光学轮廓仪应用：Micro-LED巨量转印技术中弹性印章的三维形貌表征-电子发烧友网

在半导体显示领域，Micro-LED凭借高亮度、高对比度、快速响应等优势，成为下一代显示技术核心方向。但其产业化中，巨量转印是关键瓶颈，弹性印章作为核心部件，其制程参数直接影响转印效率与良率，对工业化生产至关重要。光学轮廓仪以高分辨率、三维成像及精准表征微观结构的特性，在弹性印章制程参数研究中不可替代。光子湾科技的光学轮廓仪，能精准检测弹性印章表面形貌、微观力学性能等关键指标，提供可靠数据，为探究制程参数与转印性能的关联奠定技术基础。

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实验材料与方法

采用弹性印章范德华力的巨量转印

1.弹性印章材料制备

本研究选用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为弹性印章的基础材料，通过调整预聚物与固化剂的配比（质量比分别为5:1、10:1、15:1），在不同固化温度（60℃、80℃、100℃）和固化时间（2h、4h、6h）条件下制备系列弹性印章样品。

2.实验设备与表征方法

采用旋转涂布机将PDMS 混合液均匀涂覆在硅基底上，经烘箱固化后脱模获得弹性印章。利用光学轮廓仪对弹性印章的表面粗糙度、微结构尺寸进行表征；通过万能材料试验机测试其弹性模量与硬度；借助高速摄像机记录巨量转印过程，统计转印效率与缺陷率。

3.巨量转印实验设计

以4 英寸蓝宝石衬底上生长的 Micro-LED 芯片（尺寸 10μm×10μm）为转印对象，设置不同的印章与芯片接触压力（5kPa、10kPa、15kPa）、接触时间（0.5s、1s、2s）以及剥离速度（50mm/s、100mm/s、200mm/s），开展多组对照实验。

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光学轮廓仪对弹性印章材料的表征

光学轮廓仪观测光刻胶制成的弹性印章模板形貌

光学轮廓仪观测显示，光刻胶制成的弹性印章模板形貌主要有半椭球形（多数正常显影）、截头圆锥形（蚀刻至硅片基底）等，掩模图案设计宽度越大，显影效果越好。AFM测量与DMT 模型拟合表明，弹性模量在 130μm 宽度处最大，在 335K（62℃）和 415K（142℃）时达峰值。PDMS 材料的化学和热稳定性、良好光学透明性、低模量等特性，使其成为弹性印章的理想材料，适当的固化条件可保证印章既具有良好弹性变形能力，又能提供稳定黏附力，减少转印过程中芯片脱落与损伤。

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转印工艺参数的优化分析

显影工艺参数对弹性印章性能影响显著：相同显影时间下，显影深度随掩模图案设计宽度增加而增加；相同掩模宽度下，显影深度随显影时间增加而增加。显影过程中垂直方向速率（约为水平方向的1.37 倍）快于水平方向，重力和曝光时的固化作用是主要原因。巨量转印中，剥离速率是控制粘附力的关键：快速剥离利于拾取，慢速利于释放，施加剪切力可提高成功率。

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弹性印章微观结构与转印效果的关联

光学轮廓仪下弹性印章表面微柱的三维图

光学轮廓仪三维成像分析显示，微柱高宽比是影响转印效果的关键参数：高宽比过高易导致转印过程中微柱塌陷，过低则无法承受转印压力。微柱尺寸精度对转印一致性影响显著：所制造的弹性印章微柱顶面和底面宽度误差可控制在5% 以内，高度标准偏差较小，且微柱宽度与掩模图案设计宽度的平均偏差相对稳定，基本与尺寸无关。

综上研究，光学轮廓仪对光刻胶制成的弹性印章模板形貌进行了探索，半椭球形占大多数，截头圆锥形是由于光刻胶被蚀刻完碰到硅片基底时而产生的。除这两种形貌外，其他形貌均被视为失败。得出结论：掩模图案设计宽度越大，显影的效果越好。在光学和半导体制造过程中，表面纹理和三维轮廓测量非常重要，就表面结构和粗糙度而言，微观几何形状对器件的功能和耐用性具有重要影响。光子湾科技光学轮廓仪技术将助力Micro-LED 等新兴显示技术优化与产业化，推动半导体显示行业的技术革新。

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光子湾3D光学轮廓仪

光子湾3D光学轮廓仪是一款用于对各种精密器件及材料表面，可应对多样化测量场景，能够快速高效完成亚微米级形貌和表面粗糙度的精准测量任务，提供值得信赖的高质量数据。