布局，而美國(guó)的專利技術(shù)則更加側(cè)重全球的整體布局。

從專利來(lái)源地看，日本和韓國(guó)具有較大文獻(xiàn)量，但是從專利目標(biāo)地來(lái)看，這兩個(gè)地區(qū)的專利文獻(xiàn)量又相對(duì)較少。由此可見(jiàn)，日本和韓國(guó)產(chǎn)生了大量的專利技術(shù)，但這些專利技術(shù)更傾向于向海外布局，即這兩個(gè)地區(qū)屬于技術(shù)輸出型地區(qū)。與此相反，歐洲是個(gè)非常有特色的區(qū)域，其作為來(lái)源地的專利申請(qǐng)并不多，但是相對(duì)而言以歐洲為目標(biāo)地的專利文獻(xiàn)量較大，可見(jiàn)歐洲沒(méi)有產(chǎn)生很多專利技術(shù)但該地區(qū)是很多專利技術(shù)選擇布局的地區(qū)，即該地區(qū)屬于技術(shù)輸入型地區(qū)。中國(guó)臺(tái)灣、德國(guó)和加拿大的專利來(lái)源地-目標(biāo)地的布局結(jié)構(gòu)都比較均衡，和美國(guó)的類似，都屬于技術(shù)平衡型地區(qū)。

（三）主要申請(qǐng)人分析

我們根據(jù)DWPI 庫(kù)的數(shù)據(jù)對(duì)申請(qǐng)人進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并對(duì)相同或相關(guān)的申請(qǐng)人進(jìn)行了人工合并，以了解重要申請(qǐng)人的情況。

圖5 申請(qǐng)量前二十的申請(qǐng)人情況

圖6 顯示了全球前20 位申請(qǐng)人的申請(qǐng)量，同時(shí)還區(qū)分了2016 年之前和之后的申請(qǐng)量?？梢钥闯觯?016 年之前的主要申請(qǐng)人是蘋(píng)果，索尼、三星、X-celeprint 次之，可見(jiàn)，這些海外企業(yè)早年就在這一領(lǐng)域有一定的積累。而國(guó)內(nèi)企業(yè)的申請(qǐng)全部都是在2016 年以后的，巧合的是臺(tái)灣CIMS 恰好就是在2016 年成立的，可以認(rèn)為臺(tái)灣CIMS 的成立直接引起了國(guó)內(nèi)相關(guān)顯示企業(yè)對(duì)Micro-LED 顯示技術(shù)的重點(diǎn)關(guān)注，同時(shí)標(biāo)志著Micro-LED 顯示作為下一代主流顯示技術(shù)成為了市場(chǎng)共識(shí)。

從圖6 可以看出，領(lǐng)域內(nèi)最主要的申請(qǐng)人仍然是傳統(tǒng)的顯示企業(yè)，如三星、京東方、華星光電、LG等。三星在不同產(chǎn)業(yè)都有較均衡的專利布局，故較早進(jìn)入該產(chǎn)業(yè)，其他企業(yè)都進(jìn)入較晚，2016 年以前的申請(qǐng)量較少或沒(méi)有，但是2016 年之后專利量增長(zhǎng)迅猛、后來(lái)居上。特別是康佳，其所有的專利都是在2019 年成立康佳光電技術(shù)研究院之后申請(qǐng)的。這與這些公司的經(jīng)營(yíng)模式有關(guān)。它們一般比較保守，在市場(chǎng)趨勢(shì)尚未明朗之前，研發(fā)力量仍在較主流的LCD、OLED 顯示技術(shù)，到2016 年Micro-LED 顯示被普遍認(rèn)為是下一代的主流顯示技術(shù)之后，才開(kāi)始進(jìn)行集中研發(fā)，并很快出現(xiàn)專利申請(qǐng)的井噴。

圖6 專利申請(qǐng)CN1513204A中的轉(zhuǎn)移方法

另一方面，一些知名的下游企業(yè)開(kāi)始涉足顯示行業(yè)，如蘋(píng)果、Facebook。這些企業(yè)往往是顯示企業(yè)的客戶，對(duì)顯示行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)有很強(qiáng)的話語(yǔ)權(quán)，因此，2014 年蘋(píng)果收購(gòu)LuxVue 公司、2020 年Facebook 與Plessey 公司的合作，對(duì)于業(yè)界都是一劑強(qiáng)大的興奮劑。

