masa con sellos magnéticos, R2R L
En este artículo destacamos importantes avances en pantallas MicroLED y/o QD mediante diapositivas tecnológicas. Estos avances se presentarán en la conferencia mundial de dos días de TechBlick sobre "Mini- & Micro-LED Displays: Markets, Manufacturing Innovations, Applications, Promising Start-ups" que tendrá lugar en línea en la plataforma "virtual presencial" de TechBlick del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022.
El programa incluye ponencias de Samsung, Sharp, AUO, Coherent, ASMPT, Komori, CEA, Micledi, 3D Micromac, Allows Semiconductors y muchas más. El programa completo puede consultarse aquí www.TechBlick.com/microLEDs
¿Cuál es el mercado futuro de los microLED en términos de ventas de unidades, aplicación, tipo de chip y placa base?
Las siguientes diapositivas comparten algunas previsiones y análisis clave de Jerry Kang de Omdia - uno de los principales analistas en el campo - que presentará en vivo en línea en TechBlick microLED y QD evento en 30Nov-1Dec www.TechBlick.com/microLEDs
La diapositiva 1 muestra que el mercado de microLED experimentará un crecimiento sustancial en los próximos años. En 2021, se espera que las ventas sean de solo 0,12k unidades, lo que refleja la falta de madurez de la tecnología y el alto coste/bajo rendimiento de la fabricación. En 2029, se espera que la cifra alcance los 12,7M de unidades por superficie. Se trata de un crecimiento transformador y, sin embargo, ¡sólo representa el 0,3% del mercado total de FPD!
La diapositiva 1 también muestra la división del mercado -en miles de unidades- por aplicaciones. Las primeras en llegar fueron las pantallas públicas, debido a las escasas barreras técnicas y a las matrices mucho más grandes, así como al PPI ultrabajo. Los televisores de gama alta también han llegado y seguirán creciendo. Aquí, el rendimiento superior de la gama de colores, la luminancia y el contraste aporta valor. Los smartwatches impulsarán las ventas de unidades, ya que aquí el pequeño tamaño y el menor PPI se traducen en menores barreras técnicas.
La diapositiva 2 muestra la evolución del mercado por tecnología de placa base. MicroLED on Silicon (sobre CMOS) es adecuada para dispositivos AR o HUD de alto PPI. La placa base LTPS es ideal para aplicaciones pequeñas y medianas, como los smartwatches, debido a la gran movilidad del LTPS, pero éste no se adapta a grandes superficies debido a la falta de uniformidad de la p-Si. Los TFT de óxido pueden escalarse hasta Gen8, mientras que los PCB se utilizarán para pantallas ultra grandes como las de señalización.
La diapositiva 2 también muestra la previsión por tipo de chip. La opción "on-wafer" consiste en cultivar la matriz uLED directamente en la epiwafer. En este caso, los píxeles pueden ser muy pequeños, pero el tamaño total está limitado por el tamaño de la oblea (6-12 pulgadas). Flip chip significa que los microLEDs tendrán electrodos inferiores para que puedan ser flip-chipa throughoutthe montado en el sustrato de destino / backplane
Únase a nosotros del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022 para obtener más información sobre la tecnología y el mercado de los microLED y los puntos Qunatum. Escuchará a un fantástico elenco de ponentes entre los que se incluyen Samsung, AUO, Sharp, ST Micro, Omdia, Yole, Coherent, Allos, etc. Consulte el programa aquí www.TechBlick.com/microLEDs
Sensores de imagen QD-Si: superan a los InGaAs y SiGe en las regiones NIR y SWIR con un paso de píxel de 1,62-2,2um
Han hecho falta unos 20 años de I+D para comercializar los sensores de imagen de puntos cuánticos coloidales (CQD), que son los primeros productos comerciales del mercado que utilizan CQD en dispositivos electroactivos, a diferencia de todos los demás productos actuales, que utilizan CQD en modo de fotoluminiscencia.
En primer lugar, ¿por qué puntos cuánticos? El tamaño de las partículas de los QD de PbS puede ajustarse para que absorban en toda la región SWIR, que va de 1000 nm a 2500 nm. Esto se muestra en la siguiente diapositiva, que también muestra que estos QDs también pueden absorber en las regiones NIR, visible y UV al mismo tiempo.
