[논문]진공 척을 이용한 마이크로 LED 대량 전사 공정 개발

김인주; 김용화; 조영학; 김성동

doi:10.6117/kmeps.2022.29.2.121

진공 척을 이용한 마이크로 LED 대량 전사 공정 개발
Micro-LED Mass Transfer using a Vacuum Chuck 원문보기

마이크로전자 및 패키징 학회지 = Journal of the Microelectronics and Packaging Society, v.29 no.2, 2022년, pp.121 - 127

김인주 (서울과학기술대학교 일반대학원 기계설계로봇공학과) , 김용화 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 조영학 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과) , 김성동 (서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과)

초록
AI-Helper

마이크로 LED는 크기가 100 ㎛ 이하인 LED 소자로 기존 LED에 비해 해상도, 밝기 등 여러 면에서 우수한 성능을 보일 뿐 아니라 유연 디스플레이, VR/AR 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 마이크로 LED 디스플레이를 제작하기 위해선 LED 웨이퍼로부터 최종기판으로 마이크로 LED를 옮기는 전사 공정이 필수적이며, 본 연구에서는 진공 척을 이용하여 마이크로 LED를 고속 대량 전사하는 방식을 제안하고 이를 검증하였다. MEMS 기술을 이용한 PDMS 마이크로 몰딩 공정을 통해 진공 척을 제작하였으며, PDMS 몰딩 공정을 제어하기 위해 댐 구조를 이용한 스핀 코팅 공정을 성공적으로 적용하였다. 솔더볼을 이용한 진공 척 구동 실험을 통해 진공 척을 이용한 마이크로 LED의 대량 전사 가능성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Micro-LED is a light-emitting diode smaller than 100 ㎛ in size. It attracts much attention due to its superior performance, such as resolution, brightness, etc., and is considered for various applications like flexible display and VR/AR. Micro-LED display requires a mass transfer process to move micro-LED chips from a LED wafer to a target substrate. In this study, we proposed a vacuum chuck method as a mass transfer technique. The vacuum chuck was fabricated with MEMS technology and PDMS micro-mold process. The spin-coating approach using a dam structure successfully controlled the PDMS mold's thickness. The vacuum test using solder balls instead of micro-LED confirmed the vacuum chuck method as a mass transfer technique.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Comparison between Micro LED, OLED and LCD^6-9)
표 Table 2. Micro LED mass transfer technologies^13-17)
그림 Fig. 2. Fabrication process of SU-8 master mold (a) spin coating of 1^st SU-8 layer (b) 1^st SU-8 layer patterning, (c) spin coating of 2^nd SU-8 layer (d) 2^nd SU-8 layer patterning (e) development of 1^st and 2^nd SU-8 layers.
그림 Fig. 3. Fabrication process of PDMS micro channel (a) SU-8 master mold (b) PDMS pouring (c) spin coating of PDMS, (d) detachment of PDMS mold from Si substrate (e) Glass bonding.
그림 Fig. 1. (a) Overview of vacuum chuck, (b) cross-sectional view of vacuum chuck, and (c) top view of PDMS microchannel.
그림 Fig. 5. SEM images of (a) SU-8 master mold structure, (b) PDMS mold surface, and (c) cross-section of PDMS microchannel.
그림 Fig. 4. Process flow for vacuum chuck operation. (a) alignment between vacuum chuck and LED wafer, (b) vacuum in the micro channel, (c) pick-up of LED chips, (d) transfer of LED chips to target substrate.
그림 Fig. 6. (a) RIE etching of thick PDMS mold to reveal SU-8 via hole, (b) via hole failure during detachment of thin PDMS mold, and (c) spin coating with dam structure to control PDMS thickness.
그림 Fig. 7. Dependence of PDMS mold thickness on the spin speed.
그림 Fig. 8. Effects of spin speed on the PDMS mold profile. Spin speed of (a) 300 rpm, and (b) 500 rpm
그림 Fig. 9. Image of solder ball array on vacuum chuck (a) solder balls are randomly located near via holes, (b) solder balls are in line according to via holes as micro-channels are pumped down to vacuum.

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