从性能指标来看， Micro LED 在亮度、分辨率、对比度上均显著优于 OLED 和 LCD。功耗方面，以智能手机为例，LCD屏幕耗电量约占手机的 50%。在相同画面、相同亮度下，Micro LED 的功耗只有 LCD 的 10%、OLED 的 50%。寿命方面，Micro LED 约是 OLED 的 3 倍、LCD 的 1.5 倍。在消费升级和碳中和背景下，Micro LED 凭借显著优势，有望逐步取代 OLED 等显示技术成为下一代显示的主流技术。

  巨量转移技术是已被证明能够克服组装Micro LED 芯片极端要求的有前途的解决方案，包括激光剥离技术、接触式 TP 技术、激光非接触式 TP 技术和自流体组装技术等。

  Micro LED 芯片的组装通常包括几个关键工艺步骤，包括从供体/生长基板释放大块 Micro LED 芯片(即外延剥离工艺)、调整间距尺寸，最后将它们对准并移动到背板/接收基板(即取放过程)。

  晶片取放：通过转移装置将分离后的Micro LED晶片高精度选择性地从源基板上拾取并转移放置在目标显示基板的特定位置上。

  与OLED显示技术不同，无机LED无法在玻璃或其他大尺寸衬底进行大面积的制作，因此就需要在半导体衬底上进行制作，然后再转移到驱动背板上。当前LED所采用的衬底一般为蓝宝石，但蓝宝石与外延层之间的晶格和热膨胀系数不匹配，当尺寸增大时会因为应力而造成弯曲(Bowing)。而且蓝宝石衬底与目前大规模集成电路芯片不兼容，因此也有采用硅作为外延衬底的方案。

  无论哪种衬底形式，LED在制作成应用成品时都或多或少有必要进行转移动作。蓝宝石衬底目前是 Micro LED 的主流衬底材料，但蓝宝石衬底不导电且散热差会影响 Micro LED 器件的发光效率，且脆性蓝宝石不利于 Micro LED 在柔性显示方向的运用，所以要生产高分辨率、高亮度、高对比度、微尺寸的 Micro LED 芯片，剥离蓝宝石衬底是必要环节。

  随着有关技术的持续进展，厂商已经能制造出尺寸小于 100m 但仍带有蓝宝石衬底的 Mini LED 芯片。在完成微米级 Micro LED 晶粒制作后，要把数百万甚至数千万颗微米级的 LED 晶粒正确且有效率地移动到电路基板上的过程称之为“巨量转移”。

  整个制程对转移过程要求极高，良率需达 99.9999%，精度需控制在正负 0.5m 内。以 4K 电视为例，4K 通常指 4096 x 2160 分辨率，假设每像素点为三个 R/G/B 晶粒，制作一台 4K 电视需要转移的晶粒高达 2600 万颗，即使每次转移 1 万颗，也需要重复 2400 次。传统的机械转移设备速度最高在数十颗/秒，不足以满足 Micro LED 量产化的需求。

  第一种策略分别是 RGB Micro LED 芯片的选择性批量转移。在外延剥离工艺中，不一样的颜色的 Micro LED 芯片与其生长基板分离。接下来，在拾放过程中，使用转移介质从不同的生长基板拾取 RGB Micro LED 芯片，然后是放置 RGB Micro LED 芯片到目标接收器基板。

  第二种策略是单色 Blue/UV Micro LED 芯片的选择性批量转移，然后集成颜色转换，例如喷墨打印量子点 (QD ) 或发光聚合物. 有必要注意一下的是，仅对某些具有极高分辨率的特殊显示器(例如 AR ) ，整个蓝光Micro LED芯片可以在外延剥离过程后立即直接转移(称为“单片转移”)，无需改变相邻 Micro LED 芯片之间的原始距离。然而，颜色转换技术任旧存在一些技术问题，如散热困难、颜色转换效率低和热稳定性等。因此，直到现在，转移过程仍然是必不可少的步骤。

  从本质上讲，转移技术从根本上依赖于对某些关键界面(即 Micro LED/生长基板、传输介质/Micro LED 和 Micro LED/接收器)处界面粘附的高效、可靠和并行控制。

