(本文作者:OPTOPIA株式會(huì)社清水 宏;供稿公司:銓宸科技有限公司)
0 1
引言
近來(lái)在玻璃基板上制造組件, 如柔性顯示設(shè)備和超薄芯片, 在基板的背面通過雷射照射之雷射剝離制程Laser Lift-Off process (LLO)引起業(yè)界關(guān)注。
基板透過適合的雷射波長(zhǎng)、于組件之界面處作業(yè)形成以雷射燒蝕(蒸散)加工出來(lái)的高分子膜形成比較容易的將其剝離、并且作為多様薄膜器件的制程, 其應(yīng)用范圍正在擴(kuò)大。
作為雷射剝離制程,在較早期應(yīng)用在LED制程中, 將小的均勻光束照射到晶粒尺寸為幾毫米的GaN材料上即可達(dá)成。然而,于FPD應(yīng)用上、和大尺吋芯片(~12英寸), 則必須均勻的大面積處理, 并且使用線光班(Line Beam)才能使剝離制程有效作業(yè)。
本文提到了LLO制程的原理, 制程所需的條件, LLO制程后的材料評(píng)估, 得以實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備性能實(shí)現(xiàn)。
圖1、玻璃基板上雷射剝離制程
0 2
為何要使用LLO雷射剝離制程?
說(shuō)明需要更新到用LLO制程的背景。
(1) 對(duì)于玻璃基板的附著力(以柔性顯示器為例)
用于智能電話的高清小型顯示器的像素尺寸為幾十微米, 并于柔性顯示器上的高分子膜(PI), 相對(duì)要求對(duì)次微米級(jí)的TFT電路圖案的對(duì)準(zhǔn)精度。因此, 必須通過將具有優(yōu)異機(jī)械/電性性能材料涂布于基材, 然后進(jìn)行燒結(jié)(重合), 從而牢固地固定在玻璃基板上。有機(jī)EL層組件完成后, 需要從玻璃基板上不被破壞組件情況下剝離, 但是如上所述, 高分子膜和玻璃基板之間的粘附力非常強(qiáng), 并且難以通過機(jī)械或化學(xué)方法剝離, 因此只能透過雷射剝離將其無(wú)損壞的分離。
(2) 另一方面, 剝離作業(yè)是雷射燒蝕制程, 一方高分子膜(PI)材料是印刷基板穿孔加工, 噴墨打印機(jī)噴墨孔加工處理為代表, 紫外光脈沖雷射可以進(jìn)行燒蝕ablation(蒸散)加工處理。
玻璃和PI膜界面則通過以激光束照射表面, 發(fā) 現(xiàn)可以比上述鉆孔加工低一位數(shù)的燒蝕門坎值能量密度進(jìn)行剝離, 并引入了該方法。
圖2 、Laser operation process
0 3
LLO制程的特徴
LLO制程的特徴與優(yōu)勢(shì)。
(1)UV Pulse Laser作業(yè)制程
此雷射對(duì)PI膜的穿透深度較淺、Pulse時(shí)間寬度較短, 因此對(duì)器件幾乎無(wú)產(chǎn)生熱效應(yīng)影響(低溫制程)。
(2)從基板背面方向開始照射
制程不會(huì)受組件損壞限制、剝離反應(yīng)的型成可以在制程過程結(jié)束時(shí)完成。
(3)1 shut / 能量密度門坎必須高達(dá)到PI界面分離的能量通量。
0 4
LLO制程的必要條件
LLO制程用雷射所需特性描述。
(1)大面積制程需高能量/高輸出脈沖雷射
例G6H尺吋(925mm×1500mm)可處理最大尺吋750mm或950mm長(zhǎng)度, 能量密度線光斑需達(dá) 數(shù)百mJ/cm2。以對(duì)應(yīng)顯示器制程線光斑長(zhǎng)度之需求能量。
(2) PI層使用紫外線波長(zhǎng)用于淺穿透度*
*取決于PI特性(可視區(qū)域), 透明PI上限為 355nm (Nd:YAG雷射的3倍波)。
(3) 可通過玻璃基板波長(zhǎng)
無(wú)堿玻璃的可穿透范圍 (308nm XeCl準(zhǔn)分子雷射波長(zhǎng))以上的波長(zhǎng)。
圖3、PI吸收率(1)
圖4、一般無(wú)堿玻璃的穿透率
0 5
LLO制程的照射光束
雷射振蕩器的輸出光束形狀取決于放電強(qiáng)度分布/YAG結(jié)晶激發(fā)介質(zhì)/共振器的構(gòu)造, 通常以不均勻的光束形狀照射PI界面, 整個(gè)照射區(qū)域都會(huì)產(chǎn)生較 大的能量密度變化、在能量密度高的區(qū)域進(jìn)行了強(qiáng)力處理反應(yīng), 而在能量密度低的區(qū)域中, 則存留未完全剝離現(xiàn)象。
圖5、典型的YAG激光束形狀圖
圖6、典型的準(zhǔn)分子激光束形狀
因此, 使用分散均質(zhì)器光學(xué)系統(tǒng)剝離(ablation)制程門坎, 需要以更高能量密度照射。
圖7、分散型均質(zhì)器和均勻線光斑之形狀原理
0 6
PI 材料的條件
