【超详细】深度解析MicroOLED四大工艺流程：阳极、OLED、CF 和模组
MicroOLED（又称硅基OLED） 是 CMOS 技术与 OLED 技术的紧密结合，是无机半导体材料与有机半导体材 料的高度融合。CMOS 技术主要使用光刻工艺、CMP 工艺等，湿法制成较多，而 OLED 技 术则主要采用真空蒸镀技术工艺，以干法制程为主。两者皆专业且复杂，将两者集成于同 一器件之中，对于工艺技术要求非常严苛。
MicroOLED 器件制造主要包含四个步骤实现：
1)硅基 IC 设计与制造：主要涉及集成电路的设计和制造，分别由 IC 设计团队和 晶圆厂完成；
2）OLED 制程：主要包括 OLED 微腔顶发射技术，阳极材料技术，全彩化技术等；
3）OLED 封装制程：包括薄膜封装，玻璃 cover 贴合封装等；
4）显示驱动与系统：与第一部分设计制造紧密相连。
MicroOLED微显示器传统制程。a 为器件结构截面示意图，b 是制造流程。其中流程 1~7 为大片制造。从流程 8 切割后，即为 dice 制造流程。流程 1 为硅基芯片的制造过程，由集成电路晶圆代工厂按照客户的设计和要求进行生产制造；流程 2~7 为 OLED 的制造流程，在 OLED 工艺代工厂制作完成。其中，流程 2 和 3 为像素阳极的制备过程， 包括阳极材料的成膜及其图案化，涉及较多湿法制程。在传统的Micro OLED 微显示器制造工艺中，该制程由 OLED 工厂来制作完成；流程 8~9 由集成电路芯片封装厂完成；流程 10 为模组与系统开发，将硅基 OLED 制作成微显示器模组供用户使用。
今天这里主要介绍目前大多数投资的MicroOLED项目，主要是外购的半成品硅片，然后制作阳极像素点、有机发光层和彩色过滤层，然后进行分色绑定芯片成模组这四道工序。
硅基OLED总工艺流程图
（1）阳极像素点制备
阳极像素点制备工艺流程及产污节点图
阳极像素点制备工艺流程：
①水洗、烘干
外购原料硅片镀膜前需进行清洗，保证表面清洁度。项目采用水洗机进行清洗，经纯水洗涤、氮气吹扫烘干（水洗机集成水洗、烘干功能）。此工序产生清洗废水。
②阳极（金属层）镀膜（PVD）
原理如下：从原料中发射粒子（经过蒸发、升华、溅射和分解等过程）粒子输运到基片（粒子之间发生碰撞，产生离化、复合、反应，能量的交换和运动方向的变化）；粒子在基片上凝结、成核、长大和成膜。在磁场电场的作用下，用加速的带电气体离子（Ar、N2）轰击靶材（Mg、Ag、Ti、Mo）使靶材原子从表面逸出并沉淀在基材硅片上形成金属膜（物理气相沉淀、不发生化学反应），大部分金属材料沉淀在基片上，部分沉淀在设备的腔体内壁。此工序（PVD）在OLED镀膜机内完成，靶材有效利用率约60%，此工序产生废靶材、有机废气。
③光刻（包括涂胶、曝光、显影）
涂胶是依靠硅片旋转时产生的离心力及重力作用下，将滴加在硅片上的光刻胶全面流布于硅片表面的过程。光刻胶主要由对光和能量非常敏感的高分子聚合物和有机溶剂组成，高分子聚合体是光刻胶的主体，主要成分为酚醛树脂，有机溶剂是光刻胶的介质。涂胶的过程，胶体附着率约20%，80%的胶体流走，因为工艺的原因，不再重复利用而成为废光刻胶S2。为使光刻胶牢固附着在硅晶圆上，在涂胶结束后，通过设备自带的电热板加热烘烤，光刻胶、显影液中的有机溶剂、氨挥发出来成为有机废气和氨。
曝光是使用光刻机并透过光掩膜版对涂胶后的硅片进行光照，使部分光刻胶得到光照，另外部分光刻胶得不到光照，从而选择性的改变光刻胶的性质。显影是通过喷淋方式用TMAH显影液将曝光后的光刻胶去除（光照后的光刻胶溶于显影液、未被光照的光刻胶不溶于显影液），在光刻胶上形成沟槽，使下面的金属层暴露出来，以便于下一道工序进行刻蚀;而没有曝光的光刻胶则不被清洗下来，从而使下面的面极得以保护。显影后基片用纯水喷淋冲洗、氮气吹扫烘干（显影机集成显影、水洗、烘干功能），此工序产生有机废气G2、废显影液S3（含洗涤废水）。
④光刻胶剥离
干刻完成后未曝光的光刻胶需要去除，本项目采用湿法剥离，使用剥离液浸泡剥离剥离后纯水洗涤、氮气吹扫烘干（剥离机集成剥离、水洗、干燥功能），过程中使用的剥离液通过设备自带的回收系统重复利用，当其浓度难以满足工艺要求时，产生废剥离液。此工序产生废剥离液、清洗废水。