  首先，外延剥离工艺决定了Micro LED/生长衬底的界面粘附状态。对于 Micro LED 的制造，必须在生长基板(蓝宝石)上引入缓冲/牺牲层，以减少晶格/热失配的影响。GaN 缓冲层通过强 sp3 型共价键(即化学相互作用，~1000 kJ mol -1). 这种强粘附力使得仅通过物理刺激来调节界面粘附力变得很困难。因此，需要高能工艺(例如激光或化学蚀刻。由于物理(例如激光诱导的加热和熔化，以及冲击和化学(牺牲层的分解过程之间的复杂耦合，转移技术首先面临一个严峻的挑战，即如何选择性和精确地控制外延剥离过程。多种因素，例如切屑厚度、结构、尺寸、剥离界面注入能量(激光或刻蚀剂)的方式，影响最终的界面粘附状态，以及剥离芯片的质量。通常，外延剥离工艺只能直接制备有限范围的 Micro LED 显示器，而对于具有可变像素排列的大面积显示器，则需要额外的取放工艺。

  相比之下，物理粘附力(例如范德华力、流体张力、静电力)在拾放过程中起着至关重要的作用。传输介质以高度并行、高效和准确的方式将粘附力从强状态切换到弱状态的能力是决定转移技术能力的重要的因素。在拾取步骤中，传输介质/Micro LED 界面的粘附强度必须强于 Micro LED/供体的粘附强度，从而使 Micro LED 芯片能够从供体基板上成功剥离。在放置/吸附步骤中，低界面粘附强度有利于将 Micro LED 转移到接收基板。与化学粘附相比，一些物理粘附能够给大家提供低得多且可变的粘附强度. 对于典型的可逆粘合剂系统，界面分离的临界力Fc被发现为：

  其中Gcrit (临界能量释放率)是由构成界面的材料设定的属性，A是粘合的表面积, C是系统合规性。这种关系表明界面的物理粘附力受三个关键参数的控制，这三个参数取决于界面的几何形状和材料特性. 因此，如何通过外部刺激调节上述三个关键参数，实现可逆粘合，以及如何快速、准确、选择性、大量地施加外部刺激，是传质技术的重点和核心难点。

  基于实现界面粘附批量控制的不同策略，已经开发了一系列转移技术。作为转移的先决条件，外延剥离技术于 1978 年首次发展，通过高频选择性蚀刻具有 AlAs 牺牲层的 LED，即化学剥离(CLO)技术。不久之后，1997年开发了范德华力外延剥离 ( VWDE ) 技术和激光剥离 (LLO) 技术. 与 CLO 技术不同，VWDE 技术使用二维材料的缓冲层，通过用范德华力代替化学粘附力来显着降低界面粘附力。为了更好的提高剥离效率和质量，引入了激光以实现牺牲 GaN 层的分解。后来，LLO成为主流。同时，选择性剥离Micro LED芯片的技术提供了一种更简单的解决方案来适应特定的像素排列密度。因此，最近开发了选择性剥离技术。

  接触式TP 技术需要Micro LED芯片在特殊印章的帮助下直接与接收基板接触，该技术首先由罗杰斯等人引入。2013年，LuxVue提出了一种新的静电力接触TP设计理念。典型的接触式 TP 技术能达到很高的转移率 (99.99%)。然而，低传输速率是一个瓶颈。

  激光非接触式TP 技术，它引入激光，通过 2012年引入的界面热失配或气泡喷射将所选芯片与印模分离。具体来说，这些技术需要印模和接收基板之间有一定的距离。激光非接触式TP 技术能实现高传输率，然而，成功率却令人无法接受(90%)。

  自组装技术利用流体(例如 2008 年的流体自组装) 作为传输介质，并产生引力、疏水或亲水力，以识别和定位具有特定尺寸的 Micro LED 芯片。自组装技术也能轻松实现高传输率(99.9% )，然而，对 Micro LED 芯片和接收器面板有特殊要求。

  转移技术的不断进步显着提升了Micro LED显示器的显示质量和集成规模。Micro LED显示器的发展大致可分为三个阶段：单色微型显示器的集成、低PPI的大面积显示器的高成本集成、任意尺寸的高成本显示器的集成PPI(未来)。

