CN115145066A - 硅基液晶面板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种硅基液晶面板的制备方法，包括：提供晶圆级制造的晶圆基板，该晶圆基板包括多个具有有源电路的管芯区域；在晶圆基板上形成框胶并以透明基板压合，实现液晶空间的封装；以较厚尺寸的硅基底在各管芯区域制造贯穿硅基底的过孔及第二表面的导电接口，使有源电路通过过孔和导电接口电连接至晶圆基板背面；切割晶圆基板与透明基板，得到多个硅基液晶面板。该技术方案的集成电路制造、液晶空间封装和电路封装都在晶圆级制程下进行，尤其是电路封装在晶圆级制程下进行，提高了生产效率和降低了生产成本。本发明还提供了该制备方法制备的硅基液晶面板，具有较厚的硅基底，硅基底背面设有导电接口，具有较小的面积尺寸和更好的光学平整度。

Description

硅基液晶面板及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种硅基液晶(liquid crystal onsilicon，LCoS)面板及其制备方法。
背景技术
晶圆级封装(Wafer Level Packaging，WLP)技术是芯片量产的有效方法。与单纯的集成电路芯片相比，LCoS面板不仅包括集成电路，还包括液晶封装结构，如果搭建一条完整的LCoS晶圆级封装生产线，不仅需要集成电路封装的部分，还需要液晶封装的部分。
目前，LCoS的量产方案的步骤依次为：在晶圆上制造数百个管芯(die)的集成电路；在各个管芯上滴涂框胶，然后以透明基板压合；错位切割晶圆基板与透明基板，形成数百个独立的单元，使得切割后单元的晶圆基板的正面边缘露出预留的焊垫；通过框胶侧面留出的孔灌入液晶并密封；电路封装，在各个单元的焊垫上打线，引出柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，并连接至控制电路板。该技术方案中，只有制造集成电路和透明基板封装的部分是晶圆级工艺，而液晶灌装和电路封装(此处不包含集成电路制造)是芯片级(die level)，导致生产效率低，也需要更多的人力物力，导致单颗LCoS的成本高居不下，难以体现出与DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜装置)竞争的优势。
因此，为了降低LCoS的量产成本，一方面是对工艺进行改良，引入更多的大规模生产先进制程；另一方面，是使得单个晶圆有更多的产量(yield)，这需要在标准晶圆中填充更多的管芯，将管芯的设计尺寸缩小。然而，传统的LCOS的焊垫集中于晶圆基板正面的一侧边缘，如果减小尺寸，而焊垫/引线的数量不变，将导致引线键合或薄膜印刷电路的接线变得越来越困难和耗时。更重要的是，信号传输线路变细，导致信号处理速度无法提高。
因此，需要开发一种新的硅基液晶面板的量产方案及与之相应的硅基液晶面板结构。
发明内容
本发明一方面提供一种硅基液晶面板的制备方法，其包括以下步骤：步骤A，提供晶圆基板，晶圆基板包括具有相对的第一表面和第二表面的硅基底，晶圆基板被交叉的多条分割线划分出多个管芯区域，每一管芯区域包括设置于第一表面上的有源电路，有源电路至少包括像素电路区和外围电路区；步骤B，在晶圆基板上，于每一管芯区域，在第一表面一侧形成框胶，使得框胶至少环绕有源电路的像素电路区，框胶定义其所处的管芯区域的液晶空间；提供一表面具有透明导电层的透明基板，使透明基板具有透明导电层的表面与晶圆基板通过框胶进行贴合；步骤C，减薄硅基底至第一厚度，第一厚度的范围为220μm～500μm，在晶圆基板上，于每一管芯区域内，制造贯穿第一表面与第二表面的多个过孔，并在第二表面制造多个导电接口，导电接口与过孔一一对应，每一导电接口通过与其对应的过孔电性连接至其所处的管芯区域的有源电路；步骤D，沿分割线切割晶圆基板，并相对应的切割透明基板，得到多个硅基液晶面板。
该硅基液晶面板的制备方法，通过在晶圆基板上采用硅通孔技术，带来了制程工序优势，使得“将电路封装与液晶空间封装的制程分离为独立的两个部分”成为可能。具体地，液晶空间封装制程部分主要在晶圆基板的正面(即第一表面一侧)进行，既不会对电路封装结构造成破坏或障碍，也无需在液晶空间封装的制程中在晶圆基板的正面进行额外的电路封装工序；而电路封装制程主要在晶圆基板背面进行，通过采用硅通孔技术制造贯穿硅基底的过孔(金属化孔)，将晶圆基板上的有源电路通过过孔电性连接到晶圆基板背面(即第二表面)的导电接口，从而完成了电路封装。当液晶空间封装和电路封装各自完成后即可切割划片，获得单个的硅基液晶面板，也无需对该硅基液晶面板进行进一步的管芯级电路封装，下游整机厂只需直接安装在外部电路基板上即可得到硅基液晶模组使用。综上所述，这使得成本控制、生产规划、产量改进更加的容易。
而且，本申请制造过孔的工艺在较厚的硅基底(220μm～500μm)上进行，一方面降低了制造过孔的工艺难度，提高了工艺量产良率；另一方面，较厚的硅基底有利于保障有源电路的反射电极层在硅基液晶面板制备过程中及工作状态下的平整度(由于硅基液晶面板是图像调制器件，光学平整度对图像传递的均匀性影响很大，这也是硅基液晶面板相对于其他集成电路器件最大的不同)。
另，在晶圆基板上采用硅通孔技术，形成贯穿硅基底的过孔，使硅基液晶面板直接通过背面的导电接口连接外部电路基板，其可获得最紧凑的封装结构的硅基液晶模组，减小了整体尺寸，同时提高了信号处理速度，带来了更小的信号失真、更小的总功耗，该技术方案无需FPC线将硅基液晶面板与外部电路基板连接，能够以更具优势的材料成本实现量产。而且，该结构的硅基液晶面板的电流走向为垂直于面板方向，可实现更薄的厚度，大体上只有透明基板层、液晶层、晶圆基板层的三层结构，不需要在背面设置冗余的金属板和热沉等结构，可应用在头戴显示、微型投影机等场景领域。
