CN114300604A - 一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高分辨率Micro‑LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法及用该方法制备的铟柱。首先在芯片表面旋涂一层负性光刻胶，对准LED或驱动电路像素电极中心开展一次套刻，制备方形凸点金属沉积孔，通过电子束蒸发蒸镀复合金属膜，采用湿法剥离的方式获得凸点金属面阵；然后，在芯片表面旋涂一层厚的负性光刻胶，对准凸点金属图形中心开展二次套刻，制备方形的铟柱沉积孔，再通过真空热蒸发沉积铟层；最后，采用机械减薄的方法将制备好铟层的芯片减薄至一定厚度，使得光刻胶上无铟层，且光刻胶表面与边上的铟层表面处于同一水平面，再用湿法将剩余光刻胶去除后，即可在芯片表面获得表面平整的高容差铟柱面阵。本发明可以突破铟柱密度的限制，进行超高密度铟柱面阵的高质量生长。使得铟柱更好地对芯片表面的不平整度进行补偿，具有很高的芯片互联调平容差，完全能够满足高分辨率Micro‑LED微显示器件倒装互联工艺的一致性要求。
Description
技术领域
本发明是一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱及其制备方法，属于显示技术领域。
背景技术
Micro-LED新型显示器件由于具有亮度高、发光效率高、对比度高、响应快、使用寿命长、色域高、自发光以及可以无缝拼接等特点，其性能远高于现有的LCD和OLED显示器件，因此，在微投影、透明显示器以及抬头显示器等领域有广泛的应用前景。
在现有技术中，Micro-LED微显示器件一般采用的是顶发射模式，LED芯片和电路驱动芯片均是分别研制，然后像素单元之间一对一电气互联。该技术的优势在于制备工艺相对简单，灵活性好，但同时也带来了复杂的互联问题。目前，在Micro-LED微显示器件的研制中通常采用铟柱倒装互联工艺，在LED芯片和电路驱动芯片表面按照像素要求布置点阵形状铟柱，LED直接倒装在驱动芯片上，通过上述铟柱与电路驱动芯片上的铟柱实现高密度的电气互联。
随着应用端对Micro-LED微显示器件分辨率要求的不断提高，像素中心间距不断缩小，采用传统的厚胶剥离工艺制备高度符合要求的铟柱愈加困难。而铟柱高度的降低会导致芯片互联调平容差降低，互联时微小的调平偏差就会使得LED芯片一侧的部分区域互联失败。此外，铟柱高度的降低也会对两侧芯片不平整度补偿能力变差，恶化了LED与驱动芯片的联通率。因此，对于高分辨率Micro-LED微显示器件而言，如何制备出高密度且高容差的铟柱以降低器件的瑕疵点率是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提出的是一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱及其制备方法，其目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供一种难度较低的工艺方法，制备出的铟柱尺寸能够满足器件的像素要求，而且对两侧芯片的不平整度容差较高，完全能够满足倒装互联工艺一致性要求。
本发明的技术解决方案：一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱及其制备方法，包括以下步骤：
（1）芯片涂胶：将待制备铟柱的芯片表面清洗干净，并去除其表面残留的水分，而后在芯片表面旋涂一层光刻胶；
（2）光刻：基于驱动芯片和LED芯片上的像素尺寸，设计铟柱大小和间距，并制备好掩膜版，而后将掩膜版放在步骤（1）涂好胶的芯片上，进行第一次曝光，然后烘烤、显影、定影；
（3）沉积凸点金属层：采用真空镀膜的方法在经步骤（2）处理后的芯片表面沉积凸点金属，而后清洗掉光刻胶，剥离多余的金属；
（4）再次涂胶：在经步骤（3）处理过的芯片表面再次旋涂光刻胶；
（5）再次光刻：将所述步骤（2）中的掩膜版掩盖在步骤（4）涂好胶的芯片上，进行第二次光刻曝光、烘烤、显影和定影工艺；
（6）蒸镀铟层：采用真空蒸镀的工艺方法在经步骤（5）处理过的芯片表面沉积铟层。
（7）减薄：采用机械减薄的方式，将步骤（6）得到的带有铟层的芯片减薄至一定厚度，使得光刻胶上无铟层，且光刻胶表面与边上的铟层表面处于同一水平面。