  人们不断追求更具成本效益(依靠极高的效率、良率和准确性)的转移技术成为Micro LED显示器普及的关键点。为了便于更好地理解不同的转移技术，下表总结了所有涵盖技术的特性、传输产量、可用效率、可调节界面粘附的机制以及局限性。

  巨量转移技术是 Micro LED 量产化应用的关键一步，目前还存在许多问题。

  Micro LED 芯片需要进行多次转移(至少需要从蓝宝石衬底临时衬底新衬底)，且每次转移芯片量非常大，对转移工艺的稳定性和精确度要求非常高。

  对于 R/G/B 全彩显示而言，由于每一种工艺只能生产一种颜色的芯片，故需要将红/ 绿/蓝芯片分别进行转移，需要非常精准的工艺进行芯片的定位，极大的增加了转移的工艺难度。

  Micro LED 的厚度仅为几微米，将其精确地放置在目标衬底上的难度非常高，芯片尺寸及间距都很小，要将芯片连上电路也是一个挑战。

  此外，由于 Micro LED 尺寸极小，传统测试设备难以使用，如何在百万级甚至千万级的芯片中对坏点进行检测修复是一大挑战，同样通过检测技术挑出缺陷晶粒后，如何替换坏点也是一项不可或缺的技术。

  当P1.0以上间距LED显示屏，迭代向Mini/Micro级别的LED晶体颗粒的时候，依然可以采用传统的RGB三元色灯珠封装方式。即完全传统的做法依然有效。但是，如果采用一定的巨量转移工艺，如LED颗粒的提取、转移、固定技术，无论是RGB三原色灯珠，还是四合一的更大规模灯珠板，其效率都会提升。

  同时，与标准的巨量转移不同，如果目标是三原色灯珠、或者四合一灯珠板，其对于“巨量转移后端的修复设备与技术”的需求就会很低一个基础产品只集成三个、或者十余个LED晶体，出现不合格情况“报废”是最简单的操作，当然也可以进行修复处理(何种选择主要看经济性)。这方面典型的应用是国星光电的多合一灯珠。

  当然，在P0.5-p2.0间距的LED显示大屏上，巨量转移技术的应用可以是完整体。如直接制备10*10厘米的CELL单元，其上集成数万，甚至数十万个LED晶体颗粒。这时候在后端的检测和修复工艺，就成了必须的环节。尤其是在巨量转移缺陷率在十万分之一到百万分之一水平上时，CELL单元需要修复的概率很高。不过在LED大屏上采用完整的巨量转移技术流程，意味着对既有的表贴为核心的终端制程的颠覆与替代。其市场推广难度不仅是技术上的、也包括投资端和产业链利益重新分配方面的。

  但是，如果Micro LED显示应用在穿戴设备上，其要求可能是1-2英寸的基板上，转移百万颗单位的灯珠。这时候，对巨量转移的效率、准确度和缺陷率、检测和修复技术的要求，就是另一个数量级的问题。即应用于越小尺寸的Micro LED显示产品，其对巨量转移的“规模和精度”要求也就越高。

  然而，在大尺寸显示上，巨量转移技术也有独特的难度：即从硅基板等上提取LED颗粒之后，颗粒间距扩张尺寸，在大尺寸显示上会更大。比较而言，如果Micro LED应用于XR等近眼显示，则几乎没有晶体颗粒间距扩张问题甚至Micro LED微型近眼显示，可以采用非巨量转移，而是驱动结构和发光结构在同一块硅基晶圆上分层制造的技术实现。

  因为显示目标产品的显示尺寸、像素密度和间距的不同，对巨量转移技术及其配套技术的要求也会截然不同。差异巨大的巨量转移在不同目标市场的需求，也就是技术难度的不同。后者导致在越是像素密度低的、越是大尺寸LED显示产品上，巨量转移现阶段的技术成熟度，可商用性就越强。

  巨量转移主要包括精准抓取、选择性释放、自组装、转印等动作。根据转移过程中的作用力或具体的转移方式，大致可以分为：范德华力，静电力，磁力，激光转印，流体自组装和卷对卷转印几种路线。不同的路线也有重合的部分。

