レーザーアシストボンディングは、MicroLEDディスプレイ向け量産製造においての障害を克服しました。

LED分野で最も重要な発展のひとつであるMicroLED表示には、美しさのみならず、LEDやOLEDなどの他の表示技術と比べ多数の優位性があり、高速なエネルギーパフォーマンス、より長い耐用年数、より高い輝度や精密なカラーレンダリングなどが挙げられます。このように、MicroLED技術を採用することで、製造業者は、専用の設備を購入することなく、パネルのサイズ、形状、解像度を簡単に変更し、新しいディスプレイデザインを作成することができます。

MicroLED表示には、美しさのみならず、高速なエネルギーパフォーマンス、より長い耐用年数、より高い輝度、精密なカラーレンダリングなど多数の優位性があります。

これら多数のメリットがあるにも関わらず、現在のMicroLED技術はまだ普及していません。それは、その製造技術が他の表示技術よりも複雑だからです。これらの重大な問題を克服するために、この技術を商業化するにはまだ多くの課題が残っています。

準分子レーザーは、MicroLEDディスプレイの発展を推進しています。

これらの課題がどこから来るのかを理解するために、以下の図はMicroLEDディスプレイ製造のいくつかの重要なステップを示しています。これらのステップが完了すると、さまざまな種類のテストステップや"エージング"プロセスがあります。大型ディスプレイは、より小さいサイズのパネルを組み合わせて作成されます。この場合、追加の組み立てや封止ステップが必要になります。

1) 赤、緑、青のLEDが、透明な基板上で成長されます。2)LLO:成長した基板上のLEDは、接着剤を含む一時的なキャリアに固定され、準分子レーザーが透明な基板を通って焦点を合わせてLEDと分離されます。3) LIFT:準分子レーザーは、一時キャリアを通り抜け、各独立したLEDを選択的に分離し、これらを最終基板のはんだパッドの位置に移動させます。4) LAB:半導体レーザーによる多数のLEDとはんだ付けの加熱と融解により最終的な接合形成が行われます。

LEDは、ほとんどの半導体デバイスと同様に、最初に外延層で成長され、通常はサファイア基板を使用しています。MicroLEDディスプレイの各画素には、独立した赤、緑、青のLEDが必要ですが、各成長基板には単一色のLED発光素子しか含まれていません。したがって、LED外延層は裸チップに分割する必要があり、必要なデザインパターンに従って配置する必要があります。

準分子レーザーの剥離技術（LLO）は、前二つの主要工程の効率的な解決策であり、経済的でもあります。このプロセスでは、最初に単独のLEDチップがサファイア基板から分離され、次に準備された一時キャリアに転送されます。

その後、大量転送に応じて激光誘導前向き転送（LIFT）が使用されます。このプロセスは、LEDチップが一時的なキャリアから最終表示基板に移動するのに必要です。重要なことは、多量の転送が必要な場合、LIFTは所望のピクセルパターンに適合させることができます。

LEDが基板に転送された後、接着処理により、基板上の予定電気接続点すべてにはんだ球を配置する必要があります。その後、LIFT転送装置を使用して、LEDチップを所定の位置に配置し、はんだを溶かして固定します。この状態で、接着剤は、基板とチップの電気的接点の周囲を流れて、その後冷却して再結晶化し、電気および機械的接続を形成します。これは、すべての電子材料産業における標準組み立て技術です。

回路の組み立てには、焊付ける必要があります。そうしないと、ディスプレイを点灯できず、LEDチップが落ちてしまうことがあります。

これを行うためには、はんだをすべてのデバイスの電気接続点に配置する必要があります。次に、LIFT転送装置を使用して、LEDチップを使用して、またははさみを使用して、デバイスの箇所に配置します。その後、はんだを溶かし、接続部周辺で広がり、冷却して再結晶化し、電気的および機械的接続部を形成します。

最も一般的な溶融はんだ材料の方法は、バッチ流通はんだと呼ばれています。はんだ球とチップを含む基板部品をオーブンに入れ、循環的に加熱してはんだを溶かし、その後冷却します。

しかしながら、批量回流はんだ装置は、MicroLED表示製造ではあまり役立ちません。LEDチップのサイズが非常に小さく、距離が近く、位置精度が非常に高いためです。焼き付けサイクルには数分かかり、すべての部品に大量の熱負荷がかかるため、部品が変形したり、熱的な歪みが導入されたり、LEDチップが基板上で移動する可能性があります。加熱炉の処理時間が長いため、不良接続リスクが高まります。このプロセス自体もエネルギー集約型です。