作為雷射燒蝕制程的條件、由于脈沖雷射的光吸收, 材料需要迅速升高至汽化溫度。因此在幾十納秒的輻照時(shí)間范圍內(nèi), 材料的光穿透深度必須淺(數(shù)百nm~)、且在幾時(shí)納秒的雷射輻照時(shí)間范圍內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)低 (難以冷卻)必要條件。如果組件底部材料條件不足此要求, 則可以使用吸收雷射光的犧牲膜, 例如a-Si 膜。
07
線光班LLO 制程結(jié)果
在無(wú)堿玻璃上涂布三井化學(xué)的透明PI VICT-C, 用波長(zhǎng)308nm 的均勻光束照射實(shí)驗(yàn)結(jié)果130mJ/cm2 以上的能量密度剝離結(jié)果如下。
表1、能量密度的剝離結(jié)果
照射區(qū)域的照片是玻璃表面上的PI 膜觀察。120mJ/cm2 由牛頓環(huán)觀察到的部份區(qū)域已開始剝離、150mJ/cm2 大部份已剝離。您還可以看到由于燒蝕對(duì)流產(chǎn)生部份碎片 (付著物)。這種對(duì)流是由1Shut 激光脈沖產(chǎn)生的、 剝離后PI 膜會(huì)有一定程程度的膨脹厚度的可能性。而這種沖擊可能會(huì)損壞組件, 照射能量門坎應(yīng)設(shè)置到非常接近剝離的值。照射光束的均勻度在±5%以內(nèi)、區(qū)域間剝離能量密度的差異, 被認(rèn)為是由于玻璃和PI之間界面粘合度變化所致。
LLO剝離制程于透明PI膜、其機(jī)械性或熱物性性質(zhì)幾乎沒有變化。
關(guān)于光學(xué)物性當(dāng)能量密度增加和重迭增加時(shí), 色相會(huì)變差。
圖8、LLO剝離后透明PI的機(jī)械物性變化(拉申試驗(yàn))
圖9、LLO 剝離后透明PI 的熱效應(yīng)物性變化 (Tg; 玻璃轉(zhuǎn)移溫度、Td1; 1%重量減少溫度、 CTE; 線膨張系數(shù)(100-200℃))
圖10、LLO剝離后透明PI的光學(xué)物性變化
0 8
LLO制程的Throughput
敝司現(xiàn)在制造的固態(tài)UV Pulse雷射設(shè)備應(yīng)用于LLO制程系統(tǒng), 包含RD機(jī)型及可供應(yīng)量產(chǎn)系統(tǒng)需求, 如圖11所示。
表2、敝司LLO 系統(tǒng)之Throughput
用線光斑照射在玻璃基板和PI 的界面層時(shí), 以略高于制程門坎值的能量密度進(jìn)行照射, 必須以2-10 shuts 重迭進(jìn)行掃描 (移動(dòng)玻璃基板) 以達(dá)成被照射的表面完全剝離。
圖 11、Line Beam 線光班的掃描與重迭
0 9
LLO的外圍制程
LLO處理后, 需要將在玻璃基板上的顯示組件進(jìn)行切割為單一顯示組件。該制程使用高重復(fù)短脈沖時(shí)間寬度的固態(tài)UV雷射。通過工作臺(tái)或掃描臺(tái), 可以達(dá)到高速(~1m/s) 切割PI膜 + PET膜(完全切割)。
圖12、LLO 制程后, 使用皮秒雷射做高速PI 膜切割, 敝司制造復(fù)合型生產(chǎn)裝置
還可以用對(duì)PET 具有強(qiáng)吸收光譜的9.3μ m CO2 雷射選擇性的切割(Half Cut)、可以剝開特定區(qū)域。圖12 顯示敝司于此制程的多功能裝置之構(gòu)成。另外, 在LLO 制程前/后必須層壓保護(hù)和柔性基板, 并且如何處理剝離的組件是一個(gè)問題, 使用這些雷射工程技術(shù)具有高靈活性的, 切割粘貼剝離, 工程似乎將變得越驅(qū)重要。
10
總結(jié)與挑戰(zhàn)
使用紫外光雷射, 通過線束光斑于玻離基板的背面剝離有機(jī)膜。
130mJ/cm2程度比較的低門坎値值50%的低重迭率, 可以預(yù)期極高的生產(chǎn)率。
盡管此制程是一種燒蝕過程, 但與空氣或真空中的已知過程不同, 它是PI膜粘在玻璃上的特殊條件, 因此里面剝離門坎值的變化取決于所提供的材料 (110~150mJ/cm2)。
另一方面, 當(dāng)照射能量密度增加時(shí), 反應(yīng)于該增加而產(chǎn)生碎屑(附著物), 因此需要以盡可能接近門坎值的能量密度進(jìn)行照射, 此外通過可能接近門坎值, 可預(yù)期消減對(duì)組件的沖沖影響也將減小。
隨著界面條件的變化, 門坎值也會(huì)發(fā)生變化, 為將來(lái)改善該門坎值的變化, 我們將與有機(jī)薄膜材料制造商和各行各業(yè)合作, 以獲得玻璃基板材/洗凈/涂層必要條件。
最后, 我們感謝三井化學(xué)株式會(huì)杜提供并評(píng)估此次剝離的透明PI膜樣品。
參考文獻(xiàn)
(1)三井化學(xué) 透明PIポリイミド系透明?白色材料
http://jp.mitsuichem.com/techno/develop/pi/spec.htm
RichEnergy Technology Co., Ltd.
Contact: info@retctw.com
WWW.RETCTW.COM
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。