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2024-02-27 返回

MicroOLED四大工藝流程：陽極、OLED、CF 和模組

MicroOLED（又稱硅基OLED）是 CMOS 技術與 OLED 技術的緊密結合，是無機半導體材料與有機半導體材 料的高度融合。CMOS 技術主要使用光刻工藝、CMP 工藝等，濕法制成較多，而 OLED 技 術則主要采用真空蒸鍍技術工藝，以干法制程為主。兩者皆專業且復雜，將兩者集成于同 一器件之中，對于工藝技術要求非常嚴苛。

MicroOLED 器件制造主要包含四個步驟實現：

1)硅基 IC 設計與制造：主要涉及集成電路的設計和制造，分別由 IC 設計團隊和 晶圓廠完成；

2）OLED 制程：主要包括 OLED 微腔頂發射技術，陽極材料技術，全彩化技術等；

3）OLED 封裝制程：包括薄膜封裝，玻璃 cover 貼合封裝等；

4）顯示驅動與系統：與第一部分設計制造緊密相連。

MicroOLED微顯示器傳統制程。a 為器件結構截面示意圖，b 是制造流程。其中流程 1~7 為大片制造。從流程 8 切割后，即為 dice 制造流程。流程 1 為硅基芯片的制造過程，由集成電路晶圓代工廠按照客戶的設計和要求進行生產制造；流程 2~7 為 OLED 的制造流程，在 OLED 工藝代工廠制作完成。其中，流程 2 和 3 為像素陽極的制備過程， 包括陽極材料的成膜及其圖案化，涉及較多濕法制程。在傳統的Micro OLED 微顯示器制造工藝中，該制程由 OLED 工廠來制作完成；流程 8~9 由集成電路芯片封裝廠完成；流程 10 為模組與系統開發，將硅基 OLED 制作成微顯示器模組供用戶使用。

今天這里主要介紹目前大多數投資的MicroOLED項目，主要是外購的半成品硅片，然后制作陽極像素點、有機發光層和彩色過濾層，然后進行分色綁定芯片成模組這四道工序。

硅基OLED總工藝流程圖

（1）陽極像素點制備

陽極像素點制備工藝流程及產污節點圖

陽極像素點制備工藝流程：

①水洗、烘干

外購原料硅片鍍膜前需進行清洗，保證表面清潔度。項目采用水洗機進行清洗，經純水洗滌、氮氣吹掃烘干（水洗機集成水洗、烘干功能）。此工序產生清洗廢水。

②陽極（金屬層）鍍膜（PVD）

原理如下：從原料中發射粒子（經過蒸發、升華、濺射和分解等過程）粒子輸運到基片（粒子之間發生碰撞，產生離化、復合、反應，能量的交換和運動方向的變化）；粒子在基片上凝結、成核、長大和成膜。在磁場電場的作用下，用加速的帶電氣體離子（Ar、N2）轟擊靶材（Mg、Ag、Ti、Mo）使靶材原子從表面逸出并沉淀在基材硅片上形成金屬膜（物理氣相沉淀、不發生化學反應），大部分金屬材料沉淀在基片上，部分沉淀在設備的腔體內壁。此工序（PVD）在OLED鍍膜機內完成，靶材有效利用率約60%，此工序產生廢靶材、有機廢氣。

③光刻（包括涂膠、曝光、顯影）

涂膠是依靠硅片旋轉時產生的離心力及重力作用下，將滴加在硅片上的光刻膠全面流布于硅片表面的過程。光刻膠主要由對光和能量非常敏感的高分子聚合物和有機溶劑組成，高分子聚合體是光刻膠的主體，主要成分為酚醛樹脂，有機溶劑是光刻膠的介質。涂膠的過程，膠體附著率約20%，80%的膠體流走，因為工藝的原因，不再重復利用而成為廢光刻膠S2。為使光刻膠牢固附著在硅晶圓上，在涂膠結束后，通過設備自帶的電熱板加熱烘烤，光刻膠、顯影液中的有機溶劑、氨揮發出來成為有機廢氣和氨。

曝光是使用光刻機并透過光掩膜版對涂膠后的硅片進行光照，使部分光刻膠得到光照，另外部分光刻膠得不到光照，從而選擇性的改變光刻膠的性質。顯影是通過噴淋方式用TMAH顯影液將曝光后的光刻膠去除（光照后的光刻膠溶于顯影液、未被光照的光刻膠不溶于顯影液），在光刻膠上形成溝槽，使下面的金屬層暴露出來，以便于下一道工序進行刻蝕;而沒有曝光的光刻膠則不被清洗下來，從而使下面的面極得以保護。顯影后基片用純水噴淋沖洗、氮氣吹掃烘干（顯影機集成顯影、水洗、烘干功能），此工序產生有機廢氣G2、廢顯影液S3（含洗滌廢水）。

④光刻膠剝離

干刻完成后未曝光的光刻膠需要去除，本項目采用濕法剝離，使用剝離液浸泡剝離剝離后純水洗滌、氮氣吹掃烘干（剝離機集成剝離、水洗、干燥功能），過程中使用的剝離液通過設備自帶的回收系統重復利用，當其濃度難以滿足工藝要求時，產生廢剝離液。此工序產生廢剝離液、清洗廢水。

