CN115084337A - 一种微型发光二极管芯片的巨量转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型发光二极管芯片的巨量转移方法，涉及半导体技术领域。通过设置转移的最小单元为微型发光二极管组件，且每个所述微型发光二极管组件包括多个呈矩阵排列的微型发光二极管芯片单元，进而可以提高微型发光二极管芯片的转移效率，且简化巨量转移的工艺难度。且通过设置第一转移基板为聚合物材料，进而在条件下热处理，使得第一转移基板的每个第一沟槽所在的区域软化流动，进而使得第一转移基板的部分材料包裹微型发光二极管芯片单元的生长衬底的侧面且填充相应的生长衬底的侧面的第一凹槽，然后固化第一转移基板，可以有效提高微型发光二极管组件在第一转移基板中的接合稳固性，进而可以提高后续的巨量转移的工艺精度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种微型发光二极管芯片的巨量转移方法。
背景技术
微发光二极管显示器的显示原理是将发光二极管结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，然后将微型发光二极管芯片批量式转移至采用PCB、柔性PCB及CMOS/TFT集成电路工艺等制成驱动电路基板上，然后再利用物理气相沉积和/或化学气相沉积工艺完成保护层与上电极的制备，最后进行上基板的封装，以得到Micro-LED显示器。
微型发光二极管芯片的重大技术挑战包括：巨量转移技术，巨量转移的目的在于将多个微型发光二极管芯片粘贴固定在发光基板的预定位置上，在巨量转移技术中，由于当发光二极管的尺寸小到微型发光二极管像素级别，而且导致需要转移多达几千万颗芯片，进而导致转移效率、对齐精度、良率等相关的工艺难度增大。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种微型发光二极管芯片的巨量转移方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种微型发光二极管芯片的巨量转移方法，包括：
提供多个微型发光二极管组件，每个所述微型发光二极管组件包括一生长衬底，在所述生长衬底上形成有多个呈矩阵排列的微型发光二极管芯片单元。
在每个所述微型发光二极管组件的所述生长衬底的侧面形成第一凹槽。
提供第一转移基板，在所述第一转移基板上形成多个间隔设置的第一沟槽，每个所述第一沟槽用于容纳一个上述的微型发光二极管组件。
将多个所述微型发光二极管组件分别设置到相应的多个所述第一沟槽中，对所述第一转移基板进行热处理，使得所述第一转移基板的每个所述第一凹槽所在的区域软化流动，进而使得所述第一转移基板的部分材料包裹每个所述生长衬底的侧面且填充相应的所述第一凹槽，接着固化所述第一转移基板。
提供一驱动基板，在所述驱动基板上设置有多个呈矩阵排列的电极垫。
接着将所述第一转移基板上的多个所述微型发光二极管组件转移至所述驱动基板，使得每个所述微型发光二极管芯片单元与相应的一个所述电极垫电连接。
接着形成一封装层，所述封装层包裹每个所述微型发光二极管芯片单元。
接着对所述第一转移基板和所述生长衬底进行研磨处理，以暴露每个所述微型发光二极管芯片单元的上表面，接着在所述驱动基板上形成公共电极层，所述公共电极层与每个所述微型发光二极管芯片单元均电连接。
作为优选的技术方案，多个所述微型发光二极管组件的制备工艺为：提供一生长衬底，在所述生长衬底上依次外延生长缓冲层、第一半导体层、发光层、第二半导体层和透明导电层，接着对所述第一半导体层、发光层、第二半导体层和透明导电层进行图案化处理，接着在每个所述透明导电层上形成一金属凸块，以形成多个微型发光二极管芯片单元，接着沿每个所述所述微型发光二极管组件的边缘对所述生长衬底进行划片处理，以形成相互分离的多个所述微型发光二极管组件。
作为优选的技术方案，在每个所述微型发光二极管组件的所述生长衬底的侧面形成所述第一凹槽的过程中，所述第一凹槽为围绕所述生长衬底的四个侧面的连续的环形凹槽或者所述第一凹槽为围绕所述生长衬底的四个侧面的多个不连续的凹槽。
作为优选的技术方案，所述第一沟槽的深度小于所述生长衬底和所述缓冲层的厚度之和，所述第一转移基板的材料为聚合物材料。
