CN112366154A - 芯片转移方法 - Google Patents

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CN112366154A
CN112366154A CN202011229270.1A CN202011229270A CN112366154A CN 112366154 A CN112366154 A CN 112366154A CN 202011229270 A CN202011229270 A CN 202011229270A CN 112366154 A CN112366154 A CN 112366154A
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马刚
闫晓林
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Abstract

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及芯片转移方法。所述芯片转移方法包括：将混有芯片的溶液铺在预设模板上，芯片的两个芯片电极分别设置于芯片的相对的两端，两个芯片电极中的一个芯片电极镀有磁性材料，预设模板包括模板主体及贴合置于模板主体之下的基板，基板设置有基板电极，模板主体对应基板电极处开设有供芯片落入至基板电极的通孔；对铺有溶液的预设模板施加磁场，镀有磁性材料的芯片电极与基板电极接触；加热去除溶液，并移除模板主体。本申请提供的芯片转移方法，可以消除将芯片区域转移并装贴至基板时，相邻区域的芯片亮度和色差明显，导致的屏幕马赛克问题。

Description

芯片转移方法
技术领域
本申请属于显示技术领域，尤其涉及一种芯片转移方法。
背景技术
microled是一种尺寸为微米级别的发光二极管(LED)，具有高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点。此外，microled体积小、轻薄，还能轻易实现节能的效果。基于microled的显示屏具有很好的应用前景，被称为替代液晶显示器和发光二极管显示器的下一代显示技术。
制作microled显示屏时，LED芯片的使用量巨大，通常需要将上万颗miniled芯片转移固晶。以一块4K的电视显示屏为例，其需要2488320个像素点。因此，在microled显示屏的制作工艺中，如何将微米级的microled芯片批量快速的转移并焊接到TFT线路板上，成为了这种新型显示器的关键技术。目前，主流的转移方式主要是激光转移技术、范德瓦尔斯力转移技术、静电吸附转移技术和电磁吸附转移技术。但这些方法转移巨量microled时，microled区域化转移，导致屏幕容易出现马赛克。
发明内容
本申请的目的在于提供一种芯片转移方法，旨在解决现有的巨量转移方法容易导致屏幕马赛克的问题。
为实现上述发明目的，本申请采用的技术方案如下：
本申请提供一种芯片转移方法，包括：
将混有芯片的溶液铺在预设模板上，所述芯片的两个芯片电极分别设置于所述芯片的相对的两端，所述两个芯片电极中的一个芯片电极镀有磁性材料，所述预设模板包括模板主体及贴合置于所述模板主体之下的基板，所述基板设置有基板电极，所述模板主体对应所述基板电极处开设有供所述芯片落入至所述基板电极的通孔；
对铺有所述溶液的预设模板施加磁场，镀有磁性材料的芯片电极与所述基板电极接触；
加热去除所述溶液，并移除所述模板主体。
本申请提供的芯片转移方法，待转移芯片的一个芯片电极镀有磁性材料，在将混有芯片的溶液预设模板上后，通过对预设模板施加磁场，使芯片在磁场吸引下，镀有磁性材料的芯片电极与所述基板电极接触，实现芯片的批量转移。本申请提供的芯片转移方法，将芯片制备过程中来源于不同区域的芯片打散，无序混合在溶剂中，并装贴在基板表面，可以消除将芯片区域转移并装贴至基板时，相邻区域的芯片亮度和色差明显，导致的屏幕马赛克问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的芯片转移方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的芯片结构示意图；