在一个制备方法的实施方式中，将上述步骤B与步骤C的次序调换。由于步骤B的液晶空间封装制程和步骤C的电路封装制程相对独立，相互影响不大，因此可以对其次序进行调换。先B后C和先C后B各有利弊。具体地，先B后C，一方面可先利用形成的液晶空间对有源电路的像素电路区形成保护，另一方面，减薄前的硅基底厚度更大，更加不易变形，既可以在透明基板与晶圆基板压合时避免对晶圆基板的损坏，又可以保证各个管芯区域内的液晶空间厚度一致；先C后B，可防止步骤B中的框胶产生的污染(如有机物挥发)影响步骤C的设备，如果在步骤B中已经在液晶空间内注入了液晶，也可以避免液晶在步骤C进行时爆出，特别是如果该设备并非专用于本申请的制备生产，那么可能在其他产品的制备中产生交叉污染。
在一个制备方法的实施方式中，在步骤B中，在形成框胶后，贴合透明基板前，还包括将液晶注入液晶空间的步骤。注入液晶的方式可以为液晶滴下式注入(One DropFilling，ODF)工艺。此ODF工艺能够大幅减少灌入液晶的时间，并提高液晶利用率。在步骤B中进行液晶注入的工序，使得液晶注入也是晶圆级的，可以进一步提高生产效率。该将液晶注入液晶空间的步骤既可以适于上述先B后C的生产流程，也可以适于上述先C后B的生产流程。
在一个制备方法的实施方式中，步骤D中，在切割晶圆基板与透明基板后，还包括将液晶灌注到液晶空间内的步骤。在该技术方案中，步骤B只形成液晶空间，而不注入液晶。当前，ODF工艺的设备成本较高，而且对于液晶空间尺寸小的小尺寸的LCoS，ODF的液滴控制工艺控制难度高，不利于初创型公司迅速实现低成本量产，因此，本技术方案是结合实际生产的更加经济可行的技术路线。该技术方案下，虽然液晶灌装是芯片级(Die Level)，但是硅基液晶面板的整体生产流程的90％的部分是晶圆级，仍然满足大规模量产的的优势。该切割后将液晶灌注到液晶空间的步骤既可以适于上述先B后C的生产流程，也可以适于上述先C后B的生产流程。
在一个实施方式中，过孔的深宽比的范围为5:1至10:1。
在一个实施方式中，在步骤C中，制造过孔的步骤包括，先采用激光钻孔于硅基底上形成盲孔，然后于盲孔处进行反应离子刻蚀。
在一个制备方法的实施方式中，在步骤C中，制造过孔的步骤包括，首先于硅基底的第二表面开设沟槽，然后于沟槽内开设多个过孔。该技术方案通过将制造通孔的工艺分成两步，可以降低制造过孔的工艺难度，特别是在具有几十个过孔的硅基液晶面板制程中，先开设沟槽，使得多个过孔共用一个沟槽，可以提高制造效率。
在一个制备方法的实施方式中，在步骤C中，对于每一管芯区域，使制造的多个过孔在晶圆基板上的投影避开并环绕像素电路区设置。由于像素电路区的单个像素电路的尺寸直接影响硅基液晶面板的像素尺寸，因此需要把像素电路区设计的非常密集，该技术方案将过孔连接在有源电路的输入/输出端的位置设置在像素电路区之外，一方面避免了占用紧凑的像素区，有利于提高像素密度，另一方面避免穿孔工艺对像素电路的稳定性产生破坏，有利于提高工艺可行性。
在一个制备方法的实施方式中，在晶圆级封装的步骤中，对于每一管芯区域，使制造的多个过孔在晶圆基板上的投影避开并环绕外围电路区设置。该技术方案一方面避免了过孔对外围电路的影响，另一方面降低了硅通孔技术的工艺难度，具有更好的工艺可行性。
在一个制备方法的实施方式中，有源电路包括多个金属层，多个金属层包括多个位于不同位置的输入/输出端，每一过孔与金属层的不同的输入/输出端垂直连接，进而实现与有源电路的电连接。
在一个制备方法的实施方式中，步骤C中，制造过孔的步骤包括：于每一管芯区域内，制造贯穿第一表面与第二表面的通孔，通孔暴露输入/输出端；制造覆盖通孔的壁面及至少部分第二表面的介电层，蚀刻介电层，确保使输入/输出端暴露，得到图案化介电层；制造覆盖至少部分图案化介电层的图案化导电层，并使图案化导电层由第二表面一侧覆盖输入/输出端，至少部分图案化导电层延伸至第二表面一侧；由第二表面一侧，制造覆盖至少部分图案化导电层的图案化钝化层。
在一个制备方法的实施方式中，在步骤C中，在图案化导电层的未覆盖图案化钝化层的区域制造导电接口。
在一个制备方法的实施方式中，导电接口包括球栅阵列封装结构、引脚网格阵列结构、栅格阵列封装结构中的至少一种。
在一个制备方法的实施方式中，导电接口通过焊接的方式与外部电路基板实现电性连接，导电接口的材料的焊接温度的选择满足避免对液晶的损坏。
在一个制备方法的实施方式中，导电接口通过机械压合或机械耦接的方式与外部电路基板实现电性连接。该技术方案使得硅基液晶面板与外部电路基板的结合温度大大低于焊接等方式，避免了焊接等过高的温度对液晶分子的影响。
在一个制备方法的实施方式中，于每一管芯区域内，对于至少部分过孔，存在一个导电垫与之对应且电性连接，每一导电垫和与其对应的过孔在晶圆基板上的投影重叠。该技术方案减少了需要在金属层上设置的输入/输出端的数量，有利于减小管芯的总体尺寸。
在一个优选的实施方式中，于每一管芯区域内，每一过孔都存在与之一一对应的导电垫，相对应的过孔与导电垫电性连接。该技术方案使得可以通过导电垫测试全部过孔连接的有源电路的功能是否正常工作，极大的改善了制程过程中的测试便利性。
在一个制备方法的实施方式中，在液晶封装步骤中，框胶未覆盖导电垫。该技术方案使得在形成框胶后，仍可以通过导电垫测试有源电路的性能。