作为优选的技术方案，固化所述第一转移基板之后，在所述第一转移基板的角落处形成第一对位凸起，且在所述驱动基板的角落处形成第一对位凹槽。
作为优选的技术方案，在将所述第一转移基板上的多个所述微型发光二极管组件转移至所述驱动基板的过程中，使得每个所述第一对位凸起嵌入到相应的所述第一对位凹槽中。
作为优选的技术方案，所述驱动基板中具有多个驱动晶体管，每个所述驱动晶体管与相应的所述电极垫电连接。
作为优选的技术方案，接着在所述公共电极层上分别沉积至少两种基色的荧光粉薄膜层，并刻蚀形成荧光粉薄膜像素阵列。
本发明的有益效果在于：
在本发明的微型发光二极管芯片的巨量转移方法中，通过设置转移的最小单元为微型发光二极管组件，且每个所述微型发光二极管组件包括多个呈矩阵排列的微型发光二极管芯片单元，进而可以提高微型发光二极管芯片的转移效率，且简化巨量转移的工艺难度。
通过在每个所述微型发光二极管组件的所述生长衬底的侧面形成第一凹槽，在所述第一转移基板上形成多个间隔设置的第一沟槽，将多个所述微型发光二极管组件分别设置到相应的多个所述第一沟槽中，对所述第一转移基板进行热处理，使得所述第一转移基板的每个所述第一沟槽所在的区域软化流动，进而使得所述第一转移基板的部分材料包裹每个所述生长衬底的侧面且填充相应的所述第一凹槽，接着固化所述第一转移基板，可以有效提高微型发光二极管组件在第一转移基板中的接合稳固性，进而可以提高后续的巨量转移的工艺精度。
进一步的，将所述第一转移基板上的多个所述微型发光二极管组件转移至所述驱动基板之后，先形成一封装层包裹每个所述微型发光二极管芯片单元，然后再通过研磨处理去除所述第一转移基板和所述生长衬底，可以有效提高各微型发光二极管芯片单元与驱动基板的接合稳固性，进而在移除转移基板的过程中减少微型发光二极管芯片单元的失效率。
更进一步的，固化所述第一转移基板之后，在所述第一转移基板的角落处形成第一对位凸起，且在所述驱动基板的角落处形成第一对位凹槽，在将所述第一转移基板上的多个所述微型发光二极管组件转移至所述驱动基板的过程中，使得每个所述第一对位凸起嵌入到相应的所述第一对位凹槽中，进一步提高巨量转移的转移精度，且在转移工序之后在封装层中保留上述第一对位凸起，进而可以提高微发光二极管显示器的机械稳固性，且避免其发生翘曲，进而可以提高微发光二极管显示器的使用寿命。
附图说明
图1显示为本发明实施例中的一个微型发光二极管组件的结构示意图。
图2显示为本发明实施例中在微型发光二极管组件的生长衬底的侧面形成第一凹槽的结构示意图。
图3显示为本发明实施例中第一转移基板的结构示意图。
图4显示为本发明实施例中在第一转移基板中设置微型发光二极管组件的结构示意图。
图5显示为本发明实施例中驱动基板的结构示意图。
图6显示为本发明实施例中将第一转移基板上的多个微型发光二极管组件转移至驱动基板的结构示意图。
图7显示为本发明实施例中在所述驱动基板上形成公共电极层的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
如图1～图7所示，本实施例提供一种微型发光二极管芯片的巨量转移方法，包括：
如图1所示，提供多个微型发光二极管组件100，每个所述微型发光二极管组件100包括一生长衬底101，在所述生长衬底101上形成有多个呈矩阵排列的微型发光二极管芯片单元。
在具体的实施例中，多个所述微型发光二极管组件100的制备工艺为：提供一生长衬底101，在所述生长衬底101上依次外延生长缓冲层102、第一半导体层103、发光层104、第二半导体层105和透明导电层106，接着对所述第一半导体层103、发光层104、第二半导体层105和透明导电层106进行图案化处理，接着在每个所述透明导电层106上形成一金属凸块107，以形成多个微型发光二极管芯片单元，即每个所述微型发光二极管芯片单元均包括层叠设置的第一半导体层103、发光层104、第二半导体层105、透明导电层106和金属凸块107，接着沿每个所述所述微型发光二极管组件100的边缘对所述生长衬底101进行划片处理，以形成相互分离的多个所述微型发光二极管组件100。