图3是本发明实施例提供的将芯片分散于溶液中得到芯片-溶液混合体系的示意图；
图4是本发明实施例提供的将混有芯片的溶液铺在预设模板上的示意图；
图5是本发明实施例提供的芯片在通孔中沉降状态；
图6是本发明实施例提供的芯片在磁场的作用下，沉降到基板电极上的示意图；
图7是本发明实施例提供的移除模板主体后，芯片结合在基板电极上的示意图；
图8是本发明实施例提供的对基板进行加热的流程示意图；
图9是本发明实施例提供的在基板设置基板电极的一侧沉积绝缘层的示意图；
图10是本发明实施例提供的绝缘层覆盖芯片第一电极的示意图；
图11是本发明实施例提供的在第一电极的表面制备金属布线后的器件示意图；
图12是本发明实施例提供的在绝缘层和第一电极的表面制备保护层后得到的器件示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
结合图1-8，本发明实施例提供一种芯片转移方法，包括以下步骤，如图1所示：
S01.将混有芯片1的溶液2铺在预设模板上，芯片1的两个芯片电极分别设置于芯片1的相对的两端，两个芯片电极中的一个芯片电极镀有磁性材料，预设模板包括模板主体4及贴合置于模板主体4之下的基板5，基板5设置有基板电极6，模板主体4对应基板电极6处开设有供芯片1落入至基板电极6的通孔C。
该步骤中，混有芯片1的溶液2是指将芯片1加入溶液2中形成的芯片-溶液混合体系3。芯片-溶液混合体系3中，芯片1可以来源于同一芯片膜，也可以来源于不同的芯片膜。在一些实施例中，芯片1为LED芯片，示例性的，芯片1为mini LED芯片或micro LED芯片。当然，芯片1类型不限于此。
本申请实施例中，芯片1相对的两端分别设置两个芯片电极，分别以第一电极11和第二电极12表示。其中，一个芯片电极(第二电极12)镀有磁性材料B。在这种情况下，芯片1的一个芯片电极(第二电极12)具有磁性，在受到磁场作用下，其运行方向具有指向性，从而使得批量的芯片1按照特定的方向进行转移和装贴。在一些实施例中，磁性材料B选自镍、铁、钴中的至少一种。在这种情况下，在芯片1的第二电极12表面制备磁性材料B具有较好的可加工性。
在一些实施例中，磁性材料B的表面还镀有焊接材料A。在一些实施例中，如图2所示，芯片的两个芯片电极(即第一电极11和第二电极12)表面均镀有焊接材料A。焊接材料A用于实现芯片的焊接。在一些实施例中，焊接材料A选自锡、铟中的至少一种。优选的，焊接材料A选自锡。
在一些实施例中，镀有磁性材料的芯片电极即第二电极12中，焊接材料A与磁性材料B的体积比为1:0.5-1:3。在这种情况下，可以保证镀有磁性材料B的芯片电极即第二电极12的可焊性，同时，保证芯片1在受磁场和重力的影响下，有磁性材料B的一端始终朝向基板5。
在一些实施例中，镀有磁性材料B的芯片电极即第二电极12表面结合有复合金属层，复合金属层包括靠近第二电极12的表面设置的磁性材料层以及结合在磁性材料层表面的焊接材料层。
在一些实施例中，复合金属层包括靠近第二电极12的表面设置的磁性材料层以及结合在磁性材料层表面的焊接材料层，其中，磁性材料层的厚度为0.5-6微米，焊接材料层的厚度为1-2微米。在这种情况下，镀有磁性材料的芯片电极即第二电极12具有可焊性，同时，芯片在受磁场和重力的影响下，有磁性材料的一端始终朝向基板。
在一种可能的实施方式中，芯片1中，磁性材料B的密度大于焊接材料A的密度。在这种情况下，芯片1第二电极12端的密度大于第一电极11端的密度。通过溶液法将芯片1巨量转移并装贴至目标基板表面时，两端的密度差使芯片在溶剂中沉降时，在重力的作用下，第二电极12朝下降落。在一些实施例中，第一电极11和第二电极12的焊接材料A相同，磁性材料B选择密度比焊接材料A密度大的金属材料。示例性的，第一电极11和第二电极12的焊接材料A均为锡，第二电极12的磁性材料层B为镍。在这种情况下，复合金属层可以通过下述方法制备：先在第二电极12表面镀锡层，然后在锡层表面镀镍，得到复合金属层。