（8）去胶：对步骤（7）得到的芯片进行清洗，去除光刻胶，制得铟柱成品，从而得到带有铟柱面阵的芯片。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤（1）中，所述芯片的清洗依次采用丙酮和异丙醇超声清洗5-10分钟，循环两次后，再用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。
进一步，所述步骤（1）中，采用匀胶机在所述芯片表面旋涂SUN-lift1300型负性光刻胶，调节转速和旋涂时间，使光刻胶的厚度在2-5微米，涂胶后将所述芯片放置在110℃的热板上烘烤2-3分钟。所述步骤（4）中，所述芯片表面旋涂SUN-lift1300型负性光刻胶，采用匀胶机旋涂，调节转速和旋涂时间，使光刻胶的厚度在10-15微米，涂胶后将所述芯片放置在110℃的热板上烘烤2-3分钟。
进一步，所述步骤（2）中，掩膜版上用于制备铟柱的光刻孔尺寸为边长2-15微米的正方形，所述光刻孔间距2-15微米。
优选的，所述步骤（2）中，曝光时间设置为9-11秒，曝光后的芯片放置于110℃的热板上烘烤2-3分钟，冷却后放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影2分钟，然后纯水定影1-3分钟；所述步骤（5）中，曝光时间设置为11-12秒，曝光后的芯片放置于110℃的热板上烘烤2-3分钟，冷却后放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影3分钟，然后纯水定影1-3分钟。
优选的，所述步骤（3）中，采用电子束蒸发设备，用真空镀膜的方式沉积凸点金属层，沉积速率控制在10-30纳米每分钟；所述步骤（3）中，所述凸点金属层包括依次沉积的50-100纳米钛黏附层和100-200纳米金浸润层。
进一步，所述步骤（3）中，多余金属的剥离需要将所述芯片放置在丙酮中浸泡1-2小时，去除光刻胶，再用异丙醇清洗；所述步骤（8）中，光刻胶的清洗需先在丙酮中浸泡5-10分钟，再用异丙醇清洗。
进一步，所述步骤（6）中，铟膜采用真空蒸发的方法制备，沉积厚度5-15微米。
进一步，所述步骤（7）中，所述步骤（7）中，采用机械减薄的方式对沉积好铟膜的芯片进行减薄，使得没有光刻胶的区域铟层降至3-13微米，此时，光刻胶表面的铟膜全部去除，且光刻胶的高度降至旁边铟层的同一水平面。
进一步，采用点胶机向所述铟柱之间的间隙内填入胶水，并固化，防止铟柱氧化影响Micro-LED微显示器件中的芯片互联效果。
本发明的有益效果：随着铟柱面阵密度的不断增大，使用传统的厚胶剥离工艺生长铟柱变得愈发困难。本发明可以突破铟柱密度的限制，进行超高密度铟柱面阵的高质量生长。对于高密度铟柱面阵的制备，与厚胶剥离的方法相比，本发明虽然增加了一些工艺步骤，但是整体工艺难度大幅下降，工艺过程中的可控性大幅提升。此外，本发明的铟柱制备方法可以使得铟柱更好地对芯片表面的不平整度进行补偿，具有很高的芯片互联调平容差，完全能够满足高分辨率Micro-LED微显示器件倒装互联工艺的一致性要求。
附图说明
图1为本发明的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱制备方法的流程图。
图2为本发明在高翘曲度芯片21上制备出高容差铟柱的示意图。
附图标记：11-芯片；12-光刻胶；13-凸点金属；14-表面铟层；15-铟柱；21-高翘曲度芯片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明设计的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，包括如下步骤：
（1）芯片11涂胶：将待制备铟柱的芯片11表面清洗干净，并去除其表面残留的水分，而后在芯片11表面旋涂一层光刻胶12；
（2）光刻：基于驱动芯片和LED芯片上的像素尺寸，设计铟柱15的大小和间距，并制备好掩膜版，而后将掩膜版放在步骤（1）涂好胶的芯片11上，进行第一次曝光，然后烘烤、显影、定影；
（3）沉积凸点金属层13：采用真空镀膜的方法在经步骤（2）处理后的芯片11表面沉积凸点金属13，而后清洗掉光刻胶，剥离多余的金属；
（4）再次涂胶：在经步骤（3）处理过的芯片11表面再次旋涂光刻胶12；
（5）再次光刻：将所述步骤（2）中的掩膜版掩盖在步骤（4）涂好胶的芯片11上，进行第二次光刻曝光、烘烤、显影和定影工艺；
（6）蒸镀铟层14：采用真空蒸镀的工艺方法在经步骤（5）处理过的芯片11表面沉积铟层14。