本发明另一方面还提供一种硅基液晶面板，包括：晶圆基板，晶圆基板包括具有相对的第一表面和第二表面的硅基底、位于第一表面上的有源电路、位于第二表面上的多个导电接口以及贯穿第一表面和第二表面的多个过孔，导电接口与过孔一一对应，每一导电接口通过与其对应的过孔电性连接至有源电路，有源电路至少包括像素电路区和外围电路区；硅基底的厚度范围为220μm～500μm；一表面具有透明导电层的透明基板，与晶圆基板相对设置；框胶，位于晶圆基板和透明基板之间，框胶至少环绕有源电路的像素电路区并定义有一液晶空间；以及液晶，位于液晶空间内；硅基液晶面板可通过导电接口电性连接至外部电路基板。
该结构的硅基液晶面板的电流走向为垂直于面板方向，可实现更薄的厚度，大体上只有透明基板层、液晶层、晶圆基板层的三层结构，不需要在背面设置冗余的金属板和热沉等结构，可应用在头戴显示、微型投影机等场景领域。
在一个实施方式中，多个过孔在晶圆基板上的投影避开并环绕像素电路区。该技术方案将过孔连接在有源电路的输入/输出端的位置设置在像素电路区之外，一方面避免了占用紧凑的像素区，有利于提高像素密度，另一方面避免穿孔工艺对像素电路的稳定性产生破坏，有利于提高工艺可行性。
在一个实施方式中，多个过孔在晶圆基板上的投影避开并环绕外围电路区。
在一个实施方式中，有源电路包括多个金属层，多个金属层包括多个位于不同位置的输入/输出端，每一过孔与金属层的不同的输入/输出端垂直连接，进而实现与像素电路区及/或外围电路区的电连接。
在一个实施方式中，晶圆基板还包括间隔设置于第一表面上的多个导电垫，导电垫与有源电路电性连接，对于至少部分过孔，存在一个导电垫与之对应且电性连接。该技术方案有利于在不损坏导电接口的情况下(如无需将导电接口与测试装置焊接连接)对晶圆在液晶封装前/中进行测试，而且测试可以从晶圆正面(第一表面一侧)进行，操作更加便捷。
在一个实施方式中，硅基底的厚度范围为300μm～400μm。
在一个实施方式中，过孔的深宽比的范围为5:1至10:1。
在一个实施方式中，框胶包括至少一个设置在硅基液晶面板一侧的封闭的液晶灌注口。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的硅基液晶面板的制备方法的流程示意图；
图2为本发明的硅基液晶面板的结构示意图之剖视图；
图3为图1中步骤A提供的晶圆基板的结构示意图之俯视图；
图4为图3沿线I-I剖开的示意图；
图5为图1中步骤B的各具体流程的结构示意图之俯视图；
图6为图5沿线II-II剖开的结构示意图；
图7a为图1中步骤C的具体流程C1、C2、C3的局部结构示意图之剖视图；
图7b为图1中步骤C的具体流程C4、C5和C6的局部结构示意图之剖视图；
图8为图7a的步骤C2的变形实施方式C2’的局部结构示意图之剖视图；
图9为图1中步骤D的结构示意图；
图10为硅基液晶面板安装于外部电路基板的示意图；
图11为本发明实施例二提供的硅基液晶面板的制备方法的流程示意图；
图12为图11中的流程示意图对应的局部结构示意图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明中，管芯(die)是指硅基液晶面板不包含液晶封装结构(液晶、透明基板、框胶等)的部分，主要包括晶圆(硅基底+有源电路)和电路封装结构(过孔+导电接口等)；硅基液晶面板是指管芯+液晶封装结构，可独立作为产品销售；硅基液晶模组是指硅基液晶面板+外部电路基板，可由下游整机厂将硅基液晶面板结合到产品的PCB板上得到，也可以在生产硅基液晶面板后与外部电路基板组配打包销售，硅基液晶面板的功能完整性不受限于外部电路基板。
图1为本发明实施例一提供的硅基液晶面板的制备方法的流程示意图。如图1所示，该硅基液晶面板的制备方法包括以下步骤。
步骤A，提供液晶基板。其中，晶圆基板包括具有相对的第一表面和第二表面的硅基底，晶圆基板被交叉的多条分割线划分出多个管芯区域，每一管芯区域包括设置于第一表面上的有源电路，有源电路至少包括像素电路区和外围电路区。
步骤B，液晶空间封装。在晶圆基板上，于每一管芯区域，在第一表面一侧形成框胶，使得框胶至少环绕有源电路的像素电路区，框胶定义其所处的管芯区域的液晶空间；提供一表面具有透明导电层的透明基板，使透明基板具有透明导电层的表面与晶圆基板通过框胶进行贴合。
步骤C，电路封装。减薄硅基底至第一厚度，第一厚度的范围为220μm～500μm，在晶圆基板上，于每一管芯区域内，制造贯穿第一表面与第二表面的多个过孔，并在第二表面制造多个导电接口，导电接口与过孔一一对应，每一导电接口通过与其对应的过孔电性连接至其所处的管芯区域的有源电路。本发明所述的“贯穿”是指针对硅基底的贯穿，并非针对整个晶圆基板的贯穿，在硅基底的第一表面上有还有源电路所在的有源电路层。过孔与有源电路连接而非将其贯穿。
步骤D，切单(Singulation)。沿分割线切割晶圆基板，并相对应的切割透明基板，得到多个硅基液晶面板。
本发明制备方法得到的硅基液晶面板在应用到产品上时，进一步包括步骤：硅基液晶面板安装，使硅基液晶面板电性连接至外部电路基板，得到硅基液晶模组。该步骤不必算作硅基液晶面板的制备方法的必须步骤之内。
以下结合附图说明该硅基液晶面板的制备方法。
步骤A：提供一晶圆基板。
在本发明中，晶圆基板的直径例如为8英寸(200mm)或12英寸(300mm)。可在步骤A前或步骤A中通过集成电路制造得到提供的晶圆基板。该制造集成电路的工序可在晶圆厂(典型的如台积电、三星、联电、格罗方德、中芯国际等)中进行。
如图3所示，晶圆基板10包括硅基底11，晶圆基板10被交叉的多条分割线L(图中用虚线表示，分割线既可以是实际存在的划线，也可以是虚拟的线)划分出多个管芯区域10a。每一管芯区域包括有源电路12，有源电路12至少包括像素电路区(主要是控制液晶的像素存储电路)和外围电路区(主要是逻辑电路、时序控制电路、缓存电路、信号转换电路等)。