如图3所示，本申请实施例采用溶液2充当芯片1的分散介质，将多个芯片1分散形成芯片-溶液混合体系3。在这种情况下，一方面，溶液2将来源于芯片膜不同区域的芯片1打散并混合，消除芯片区域转移时带来的颜色和量度差异；另一方面，芯片1通过溶液法装贴至目标基板表面时，可以实现巨量芯片的快速转移和组装。
在一些实施例中，溶液2选择容易通过低温加热去除的溶液2。在一些实施例中，溶液2包括酮、醇、水中的至少一种。这些溶剂在低温加热条件下容易去除，从而便于后续步骤中溶液2的去除，且上述溶剂对芯片1和目标基板不会造成破坏。优选的，溶液2包括酮、醇，酮和醇不仅具有较低的沸点，而且对电极具有去氧化作用，可以去除芯片1电极表面形成的氧化层。示例性的，醇可以为乙醇，酮可以为丙酮。
在一些实施例中，溶液2中含有丙烯酸，且溶液2中，丙烯酸的体积百分含量为0.5％～1.5％。在这种情况下，少量的丙烯酸可以帮助去除芯片1电极表面形成的氧化物，提高芯片电极性能。应当理解的是，少量的丙烯酸可以通过其腐蚀性去除氧化物，但含量过多时，会对电极材料造成破坏。具体的，丙烯酸的体积百分含量为0.5％、0.8％、1.0％、1.2％、1.5％等。
在一些实施例中，溶液2选自含有丙烯酸的有机溶剂，且溶液2中，丙烯酸的体积百分含量为0.5％～1.5％。优选的，有机溶剂为丙酮和/或甲醇。
在一些实施例中，溶液2还包括助焊剂，有利于芯片1在基板电极6上焊接。
在一些实施例中，芯片-溶液混合体系3中，芯片1和溶液2的体积比为(20-30):100。在这种情况下，芯片1在溶液2中均匀分散，且保持合适的分散密度，既不会因为芯片1的浓度过稀，导致芯片在通孔C中的分散不均匀，甚至导致部分通孔C中没有芯片，也不会因为芯片1的浓度过浓，而造成芯片1在溶剂2中过于拥挤，导致通过溶液法装贴时大部分芯片1无法与基板5上的基板电极6良好接触，最终有利于芯片1通过芯片-溶液混合体系3的引流分散至基板5的基板电极6表面处。
本申请实施例中，预设模板包括贴合设置的基板5及模板主体4。在一些实施例中，基板5为印刷线路板。在一些实施例中，模板主体4上的通孔C的最小孔径大于芯片1的最长边长，使得通孔C中至少能够容纳一个芯片1。其中，通孔C的最小孔径是指：在垂直于基板5的方向，即垂直于通孔C的开孔方向，通孔C的最小横截面积的尺寸；芯片1的最长边长是指，构成芯片1多个面的所有边长中，长度最大的这条边的边长。
在一些实施例中，通孔C的纵向截面性状为倒梯形，从而有利于芯片1沉降并落入基板5的基板电极6表面。在一些实施例中，通孔C的纵向截面性状为倒梯形，且最下端的尺寸与基板5上电极的尺寸相同。在一些实施例中，通孔C的横截面形状为圆形，可以防止在多边形或非圆形截面的通孔C中卡住，不利于芯片1的沉降。在一些实施例中，通孔C的纵向截面性状为倒梯形，且横截面形状为圆形。在一些实施例中，通孔C的底面为圆形，且圆形的直径为0.1μm～0.5μm，从而可以在一个通孔C中同时容置1～10个芯片1。
模板主体4的厚度至少大于等于一个芯片1的高度，以使得芯片1能够沉降并容置在模板主体4的通孔C中。模板主体4的厚度为芯片1厚度的5-10倍比较合适。在一些实施例中，模板主体4的厚度为0.1mm-0.5mm。若模板主体4的厚度过大，会造成芯片-溶液混合体系3中芯片1的数量大于需要的数量，芯片1大量堆叠，不仅浪费溶液2和芯片1，也会增加芯片1的清理难度。
在一些实施例中，模板主体4的厚度为0.1mm-0.5mm；且通孔C的尺寸与基板电极6的尺寸相同。
如图4所示，将混有芯片1的溶液2铺在预设模板上，可以通过涂覆或自流或印刷的方式实现。在一些实施例中，采用印刷刮刀7将芯片-溶液混合体系3涂覆在预设模板上(如图4箭头所示为印刷刮刀的涂覆方向)；如图5所示，芯片-溶液混合体系3注入模板主体4的通孔C中。
S02.对铺有溶液2的预设模板施加磁场，镀有磁性材料的芯片电极(第二电极2)与基板电极6接触。
上述步骤S02中，在预设模板的基板5所在侧施加磁场。在这种情况下，如图6，由于芯片1的第二电极12的表面含有磁性材料，在磁场的作用下，芯片1沉降到通孔C中的过程中，第二电极12的一端受磁场的作用，统一朝着基板5向下沉降，并落入基板5的第三电极6上。
