CN112635400A - 一种磁吸式MicroLED巨量转移结构及方法 - Google Patents

一种磁吸式MicroLED巨量转移结构及方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种磁吸式MicroLED巨量转移结构，包括：基底，基底的一面上制备有LED芯片阵列，LED芯片阵列的每个电极上设置有第一导电粘接剂层和第一软磁材料层；以及目标电路基板，目标电路基板的一面上设置有第二导电粘接剂层阵列和第二软磁材料层阵列；第一导电粘接剂层与第二导电粘接剂层一一对应，第一软磁材料层与第二软磁材料层一一对应，LED芯片阵列和目标电路基板可通过第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层利用热压工艺进行绑定连接；第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度低于热压工艺的加热温度。本申请实施例MicroLED巨量转移的定位精确，工艺简单易行，能够完成巨量转移释放需求。

Description

一种磁吸式MicroLED巨量转移结构及方法
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别涉及一种磁吸式MicroLED巨量转移结构及方法。
背景技术
Micro-LED(微型发光二极管)发展成未来显示技术的热点之一，和目前的LCD(液晶显示器)、OLED(有机发光半导体显示器)件相比，具有反应快、高色域、高像素数目、低能耗等优势；但其技术难点多且技术复杂，特别是其关键技术巨量转移技术。
巨量转移要求是把微米级别的、几十万甚至上百万的LED(发光二极管)晶圆芯片精确地从施主晶圆上分裂出来有序地转移至目标基板上。目前的转移方式主要有范德华力、静电吸附、激光烧蚀、流体装配等方式，但存在工艺复杂、定位不精确的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种磁吸式MicroLED巨量转移结构及方法，用于解决现有技术中存在的MicroLED巨量转移工艺复杂、定位不精确的问题。
本申请实施例提供一种磁吸式MicroLED巨量转移结构，包括：
基底，所述基底的一面上制备有LED芯片阵列，所述LED芯片阵列的每个电极上设置有第一导电粘接剂层和第一软磁材料层；以及
目标电路基板，所述目标电路基板的一面上设置有第二导电粘接剂层阵列和第二软磁材料层阵列；
所述第一导电粘接剂层与第二导电粘接剂层一一对应，所述第一软磁材料层与第二软磁材料层一一对应，所述LED芯片阵列和所述目标电路基板可通过所述第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层利用热压工艺进行绑定连接；
所述第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度低于所述热压工艺的加热温度。
进一步地，所述目标电路基板的一面上设置有焊盘阵列，所述第二导电粘接剂层阵列和第二软磁材料层阵列分别设置在所述焊盘阵列上。
进一步地，所述第一软磁材料层叠置在所述电极上，所述第一导电粘接剂层叠置在所述电极上并包裹所述第一软磁材料层；
所述第二软磁材料层叠置在所述焊盘上，所述第二导电粘接剂层叠置在所述焊盘上并包裹所述第二软磁材料层。
进一步地，所述第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层的材质均为锡。
进一步地，所述第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度均低于锡的熔点。
进一步地，所述第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度均低于230℃。
进一步地，所述第一软磁材料层和第二软磁材料层的材质为铁硅合金或软磁铁氧体。
进一步地，LED芯片的尺寸为1～30微米。
本申请实施例还提供一种磁吸式MicroLED巨量转移方法，采用上述磁吸式MicroLED巨量转移结构，该方法包括下述步骤：
S10、将所述基底与目标电路基板上下间隔设置，使所述第一导电粘接剂层和第一软磁材料层分别与所述第二导电粘接剂层和第二软磁材层一一正对；
S20、施加磁场使所有所述第一软磁材料层和第二软磁材层磁化，同时相邻的第一软磁材料层磁性相反，相邻的第二软磁材料层磁性相反，正对的第一软磁材料层和第二软磁材层磁性相反；
S30、激光照射所述基底和LED芯片阵列，使所有LED芯片从所述基底剥离；
S40、在第一软磁材料层和第二软磁材层磁力的作用下，正对的第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层分别对准连接；
S50、移去电场，采用热压工艺使正对的第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层分别绑定连接，同时在热压工艺的加热作用下，第一软磁材料层和第二软磁材料层的温度达到居里温度，第一软磁材料层和第二软磁材料层的磁性消失；