具体地，如图4所示，硅基底11具有相对的第一表面112(也可以称为硅基底的正面)和第二表面114(也可以称为硅基底的背面)。从晶圆厂出厂的硅基底的厚度一般较厚，通常厚度范围可以为800μm～1000μm。硅基底11的材质例如为单晶硅、多晶硅、锗化硅、碳化硅等。
有源电路12设置在第一表面112上。有源电路12具体地包括多个金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)晶体管(图未示)构成的有源显示驱动矩阵以及多个反射电极。其中反射电极位于有源电路12的最外层，即距离第一表面112最远的位置，用于硅基液晶面板的光反射，通常包括反射铝膜层。有源电路12包括金属层，在图4所示的实施方式中，仅示出了两个金属层(图4中填充为斜线“/”的部分)，可以理解，在本发明的其他实施方式中，有源电路也可以具有更多个金属层，多个金属层可以沿垂直于硅基底11的方向层叠设置，不同的金属层之间设置电介质层(dielectric layer，如硅玻璃)以进行电绝缘，金属层与硅基底11之间也设置有电介质层(图中未示出)，各金属层之间可以通过导孔(via)相互电连接。有源电路12包括多个输入/输出端13，作为各功能电路的端口，输入/输出端13也可以看作是有源电路12的一部分，在集成电路制造时同时蚀刻得到。有源电路12通过输入/输出端13与更外部的电路结构连接。各金属层的输入/输出端13可以在有源电路12的各金属层功能电路制造时同时蚀刻得到。本发明中，每一管芯区域10a内输入/输出端13的数量不作限制。
如图4所示，在本实施例中，晶圆基板10还包括间隔设置于第一表面一侧的多个导电垫17，导电垫17与有源电路12电性连接，导电垫17也可以看做有源电路12的一个组成部分。体现在制程上，在步骤A提供晶圆基板10时，于每一管芯区域10a内，得到间隔设置于第一表面112上的多个导电垫17，可以在制造反射电极所在的金属层时一并制造导电垫17。导电垫17可用于在后续制备过程中(如液晶空间封装前后、电路封装前后)对有源电路12进行测试，而且测试可以从晶圆正面(第一表面一侧)进行，操作更加便捷。
具体地，关于导电垫17的应用/结构，在后续硅基液晶面板的实施方式部分再行详细描述，此次不再赘述。可以理解，在本发明的一些实施方式中，也可以不必制造导电垫17。
在步骤A和步骤B之间，还包括清洗晶圆基板10的步骤，具体可包括去离子水清洗、等离子清洗等步骤。清洗步骤之后，还包括于晶圆基板10上形成配向层的步骤。配向层用于给液晶分子一个初始化的取向，使得不同位置的液晶分子在非工作状态下的取向一致。配向层的材质可以例如为硅氧化物(SiOx)，通过电子束蒸镀(Electron Beam Evaporation)的方式制得；或者，配向层的材质可以例如为聚酰亚胺，首先通过喷涂、化学气相沉积或原子层沉积的方式形成涂层，然后通过擦拭(Rubbing)工艺或者激光加工工艺在配向材料涂层表面形成数条取向沟槽，即得到具有配向能力的配向层。由于液晶层的上下表面都需要配向层，因此定义液晶层下方(即靠近晶圆基板10一侧)的为第一配向层，定义液晶层上方(靠近透明基板一侧)的为第二配向层。由于TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)结构的液晶面板的两个透明基板上也需要分别设置取向膜以定位液晶分子的取向，因此，于一实施例中，清洗晶圆基板10的步骤可在传统的液晶显示面板产线上进行。
步骤B：液晶空间封装。在晶圆基板上的各管芯区域通过框胶和透明基板形成液晶空间。请参见图5和图6，在晶圆基板10上，于每一管芯区域10a，在第一表面112一侧形成框胶20，使得框胶20至少环绕有源电路12的像素电路区，提供一透明基板40，使透明基板40与晶圆基板10通过框胶20进行贴合。
于一实施例中，可采用丝网印刷或者注射滴涂的方式设置框胶20。
其中，框胶20定义其所处的管芯区域10a的液晶空间30；透明基板40包括透明基材层41(透明基材层41的材质例如为玻璃)和透明导电层42(透明导电层42的材质例如为氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氟掺杂氧化锡(SnO2:F，FTO)、铝掺杂氧化锌(ZnO:Al，ZAO)或铟/锑/锌/镉的氧化物)，透明基板40具有透明导电层42的表面与晶圆基板10通过框胶20进行压合。
在图5和图6所示的实施方式中，在每一管芯区域10a上形成的框胶20都呈环形结构，该环形结构结合晶圆基板10和透明基板40形成封闭空间(或仅留有一个小尺寸液晶灌注口)，可用于将液晶封闭在液晶空间30内。框胶20至少环绕有源电路的像素电路区域，这样才使得硅基液晶面板的像素发射的光能够在框胶20框住的范围内出射。可选地，有源电路的外围电路区也可以位于框胶20的下方。在本发明中，对于每一管芯区域10a，框胶20的宽度为400μm～1000μm。
框胶20的材料可以为热固化胶及/或紫外光固化胶等，于一实施例中，也可以光固化和热固化兼具，以利用热固化弥补紫外光未照射到的框胶20位置，避免发生框胶20区的硬化程度不足的问题。框胶20中还可以混合有硬质的微球或其他间隔物(如为塑胶、氧化硅、玻璃、树脂或其他性质类似的混合物所制成)，用于当被压合时使得胶层22维持一定合适的厚度。框胶20除了将晶圆基板10和透明基板40粘接在一起之外，还起到抵御水汽等外部环境入侵的作用。
关于贴合透明基板40的步骤，具体包括，在真空状态下，通过压膜机将透明基板40与晶圆基板10对合，接着对框胶20进行固化。