TCB (thermal compression bonding)キーを押すことにより、歪曲リスクを軽減する代替手段が提供されます。熱圧着は、形成された相互接続の高さと形状をよりよく制御するため、熱と圧力を同時に適用します。ただし、コンプレッションボンディングには複雑なノズルが必要であり、特定のチップやパッケージ寸法に合わせたカスタムデザインになるため、一度に一つのチップしか接合できません。MicroLED技術には数百万ものLEDチップが必要であるため、熱圧着技術はあまり適していません。

レーザーアシストボンディング（LAB）は、MicroLEDのアセンブリプロセスに関連する課題を解決することができます。

レーザーアシストボンディング

レーザーアシストボンディング（LAB）は、これらすべての問題を解決しました。 LABプロセスでは、高出力赤外波長帯半導体レーザーを矩形光斑に整形し、均一化処理後、全光斑領域の強度分布を高度に整合させます。矩形光斑のサイズはアプリケーションに応じて異なり、面積は一度に数千、数百万のLEDチップを基板全体にカバーできます。

LABプロセス中、レーザーのオン時間は非常に短く、1秒未満ですが、パッケージに十分な熱を伝達してはんだ材料を溶融するのに十分です。時間が非常に短いため、LABによって全体的な加熱が引き起こされることはありません。激光プロセスは、加熱サイクルを正確に制御し、必要に応じて冷却段階を制御することにより、はんだ付けプロセスを迅速に実行し、明確な負の結果を生じさせません。サイクル時間が短いLABは、リフローはんだ付けや熱圧着よりも省エネです。

より優れたレーザーを備えたLABの改良

LABにとって、光束の強度が全体領域で高度に一貫していることが必要不可欠であり、はんだ材料の加熱プロセスを均一化し、均一なはんだ付け結果を得る必要があります。その目的は、必要な領域（特定数のLEDチップを含む）を選択的に加熱するだけで、周囲の領域を全く加熱しないことです。したがって、優れた矩形光斑を出力することが重要であり、近くの光斑のエッジに位置する領域の光束の強度があまりにも低下しないようにする必要があります。そうしない場合、LEDチップが全く接合できない可能性があります。同時に、矩形光斑の光束強度は、照射領域外で急速に減少する必要があります。

Coherent HighLight DLシリーズ半導体レーザーは、光ファイバカップリング出力方式を使用して、PH50 DLズームオプティック光学構成部品と組み合わせて、このような高い均一化矩形光斑を生成できます。通常、4 kWの典型的なパワーを持つHighLight DLレーザーは、MicroLEDレーザーアシストボンディングプロセスに使用できます。

Coherent PH50 DL Zoom Optic光学構成部品は、光ファイバカップリングによって、HighLight DLシリーズ半導体レーザーの出力を高度に均一化された矩形光斑に整形し、長さと幅を独立してダイナミックに調整できます。図に示す光斑サイズは、12x12 mmから110x110 mmまでさまざまで、その他の構成も利用可能です。

上記のコンビネーションは、独自の光学設計を使用して、競合他社よりも優れた光束強度一貫性を提供できます。具体的には、ミクロレンズアレイを使用して入射したレーザーを多数の"小光束"に分割して光束均一化を実現し、これらの小光束を拡大して重ね合わせて、高度に均一な強度分布を生成します。

Coherent PH50 DLズームオプティック光学構成部品のもう一つの利点は、加工中に矩形光斑の長さと幅を需要に応じて大幅に独立して調整できる"インスタント"スケーリング機能があることです。この拡大縮小機能は、製造業者が最適な工程条件を探るためにさまざまな設定を試してみることができるため、工艺開発および検証に非常に有用です。もちろん、Coherentは同様の方法で固定（非ズーム）光学部品を製造して、特定の要件に合わせた固定長の線形光斑を提供することもできます。その長さは数ミリメートルから1000ミリメートルに及ぶことができます。

LLOおよびLIFTは、MicroLEDディスプレイ製造の2つの重要なテクノロジーとなっています。今後、Coherentレーザーに基づくもう1つのプロセスであるLABは、高解像度MicroLEDディスプレイの大量生産に寄与することになります。

出典：インターネット