S60、MicroLED巨量转移完成。
进一步地，所述步骤S20中，在所述基底的另一面给每两列第一软磁材料层中间提供第一电流，在所述目标电路基板的另一面给每两列第二软磁材料层中间提供第二电流，所述第一电流和第二电流的方向相反，由电磁效应产生磁场使所有所述第一软磁材料层和第二软磁材层磁化，同时相邻的第一软磁材料层磁性相反，相邻的第二软磁材料层磁性相反，正对的第一软磁材料层和第二软磁材层磁性相反。
本申请实施例的磁吸式MicroLED巨量转移结构通过在基底的LED芯片阵列的电极上设置第一导电粘接剂层和第一软磁材料层，在目标电路基板上设置有第二导电粘接剂层阵列和第二软磁材料层阵列，同时第一导电粘接剂层和第一软磁材料层分别与第二导电粘接剂层和第二软磁材料层一一对应，第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度低于将LED芯片阵列和目标电路基板进行绑定的热压工艺的加热温度；该结构进行巨量转移时，在磁场的作用下，由于软磁材料具有在外界磁场易磁化且矫顽力低的特点，能够实现第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层的精确对准连接，使得MicroLED巨量转移的定位精确；同时，由于软磁材料具有高磁导率的特点，采用热压工艺对LED芯片阵列和目标电路基板进行绑定时，第一软磁材料层和第二软磁材料层被加热使其温度超过居里温度，从而自动去磁，去磁后对通电电路无影响。本申请实施例的MicroLED巨量转移工艺简单易行，能够完成巨量转移释放需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的磁吸式MicroLED巨量转移结构的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的磁吸式MicroLED巨量转移方法的流程图。
图3为本申请实施例提供的磁吸式MicroLED巨量转移结构施加外电场后的示意图。
图4为本申请实施例提供的LED芯片从基底剥离的示意图。
图5为本申请实施例提供的LED芯片与目标电路基板对准的示意图。
图6为本申请实施例提供的LED芯片与目标电路基板绑定连接的示意图。
图7为本申请实施例提供的MicroLED巨量转移完成后的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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，因此不能理解对本发明的限制。在本发明的描述中，诸如“第一”、“第二”、等术语仅用于区分类似的对象，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。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的磁吸式MicroLED巨量转移结构的结构示意图。本实施例中，磁吸式MicroLED巨量转移结构包括：基底10和目标电路基板60。基底10用于制备LED芯片阵列，基底10可以为蓝宝石基底或其他合适材质的基底，制备方法可以采用化学气相沉淀法或其他方法，本申请实施例对此不作限制。目标电路基板60为LED的驱动电路板的基板。
基底10的一面上制备有LED芯片20阵列，LED芯片20阵列的每个电极30上设置有第一导电粘接剂层40和第一软磁材料层50，每个LED芯片20包括两个电极，即N型电极和P型电极。目标电路基板60的一面上设置有第二导电粘接剂层80阵列和第二软磁材料层90阵列。第一导电粘接剂层40与第二导电粘接剂层80分别一一对应，第一软磁材料层50与第二软磁材料层90分别一一对应。
LED芯片20阵列和目标电路基板60可通过第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80利用热压工艺进行绑定连接。在热压工艺下，第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80可以被加热成熔融状态，从而使第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80能够被挤压粘连在一起，冷却后第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80固化连接，使得LED芯片20阵列和目标电路基板60绑定连接在一起，以实现LED芯片20阵列与目标电路基板60的机械、电气连接。