在更具体的实施例中，所述生长衬底101具体可以为蓝宝石衬底，在形成微型发光二极管芯片单元的具体工艺为：首先在所述蓝宝石衬底上外延生长不掺杂的氮化镓作为缓冲层102，接着外延生长N型氮化镓层作为第一半导体层103，接着外延生长GaN/InGaN 多量子阱结构(更具体的，GaN作为势垒，InGaN作为势阱)作为发光层104，接着外延生长P型氮化镓层作为第二半导体层105，更具体的，所述透明导电层106的材料具体可以为ITO或AZO，进而通过磁控溅射工艺形成，接着在所述透明导电层106上形成金属凸块107，所述金属凸块107具体可以为铜凸块、锡凸块或铟凸块中的一种，进而通过电镀或蒸镀工艺形成。
在具体的实施例中，沿每个所述所述微型发光二极管组件100的边缘对所述生长衬底101进行划片处理的具体工艺为：利用机械刀具切割或利用激光工艺刻蚀。
如图2所示，在每个所述微型发光二极管组件100的所述生长衬底101的侧面形成第一凹槽1011。
在具体的实施例中，在每个所述微型发光二极管组件100的所述生长衬底101的侧面形成所述第一凹槽1011的过程中，所述第一凹槽1011为围绕所述生长衬底的四个侧面的连续的环形凹槽或者所述第一凹槽1011为围绕所述生长衬底的四个侧面的多个不连续的凹槽，更具体的，在所述生长衬底的每个侧面的凹槽个数为三个、四个或五个，通过上述凹槽的设置，可以提高微型发光二极管组件100与后续提供的第一转移基板的接合稳固性。
在更优选的实施例中，在所述第一凹槽1011的上方形成第二凹槽，所述第二凹槽1012也位于所述生长衬底101的侧面中，且与所述第一凹槽1011相比，所述第二凹槽1012更靠近所述缓冲层102，在更优选的实施例中，所述第二凹槽1012的深度小于所述第一凹槽1011的深度，通过上述设置，在充分增加接合稳固性的同时可以避免在形成第二凹槽1012的过程中损坏与之相邻的微型发光二极管芯片单元。
如图3所示，提供第一转移基板200，在所述第一转移基板200上形成多个间隔设置的第一沟槽201，每个所述第一沟槽201用于容纳一个上述的微型发光二极管组件100。
在具体的实施例中，所述第一沟槽201的深度小于所述生长衬底101和所述缓冲层102的厚度之和，更进一步的，所述第一沟槽201的深度大于所述第一凹槽1011的上侧壁与所述生长衬底101的底表面之间的距离，当具有第二凹槽1012时，所述第一沟槽201的深度大于所述第二凹槽1012的上侧壁与所述生长衬底101的底表面之间的距离。
在具体的实施例中，所述第一转移基板200的材料为聚合物材料，更具体的可以为半固化片，还可以为热塑性聚合物材料，进而在加热条件下可以软化流动。
如图4所示，将多个所述微型发光二极管组件100分别设置到相应的多个所述第一沟槽201中，对所述第一转移基板200进行热处理，使得所述第一转移基板200的每个所述第一凹槽201所在的区域软化流动，进而使得所述第一转移基板200的部分材料包裹每个所述生长衬底101的侧面且填充相应的所述第一凹槽1011，接着固化所述第一转移基板200。
在具体的实施例中，当所述生长衬底101的侧面具有第二凹槽1012时，所述第一转移基板200的部分材料填充相应的所述第二凹槽1012。
在具体的实施例中，在对第一转移基板200进行热处理的同时，并对所述第一转移基板200进行加压，进而便于软化的树脂材料填充所述第一凹槽1011和所述第二凹槽1012，更具体的，所述热处理的温度为相应第一转移基板200的聚合物材料的玻璃化转变温度，加压的压力无特别的设置，只要进一步便于软化的树脂材料填满所述第一凹槽1011和所述第二凹槽1012即可。
在具体的实施例中，当所述第一转移基板200为半固化片时，在加热温度为半固化片的树脂材料的玻璃化转变温度条件下使得半固化片包裹每个所述生长衬底101的侧面且填充相应的所述第一凹槽1011和所述第二凹槽1012之后，进一步提高加热温度和加热时间进而使得半固化片固化，而当所述第一转移基板200为热塑性聚合物材料时，则可以通过降温冷却使得热塑性聚合物材料固化，从而使得所述第一转移基板200与各微型发光二极管组件100稳固接合。
在更优选的实施例中，固化所述第一转移基板200之后，在所述第一转移基板200的角落处形成第一对位凸起202，更具体的，可以在所述第一转移基板200的四个角落处分别形成一个第一对位凸起202，所述第一对位凸起202具体可以为铜凸起或铝凸起，进而通过电镀或蒸镀工艺形成。
如图5所示，提供一驱动基板300，在所述驱动基板300上设置有多个呈矩阵排列的电极垫301。