一些基于巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)研發(fā)的新公司開(kāi)始出現(xiàn)在舞臺(tái)上，如X-celeprint、錼創(chuàng)、Point、ELUX、亮銳、成都辰顯。要知道半導(dǎo)體行業(yè)往往是資本密集型、技術(shù)密集型的，長(zhǎng)期的技術(shù)積累對(duì)于一個(gè)公司而言是非常重要的，因而很少有初創(chuàng)公司能夠在這一行業(yè)占據(jù)相當(dāng)?shù)牡匚?。但是Micro-LED 產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)不同，如前文圖1 所示，只需要基于巨量轉(zhuǎn)移這一項(xiàng)技術(shù)，就可以將現(xiàn)有較為成熟的技術(shù)進(jìn)行整合，形成完整的結(jié)構(gòu)。這種“以點(diǎn)帶面”的結(jié)構(gòu)非常利于初創(chuàng)公司的形成。

另外，一些具有深厚封裝技術(shù)功底的公司，在巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)上也有一定的布局，如英特爾、松下。

三、主要技術(shù)路線

從技術(shù)路線的角度，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)當(dāng)前仍然處于一種百花齊放的狀態(tài)，眾多公司紛紛推出各具特色的巨量轉(zhuǎn)移方案，但是沒(méi)有一種能夠占據(jù)主流地位，相互之間也沒(méi)有類似技術(shù)演進(jìn)的關(guān)聯(lián)。在此，僅通過(guò)羅列的方式介紹常見(jiàn)的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)。

當(dāng)前主流的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)主要包括三類：拾取轉(zhuǎn)移、整體轉(zhuǎn)移和自組裝。其中拾取轉(zhuǎn)移為最常見(jiàn)的方案，而通過(guò)拾取方式的不同，又包括了多種技術(shù)路線。下面對(duì)較為主流的巨量轉(zhuǎn)移方案進(jìn)行介紹。

（一）真空拾取

法國(guó)原子能委員會(huì)的專利申請(qǐng)CN1513204A 公開(kāi)了一種從初始載體向最終載體轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體芯片的方法。

如圖7 所示，在作為初始載體的基片10 上制造一些半導(dǎo)體芯片11（例如：光電子元件或者微電子元件），這些芯片11 通過(guò)至少一個(gè)阻止層12 與其余的基片10 分隔；在基片10 和芯片11 上鋪設(shè)粘膠層13，并粘連在傳遞載體14 上；然后通過(guò)拋光或相近的方法去除基片10；之后，進(jìn)行垂直預(yù)切割，通過(guò)溝槽17 將芯片分隔；此后，選擇性地拾取待轉(zhuǎn)移的薄片16，即在壓力作用/抽吸作用/一連串的壓力和抽吸作用/一連串的壓力和釋放壓力的作用/一連串的抽吸和釋放抽吸的作用下，或者通過(guò)拾取工具18 施加突然的壓力，實(shí)現(xiàn)薄片16 的相應(yīng)的位置斷裂，將待轉(zhuǎn)移的薄片16 分離開(kāi)來(lái)；最后將該抽取的薄片16 固定在最終載體19 上，去除粘膠層13 以最終留下半導(dǎo)體芯片11。

圖7 專利申請(qǐng)CN104115266A中的轉(zhuǎn)移方法

這種方法的好處是可以和現(xiàn)有的微電子設(shè)備兼容，可以任意選取轉(zhuǎn)移的單體。缺點(diǎn)是預(yù)切割過(guò)程會(huì)限制所轉(zhuǎn)移的單體尺寸、耐熱度。而且由于真空吸頭的限制，該方法只能轉(zhuǎn)移尺寸在80um 以上的芯片，轉(zhuǎn)移速度也較慢，三星、索尼等公司在該技術(shù)上都有一定的布局。

（二）靜電拾取、磁拾取

蘋(píng)果/LuxVue 公司的專利申請(qǐng)CN104115266A 公開(kāi)了一種利用靜電轉(zhuǎn)移頭組件將承載襯底上的微型器件轉(zhuǎn)移到接收襯底上的方法。