第一软磁材料层50和第二软磁材料层90的居里温度低于热压工艺的加热温度。软磁材料指的是当磁化发生在矫顽力Hc不大于1000A/m(安培/米)，易磁化和易去磁这样的材料称为软磁体，典型的软磁材料，可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度。居里温度(Curie temperature，Tc)是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点，软磁材料在高于居里温度的条件下能够自动去磁。因此，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90可以在外界磁场作用下磁化而具有磁力，可用于LED芯片20阵列与目标电路基板60的定位，LED芯片20阵列与目标电路基板60的定位好后在利用热压工艺绑定连接时，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90被加热而超过居里温度，使得第一软磁材料层50和第二软磁材料层90能够自动去磁，去磁后对驱动电路板的通电电路不会产生影响。
在一些实施例中，目标电路基板60的一面上设置有焊盘70阵列，第二导电粘接剂层80阵列和第二软磁材料层90阵列分别设置在焊盘70阵列上。焊盘70阵列便于在目标电路基板60设置第二导电粘接剂层80阵列和第二软磁材料层90阵列，如第二导电粘接剂层80阵列和第二软磁材料层90阵列可以镀在焊盘70阵列上。
在一些实施例中，第一软磁材料层50叠置在电极30上，第一导电粘接剂层40叠置在电极30上并包裹第一软磁材料层50，如第一导电粘接剂层40和第一软磁材料层50可以分别镀在电极30上。第二软磁材料层90叠置在焊盘70上，第二导电粘接剂层80叠置在焊盘70上并包裹第二软磁材料层90。该结构使得软磁材料阵列规格小于导电粘接剂层规格，确保目标电路基板60与LED芯片20绑定连接的电阻率满足需求。
在一些实施例中，第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80的材质为锡。锡为常用的导电粘接剂，高温下能够熔融粘接，冷却后固化强度好，导电性能好适于电路元件的绑定连接。在替代的实施例中，也可以选取其他合适的材料作为导电粘接剂层的材质，本申请实施例对此不作限制。
在一些实施例中，第一软磁材料层40和第二软磁材料层80的居里温度低于锡的熔点，因此可以尽量减小热压工艺的加热温度，节省能源。进一步，第一软磁材料层40和第二软磁材料层80的居里温度低于230℃。
在一些实施例中，第一软磁材料层40和第二软磁材料层80的材质为铁硅合金或软磁铁氧体。铁硅合金或软磁铁氧体是典型的的软磁材料，易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。在替代的实施例中，也可以选取其他合适的材料作为软磁材料，本申请实施例对此不作限制。
在一些实施例中，LED芯片的尺寸为1～30微米。在替代的实施例中，也可以选取其他合适的LED芯片尺寸，本申请实施例对此不作限制。
请参阅图2，图2为本申请实施例提供的磁吸式MicroLED巨量转移方法的流程图。本实施例中，该方法采用上述磁吸式MicroLED巨量转移结构，包括下述步骤：
S10、将基底10与目标电路基板60，使第一导电粘接剂层40和第一软磁材料层50分别与第二导电粘接剂层80和第二软磁材层90一一正对。
通过设置基底10与目标电路基板60上下间隔设置的相对位置，同时第一导电粘接剂层40和第一软磁材料层50分别与第二导电粘接剂层80和第二软磁材层90一一正对，便于LED芯片20阵列从基底10剥离后，LED芯片20在重力的作用下下落，第一导电粘接剂层40在正对第二导电粘接剂层80的方向上运动，同时在磁化的第一软磁材料层50和第二软磁材层90的磁吸力作用下，第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80准确定位相连。
S20、施加磁场使所有第一软磁材料层50和第二软磁材层90磁化，同时相邻的第一软磁材料层50磁性相反，相邻的第二软磁材料层90磁性相反，正对的第一软磁材料层50和第二软磁材层90磁性相反。
请参阅图3，图3为本申请实施例提供的磁吸式MicroLED巨量转移结构施加外电场后的示意图。本实施例中，在基底10的另一面给每两列第一软磁材料层50中间提供第一电流100，在目标电路基板60的另一面给每两列第二软磁材料层90中间提供第二电流110，第一电流100和第二电流110的方向相反。
由电磁效应产生磁场使所有第一软磁材料层50和第二软磁材层90磁化，同时相邻的第一软磁材料层50磁性相反，如一个电极30上的第一软磁材料层50的磁性为S极，相邻另一个电极30上的第一软磁材料层50的磁性为N极，或者一个电极30上的第一软磁材料层50的磁性为N极，相邻另一个电极30上的第一软磁材料层50的磁性为S极。相邻的第二软磁材料层90磁性相反，如一个第二软磁材料层90的磁性为S极，相邻另一个第二软磁材料层90的磁性为N极，或者一个第二软磁材料层90的磁性为N极，相邻另一个第二软磁材料层90的磁性为S极。正对的第一软磁材料层50和第二软磁材层90磁性相反，如其中一个第以软磁材料层50的磁性为S极，另一个第二软磁材料层90的磁性为N极，或者其中一个第以软磁材料层50的磁性为N极，另一个第二软磁材料层90的磁性为S极。