  工程应用中主要采用的技术包括静电力吸附转移、流体装配转移、弹性印模转移、激光选择性释放转移等。

  利用静电力来控制内外电极电压差，实现对晶粒的吸附和转移。静电力采用具有双级结构的转移头，转移头被介电层对半分离呈一对 Si 电极。拾取晶粒阶段，在吸附转移头和芯片上产生不同电荷，利用异性相吸的原理将晶粒吸附拾取。当需要把 LED 放到既定位置时，通过调节电极电压差，同性电荷相斥，把晶粒放到既定位置完成转移。在转移过程中要求被吸取的微型晶粒衬底平整度必须精确控制，以免造成无效的抓取动作，降低良率。

  在静电转移过程中，静电转移头阵列平面需跟Micro LED阵列平面对准，再进行拾取及转移，因此，在制造上，每一Micro LED的位置以及高度必须精确控制，任一Micro LED位置的偏移、高度的差异或是污染，都有可能导致整个Micro LED阵列转移的失败，造成良率的降低以及成本的增加。因此，研发具有robust的发明，使得静电转移具备强健的免疫力以抵御制程的变异，是静电转移技术最大之困难与挑战。

  探头用常规微电子加工的方式制得，因此可以用微电路将这些探头进行连接，这样可以快速施加不同的电压信号，去分别决定哪些需要转移，哪些不需要，这样就可以进行筛选，避免将坏的Micro LED也一并转移过去。

  加拿大的名叫Cooledge的公司也采用了静电力巨量转移的技术，但是他们的方法和LuxVue又很不一样。Cooledge的静电转移头并没有额外的电路。

  在静电头中存在着一层可以吸收光而产生电荷的材料，而采用光照的方式，使照射的部位产生静电，从而可以对Micro LED器件进行转移。要实现选择性的选取，则需要配合着光罩的使用。

  利用刷桶在衬底上滚动，使得 LED 置于液体悬浮液中，通过流体力和重力作用， Micro LED 芯片颗粒捕获并放置到衬底上的对应井中。流体组装技术仅需在 Micro LED 芯片上做特殊设计， 芯片即可精准对位。流体组装技术仅需在 Micro LED 芯片上做特殊设计，芯片即可精准对位。

  流体自组装派是利用流体的驱动，通过磁力、机械力或毛细作用力等方式，使Micro LED器件在流体中自动装配到设计的指定区域。根据目前的调查，不少厂商都有在流体自组装巨量转移的报道，包括Self Array，Elux，Nth Degree,三星夏普等等。

  Self Array采用的流体自组装技术中：Micro LED器件上沉积一层热解石墨，然后被放置在磁性震动平台上，在平台上根据设计的磁性阵列快速完成定位，然后就可以将这些器件巨量转移到驱动基板上。

  eLux也提出流体自组装巨量转移技术方案。2021 年 4 月 19 日，eLux在官方网站上宣布通过流体组装技术已生产出 12.3 英寸 Micro LED 显示器，自然产率为 99.987%。显示器由 581,400 个 GaN Micro LED 在 10 分钟内组装而成， 组装速度为每小时 310 万颗，即 3.1KK/时。其中有 34 个失效颗粒，33 个可用激光修复， 修复缺陷率接近百万分之一。

  在这个技术方案中，eLux对Micro LED的形状有特殊的设计，这样可以保证在自组装的过程中正面朝上。eLux的技术在转移时：首先目标基板放置在液体中，然后将大量的Micro LED器件也放入并置于目标基板上方，然后通过振动，通过流体和重力的共同作用，使Micro LED器件定位到指定的位置。

  关于流体自组装转移，还有包括在转移过程中利用机械力进行组装，焊接组装，疏水性组装，电泳组装等等。

  与最常见的取放及激光转移方案相比，流体组装技术耗材使用较少、成本较低，在转移设备和转移过程中，流体组装设备不需要精密的对位控制，因此成本相对低廉。采用流体自组装虽然具有一些优点，但目前看起来还有一些难点需要克服：比如难以进行三色器件的转移，自组装的效率等等。