如圖8，本方法中特別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的轉(zhuǎn)移工具，包括靜電轉(zhuǎn)移頭組件206 以及與對(duì)應(yīng)的微型LED 器件陣列的節(jié)距的整數(shù)倍相匹配的靜電轉(zhuǎn)移頭陣列204。這種轉(zhuǎn)移工具可用于拾取該微型LED 器件并將其轉(zhuǎn)移并鍵合到接收襯底。這樣，可以高轉(zhuǎn)移速率將微型LED 器件集成并裝配到不同類的集成的系統(tǒng)中，包括從微型顯示到大面積顯示范圍內(nèi)任何尺寸的襯底。其工作方式是將吸合電壓施加于靜電轉(zhuǎn)移頭，根據(jù)靜電夾使用異性電荷相吸的原理來(lái)拾取微型 器件。

圖8 專利申請(qǐng)CN107004615A中的轉(zhuǎn)移方法

同時(shí)，為了保證拾取之后在接收襯底300 上放置微型LED 器件的成功率，在放置時(shí)采用加熱的方式使得微型LED 器件下方的鍵合層連接在接收襯底300相應(yīng)的位置。這樣也可以保障微型LED 器件與接收襯底300（常常是TFT 基板）良好的電接觸。

這種方法的好處是可以在1/10 秒到幾秒之內(nèi)將微型器件陣列從承載襯底轉(zhuǎn)移到接收襯底，并且在1/4 的轉(zhuǎn)移時(shí)間中將該微型器件陣列鍵合到接收襯底。此外，由于靜電轉(zhuǎn)移頭陣列可具有1—100μm 的節(jié)距（P）以及1—100μm 的最大寬度（W），這樣可以根據(jù)需要將密集排列在承載襯底（常常是微型器件最初的生長(zhǎng)襯底）上的微型器件以最高效的方式轉(zhuǎn)移到一個(gè)或多個(gè)接收襯底上，并相應(yīng)地稀疏排列。這種方案轉(zhuǎn)移效率高、良率好，非常適用于工業(yè)生產(chǎn)。蘋(píng)果、友達(dá)、VueReal 公司、Cooledge 公司在該技術(shù)上都有一定的技術(shù)布局。

另有一種與靜電拾取類似的磁拾取方案，其利用MEMS 磁鐵制成的磁性轉(zhuǎn)移頭進(jìn)行拾取。但由于磁力的靈敏度和相應(yīng)速度較靜電力較差，因而當(dāng)前只能轉(zhuǎn)移尺寸在10um 以上的芯片，轉(zhuǎn)移速度較其他方案也較差，錼創(chuàng)、臺(tái)灣工研院、Cooledge 公司仍然在該技術(shù)上不斷努力。

（三）轉(zhuǎn)模印刷

X-celeprint 公司的專利申請(qǐng)CN107004615A 公開(kāi)了一種利用彈性印模與半導(dǎo)體元件之間的范德瓦爾斯力轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體元件的方法。

如圖9 所示，在母襯底105 上制造多個(gè)可印刷半導(dǎo)體元件100 形成的第一圖案110。然后，使具有含有多個(gè)離散連結(jié)區(qū)125 的接觸表面120 的保形轉(zhuǎn)移裝置115（常用彈性印模）與母襯底105 上的可印刷半導(dǎo)體元件100 的一部分保形接觸，該接觸表面120 上的連結(jié)區(qū)125 的特征為對(duì)于可印刷半導(dǎo)體元件100 的親和性且可為化學(xué)改性區(qū)（此類區(qū)具有從PDMS 層的表面延伸的羥基）或涂覆有一或多個(gè)粘合層的區(qū)。此后，轉(zhuǎn)移接觸在連結(jié)區(qū)125 上的可印刷半導(dǎo)體元件100 至襯底135 的接收表面130 接觸。隨后半導(dǎo)體元件100 與接觸表面120 的分離，導(dǎo)致半導(dǎo)體元件100組裝于襯底135 的接收表面130 上，借此產(chǎn)生可印刷半導(dǎo)體元件100 的第二圖案140，該第二圖案140 在位置及空間定向上不同于之前的第一圖案110。其中，分離的方法為：在印模210 精確對(duì)準(zhǔn)到接收襯底230之后，通過(guò)施加均勻氣壓235 使印模210 與接收襯底230 保形接觸；接著通過(guò)固持印模210 的移動(dòng)或接收襯底230 的移動(dòng)以達(dá)一定位移偏移265，從而將X-Y平面內(nèi)剪切力250 施加到印模，此剪切力傳輸?shù)接∧５妆砻?，從而?dǎo)致印模印刷柱270 的一些彈性機(jī)械變形；最后通過(guò)在相對(duì)于接收表面230 的垂直（Z）方向280 上移動(dòng)印模210 且同時(shí)減小施加于印模背襯上的氣壓235 而使印模210 脫離接收襯底230。