En segundo lugar, ¿por qué puntos cuánticos + silicio? Obviamente, la tecnología de imagen más avanzada se basa en el silicio. Sin embargo, el silicio no es sensible a las regiones NIR y SWIR. Por ello, los sensores de InGaAs y SiGe se han apoderado de este mercado. Sin embargo, suelen ser caros y su integración heterogénea con circuitos de lectura de silicio (ROIC) puede aumentar la complejidad y limitar el tamaño de los píxeles, aunque los avances en la unión Cu-Cu pueden cambiar esta situación.
Como se muestra en la siguiente diapositiva, los QD pueden recubrirse por rotación sobre una oblea de silicio de 300 mm. Los QD de PbS individuales se forman en finas películas de QD con una matriz de ligando. A partir de ellas, se forma un fotodiodo QF (película cuántica) con electrodos superior e inferior (que deben ser transparentes a un amplio espectro de luz). Estos fotodiodos QD se forman sobre el BEOL de un sensor de imagen iluminado por la parte superior. A continuación, se utilizan vías de Cu para conectar la capa de QD al sensor de imagen.
Además de llevar la tecnología de sensores de imagen de silicio al espectro NIR/SWIR, la tecnología QD también puede permitir un factor de relleno del 100% y ayudar a reducir el tamaño de un píxel de obturador global complejo (que, de otro modo, necesitaría un espacio mayor para el fotodiodo).
En este estudio, que se presentará en la conferencia Quantum Dot and microLED de TechBlick del 30 de noviembre al 1 de diciembre, Jonathan Steckel, de ST, describirá el estado actual de la técnica y mostrará cómo se han demostrado los pasos de píxel de 1,62-2,2um en obleas de 300 mm. La eficiencia cuántica (QE) es >60% (940-1400nm).
Para obtener más información, únase a Jonathan y a muchos otros ponentes de talla mundial del 30 de noviembre al 1 de diciembre en línea en la plataforma interactiva y de participación de TechBlick, visite aquí.
Transferencia de masa de uLEDs: Superación de las variaciones dimensionales/de fabricación con tecnología de cabezal magnético/estampado
La tecnología de pantallas microLED requiere una tecnología de transferencia paralela masiva. Se trata de una tecnología compleja y lo será aún más cuando se planteen pantallas con troqueles más pequeños y PPI elevados. Esta ha sido una de las fronteras del desarrollo en la industria de los uLED.
Se han propuesto muchos enfoques de transferencia paralela. La mayoría se basan en un tipo de sello que recoge las microplacas LED del sustrato de crecimiento y las transfiere a los sustratos de destino, colocándolas en el lugar adecuado.
Uno de los retos más importantes es cómo superar las inevitables variaciones de altura y dimensiones de los uLED con la tecnología estándar de microLED basada en elastómeros, que, si no se gestionan adecuadamente, pueden afectar negativamente a esa cifra tan importante: ¡el rendimiento!
LuxNour Technologies Inc. propone un enfoque novedoso basado en sellos electromagnéticos que pueden -como se muestra en la diapositiva 1- ¡tolerar decenas de σ en la variación de los uLED! Esto aumenta el rendimiento y facilita el control exacto de las dimensiones de los microLED durante el crecimiento. Participe en la conferencia especializada TechBlick sobre microLEDs que se celebrará los días 30 de noviembre y 1 de diciembre morewww.TechBlick.com/microLEDs
Makarem Hussein muestra en la primera diapositiva la estructura de un cabezal electromagnético de este tipo, que contiene un elemento electromagnético en la parte posterior, un elemento dieléctrico no magnético entre ambos y un patrón de materiales de alta permeabilidad (por ejemplo, Ni) y aberturas. Las zonas de alta permeabilidad protegen al elemento magnético e impiden que su flujo sobresalga. Por el contrario, las aberturas representan discontinuidades en el escudo, permitiendo que la fuerza EM penetre hacia fuera. La diapositiva 2 muestra un primer plano de la estructura y del flujo magnético resultante.
En este enfoque, los microLEDs también requerirán una capa de metalización con un material ferroeléctrico. Como se muestra en la diapositiva 2, cuando el campo magnético está activado, los microLED -independientemente de las variaciones de altura- son captados por la fuerza EM en el lugar de las aberturas/discontinuidades. Cuando el campo está apagado, las matrices se sueltan (o se colocan).
La diapositiva 3 muestra un ejemplo de un troquel de 100mx100mm en una oblea de Si de 150mm. En este caso, el material de alta permeabilidad es el níquel. Este troquel puede contener microLED de 15um con una separación de sólo 7,5um.