（7）减薄：采用机械减薄的方式，将步骤（6）得到的带有铟层的芯片11减薄至一定厚度，使得光刻胶12上无铟层14，且光刻胶12表面与边上的铟层14表面处于同一水平面。
（8）去胶：对步骤（7）得到的芯片11进行清洗，去除光刻胶12，制得铟柱15成品，从而得到带有铟柱15面阵的芯片。
优选的，本发明所述步骤（1）中，所述芯片11的清洗依次采用丙酮和异丙醇超声清洗5分钟，循环两次后，再用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。
优选的，本发明所述步骤（1）中，采用匀胶机在所述芯片11表面旋涂一层SUN-lift1300型负性光刻胶12，转速设置为4000转/分钟，旋涂时间40秒。涂胶后将所述芯片11放置在110℃的热板上烘烤2分钟。
本发明所述步骤（4）中，所述芯片11表面旋涂一层SUN-lift1300型负性光刻胶12，采用匀胶机旋涂，转速设置为2000转/分钟，旋涂时间为40秒，涂胶后将所述芯片11放置在110℃的热板上烘烤2分钟。
优选的，本发明所述步骤（2）中，掩膜版上用于制备铟柱15的光刻孔尺寸为边长5微米的正方形，所述光刻孔间距5微米。
优选的，本发明所述步骤（2）中，曝光时间设置为9秒，曝光后的芯片11放置于110℃的热板上烘烤2分钟，冷却后放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影2分钟，然后纯水定影1分钟。所述步骤（5）中，曝光时间设置为11秒，曝光后的芯片11放置于110℃的热板上烘烤2分钟，冷却后放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影3分钟，然后纯水定影1分钟。
优选的，本发明所述步骤（3）中，采用电子束蒸发设备，用真空镀膜的方式沉积凸点金属13，沉积速率控制在20纳米每分钟。所述凸点金属13包括依次沉积的100纳米钛黏附层和150纳米金浸润层。最终得到边长5微米，厚度250纳米的凸点金属13。
优选的，本发明所述步骤（3）中，多余金属的剥离需要将所述芯片11放置在丙酮中浸泡1-2小时，去除光刻胶12，再用异丙醇清洗。清洗掉光刻胶12后，多余的金属随着光刻胶12的清洗而脱落剥离。所述步骤（8）中，光刻胶12的清洗需先在丙酮中浸泡5-10分钟，再用异丙醇清洗。
优选的，本发明所述步骤（6）中，表面铟层14采用真空热蒸发的方法制备，沉积厚度为7微米。
优选的，本发明所述步骤（7）中，采用机械减薄的方式将沉积好表面铟层14的芯片11进行减薄，使得没有光刻胶12的区域铟层14厚度降低至5微米。此时，光刻胶12表面的铟层全部去除，且光刻胶12的高度也减薄至与旁边铟层14处于同一水平面。将剩余光刻胶12清洗后，最终在芯片11表面形成表面平整的铟柱15面阵。
如图2所示，本发明设计的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法对高翘曲度芯片21的表面不平整度具有极强的补偿能力，从而能够显著提升Micro-LED芯片与驱动芯片的联通率，降低器件的瑕疵点率。
实施例1
（1）芯片11清洗：芯片11依次采用丙酮和异丙醇超声清洗5分钟，循环两次后，用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。
（2）芯片11涂胶：在洗干净的芯片11表面旋涂一层SUN-lift1300型负性光刻胶12，转速设置为4000转/分钟，旋涂时间40秒。涂胶后将所述芯片11放置在110℃的热板上烘烤2分钟。
（3）光刻：基于驱动芯片和LED芯片上的像素尺寸，掩膜版上设计的用于制备铟柱15的光刻孔尺寸为边长5微米的正方形，所述光刻孔间距5微米。将掩膜版放在涂好胶的芯片11上，进行第一次曝光，曝光时间设置为9秒，曝光后的芯片11放置于110℃的热板上烘烤2分钟。
（4）显影、定影：曝光后的芯片11放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影2分钟，然后纯水定影1分钟。
（5）沉积凸点金属13：采用电子束蒸发设备，用真空镀膜的方式沉积凸点金属13，沉积速率控制在20纳米每分钟，所述凸点金属13包括依次沉积的100纳米钛黏附层和150纳米金浸润层。
（6）剥离多余金属：将镀金属膜后的芯片11在丙酮中浸泡2小时，再用异丙醇清洗，清洗掉光刻胶12后，多余的金属随着光刻胶12的清洗而脱落剥离，最终得到边长5微米、厚度250纳米的凸点金属13。