圖9 專利申請(qǐng)CN101859728A中的轉(zhuǎn)移方法

這種轉(zhuǎn)移方法的自由度非常大，如其名字那樣，可以像印刷一樣根據(jù)需要自由地將器件印刷到需要的表面上。它可以全室溫處理，非常適用于如柔性顯示面板等溫度不耐的轉(zhuǎn)移場(chǎng)景。更重要的是，這種方法無(wú)需如轉(zhuǎn)移頭之類的精密器件，成本低廉。當(dāng)前主要是X-celeprint 公司采用該技術(shù)，其轉(zhuǎn)移的芯片尺寸可達(dá)納米級(jí)別，而且由于是整面一次全部轉(zhuǎn)印，因而轉(zhuǎn)移時(shí)間可以忽略 不計(jì)。

（四）激光脫附

索尼公司的專利申請(qǐng)CN10 1859728A 公開(kāi)了一種將器件從第一基板轉(zhuǎn)移到第二基板上的方法。

如圖10 所示，將帶有器件5 的第一基板1 移動(dòng)到第二基板7 上方，然后激光照射所需要轉(zhuǎn)移的器件5，使得相應(yīng)器件5 上的剝離層3 的固定能力下降，從而使得相應(yīng)的器件5 從第一基板1 上脫離并留在第二基板7 上。其中，剝離層3 由通過(guò)吸收該轉(zhuǎn)移方法中所使用的激光束而被爆發(fā)性地蒸發(fā)和去除（所謂的剝離）的材料制成，例如可使用聚酰亞胺作為該材料，但本發(fā)明并不局限于此。

圖10 專利申請(qǐng)CN104396030A中的轉(zhuǎn)移方法

考慮到激光的平行性完全可以保障微米級(jí)的高精度轉(zhuǎn)移操作，而且光學(xué)操作較靜電力、范德瓦爾斯力等力學(xué)操作更為簡(jiǎn)單可靠，技術(shù)難度低，包括索尼、夏普、美科米尚、歌爾、QMAT、Uniqarta 等諸多公司在這一技術(shù)路線上進(jìn)行研發(fā)。

（五）整片轉(zhuǎn)移

法國(guó)原子能委員會(huì)的專利申請(qǐng)CN104396030A 公開(kāi)了一種將支承基板（原始生長(zhǎng)基板）上的器件整體轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)印基板（目標(biāo)基板）上的方法。

如圖11 所示，在支承基板100 上生長(zhǎng)LED，并通過(guò)刻蝕溝槽結(jié)構(gòu)160 以分割出多個(gè)基本LED 結(jié)構(gòu)125，沉積絕緣材料130 以覆蓋基本LED 結(jié)構(gòu)125 的暴露的表面和溝槽160；然后，通過(guò)刻蝕去除基本LED 結(jié)構(gòu)125 上方的絕緣層材料130，并制造接觸墊134；之后，在整個(gè)表面上方沉積金屬層142 并拋光，在上方結(jié)合轉(zhuǎn)印基板150；最后，翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)去除原始的支承基板100。

圖11 專利申請(qǐng)CN1147153A中的轉(zhuǎn)移方法

這種整體轉(zhuǎn)移的方法在半導(dǎo)體領(lǐng)域中有較廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)在于方法簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)移的良率高。然而，其不能改變基板上各個(gè)器件之間的位置和取向關(guān)系，即只能1:1 地按照原樣轉(zhuǎn)移，這對(duì)于其在Micro-LED顯示技術(shù)中的應(yīng)用來(lái)說(shuō)有很大的限制。因此，這種方案只是在較早的文獻(xiàn)中出現(xiàn)，現(xiàn)在較少使用。