在上述第一电流100和第二电流110对第一软磁材料层50和第二软磁材层90磁化作用下，由于正对的LED芯片的第一软磁材料层50和目标电路基板60的第二软磁材料层90的磁性相反，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90在磁场的作用下可以精确的磁吸，从而保证第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80准确定位相连。
应当理解的是，还可以采用其他合适的方式来施加磁场使所有第一软磁材料层50和第二软磁材层90磁化，只要能够保证相邻的第一软磁材料层50磁性相反，相邻的第二软磁材料层90磁性相反，正对的第一软磁材料层50和第二软磁材层90磁性相反，从而使得第一软磁材料层50和第二软磁材料层90可以精确的磁吸，实现第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80准确定位相连即可，本申请实施例对此不作限制。
S30、激光120照射基底10和LED芯片20阵列，使所有LED芯片20从基底10剥离。
请参阅图4，图4为本申请实施例提供的LED芯片从基底剥离的示意图。本实施例中，激光120照射基底10和LED芯片20阵列后，基底10和LED芯片20界面的粘性强度显著降低，LED芯片20在重力和磁力的作用下从基底10上剥离下来。
S40、在第一软磁材料层50和第二软磁材层90磁力的作用下，正对的第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层90分别对准连接。
请参阅图5，图5为本申请实施例提供的LED芯片与目标电路基板对准的示意图。本实施例中，由于正对的LED芯片的第一软磁材料层50和目标电路基板60的第二软磁材料层90的磁性相反，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90在磁场B的作用下可以精确的磁吸，从而保证第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80准确定位相连，使得MicroLED巨量转移的定位精确。
S50、移去电场，采用热压工艺使正对的第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80分别绑定连接，同时在热压工艺的加热作用下，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90的温度达到居里温度，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90的磁性消失。
请参阅图6，图6为本申请实施例提供的LED芯片与目标电路基板绑定连接的示意图。为了实现LED芯片20阵列与目标电路基板60的机械、电气连接，需要采用热压工艺将LED芯片20阵列的第一导电粘接剂层40和目标电路基板60第二导电粘接剂层80绑定连接在一起，在热压工艺的加热下，第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80可以被加热成熔融状态，从而使第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80能够被挤压粘连在一起，冷却后第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80固化连接。在热压工艺的加热作用下，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90也同时被加热，由于第一软磁材料层50和第二软磁材料层90的居里温度低于热压工艺的加热温度，因此它们被加热而温度达到居里温度，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90的磁性消失，第一软磁材料层50和第二软磁材料层90不产生磁场B，去磁后对通电电路无影响。
S60、MicroLED巨量转移完成。
请参阅图7，图7为本申请实施例提供的MicroLED巨量转移完成后的示意图。本实施例中，MicroLED巨量转移完成后，第一导电粘接剂层40和第二导电粘接剂层80混合粘接在一起，LED芯片20阵列与目标电路基板60准确定位并且实现机械、电气连接。
本申请通过在基底的LED芯片阵列的电极上设置第一导电粘接剂层和第一软磁材料层，在目标电路基板上设置有第二导电粘接剂层阵列和第二软磁材料层阵列，同时第一导电粘接剂层和第一软磁材料层分别与第二导电粘接剂层和第二软磁材料层一一对应，第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度低于将LED芯片阵列和目标电路基板进行绑定的热压工艺的加热温度；该结构进行巨量转移时，在磁场的作用下，由于软磁材料具有在外界磁场易磁化且矫顽力低的特点，能够实现第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层的精确对准连接，使得MicroLED巨量转移的定位精确；同时，由于软磁材料具有高磁导率的特点，采用热压工艺对LED芯片阵列和目标电路基板进行绑定时，第一软磁材料层和第二软磁材料层被加热使其温度超过居里温度，从而自动去磁，去磁后对通电电路无影响。本申请实施例的MicroLED巨量转移工艺简单易行，能够完成巨量转移释放需求。