Se trata de una tecnología muy interesante con un potencial excelente. Por supuesto, existe un importante know-how y experiencia y tecnología en el desarrollo del sello/cabezal EM (véase la patente: ). Además, los fabricantes de obleas microLED deben adoptar su paso de metalización para depositar un material ferroso.
Makarem Hussein se unirá a los oradores de Samsung, Sharp, AUO, ST, Coherent y muchos otros para discutir el presente y el futuro de la tecnología microLED en 30 NOV - 2 Dic - ver agenda aquí www.TechBlick.com/microLEDs
¿MicroLED, electrónica impresa e impresión láser?
Holst ha desarrollado y perfeccionado la llamada tecnología LIFT para permitir incluso la transferencia láser o la impresión láser de microcomponentes tales como microLEDs con alta precisión de 1-um.
En la primera diapositiva puede verse una comparación entre la clásica transferencia láser inducida hacia delante (LIFT) y la técnica desarrollada en Holst, que es la impresión láser controlada por volumen (VCLP).
En LIFT, la iluminación láser provoca un chorro de tintas de baja a media viscosidad sobre el sustrato aceptor o de destino. No se trata de una tecnología joven y algunos la consideran la digitalización de la serigrafía. En el ejemplo de aquí se pueden ver puntos de 200um de pasta conductora impresos con el proceso LIFT.
El VCLP es diferente. Aquí, el láser libera finas gotitas sobre el sustrato objetivo/aceptor. Gracias al control del volumen, se consigue una mejor resolución. En este ejemplo se muestran puntos de 40um de pasta de soldadura altamente viscosa impresos mediante la tecnología VCLP. Obsérvese que aquí la deposición de alto rendimiento de interconexiones ultrafinas, como adhesivos conductores y pastas de soldadura, se realiza a partir de una placa portadora estructurada cubierta con un revestimiento de liberación permanente patentado.
Una característica importante de la técnica VCLP es el control del flujo de calor. Sin él, la impresión láser puede resultar borrosa o poco definida. Para controlar el flujo de calor, Holst ha desarrollado una pila "permanente" patentada que permite una impresión de interconexión limpia y fina. En la segunda diapositiva, puede verse el impacto positivo de esta capa en la consecución de una impresión láser de alta resolución bien definida.
Lo sorprendente es que no sólo se pueden imprimir tintas y pastas (también adhesivos y soldaduras), sino también microcomponentes como troqueles de microLED. En el esquema de la diapositiva 3 se pueden ver los conceptos. Aquí, los microLED se asientan en la pila "permanente" patentada y luego se liberan con láser a través del hueco de impresión sobre el sustrato aceptor/destino. Las matrices pueden ser <10um con una calle de corte <5um. Esta técnica puede alcanzar >10M UPH (unidades por hora) con una precisión de montaje de 1um.
La última diapositiva muestra ejemplos de mini y microLED transferidos mediante esta técnica. Los mini LED miden 125x125x80 um3 y los microLED 60x60x10 um3.
Estos resultados son increíbles y apuntan hacia una nueva técnica de impresión láser de alto rendimiento capaz de imprimir líneas finas de tintas, así como pastas muy viscosas y componentes mini y micro.
Si desea más información, participe en nuestro evento sobre microLED en línea del 30 de noviembre al 1 de diciembre, donde se presentará esta tecnología.
Integración monolítica a escala de chip de convertidores de color QD con chips microLED de GaN
La fabricación, en particular la transferencia de masa y la reparación, siguen siendo los mayores retos en la realización de pantallas microLED. Para simplificar el proceso, muchos proponen transferir sólo el LED azul (o incluso uno UV) y conseguir el RGB depositando convertidores de color como puntos cuánticos. Esto requiere un paso de deposición adicional. Pero, ¿y si se pudiera lograr una integración monolítica a escala de chip de QD y chips microLED de GaN? De hecho, Saphlux propone precisamente esto y lo presentará del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022 en el evento microLED y QD de TechBlick. www.TechBlick.com/microLEDs
Saphlux ha llevado este enfoque un paso más allá. En lugar de la deposición posterior a la transferencia de QD, su tecnología permite la integración a escala de chip de puntos cuánticos y microLED. En esta técnica, se forma directamente una estructura nanoporosa en el interior de los LED que sirve de recipiente natural para la integración in situ de los QD. La estructura nanoporosa puede ampliar la trayectoria efectiva de la luz para aumentar la eficiencia global gracias al fuerte efecto de dispersión. Se afirma que la fiabilidad de los puntos cuánticos también mejora considerablemente gracias a la alta conductividad térmica del material de nitruro de galio.