在一些实施例中，在预设模板的基板5所在侧施加磁场，包括：在预设模板的基板5所在侧，放置磁铁或电磁铁。通过在基板5所在侧放置磁铁，可以吸引落入通孔C的芯片的第二电极端朝下，并与基板5的基板电极6接触，实现芯片1的批量转移。
S03.加热去除溶液2，并移除模板主体4。
本申请实施例在将芯片1沉降后，加热预设模板，溶液2在加热的条件下逐渐挥发。在一些实施例中，加热的温度低于溶液2的沸点，以防止溶液2沸腾使芯片1在溶液2中翻腾，影响芯片1的沉降，以及影响磁场对第二电极12的吸引，进而影响芯片1与基板电极6的接触，阻碍芯片1的批量转移。
在加热处理后，移除模板主体4，实现芯片1的转移。
在一些实施例中，第二电极12上含有焊接材料A，加热去除溶液2，并移除模板主体4，实现芯片的转移之后还包括：对基板5进行加热，使焊接材料A融化与镀有磁性材料的芯片电极(第二电极12)固定焊接。
在一些实施例中，对基板5进行加热，包括：以110-120℃/min的速度将基板5升温至140℃；以30-40℃/min的速度将基板5从140℃升温至170℃；以40-50℃/min的速度将基板5从170℃升温至210℃；以50-60℃/min的速度将基板5从210℃升温至260℃；以80-90℃/min的速度将基板5从210℃降温至180℃；以60-70℃/min的速度将基板5从210℃降温至120℃。通过控制程序升温的升温速率，可以在温度上升期对芯片电极特别是第二电极表面进行活化处理；在程序加热的最后升温程序，实现第二电极12与基板电极6表面的焊接；然后通过逐步降温冷却，使芯片1牢固结合在基板电极6表面，如图7所示。
在一些实施例中，如图8所示，对基板5进行加热焊接，包括：在60s内将基板5的温度由室温升温至140℃，在60s内将基板5的温度从140℃升温至170℃，在60s内将基板5的温度预设模板从170℃升温至210℃，在60s内将基板5的温度从210℃升温至260℃，在60s内将基板5的温度从260℃降温至180℃，在60s内将基板5的温度从180℃降温至120℃。
本申请实施例的室温，温度范围为0～45℃。在一些实施例中，室温小于或等于30℃时，以110-120℃/min的速度，在60s内将基板5的温度由室温升温至140℃；在一些实施例中，室温大于30℃且小于等于45℃时，以低于110℃/min的速度，在60s内将基板5的温度由室温升温至140℃。
本申请实施例加热处理的步骤，可以在回流焊炉中进行。示例性的，回流焊为真空回流焊或者氮气回流焊。至此，芯片1的第二电极12一端被焊接在基板电极6上。
在一些实施例中，结合图9-12，对基板5进行加热，使焊接材料A融化与镀有磁性材料B的芯片电极(第二电极12)固定焊接之后还包括：
E01.在基板5上沉积绝缘层，绝缘层8的厚度大于芯片1的两个芯片电极之间的最大距离。
该步骤中，在基板5设置基板电极6的一侧沉积绝缘层8，一方面，绝缘层8可以隔绝水氧，保护芯片1、基板电极6和基板5；另一方面，绝缘层8用于填平芯片1之间的空隙，便于在芯片1的第一电极表面统一制备金属电极层9。特别是当采用蒸镀的方法制备金属电极层9时，可以防止芯片1所在侧存在高度差，导致在第一电极表面蒸镀金属电极层9的难度增加，甚至无法实现金属电极层9的蒸镀。在一种可能的实施方式中，在基板5设置基板电极6的一侧生长绝缘层8，可以采用等离子体增强化学气象沉积法制备获得。
在一些实施例中，绝缘层8为二氧化硅、氮化硅中的至少一种形成的绝缘层。在一些实施例中，绝缘层8为二氧化硅层、氮化硅形成的复合层。
E02.对绝缘层8进行研磨以裸露未镀有磁性材料的芯片电极(第一电极)。
如图10所示，对绝缘层8进行研磨减薄绝缘层8，使未镀有磁性材料的芯片电极(第一电极)外露。通过该方法，可以确保绝缘层8与第一电极处于同一平面。减薄后的模组如图9所示。
E03.在研磨处理后的基板5上沉积金属电极层9。