（六）自組裝

加利福尼亞大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“加州大學(xué)”）的專利申請(qǐng)CN1147153A 公開(kāi)了一種通過(guò)自組裝的方法向基片轉(zhuǎn)移單體器件的方案。

如圖12 所示，在目標(biāo)基片的上表面形成至少一個(gè)凹槽區(qū)，該凹槽與定形塊19 的形狀相對(duì)應(yīng)；然后，在流體內(nèi)提供多個(gè)定形塊19 以形成相應(yīng)的漿體，使該包含多個(gè)定形塊19 的漿體在目標(biāo)基片上均勻地流動(dòng)，此時(shí)，定形塊19 將以自對(duì)準(zhǔn)的方式留在凹槽中；最后將相應(yīng)的定形塊19 制作成相應(yīng)的器件。

加州大學(xué)在1993 年申請(qǐng)了這項(xiàng)專利之后，就沒(méi)有更新的進(jìn)展了。然而，這種自組裝的方案非常簡(jiǎn)單，成本最低，轉(zhuǎn)移速度非?？欤绻悸誓軌蜻_(dá)到足夠高的水平，將非常有競(jìng)爭(zhēng)力。目前三星、夏普、eLux、Nth Degree 以及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的一些公司仍然在這個(gè)技術(shù)方向上不斷地努力，他們通過(guò)使用不同的自對(duì)準(zhǔn)方式、不同的定形塊設(shè)計(jì)，以期形成更成熟穩(wěn)定的工藝。目前的技術(shù)能夠轉(zhuǎn)移尺寸在10um 以上的芯片，每小時(shí)轉(zhuǎn)移芯片量可達(dá)56M 以上。

四、小結(jié)

本文對(duì)Micro-LED 顯示中的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)進(jìn)行了概述，并以巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)相關(guān)的專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)全球的專利申請(qǐng)趨勢(shì)、專利申請(qǐng)的來(lái)源-目標(biāo)區(qū)域和主要申請(qǐng)人進(jìn)行了分析，最后對(duì)實(shí)現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移的主要技術(shù)路線進(jìn)行了梳理。

巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是實(shí)現(xiàn)VR/AR 技術(shù)中Micro-LED顯示的關(guān)鍵技術(shù)，盡管已經(jīng)出現(xiàn)了多個(gè)技術(shù)路線，但仍處于技術(shù)發(fā)展初期，良率和效率的問(wèn)題仍然沒(méi)有得到很好的解決。不論是初創(chuàng)企業(yè)還是老牌企業(yè)，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)對(duì)其而言都是非常值得關(guān)注的機(jī)遇所在。此外，該技術(shù)也是整合區(qū)域產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵一環(huán)，是區(qū)域統(tǒng)籌規(guī)劃的絕佳著力點(diǎn)。

巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)技術(shù)，全球申請(qǐng)人都在加緊專利技術(shù)布局，相關(guān)的專利申請(qǐng)量仍將大量出現(xiàn)。國(guó)內(nèi)創(chuàng)新主體在發(fā)展自己技術(shù)路線的同時(shí)，可以借助專利預(yù)警和專利導(dǎo)航等方式，跟進(jìn)了解蘋(píng)果、Facbook 等在應(yīng)用領(lǐng)域有話語(yǔ)權(quán)企業(yè)的專利技術(shù)布局，并重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)初創(chuàng)公司的專利技術(shù)動(dòng)態(tài)，同時(shí)規(guī)避侵權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。

專家點(diǎn)評(píng)

Micro-LED 顯示是當(dāng)前顯示領(lǐng)域最有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)之一，其中巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)作為Micro-LED 顯示中的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)。本文以巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)領(lǐng)域的全球?qū)＠墨I(xiàn)作為切入點(diǎn)，分析了該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)、區(qū)域布局以及國(guó)內(nèi)外主要申請(qǐng)人，并對(duì)實(shí)現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移的主要技術(shù)路線進(jìn)行了梳理，以期對(duì)我國(guó)巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和專利布局提供參考。

審核人：王興妍

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局電學(xué)發(fā)明審查部半導(dǎo)體一處處長(zhǎng)