  使用弹性印模，结合高精度运动控制打印头，利用范德华力，通过改变打印头的速度，让 LED 粘附在转移头上，或打印到目标衬底片的预定位置上。先处理 Micro LED 芯片衬底，使其只通过锚点和断裂链固定在基底上，然后利用聚二甲基硅氧烷作为转移膜材料制作弹性印模。弹性印模与芯片通过范德华力结合，断裂链发生断裂，所有芯片按原来的阵列排布被转移到弹性体上面，通过调整印与芯片之间的黏着性，完成释放动作。要求精准控制各个阶段粘力大小，且印模必须表面度极为平坦，才不影响转移的良率和精度。

  2021 年 1 月，美国 X Display Company 在官网宣布 2020 年底在美国安装全球首个基于弹性印模转移技术的巨量转移设备，并将在 2021 年供应更多巨量转移工具。XDC 是由巨量转移技术厂商 X-Celeprint 在 2019 年分拆出来的公司，拥有 Micro LED 巨量转移技术的 IP 和制造能力。

  X-Celeprint的Elastomer Stamp技术，也属于pick&place阵营的范德华力派。采用高精度控制的打印头，进行弹性印模，利用范德华力让LED黏附在转移头上，然后放置到目标衬底片上去。目前采用的弹性体(Elastomer)一般是PDMS。

  在往目标基板上转移的过程中，目标基板本身也需要和器件有一定的作用力，这个作用力需要大于弹性印章与器件在转移过程中的作用力。要实现这一点，可以通过某种方式增加目标基板表面的吸附力，比如应用一层具有黏附力的材料，或者利用bonding材料的毛细作用等等，如涂上了一层DVS-BCB材料。

  目前在业界也有采用另外一种方法--LLO转移外延层--来进行转印，这种方法可以免于在器件制造的时候对器件结构进行弱化。

  首先采用LLO(Laser Lift-Off)将外延层整体转移到一个中间基板，然后在中间基板上进行器件制作，制作好的器件通过PDMS弹性印章转移到目标基板上。

  因为中间基板和器件之间的作用力可以通过一定的方式设计得较弱，因此可以通过弹性印章直接进转移。这种方案首先采用了激光剥离制程，这个制程目前在平板或半导体产业中较为常见。而整体工艺步骤也更加简单，可能在工业界是一个比较关注的方法。

  选择性释放转移技术跳过拾取和释放的环节，直接从原有的衬底上将 LED 进行转移。目前实现方式通常是通过高能量脉冲激光透过镀有材料薄膜的基底，聚焦到基底与材料薄膜的交界面上，使薄膜被加热至熔融状态，基底上的芯片即可转移沉积到与之平行放置的受体上。主要原理是利用激光器产生的激光与物质的相互作用，其中紫外(UV)波长的光子在被物质吸收时会引起电子激发，产生烧蚀分解，从而产生冲击力;红外(IR)波长的光子被物质吸收后导致电子振动和旋转激发，然后发生热分解，从而产生驱动力。该转移技术需要精准控制激光的功率和分辨率，才能不影响芯片性能并达到产品良率。

  激光选择性释放转移为效率最高的巨量转移技术，预计未来激光选择性释放转移技术将成为 LED 芯片巨量转移的主流技术。

  德国激光微加工系统厂商 3D-Micromac 推出新型 Micro CETI 巨量转移平台，支持小于 2m 精度，每小时颗转移 1.3 亿颗 Micro LED 芯片，即效率为 130KK/小时，而机械转移受限于拾取/放置的速度和精度。

  2021 年 3 月 17 日慕尼黑上海光博会期间，Coherent 相干公司推出基于激光 LIFT 转移技术 的 Micro LED 巨量转移解决方案，据公司公布转移速度高达每秒数万颗，即数十KK/小时， 并可实现 2m 间距的高精准加工。