⑤检测
以上工序完成后，阳极像素点制作完成，进行检测后进入下工序。
（2）有机发光层制备
有机发光层制备工艺流程：
①有机材料蒸镀（OLED）
有机发光层蒸镀是在高真空的环境下通过电流加热的方法被蒸发材料气化，气化后的分子或者原子以较大的自由程做近似直线运动，碰撞到基片表面凝结形成薄膜。本工序蒸镀材料为小分子有机材料，蒸镀过程稳定。项目硅基片有机层采用热蒸镀的成膜方法，在真空环境下通过加热的方式将有机材料由固态通过升华或熔融变为蒸气状态，高速运动的气态分子到达玻璃基板并在基板上沉积固化，再变回为OLED材料的固体薄膜。具体地，就是将小分子材料置放于电子束蒸镀机，通过电加热装置传递能量给小分子材料，小分子材料，变成气态分子，穿过掩膜板而沉积在硅基片上，形成图案化的有机薄膜。
本工序在密闭腔室进行，为物理过程，不产生工艺废气。
②阴极金属层蒸镀（OLED）
采用与有机材料蒸镀同样的设备（一个蒸镀设备不同腔体）和类似工艺，被蒸发的材料为Mg、Ag等。本工序为物理过程，不产生工艺废气。
③薄膜封装
OLED器件薄膜封装是对制作电极和各有机薄膜功能层后的基片进行盖板封装，在OLED器件器件上加一个后盖板，环氧树脂在经过紫外固化后将基板和盖板粘接成一个整体，这样在器件内部形成一个封闭的屏罩，把器件的各个功能层和空气隔开，而空气中的水、氧等成分只能通过基板和盖板之间的环氧树脂向器件内部进行渗透，因此，这样能有效地防止OLED的各功能模块与空气中的水氧等成分发生反应。
MicroOLED整个封装过程都在充满惰性气体（如：氮气或氩气）的密闭空间（手套箱）内完成，手套箱内水汽含量必须少于3PPM。使用的材料主要为SiN、AlN、CuPc、有机材料等，金属盖板封装既可以有效阻挡水汽、氧气等成分渗透到器件内部而保护OLED器件，又可以使器件坚固，盖板封装时需要使用环氧树脂密封胶。此工序产生有机废气。
（3）彩色过滤层制备
彩色过滤层制备工艺流程及产污节点图
彩色过滤层制备工艺流程：
①彩色过滤层制备
彩色过滤层的制作工艺包括涂胶、曝光、显影。首先涂覆一层红色感光胶，而后通过曝光、显影、烘烤形成与像素对应的红色滤光层，重复此工艺制作出绿色、蓝色滤光层，涂布过程产生废胶液。
每次涂布结束进行烘烤叫做前烘，每次显影结束后进行烘烤叫后烘。烘烤的目的是让晶圆上的有机膜更加坚固，采用烘箱进行烘烤，在烘烤过程中有机膜里面的有机溶剂挥发形成有机废气。基片采用喷淋方式显影，显影后用纯水喷淋冲洗、氮气吹扫烘干（显影机集成显影、水洗、烘干功能）。此工序产生涂胶有机废气、显影有机废气、废胶液、废显影液。
②玻璃盖板装配
将外购切割成标准尺寸的玻璃片，上胶水贴至制备好的基片上，贴好后进行紫外或者热固化，贴合机集成切割、烘干、贴片功能。黏贴胶水中含有机物，固化过程产生挥发性的有机废气。
③检测
以上工序完成后，彩色过滤层制备完成，检测合格进入下工序。
（4）模组工程
项目模组工程工艺流程及产污节点图
模组工程工艺流程：
①切片、水洗、干燥
使用切割清洗机将8英寸圆晶硅片切割成大约0.4~1.0英寸等规格的小块，切割后用纯水洗涤并烘干水分，切割清洗机集成切割、水洗、干燥功能，干燥采用高速旋转加氮气吹扫方式。
②贴片、焊线、涂保护胶
切割后的小片需要与PCB电路板贴合在一起，贴片机集成点胶、压合、固化功能；焊线采用Au线键合，在室温下使用超声波和压力使得Au线与基片内部原子扩散形成电气连接，焊接过程不产生废气。焊线完成后涂保护胶布以保护焊线的氧化和物理保护。涂胶后将半成品送入烤箱进行烘烤，在烘烤过程中有机膜里面的有机溶剂挥发形成有机废气，贴片过程中产生废PCB电路板。
③老化
经上述工序后，模组完成，置于高温高湿环境下进行老化处理，加速缺陷生长。
④最终检测
经过老化处理的成品进行光电性能及外观检测，筛选出合格产品。
来源：MicroDisplay整理于睿显
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