（7）再次涂胶：在制备好凸点金属13的芯片11表面旋涂一层SUN-lift1300型负性光刻胶12，采用匀胶机旋涂一层厚胶，转速设置为2000转/分钟，旋涂时间为40秒，涂胶后将所述芯片11放置在110℃的热板上烘烤2分钟。
（8）再次光刻：将所述制备凸点金属的掩膜版再次放在涂好胶的芯片11上，进行第二次光刻曝光，曝光时间设置为11秒。
（9）再次显影、定影：将曝光后的芯片11放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影3分钟，然后纯水定影1分钟。
（10）蒸镀铟层14：采用真空热蒸发的方法在再次定影处理后的芯片11表面沉积铟层，沉积厚度为7微米。
（11）减薄：采用机械减薄的方式对沉积好表面铟层14的芯片11进行减薄，使得没有光刻胶12的区域铟层14的厚度由7微米降低至5微米。此时，光刻胶12表面的铟层全部去除，且光刻胶12的高度也减薄至与旁边铟层14处于同一水平面。将剩余光刻胶12清洗后，最终在芯片11表面形成表面平整的铟柱15面阵。
实施例2
（1）高翘曲度芯片21清洗：高翘曲度芯片21依次采用丙酮和异丙醇超声清洗5分钟，循环两次后，用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。
（2）高翘曲度芯片21涂胶：在洗干净的高翘曲度芯片21表面旋涂一层SUN-lift1300型负性光刻胶12，转速设置为4000转/分钟，旋涂时间40秒。涂胶后将所述高翘曲度芯片21放置在110℃的热板上烘烤2分钟。
（3）光刻：基于驱动芯片和LED芯片上的像素尺寸，掩膜版上设计的用于制备铟柱15的光刻孔尺寸为边长5微米的正方形，所述光刻孔间距5微米。将掩膜版放在涂好胶的高翘曲度芯片21上，进行第一次曝光，曝光时间设置为9秒，曝光后的高翘曲度芯片21放置于110℃的热板上烘烤2分钟。
（4）显影、定影：曝光后的高翘曲度芯片21放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影2分钟，然后纯水定影1分钟。
（5）沉积凸点金属13：采用电子束蒸发设备，用真空镀膜的方式沉积凸点金属13，沉积速率控制在20纳米每分钟，所述凸点金属13包括依次沉积的100纳米钛黏附层和150纳米金浸润层。
（6）剥离多余金属：将镀金属膜后的高翘曲度芯片21在丙酮中浸泡2小时，再用异丙醇清洗，清洗掉光刻胶12后，多余的金属随着光刻胶12的清洗而脱落剥离，最终得到边长5微米、厚度250纳米的凸点金属13。
（7）再次涂胶：在制备好凸点金属13的高翘曲度芯片21表面旋涂一层SUN-lift1300型负性光刻胶12，采用匀胶机旋涂一层厚胶，转速设置为2000转/分钟，旋涂时间为40秒，涂胶后将所述高翘曲度芯片21放置在110℃的热板上烘烤2分钟。
（8）再次光刻：将所述制备凸点金属的掩膜版再次放在涂好胶的高翘曲度芯片21上，进行第二次光刻曝光，曝光时间设置为11秒。
（9）再次显影、定影：将曝光后的高翘曲度芯片21放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影3分钟，然后纯水定影1分钟。
（10）蒸镀铟层14：采用真空热蒸发的方法在再次定影处理后的高翘曲度芯片21表面沉积铟层，沉积厚度为7微米。
（11）减薄：采用机械减薄的方式对沉积好表面铟层14的高翘曲度芯片21进行减薄，使得没有光刻胶12的区域铟层14的厚度由7微米降低至5微米。此时，光刻胶12表面的铟层全部去除，且光刻胶12的高度也减薄至与旁边铟层14处于同一水平面。将剩余光刻胶12清洗后，最终在高翘曲度芯片21表面形成表面平整且对芯片表面不平整度具有极强补偿能力的铟柱15面阵。
本发明实施例1和实施例2分别在平整芯片和高翘曲度芯片上制备了间距为5微米的高容差铟柱。虽然铟柱在高翘曲度芯片上不同位置的高度有所差别，但是它们的表面是在同一水平面的。因此，在对芯片的表面不平整度进行补偿后，本发明方法制得的铟柱仍然能够满足倒装互联工艺的一致性要求。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是包括如下步骤：
（1）芯片涂胶：将待制备铟柱的芯片表面清洗干净，并去除其表面残留的水分，而后在芯片表面旋涂一层光刻胶；