Además, esta tecnología permite integrar píxeles rojos, verdes y azules de forma monolítica en un único chip, lo que reduce enormemente la complejidad y el coste de fabricación de las pantallas Micro-LED.
Esta técnica permite crear nanoporos en los LED sumergiendo el material en una solución ácida y aplicando una tensión de polarización, lo que impulsa el grabado electroquímico del GaN de tipo n. Al ajustar la tensión de grabado, el GaN de tipo n se convierte en un nanoporo. Ajustando la tensión de grabado se puede modificar tanto la porosidad como el tamaño de los nanoporos. A continuación, los LED azules se adhieren con los nanoporos de GaN expuestos a un panel conductor de corriente y los QD rojos/verdes se cargan selectivamente para conseguir la conversión a todo color de los Micro-LED.
Saphlux lo presentará del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022 en el evento de microLED y QD de TechBlick www.TechBlick.com/microLEDs
Hibridación o integración monolítica de microLED de GaN en controladores CMOS de Si: revisión tecnológica
Los micro-LED pueden integrarse directamente con controladores CMOS (en lugar de la habitual placa base TFT), lo que permite crear pantallas de alto PPI adecuadas para gafas AR/MR, metaversos e incluso, en algunos casos, pantallas de gran superficie. El principal reto tecnológico es la hibridación y/o integración monolítica de micro-LED de GaN y CMOS. No se trata de una hazaña fácil, ya que implica la hibridación heterogénea o la integración de dos sistemas de materiales diferentes: GaN y Si.
A lo largo de los años, empresas e instituciones han propuesto varias tecnologías para hibridar ambas partes. Van desde técnicas de hibridación hasta la integración 3D monolítica completa. Estas opciones -exploradas a lo largo de la última década, de 2011 a 2022- se representan en la siguiente diapositiva, que ofrece una clara categorización de las técnicas, por ejemplo, hibridación frente a integración monolítica, unión directa frente a indirecta, alineación frente a no alineación, etc.
En esta presentación, François Templier, del CEA-Leti, repasará estas técnicas y explicará los retos que plantea su fabricación en el evento especializado en micro-LED que TechBlick celebrará del 30NOV al 1DIC. www.TechBlick.com/microLEDs. Se darán algunos ejemplos de soluciones, como la tecnología de microtubos y los resultados recientes con la unión híbrida.
Más información en www.TechBlick.com/microLEDs
¿LED de GaN cultivados por R2R en láminas metálicas en lugar de costosas obleas de zafiro?
¿LED de GaN cultivados por R2R e incluso transistores HEMT de GaN/AlGaN en láminas metálicas en lugar de los caros sustratos de zafiro de pequeña superficie? Podría tratarse de una tecnología revolucionaria, que llevaría la robustez y eficiencia de los LED inorgánicos a grandes superficies. En las pantallas microLED, podría significar la integración monolítica, lo que daría lugar a pantallas de tamaño móvil y de gran tamaño fabricadas sin un paso de transferencia de oblea a sustrato.
Como se muestra a continuación, iBeam Materials está desarrollando esta tecnología. Primero planariza una lámina metálica rugosa y luego utiliza un haz de iones para formar una capa de nm de grosor con granos alineados. Esta "plantilla" actúa como sustrato de crecimiento en lugar de, por ejemplo, una oblea de zafiro.
Como se ve a continuación, esta tecnología ya se ha utilizado para demostrar un LED de GaN funcional, así como un HEMT de GaN/AlGaN. En julio de 2021 (cuando se presentaron los resultados en TechBlick), el PL alcanzaba el 70% de los LED normales. Sin embargo, una comparación directa aún no es justa, ya que el enfoque normal se beneficia de décadas y décadas de conocimientos técnicos y experiencia de producción acumulados.
Actualmente, los LED aún no se fabrican de forma R2R, aunque la "plantilla" puede fabricarse de forma R2R en un sustrato de 20" de ancho. El siguiente paso del desarrollo consistirá en demostrar un crecimiento de GaN R2R MOCVD. La producción R2R de la plantilla no es el cuello de botella, sino el crecimiento de un LED de GaN grueso (5um más o menos).
Por último, Vladimir Matias sostiene que esta tecnología tiene el potencial de reducir el coste de producción en un factor x25. A continuación se presenta un análisis detallado de los costes, en el que se muestran los hitos técnicos que deben alcanzarse para hacer posible esta hoja de ruta de costes.
Para saber más sobre esta charla y sobre microLED, únase al primer evento especializado en microLED de TechBlick:
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