以上对本申请实施例提供的磁吸式MicroLED巨量转移结构及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请。同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，包括：
基底，所述基底的一面上制备有LED芯片阵列，所述LED芯片阵列的每个电极上设置有第一导电粘接剂层和第一软磁材料层；以及
目标电路基板，所述目标电路基板的一面上设置有第二导电粘接剂层阵列和第二软磁材料层阵列；
所述第一导电粘接剂层与第二导电粘接剂层一一对应，所述第一软磁材料层与第二软磁材料层一一对应，所述LED芯片阵列和所述目标电路基板可通过所述第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层利用热压工艺进行绑定连接；
所述第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度低于所述热压工艺的加热温度。
2.根据权利要求1的磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，所述目标电路基板的一面上设置有焊盘阵列，所述第二导电粘接剂层阵列和第二软磁材料层阵列分别设置在所述焊盘阵列上。
3.根据权利要求2的磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，所述第一软磁材料层叠置在所述电极上，所述第一导电粘接剂层叠置在所述电极上并包裹所述第一软磁材料层；
所述第二软磁材料层叠置在所述焊盘上，所述第二导电粘接剂层叠置在所述焊盘上并包裹所述第二软磁材料层。
4.根据权利要求3的磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，所述第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层的材质均为锡。
5.根据权利要求4的磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，所述第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度均低于锡的熔点。
6.根据权利要求5的磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，所述第一软磁材料层和第二软磁材料层的居里温度均低于230℃。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，所述第一软磁材料层和第二软磁材料层的材质为铁硅合金或软磁铁氧体。
8.根据权利要求7的磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，LED芯片的尺寸为1～30微米。
9.一种磁吸式MicroLED巨量转移方法，采用上述磁吸式MicroLED巨量转移结构，其特征在于，该方法包括下述步骤：
S10、将所述基底与目标电路基板上下间隔设置，使所述第一导电粘接剂层和第一软磁材料层分别与所述第二导电粘接剂层和第二软磁材层一一正对；
S20、施加磁场使所有所述第一软磁材料层和第二软磁材层磁化，同时相邻的第一软磁材料层磁性相反，相邻的第二软磁材料层磁性相反，正对的第一软磁材料层和第二软磁材层磁性相反；
S30、激光照射所述基底和LED芯片阵列，使所有LED芯片从所述基底剥离；
S40、在第一软磁材料层和第二软磁材层磁力的作用下，正对的第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层分别对准连接；
S50、移去电场，采用热压工艺使正对的第一导电粘接剂层和第二导电粘接剂层分别绑定连接，同时在热压工艺的加热作用下，第一软磁材料层和第二软磁材料层的温度达到居里温度，第一软磁材料层和第二软磁材料层的磁性消失；
S60、MicroLED巨量转移完成。
10.根据权利要求9的磁吸式MicroLED巨量转移方法，其特征在于，所述步骤S20中，在所述基底的另一面给每两列第一软磁材料层中间提供第一电流，在所述目标电路基板的另一面给每两列第二软磁材料层中间提供第二电流，所述第一电流和第二电流的方向相反，由电磁效应产生磁场使所有所述第一软磁材料层和第二软磁材层磁化，同时相邻的第一软磁材料层磁性相反，相邻的第二软磁材料层磁性相反，正对的第一软磁材料层和第二软磁材层磁性相反。
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