（2）光刻：基于驱动芯片和LED芯片上的像素尺寸，设计铟柱大小和间距，并制备掩膜版，掩膜版放在步骤（1）涂好胶的芯片上，进行第一次曝光，然后烘烤、显影、定影；
（3）沉积凸点金属层：采用真空镀膜的方法在经步骤（2）处理后的芯片表面沉积凸点金属，而后清洗掉光刻胶，剥离多余的金属；
（4）再次涂胶：在经步骤（3）处理过的芯片表面再次旋涂光刻胶；
（5）再次光刻：将所述步骤（2）中的掩膜版掩盖在步骤（4）涂好胶的芯片上，进行第二次光刻曝光、烘烤、显影和定影工艺；
（6）蒸镀铟层：采用真空蒸镀的工艺方法在经步骤（5）处理过的芯片表面沉积铟层；
（7）减薄：采用机械减薄的方式，将步骤（6）得到的带有铟层的芯片减薄，使得光刻胶上无铟层，且光刻胶表面与边上的铟层表面处于同一水平面；
（8）去胶：对步骤（7）得到的芯片进行清洗，去除光刻胶，制得铟柱成品，从而得到带有铟柱面阵的芯片。
2.根据权利要求1所述的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是所述步骤（1）中，所述芯片的清洗依次采用丙酮和异丙醇超声清洗5-10分钟，循环两次后，再用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。
3.根据权利要求1所述的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是所述步骤（1）中，采用匀胶机在芯片表面旋涂SUN-lift1300型负性光刻胶，光刻胶厚度为2-5微米，涂胶后将所述芯片放置在110℃的热板上烘烤2-3分钟；所述步骤（4）中，所述芯片表面旋涂SUN-lift1300型负性光刻胶，采用匀胶机旋涂，光刻胶的厚度为10-15微米，涂胶后将所述芯片放置在110℃的热板上烘烤2-3分钟。
4.根据权利要求1所述的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是所述步骤（2）中，掩膜版上用于制备铟柱的光刻孔尺寸为边长2-15微米的正方形，光刻孔间距2-15微米。
5.根据权利要求1所述的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是所述步骤（2）中，曝光时间为9-11秒，曝光后的芯片放置于110℃的热板上烘烤2-3分钟，冷却后放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影2分钟，然后纯水定影1-3分钟；所述步骤（5）中，曝光时间为11-12秒，曝光后的芯片放置于110℃的热板上烘烤2-3分钟，冷却后放入浓度2.38%四甲基氢氧化铵显影液中显影3分钟，然后纯水定影1-3分钟。
6.根据权利要求1所述的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是所述步骤（3）中，采用电子束蒸发设备，用真空镀膜的方式沉积凸点金属层，沉积速率控制在10-30纳米每分钟；所述凸点金属层包括依次沉积的50-100纳米钛黏附层和100-200纳米金浸润层。
7.根据权利要求1所述的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是所述步骤（3）中，多余金属的剥离为将芯片放置在丙酮中浸泡1-2小时，去除光刻胶，再用异丙醇清洗；所述步骤（8）中，光刻胶的清洗为丙酮浸泡5-10分钟，再用异丙醇清洗。
8.根据权利要求1所述的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是所述步骤（6）中，铟膜采用真空蒸发的方法制备，沉积厚度5-15微米；所述步骤（7）中，采用机械减薄的方式对沉积好铟膜的芯片进行减薄，使得没有光刻胶的区域铟层降至3-13微米，此时，光刻胶表面的铟膜全部去除，且光刻胶的高度降至旁边铟层的同一水平面。
9.根据权利要求1所述的一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱的制备方法，其特征是采用点胶机向所制得的铟柱成品之间的间隙内填入胶水，并固化，防止铟柱氧化影响Micro-LED微显示器件中的芯片互联效果。
10.一种高分辨率Micro-LED微显示器件的高容差铟柱，其特征是采用权利要求1-9中任意一种方法制备所得。
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