在本发明中，为使得液晶空间30内的液晶具有初始取向，还需要在液晶上下两侧设置配向层(图中未示出)。具体地，包括晶圆基板10一侧的第一配向层和透明基板40一侧的第二配向层。上文已描述了第一配向层的制备，关于第二配向层的制备可参照第一配向层的制备：包括提供一尺寸与晶圆基板10相当的透明基板40，清洗透明基板(例如，去离子水清洗后再进行等离子清洗)，在透明基板40的透明导电层42上通过蒸镀、涂布或沉积等工艺形成配向材料涂层，再通过擦拭工艺在配向材料涂层表面形成数条取向沟槽，即得到第二配向层。第二配向层位于透明导电层42的表面上。本发明中的透明基板40的厚度范围可选为200μm～750μm，较薄厚度的透明基板可以通过磨薄的工艺得到。
步骤C：电路封装，减薄硅基底11至第一厚度，在晶圆基板的各管芯区域制造过孔及导电接口。如图7a和图7b所示，在步骤B得到的晶圆基板上，将硅基底减薄后，于每一管芯区域10a内，制造贯穿第一表面与第二表面的多个过孔50(金属化孔)，并在第二表面制造多个导电接口14，导电接口14与过孔50一一对应，每一导电接口14通过与其对应的过孔50电性连接至其所处的管芯区域10a的有源电路12。
具体地，步骤C包括步骤C1、C2、C3、C4、C5、C6，具体如下：
步骤C1，减薄硅基底11至第一厚度，第一厚度的范围为220μm～500μm。可以通过研磨、化学机械抛光、湿法腐蚀等方式实现对硅基底11的减薄。减薄后的硅基底更容易穿孔，而且可以减小硅基液晶面板的整体厚度。但是，过薄的厚度将导致硅基底11的机械性能下降，可能导致打孔过程中硅基底破裂或对有源电路12产生不利影响；而且，过薄的厚度会导致硅基底11的光学平整度下降，容易发生轻微弯曲，该轻微弯曲可能导致反射光在较远的位置的成像产生大距离的偏移或形变。因此，本发明选择在较厚的硅基底上制造过孔，既可以保障产品良率，又可以提高硅基液晶面板的光学平整度。
在本发明的一个实施方式中，优选地，第一厚度范围为300μm～400μm。
步骤C2，从硅基底11的第二表面114一侧制造贯穿第一表面112和第二表面114的通孔55，暴露输入/输出端13。由于本发明的硅基底11的厚度较大，可选地，本实施例先采用激光钻孔于硅基底11上形成盲孔，然后于盲孔处进行反应离子刻蚀，使得有源电路12的输入/输出端13暴露出来。本实施例这种将激光钻孔与反应离子刻蚀相结合的方式，一方面利用激光钻孔制造大深宽比的孔，另一方面避免激光钻孔破坏输入/输出端13。
本发明中，过孔的深宽比的范围为5:1至10:1。
对于每一所述管芯区域，使制造的通孔55在晶圆基板10上的投影避开并环绕像素电路区设置，从而使得过孔在晶圆基板10上的投影避开并环绕像素电路区设置。
由于本发明一些实施方式的硅基液晶面板包含的过孔数量较多，有约数十个之多，在制造过孔时，可先于硅基底的第二表面开设沟槽，然后在沟槽内开设多个过孔。这一方面可以继续维持硅基底较厚的厚度，另一方面减小了制造单个过孔时需要钻孔的深度，降低了工艺难度，提高了生产效率。具体地，请参见图8，先在硅基底第二表面一侧开设沟槽56，然后在沟槽56内开设多个通孔55’，并制造过孔。该实施方式中，由于沟槽56的存在，那么过孔的通孔55’的部分的深宽比可以较小，如5:1至7:1。对于上述没有沟槽的实施方式，通孔的深度较大，过孔深宽比的范围优选为8:1至10:1。
步骤C3，制造覆盖通孔55的壁面及至少部分第二表面114的介电层51(dielectriclayer)，蚀刻介电层51，确保使输入/输出端13暴露，得到图案化介电层51。
步骤C4，制造覆盖至少部分图案化介电层51的图案化导电层52，并使图案化导电层52由第二表面114一侧覆盖输入/输出端13，与输入/输出端13实现电连接，至少部分图案化导电层52延伸至第二表面114一侧。图案化导电层52的材质例如为铜，或者其他金属或金属合金。在步骤C4中，制造图案化导电层52具体可包括沉积金属导电层，然后图案化蚀刻，或者可以直接图案化沉积。
步骤C5，由硅基底11的第二表面114一侧，制造覆盖至少部分图案化导电层52的图案化钝化层53。该图案化钝化层53用于对图案化导电层52进行绝缘处理，避免外部器件造成图案化导电层52短路。具体地，图案化钝化层53可以为介电材料组成，可以为聚酰亚胺(Polyimide，PI)或环氧树脂(Epoxy)。
步骤C6，在图案化导电层52的未覆盖图案化钝化层53的区域制造导电接口14。过孔50至少由通孔55内图案化介电层51、图案化导电层52和图案化钝化层53组成，并延伸至第二表面114一侧，与导电接口14通过图案化导电层52电性连接。每一过孔50与有源电路12的金属层的不同的输入/输出端13垂直连接，进而实现了有源电路12与过孔50的电连接。
导电接口14包括球栅阵列封装结构(Ball Grid Array，BGA)、引脚网格阵列结构(Pin-Grid Array，PGA)、栅格阵列封装结构(Land Grid Array，LGA)中的至少一种，第一导电接口的材质例如为锡、锡银、锡铅、锡银铜、锡银锌、锡锌、锡铋铟、锡铟、锡金、锡铜、锡锌铟或者锡银锑中的一种或者多种的任意组合，并且可以包括活性剂。该类封装结构可以使得硅基液晶面板能够在垂直方向上连接到外部电路基板。
步骤D：切单。切割透明基板及晶圆基板，得到多个硅基液晶面板。
如图9所示，步骤D中，沿分割线切割透明基板和晶圆基板，进而得到多个硅基液晶面板100。
具体地，可以采用直接切割的方式，直接利用切割设备将硅基底和透明基板切开，包括物理切割和激光切割；也可以采用先锯割断裂槽(不完全切断)或者划片，然后物理分离的方式。
在本实施例中，晶圆基板与透明基板的切割线在垂直于晶圆基板的方向上重合，而非传统工艺中的错位排布关系，使得切割后的透明基板不会相对于晶圆基板凸出来一块；也无需透明基板将晶圆基板的正面(硅基底第一表面)区域露出来。