在具体的实施例中，所述驱动基板300中具有多个驱动晶体管（未图示），每个所述驱动晶体管与相应的所述电极垫301电连接，而每个所述电极垫301与相应的微型发光二极管芯片单元的金属凸块107电连接。
在具体的实施例中，当在所述第一转移基板200的角落处形成第一对位凸起202时，相应的，在所述驱动基板200的角落处形成第一对位凹槽302，更具体的，在所述驱动基板200的四个角落处分别形成一个第一对位凹槽302。
如图6所示，接着将所述第一转移基板200上的多个所述微型发光二极管组件100转移至所述驱动基板300，使得每个所述微型发光二极管芯片单元与相应的一个所述电极垫301电连接，更具体的，使得每个所述微型发光二极管芯片单元的金属凸块107与相应的一个所述电极垫301电连接。
在具体的实施例中，在将所述第一转移基板200上的多个所述微型发光二极管组件100转移至所述驱动基板300的过程中，使得每个所述第一对位凸起202嵌入到相应的所述第一对位凹槽302中，进一步提高巨量转移的转移精度。
在具体的实施例中，在去除所述第一转移基板200之前，先形成一封装层400，所述封装层400包裹每个所述微型发光二极管芯片单元。
在更优选的实施例中，所述封装层400为聚合物材料，更具体的，该封装层400还可以用作像素限定层。
如图7所示，接着对所述第一转移基板200和所述生长衬底101进行研磨处理，以暴露每个所述微型发光二极管芯片单元的上表面，更具体的，暴露每个所述微型发光二极管芯片单元的第一半导体层103，接着在所述驱动基板300上形成公共电极层500，所述公共电极层500与每个所述微型发光二极管芯片单元均电连接，进一步的，可以利用所述第一对位凸起202与所述公共电极层500电连接，进而使得所述公共电极层500与所述驱动基板300的内部线路电连接，以优化电连接的方式，减少工序，节约成本。
在具体的实施例中，所述公共电极层500为透明导电层。进一步的，在所述公共电极层上分别沉积至少两种基色的荧光粉薄膜层（未图示），并刻蚀形成荧光粉薄膜像素阵列，以形成红、绿、蓝3基色的像素结构，进而形成微型发光二极管显示器。
在其他优选的技术方案中，本发明提出的本发明提出的一种微型发光二极管芯片的巨量转移方法，包括：
提供多个微型发光二极管组件，每个所述微型发光二极管组件包括一生长衬底，在所述生长衬底上形成有多个呈矩阵排列的微型发光二极管芯片单元。
在每个所述微型发光二极管组件的所述生长衬底的侧面形成第一凹槽。
提供第一转移基板，在所述第一转移基板上形成多个间隔设置的第一沟槽，每个所述第一沟槽用于容纳一个上述的微型发光二极管组件。
将多个所述微型发光二极管组件分别设置到相应的多个所述第一沟槽中，对所述第一转移基板进行热处理，使得所述第一转移基板的每个所述第一凹槽所在的区域软化流动，进而使得所述第一转移基板的部分材料包裹每个所述生长衬底的侧面且填充相应的所述第一凹槽，接着固化所述第一转移基板。
提供一驱动基板，在所述驱动基板上设置有多个呈矩阵排列的电极垫。
接着将所述第一转移基板上的多个所述微型发光二极管组件转移至所述驱动基板，使得每个所述微型发光二极管芯片单元与相应的一个所述电极垫电连接。
接着形成一封装层，所述封装层包裹每个所述微型发光二极管芯片单元。
接着对所述第一转移基板和所述生长衬底进行研磨处理，以暴露每个所述微型发光二极管芯片单元的上表面，接着在所述驱动基板上形成公共电极层，所述公共电极层与每个所述微型发光二极管芯片单元均电连接。
在更优的技术方案中，多个所述微型发光二极管组件的制备工艺为：提供一生长衬底，在所述生长衬底上依次外延生长缓冲层、第一半导体层、发光层、第二半导体层和透明导电层，接着对所述第一半导体层、发光层、第二半导体层和透明导电层进行图案化处理，接着在每个所述透明导电层上形成一金属凸块，以形成多个微型发光二极管芯片单元，接着沿每个所述所述微型发光二极管组件的边缘对所述生长衬底进行划片处理，以形成相互分离的多个所述微型发光二极管组件。
在更优的技术方案中，在每个所述微型发光二极管组件的所述生长衬底的侧面形成所述第一凹槽的过程中，所述第一凹槽为围绕所述生长衬底的四个侧面的连续的环形凹槽或者所述第一凹槽为围绕所述生长衬底的四个侧面的多个不连续的凹槽。
在更优的技术方案中，所述第一沟槽的深度小于所述生长衬底和所述缓冲层的厚度之和，所述第一转移基板的材料为聚合物材料。