⑤檢測

以上工序完成后，陽極像素點制作完成，進行檢測后進入下工序。

（2）有機發光層制備

有機發光層制備工藝流程及產污節點圖

有機發光層制備工藝流程：

①有機材料蒸鍍（OLED）

有機發光層蒸鍍是在高真空的環境下通過電流加熱的方法被蒸發材料氣化，氣化后的分子或者原子以較大的自由程做近似直線運動，碰撞到基片表面凝結形成薄膜。本工序蒸鍍材料為小分子有機材料，蒸鍍過程穩定。項目硅基片有機層采用熱蒸鍍的成膜方法，在真空環境下通過加熱的方式將有機材料由固態通過升華或熔融變為蒸氣狀態，高速運動的氣態分子到達玻璃基板并在基板上沉積固化，再變回為OLED材料的固體薄膜。具體地，就是將小分子材料置放于電子束蒸鍍機，通過電加熱裝置傳遞能量給小分子材料，小分子材料，變成氣態分子，穿過掩膜板而沉積在硅基片上，形成圖案化的有機薄膜。

本工序在密閉腔室進行，為物理過程，不產生工藝廢氣。

②陰極金屬層蒸鍍（OLED）

采用與有機材料蒸鍍同樣的設備（一個蒸鍍設備不同腔體）和類似工藝，被蒸發的材料為Mg、Ag等。本工序為物理過程，不產生工藝廢氣。

③薄膜封裝

OLED器件薄膜封裝是對制作電極和各有機薄膜功能層后的基片進行蓋板封裝，在OLED器件器件上加一個后蓋板，環氧樹脂在經過紫外固化后將基板和蓋板粘接成一個整體，這樣在器件內部形成一個封閉的屏罩，把器件的各個功能層和空氣隔開，而空氣中的水、氧等成分只能通過基板和蓋板之間的環氧樹脂向器件內部進行滲透，因此，這樣能有效地防止OLED的各功能模塊與空氣中的水氧等成分發生反應。

MicroOLED整個封裝過程都在充滿惰性氣體（如：氮氣或氬氣）的密閉空間（手套箱）內完成，手套箱內水汽含量必須少于3PPM。使用的材料主要為SiN、AlN、CuPc、有機材料等，金屬蓋板封裝既可以有效阻擋水汽、氧氣等成分滲透到器件內部而保護OLED器件，又可以使器件堅固，蓋板封裝時需要使用環氧樹脂密封膠。此工序產生有機廢氣。

（3）彩色過濾層制備

彩色過濾層制備工藝流程及產污節點圖

彩色過濾層制備工藝流程：

①彩色過濾層制備

彩色過濾層的制作工藝包括涂膠、曝光、顯影。首先涂覆一層紅色感光膠，而后通過曝光、顯影、烘烤形成與像素對應的紅色濾光層，重復此工藝制作出綠色、藍色濾光層，涂布過程產生廢膠液。

每次涂布結束進行烘烤叫做前烘，每次顯影結束后進行烘烤叫后烘。烘烤的目的是讓晶圓上的有機膜更加堅固，采用烘箱進行烘烤，在烘烤過程中有機膜里面的有機溶劑揮發形成有機廢氣。基片采用噴淋方式顯影，顯影后用純水噴淋沖洗、氮氣吹掃烘干（顯影機集成顯影、水洗、烘干功能）。此工序產生涂膠有機廢氣、顯影有機廢氣、廢膠液、廢顯影液。

②玻璃蓋板裝配

將外購切割成標準尺寸的玻璃片，上膠水貼至制備好的基片上，貼好后進行紫外或者熱固化，貼合機集成切割、烘干、貼片功能。黏貼膠水中含有機物，固化過程產生揮發性的有機廢氣。

③檢測

以上工序完成后，彩色過濾層制備完成，檢測合格進入下工序。

（4）模組工程

項目模組工程工藝流程及產污節點圖

模組工程工藝流程：

①切片、水洗、干燥

使用切割清洗機將8英寸圓晶硅片切割成大約0.4~1.0英寸等規格的小塊，切割后用純水洗滌并烘干水分，切割清洗機集成切割、水洗、干燥功能，干燥采用高速旋轉加氮氣吹掃方式。

②貼片、焊線、涂保護膠

切割后的小片需要與PCB電路板貼合在一起，貼片機集成點膠、壓合、固化功能；焊線采用Au線鍵合，在室溫下使用超聲波和壓力使得Au線與基片內部原子擴散形成電氣連接，焊接過程不產生廢氣。焊線完成后涂保護膠布以保護焊線的氧化和物理保護。涂膠后將半成品送入烤箱進行烘烤，在烘烤過程中有機膜里面的有機溶劑揮發形成有機廢氣，貼片過程中產生廢PCB電路板。

③老化

經上述工序后，模組完成，置于高溫高濕環境下進行老化處理，加速缺陷生長。

④最終檢測

經過老化處理的成品進行光電性能及外觀檢測，篩選出合格產品。