为保护晶圆基板10背面的导电接口14等结构，可以设计一个载板，用于放置晶圆基板10，载板上具有对应导电接口14的凹槽结构，一方面可以保护晶圆基板10的背面结构不被压坏，另一方面便于划片切割。
在本实施例一的步骤D中，在切割晶圆基板10与透明基板40后，还包括将液晶灌注到液晶空间内的步骤。具体地，可通过真空虹吸的方式实现。在液晶灌注结束后，封堵框胶预留的液晶灌装口，实现对液晶的密封。
本技术方案是结合实际生产的更加经济可行的技术路线。该技术方案下，虽然液晶灌装是芯片级(Die Level)，但是硅基液晶面板的整体生产流程的90％的部分是晶圆级，特别是电路封装(步骤C)是晶圆级，仍然满足大规模量产的的优势。
在本发明中，得到的硅基液晶面板的总厚度范围为400μm～1300μm，基本上主要包括透明基板层、液晶层和晶圆基板层的厚度；在尺寸方面，切割后的尺寸即硅基液晶面板100的尺寸，与管芯尺寸相同，即本发明的封装工艺为CSP(chip scale package)。硅基液晶面板100总体尺寸的缩小使其更适于应用于头戴显示、微型投影领域。
在上述步骤A-D制备得到硅基液晶面板100后，即可直接作为产品出货。下游客户在应用时，可将硅基液晶面板100安装于外部电路基板上(如PCB板)，从而应用于系统。具体地，外部电路基板可以包括多个模块，如FPGA模块、电源模块、显示芯片模块等，本发明制备的硅基液晶面板100可安装在显示芯片模块的插槽中，或者焊接在上面。
图10中示出了一个硅基液晶面板100与一个外部电路基板120电性连接。其中，外部电路基板120可以为软性电路板、印刷电路板。硅基液晶面板100通过导电接口14与外部电路基板120电性连接，以使得有源电路12通过多个输入/输出端13、多个过孔50、多个导电接口14电性连接外部电路基板120，进行信号的输入和输出。具体的，硅基液晶模组100定义有多个像素(图未示)，有源显示驱动矩阵对应每一个像素设置有一组MOS晶体管。有源显示驱动矩阵中的各组MOS晶体管可以通过控制反射式电极上施加的电压，来控制每个像素所对应的液晶分子所处的电场，从而调整每个像素所对应的液晶分子的旋转角度，进而控制各像素所对应区域出射光的偏振态，与偏振分光器件配合实现图像调制。
上述实施例一及其各类具体变形实施方式提供了硅基液晶面板的制备方法。在本发明的相同的发明构思下，还有另一种硅基液晶面板的制备方法的变形实施例。该技术方案与上述实施例的区别仅在于步骤B与步骤C的次序调换。如图11和图12所示，在实施例二中，先进行电路封装，然后进行液晶空间封装。
关于实施例二的各步骤及各步骤中的结构的描述，可以参照实施例一对应的说明书及附图的描述，此次不再赘述。由于步骤B的液晶空间封装制程和步骤C的电路封装制程相对独立，相互影响不大，因此可以对其次序进行调换。先B后C和先C后B各有利弊。具体地，先B后C，可先利用形成的液晶空间对有源电路的像素电路区形成保护；先C后B，可防止步骤B中的框胶产生的污染(如有机物挥发)影响步骤C的设备，特别是如果该设备并非专用于本申请的制备生产，那么可能在其他产品的制备中产生交叉污染。
在上述实施例一与实施例二中，都是在步骤D的切割晶圆基板与透明基板后进行灌液晶的工序。在本发明的其他实施方式中，无论步骤B与步骤C的次序，也可以在步骤B中注入液晶。在步骤B中，在形成框胶后，贴合透明基板前，还包括将液晶注入液晶空间的步骤。具体包括，通过液晶滴下式注入(One Drop Filling，ODF)工艺注入液晶。此ODF工艺能够在压合透明基板之前进行，大幅减少灌入液晶的时间，提高液晶利用率，而且能够在晶圆级(Wafer Level)进行，使得整套硅基液晶面板的制备方法处于晶圆级，大大提高量产性。但是同时也存在ODF设备昂贵、需要液晶液滴调配工艺等困难。
本发明一实施例还提供通过上述的硅基液晶面板的各制备方法获得的硅基液晶面板及硅基液晶模组，硅基液晶模组包括电性连接的硅基液晶面板与外部电路基板，硅基液晶面板通过导电接口电性连接至外部电路基板。如图2所示，硅基液晶面板100包括相对设置的晶圆基板10与透明基板40。
晶圆基板10包括具有相对的第一表面112和第二表面114的硅基底11，晶圆基板10还包括位于第一表面112上的有源电路12、位于第二表面114上的多个导电接口14以及贯穿第一表面112和第二表面114的多个过孔50。其中，导电接口14与过孔50一一对应，每一导电接口14通过与其对应的过孔50电性连接至有源电路12，其中，有源电路包括像素电路区和外围电路区。
具体地，像素电路区包括多个像素电路，其与硅基液晶面板的液晶像素一一对应，通过控制液晶像素的液晶分子所处的电场，来控制液晶分子的偏转；外围电路区与像素电路区通过电路连接，用于处理输入的图像信号、电源信号及其他控制信号，从而对像素电路区输出像素电路的控制信号。
本发明中，硅基底11的厚度范围为220μm～500μm。该尺寸兼顾了机械可靠性和光学平整度，也有利于降低制造过孔50时可能对有源电路12和硅基底11造成的损坏。进一步地，该厚度范围优选为300μm～400μm。
透明基板40包括透明基材层41和透明导电层42，该透明导电层42面向晶圆基板10相对设置。晶圆基板10与透明基板40通过设置在两者之间的框胶20连接，该框胶20至少环绕有源电路12的像素电路区，并定义有一液晶空间30。即框胶20、晶圆基板10与透明基板40共同围成一封闭空间，用于灌装液晶，形成液晶层。透明基板40的厚度范围为200μm～750μm。
透明基材层41例如为透光性能良好的玻璃，尤其是对可见光段具有良好且随波长变化不大的光透过率，以减少入射光进入液晶空间和出射光出射的光损失。玻璃基材层41可以为石英玻璃。