该步骤中，在研磨处理后的基板5制备金属电极层9，完成芯片1中第一电极的电性连接。在一些实施例中，利用半导体的光刻和蒸镀工艺，在外露的第一电极对应部位做金属电极层9，完成芯片1第一电极的电性连接。至此，芯片1两侧的两个电极均完成电性连接，得到的器件如图11所示。在一些实施例中，金属布线可以为电极材料，示例性的，如ITO。
E04.在金属电极层9上沉积保护层10。
该步骤中，在金属电极层9上沉积保护层10，用于保护上述步骤得到的器件。在金属电极层9上沉积保护层10后得到的器件如图12所示。在一些实施例中，保护层10可以为硅胶保护层或环氧胶保护层。本申请实施例提供的芯片转移方法，待转移芯片的一个芯片电极镀有磁性材料，在将混有芯片的溶液预设模板上后，通过对预设模板施加磁场，使芯片在磁场吸引下，镀有磁性材料的芯片电极与所述基板电极接触，实现芯片的批量转移。本申请提供的芯片转移方法，将芯片制备过程中来源于不同区域的芯片打散，无序混合在溶剂中，并装贴在基板表面，可以消除将芯片区域转移并装贴至基板时，相邻区域的芯片亮度和色差明显，导致的屏幕马赛克问题。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种芯片转移方法，其特征在于，包括：
将混有芯片的溶液铺在预设模板上，所述芯片的两个芯片电极分别设置于所述芯片的相对的两端，所述两个芯片电极中的一个芯片电极镀有磁性材料，所述预设模板包括模板主体及贴合置于所述模板主体之下的基板，所述基板设置有基板电极，所述模板主体对应所述基板电极处开设有供所述芯片落入至所述基板电极的通孔；
对铺有所述溶液的预设模板施加磁场，镀有磁性材料的芯片电极与所述基板电极接触；
加热去除所述溶液，并移除所述模板主体。
2.如权利要求1所述的芯片转移方法，其特征在于，所述磁性材料的表面还镀有焊接材料。
3.如权利要求2所述的芯片转移方法，其特征在于，所述焊接材料与所述磁性材料的体积比为1:0.5-1:3。
4.如权利要求2所述的芯片转移方法，其特征在于，所述加热去除所述溶液，并移除所述模板主体，实现芯片的转移之后还包括：
对所述基板进行加热，使所述焊接材料融化与所述镀有磁性材料的芯片电极固定焊接。
5.如权利要求4所述的芯片转移方法，其特征在于，所述对所述基板进行加热，包括：
以110-120℃/min的速度将所述基板升温至140℃；
以30-40℃/min的速度将所述基板从140℃升温至170℃；
以40-50℃/min的速度将所述基板从170℃升温至210℃；
以50-60℃/min的速度将所述基板从210℃升温至260℃；
以80-90℃/min的速度将所述基板从210℃降温至180℃；
以60-70℃/min的速度将所述基板从210℃降温至120℃。
6.如权利要求4所述的芯片转移方法，其特征在于，所述对所述基板进行加热，使所述焊接材料融化与所述镀有磁性材料的芯片电极固定焊接之后还包括：
在所述基板上沉积绝缘层，所述绝缘层的厚度大于所述芯片的两个芯片电极之间的最大距离；
对所述绝缘层进行研磨以裸露未镀有磁性材料的芯片电极；
在研磨处理后的基板上沉积金属电极层；
在所述金属电极层上沉积保护层。
7.如权利要求6所述的芯片转移方法，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅、氮化硅中的至少一种形成的绝缘层，或
所述绝缘层为二氧化硅层、氮化硅形成的复合层。
8.如权利要求1所述的芯片转移方法，其特征在于，所述溶液包括丙酮或乙醇。
9.如权利要求8所述的芯片转移方法，其特征在于，所述溶液还包括助焊剂。
10.如权利要求1至9任一项所述的芯片转移方法，其特征在于，所述磁性材料选自镍、铁、钴中的至少一种。
11.如权利要求1至9任一项所述的芯片转移方法，其特征在于，所述溶液中含有丙烯酸，且所述溶液中，所述丙烯酸的体积百分含量为0.5％～1.5％。
12.如权利要求1至9任一项所述的芯片转移方法，其特征在于，所述对铺有所述溶液的预设模板施加磁场，包括：在所述预设模板的基板所在侧，放置磁铁或电磁铁。
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