在更优的技术方案中，固化所述第一转移基板之后，在所述第一转移基板的角落处形成第一对位凸起，且在所述驱动基板的角落处形成第一对位凹槽。
在更优的技术方案中，在将所述第一转移基板上的多个所述微型发光二极管组件转移至所述驱动基板的过程中，使得每个所述第一对位凸起嵌入到相应的所述第一对位凹槽中。
在更优的技术方案中，所述驱动基板中具有多个驱动晶体管，每个所述驱动晶体管与相应的所述电极垫电连接。
在更优的技术方案中，接着在所述公共电极层上分别沉积至少两种基色的荧光粉薄膜层，并刻蚀形成荧光粉薄膜像素阵列。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种微型发光二极管芯片的巨量转移方法，其特征在于：包括：
提供多个微型发光二极管组件，每个所述微型发光二极管组件包括一生长衬底，在所述生长衬底上形成有多个呈矩阵排列的微型发光二极管芯片单元；
在每个所述微型发光二极管组件的所述生长衬底的侧面形成第一凹槽；
提供第一转移基板，在所述第一转移基板上形成多个间隔设置的第一沟槽，每个所述第一沟槽用于容纳一个上述的微型发光二极管组件；
将多个所述微型发光二极管组件分别设置到相应的多个所述第一沟槽中，对所述第一转移基板进行热处理，使得所述第一转移基板的每个所述第一凹槽所在的区域软化流动，进而使得所述第一转移基板的部分材料包裹每个所述生长衬底的侧面且填充相应的所述第一凹槽，接着固化所述第一转移基板；
提供一驱动基板，在所述驱动基板上设置有多个呈矩阵排列的电极垫；
接着将所述第一转移基板上的多个所述微型发光二极管组件转移至所述驱动基板，使得每个所述微型发光二极管芯片单元与相应的一个所述电极垫电连接；
接着形成一封装层，所述封装层包裹每个所述微型发光二极管芯片单元；
接着对所述第一转移基板和所述生长衬底进行研磨处理，以暴露每个所述微型发光二极管芯片单元的上表面，接着在所述驱动基板上形成公共电极层，所述公共电极层与每个所述微型发光二极管芯片单元均电连接。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的巨量转移方法，其特征在于：多个所述微型发光二极管组件的制备工艺为：提供一生长衬底，在所述生长衬底上依次外延生长缓冲层、第一半导体层、发光层、第二半导体层和透明导电层，接着对所述第一半导体层、发光层、第二半导体层和透明导电层进行图案化处理，接着在每个所述透明导电层上形成一金属凸块，以形成多个微型发光二极管芯片单元，接着沿每个所述微型发光二极管组件的边缘对所述生长衬底进行划片处理，以形成相互分离的多个所述微型发光二极管组件。
3.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的巨量转移方法，其特征在于：在每个所述微型发光二极管组件的所述生长衬底的侧面形成所述第一凹槽的过程中，所述第一凹槽为围绕所述生长衬底的四个侧面的连续的环形凹槽或者所述第一凹槽为围绕所述生长衬底的四个侧面的多个不连续的凹槽。
4.根据权利要求2所述的微型发光二极管芯片的巨量转移方法，其特征在于：所述第一沟槽的深度小于所述生长衬底和所述缓冲层的厚度之和，所述第一转移基板的材料为聚合物材料。
5.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的巨量转移方法，其特征在于：固化所述第一转移基板之后，在所述第一转移基板的角落处形成第一对位凸起，且在所述驱动基板的角落处形成第一对位凹槽。
6.根据权利要求5所述的微型发光二极管芯片的巨量转移方法，其特征在于：在将所述第一转移基板上的多个所述微型发光二极管组件转移至所述驱动基板的过程中，使得每个所述第一对位凸起嵌入到相应的所述第一对位凹槽中。
7.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的巨量转移方法，其特征在于：所述驱动基板中具有多个驱动晶体管，每个所述驱动晶体管与相应的所述电极垫电连接。
8.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的巨量转移方法，其特征在于：接着在所述公共电极层上分别沉积至少两种基色的荧光粉薄膜层，并刻蚀形成荧光粉薄膜像素阵列。
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