透明导电层42的材质例如为氧化铟锡、氟掺杂氧化锡、铝掺杂氧化锌或铟/锑/锌/镉的氧化物。透明导电层42电连接至有源电路12，有源电路12通过输出一个电压，控制整个透明导电层42的电平，从而在透明导电层42与有源电路12的反射电极之间形成电场，控制液晶分子的取向。
在本实施例中，液晶层的上下两侧还分别设有第一配向层113和第二配向层43。其中，第一配向层113属于晶圆基板10的一部分，位于有源电路12上方；第二配向层43属于透明基板40的一部分，位于透明导电层42的下方。第一配向层113和第二配向层43用于对液晶空间30内的液晶分子初始定向。配向层的材质例如为聚酰亚胺或硅氧化物。
于一实施例中，框胶20内具有多个间隔物(spacer)，用于提供足够的机械支撑。
于一实施例中，框胶20包括至少一个设置在硅基液晶面板100一侧的封闭的液晶灌注口。该实施方式对应上述制备方法实施方式中在步骤D中灌装液晶的技术方案。
该硅基液晶面板，晶圆基板10具有贯穿硅基底11的过孔50，其通过设置在晶圆基板10背面的导电接口14连接过孔50、输入/输出端13及有源电路12，使得该硅基液晶面板的制作可以使用无源液晶显示面板的生产线从晶圆基板10的正面进行液晶空间封装制程，减少设备投资的成本。另，在晶圆基板10上采用硅通孔技术，形成贯穿硅基底11的过孔50，使硅基液晶面板100直接通过导电接口14连接外部电路基板，无需FPC线，提高了信号处理速度并节约了成本。
本实施例中，过孔50至少包括图案化介电层51、图案化导电层52和图案化钝化层53。在图2中，过孔50还包括图案化钝化层54，设置于硅基底11的第二表面114一侧，在第二表面114一侧形成凸起，用于承载图案化导电层52以及导电接口14。
本实施例中，过孔50的深宽比的范围为5:1至10:1。
如图2所示，过孔50在晶圆基板10上的投影避开并环绕有源电路12的像素电路区(可以认为至少避开了液晶空间30的下方)。对于存在多个过孔的情况，各过孔都避开像素电路区。体现在制程上，在上述制备方法的实施方式中，在电路封装的步骤(即步骤C)，对于每一管芯区域10a，使制造的多个过孔50在晶圆基板10上的投影避开并环绕像素电路区设置。
在本发明的一些实施方式中，过孔50在晶圆基板10上的投影避开并环绕外围电路区。如图2所示，有源电路12的位于框胶20正下方的部分可认为是部分外围电路，图示中示意出的两个过孔50都避开了该部分的外围电路。体现在制程上，在上述制备方法的实施方式中，在电路封装的步骤C，对于每一管芯区域10a，使制造的多个过孔50在晶圆基板10上的投影避开并环绕外围电路区设置。
在本发明的一个变形实施方式中，还可以使得部分过孔设置在外围电路区，该技术方案使得外围电路布图设计更灵活，也有利于提高该部分过孔对应的电路的传输速率。
于另一实施例中，上述的硅基液晶面板的制备方法中，有源电路12包括多个金属层，多个金属层包括多个位于不同位置的输入/输出端13，每一过孔50与金属层的不同的输入/输出端13垂直连接，进而实现与像素电路区及/或外围电路区的电连接。
如图2所示，晶圆基板10还包括间隔设置于硅基底11的第一表面112一侧的多个导电垫17，导电垫17与有源电路12电性连接，对于至少部分过孔50，存在一个导电垫17与之对应且电性连接。体现在制程上，导电垫17可用于在硅基液晶面板制备过程中对有源电路12进行测试。该技术方案有利于在不损坏导电接口14的情况下(如无需将导电接口与测试装置焊接连接)对有源电路12进行测试，而且测试可以从晶圆正面(第一表面一侧)进行，操作更加便捷。
在本发明的一些实施方式中，对于每一过孔50，都存在唯一的导电垫17与之电性连接。那么，就可以通过以导电垫17为输入输出接口测试各导电接口14对应的电路是否正常工作。
在一些实施例中，还包括独立的导电垫17，如图2所示的右侧的导电垫17，其一方面与有源电路12电性连接，一方面与透明基板40的透明导电层42通过导电胶60电性连接，从而可以作为电导对透明导电层42提供电压。
在本发明的一些实施方式中，对于至少部分过孔50，存在一个导电垫17与之对应且电性连接，每一导电垫17和与其对应的过孔50在晶圆基板10上的投影相互错开。该技术方案使得导电垫与有源电路的物理连接相对独立于过孔与有源电路的物理连接，使得电路布图更具有灵活性。
在另一个实施方式中，每一导电垫17和与其对应的过孔50在晶圆基板10上的投影重叠(如图2的左侧的导电垫与过孔)。该技术方案减少了需要在金属层上设置的输入/输出端13的数量，使得导电垫17与过孔50可以同时连接同一个输入/输出端13，有利于减小硅基液晶面板100的总体尺寸。
本发明中，导电接口14包括BGA、PGA、LGA中的至少一种。该类封装结构可以使得硅基液晶面板100能够在垂直方向上连接到外部电路基板。由于BGA的安装方式存在一个加热的过程，可能会对液晶产生损坏，因此，优选地采用PGA或LGA的连接方式。
从硅基液晶面板100的安装温度的角度考虑，本发明的制备方法优选采用较低温度的安装方式。在本发明的一个实施例中，导电接口14通过机械压合或机械耦接的方式与外部电路基板实现电性连接。进一步的，硅基液晶面板与外部电路基板可通过卡扣进一步固定，提高了机械压合或机械耦接的连接可靠性。
在本实施例中，至少部分导电接口14在晶圆基板10上的投影相对于该导电接口14对应的过孔50在晶圆基板上的投影更靠近硅基液晶面板100的中心。通过将过孔50与导电接口14利用晶圆基板10的硅基底11的第二表面114上的电路连接，可以使得部分导电接口14分布于对应有源电路12的像素电路区的位置，避免了导电接口14在边缘位置过于拥挤，同时也可以使导电接口14的尺寸更大，获得更高的传输效率。导电接口14在第二表面114上的排列可以呈均匀阵列的方式，也可以是非均匀的排列方式，此处不再举例一一说明。