  激光剥离(Laser Lift-Off, LLO)可以将MicroLED器件从蓝宝石外延片上剥离下来，转移到一个载板基板上，供后续巨量转移。

  对于Micro LED的整体的过程，激光所用到的LLO和LIFT可以用下图来表示：

  另外一家美国的公司QMAT也提出激光转移的技术方案，他们所采用的巨量转移设备称为Zero-ppm BAR Mass-Transfer Tool。所谓Zero-ppm即为零缺陷的转移，而BAR为Beam-Addressed Release的缩写，即激光束寻址释放，能轻松实现精确的选择性转移。在巨量转移前，源基板上的MicroLED器件需要经过测试，并将测试结果作为KGD File保存在计算机中(KGD即为Known Good Die)。

  在后续转移的过程中，通过读取KGD文件中缺陷的位置信息，可以通过激光精确地进行选择性转移，从而使有缺陷的器件不会被转移到目标基板上。

  他们的方案关键点在于：采用薄膜转移的方式，可以得到高质量的GaN薄膜，这样做才能够提升Micro LED器件的效率。

  减少了2倍MOCVD的时间，使得成本大大降低。可以在巨量转移前进行电学测试筛选，得到KGD的信息。

  EPI基底就是转移基底，采用激光能轻松实现选择性转移位于基底和EPI GaN之间的功能层，在LLO过程中作为释放层，能够尽可能的防止GaN的损伤。

  Uniqarta是一家英国公司，采用LEAP(Laser-Enabled Advanced Placement)技术。通过激光束对源基底的快速扫描，让其直接脱离源基板而集成到目标基板上。与QMAT的方案的转移过程有相似之处，即都可以在一定程度上完成选择性转移。

  在Uniqarta的设备中，首先将激光束分束，然后在X-Y平面上扫描，达到选择性转移的目的。

  不过在转移的时候，Uniqarta采用了一个释放层，称为Blistering转移，而不是QMAT的ablative转移。释放层吸收激光的能量，而将其上的MicroLED弹射出去，转移到目标基板上。采用这个技术，Micro LED背面不会吸收激光的能量，由此减少激光对其的损伤。

  国内中麒光电自主研发的巨量转移技术已实现超过250万颗芯片/小时，是传统工艺的30倍以上。

  在线D-Micromac认为激光转移方式效率最高，是其它几种巨量转移技术效率的数倍。

  设备方面分为已经有Micro LED激光转移业务的，和有激光转移技术储备，有可能切入的：

  德龙激光：公司针对蓝宝石衬底的MicroLED晶圆巨量转移工艺需求，开发出了激光剥离设备，已经有客户：已经有客户华灿光电、深康佳。

  博众精工：在研。针对晶圆级异质芯片封装、3D封装、TSV、MicroLED的巨量转移，以及面版级的封装工级的封装工艺，其制程基版(晶圆)与载版须进行1次或多次的暂时贴合

  赛伍技术(耗材-巨量转移膜唯一一个有做)应用于Mini LED工艺制程的RBG切割、针刺减粘膜和巨量转移膜等

  深康佳：公司在自主开发的“混合式巨量转移技术”上有所突破，转移良率达到99.9%，试产阶段效果较好。

  维信诺：公司参股公司成都辰显同期建成大陆首条从驱动背版、巨量转移到模组全覆盖的Micro LED中试线%。

  利亚德：6月份，利亚德“黑钻”系列Micro LED新品发布，表示其巨量转移良率大幅度的提高，PCB基巨量良率已提升至99.995%，半导体级转移良率迈向99.999%，转移效率1000-1500颗/秒。

  深天马:拟携国贸产业等建设一条从巨量转移到显示模组的全制程Micro LED试验线。

  利用带有计算机接口的滚轮系统，反馈模块包含两个负载传感器和两个 Z 轴执行器，滚轮系统通过两个显微镜保持精确对准，通过反馈模块精准控制，将 Micro LED 转印至接收衬底上。

  要通过滚轮对Micro LED进行拾取，在滚轮上面也需要一层PDMS材料作为印章，但怎么来实现选择性拾取，或源基板上微器件的间隔拾取，仍然是需要讨论的地方。

  20220726-西部证券-德龙激光-688170-首次覆盖：国产激光精密加工先驱，突破激光巨量转移技术

  20210925-安信证券-电子元器件行业：Micro LED巨量转移技术持续进展，Mini LED应用方兴未艾