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1.一种硅基液晶面板的制备方法，其包括以下步骤：
步骤A，提供晶圆基板，所述晶圆基板包括具有相对的第一表面和第二表面的硅基底，所述晶圆基板被交叉的多条分割线划分出多个管芯区域，每一所述管芯区域包括设置于所述第一表面上的有源电路，所述有源电路至少包括像素电路区和外围电路区；
步骤B，在所述晶圆基板上，于每一所述管芯区域，在所述第一表面一侧形成框胶，使得所述框胶至少环绕所述有源电路的所述像素电路区，所述框胶定义其所处的所述管芯区域的液晶空间；提供一表面具有透明导电层的透明基板，使所述透明基板具有所述透明导电层的表面与所述晶圆基板通过所述框胶进行贴合；
步骤C，减薄所述硅基底至第一厚度，所述第一厚度的范围为220μm～500μm，在所述晶圆基板上，于每一所述管芯区域内，制造贯穿所述第一表面与所述第二表面的多个过孔，并在所述第二表面制造多个导电接口，所述导电接口与所述过孔一一对应，每一所述导电接口通过与其对应的过孔电性连接至其所处的所述管芯区域的有源电路；
步骤D，沿所述分割线切割所述晶圆基板，并相对应的切割所述透明基板，得到多个硅基液晶面板。
2.如权利要求1所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，所述步骤B与所述步骤C的次序调换。
3.如权利要求1或2所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，在所述步骤B中，在形成所述框胶后，贴合所述透明基板前，还包括将液晶注入所述液晶空间的步骤。
4.如权利要求1或2所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，所述步骤D中，在切割所述晶圆基板与所述透明基板后，还包括将液晶灌注到所述液晶空间内的步骤。
5.如权利要求1或2所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，所述过孔的深宽比的范围为5:1至10:1。
6.如权利要求5所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，在所述步骤C中，制造所述过孔的步骤包括，先采用激光钻孔于所述硅基底上形成盲孔，然后于所述盲孔处进行反应离子刻蚀。
7.如权利要求1或2所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，在所述步骤C中，制造所述过孔的步骤包括，首先于所述硅基底的第二表面开设沟槽，然后于所述沟槽内开设多个所述过孔。
8.如权利要求1或2所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，在所述步骤C中，对于每一所述管芯区域，使制造的所述多个过孔在所述晶圆基板上的投影避开并环绕所述像素电路区设置。
9.如权利要求8所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，所述有源电路包括多个金属层，所述多个金属层包括多个位于不同位置的输入/输出端，每一所述过孔与所述金属层的不同的输入/输出端垂直连接，进而实现与所述有源电路的电连接。
10.如权利要求9所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，制造所述过孔的步骤包括：于每一所述管芯区域内，制造贯穿所述第一表面与所述第二表面的通孔，所述通孔暴露所述输入/输出端；制造覆盖所述通孔的壁面及至少部分第二表面的介电层，蚀刻所述介电层，确保使所述输入/输出端暴露，得到图案化介电层；制造覆盖至少部分所述图案化介电层的图案化导电层，并使所述图案化导电层由所述第二表面一侧覆盖所述输入/输出端，至少部分所述图案化导电层延伸至所述第二表面一侧；由所述第二表面一侧，制造覆盖至少部分所述图案化导电层的图案化钝化层。
11.如权利要求10所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，在所述步骤C中，在所述图案化导电层的未覆盖所述图案化钝化层的区域制造所述导电接口。
12.如权利要求1或2所述的硅基液晶面板的制备方法，其特征在于，所述导电接口包括球栅阵列封装结构、引脚网格阵列结构、栅格阵列封装结构中的至少一种。
13.一种硅基液晶面板，其特征在于，包括：
晶圆基板，所述晶圆基板包括具有相对的第一表面和第二表面的硅基底、位于所述第一表面上的有源电路、位于所述第二表面上的多个导电接口以及贯穿所述第一表面和所述第二表面的多个过孔，所述导电接口与所述过孔一一对应，每一所述导电接口通过与其对应的过孔电性连接至所述有源电路，所述有源电路至少包括像素电路区和外围电路区；所述硅基底的厚度范围为220μm～500μm；
一表面具有透明导电层的透明基板，与所述晶圆基板相对设置；
框胶，位于所述晶圆基板和所述透明基板之间，所述框胶至少环绕所述有源电路的所述像素电路区并定义有一液晶空间；以及
液晶，位于所述液晶空间内；
所述硅基液晶面板可通过所述导电接口电性连接至外部电路基板。
14.如权利要求13所述的硅基液晶面板，其特征在于，所述硅基底的厚度范围为300μm～400μm。
15.如权利要求13所述的硅基液晶面板，其特征在于，所述过孔的深宽比的范围为5:1至10:1。
16.如权利要求13所述的硅基液晶面板，其特征在于，所述框胶包括至少一个设置在所述硅基液晶面板一侧的封闭的液晶灌注口。
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