CN115832160A - 散热背板及其制备方法、半导体结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种散热背板，包括衬底、斜向悬空电极结构和散热通孔。其中，斜向悬空电极结构位于衬底的表面；散热通孔位于衬底内。上述散热背板，具有斜向悬空电极结构，可以增加电极与空气的接触面积，增强电极自身的散热能力；再结合衬底内的散热通孔，在增加散热背板散热面积的同时，还便于与其他散热机制相结合，对散热背板进行充分散热，提高散热背板的散热能力。

Description

散热背板及其制备方法、半导体结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及背板散热技术领域，尤其涉及一种散热背板及其制备方法、半导体结构及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，液晶显示技术越来越成熟，电视也从使用传统的显像管发展到使用液晶显示屏。由于液晶显示屏是被动发光的显示屏，液晶显示面板本身不发光，所以液晶显示屏需要背光模组来提供光源，从光源的类别来分，背光模组可以分为CCFL背光模组、LED背光模组等。LED背光模组由于其色彩还原性好，易于进行分区控制等原因，已成为液晶显示屏的主流背光源。

LED背光模组根据LED光源位置的不同一般可分为侧光式LED背光模组和直下式LED背光模组，通常，直下式LED背光模组的LED光源安装在底部，主要包括：LED光源、反射片、扩散板和/或扩散膜、棱镜膜、增亮膜等。而侧光式LED背光模组的LED光源安装在侧面，主要包括：LED光源、反射片、导光板、棱镜膜、增亮膜等。侧光式LED背光模组和直下式LED背光模组的主要区别在于分别使用了扩散板和导光板，扩散板配合底部的光源混光后提供给液晶显示屏，导光板配合侧面的光源将光导成面光源后提供给液晶显示屏。

随着液晶电视的轻薄化、大尺寸越来越成为市场主流，液晶显示屏的轻薄化和大尺寸也是必然，为了配合大尺寸的液晶显示屏，需要在液晶显示屏的背光模组上安装相应数量的LED光源。Micro-LED作为新兴的显示技术，具有响应速度快，自主发光、对比度高、使用寿命长、光电效率高等特点。

在Micro-LED背板中，由于在LED点亮过程中，背板电路以及LED芯片会产生大量热量，如果没有较好的散热设计，会造成LED使用寿命降低，以及LED发光效率降低。因此，如何提高背板的散热能力是亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种散热背板及其制备方法、半导体结构及其制备方法，旨在解决如何提高背板散热能力的问题。

一种散热背板，包括：衬底；斜向悬空电极结构，位于所述衬底的表面；散热通孔，位于所述衬底内。

上述散热背板，具有斜向悬空电极结构，可以增加电极与空气的接触面积，增强电极自身的散热能力；并且，斜向悬空的电极结构还可以使得焊接在电极上的芯片与衬底之间具有一定的空间，有利于芯片散热。再结合衬底内的散热通孔，在增加散热背板散热面积的同时，还便于散热背板与其他散热机制相结合，对散热背板进行充分散热，提高散热背板的散热能力。

可选地，所述斜向悬空电极结构包括：第一斜向悬空电极，位于所述衬底的表面；第二斜向悬空电极，位于所述衬底的表面，所述第二斜向悬空电极的延伸方向与所述第一斜向悬空电极的延伸方向相交。

可选地，所述散热通孔位于同一所述斜向悬空电极结构的所述第一斜向悬空电极与所述第二斜向悬空电极之间。

通过在第一斜向悬空电极与第二斜向悬空电极之间设置散热通孔，可以将散热通孔的作用发挥到最大，有针对性地将各个芯片产生热量驱散。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种散热背板的制备方法，包括：提供衬底；于所述衬底的表面形成斜向悬空电极结构；于所述衬底中形成散热通孔。

上述散热背板的制备方法，将电极设计为斜向悬空结构，可以增加电极与空气的接触面积，增强电极自身的散热能力；并且，通过在衬底内的形成散热通孔，可以在增加散热背板散热面积的同时，便于与其他散热机制(例如使用冷凝剂进行散热)相结合，极大地提高散热背板的散热能力。

可选地，于衬底的表面形成斜向悬空电极结构的步骤包括：于所述衬底表面形成牺牲层；对所述牺牲层进行图形化处理，以得到多个间隔排布的梯形图像单元；于所述梯形图像单元的侧壁形成所述斜向悬空电极结构，所述斜向悬空电极结构一端与所述衬底的表面连接；去除所述梯形图像单元。

可选地，所述于所述衬底中形成散热通孔，包括：翻转所述衬底，于所述衬底远离所述斜向悬空电极结构的表面形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层定义成所述散热通孔的形状及位置；基于所述图形化光刻胶层于所述衬底中形成所述散热通孔。

可选地，所述翻转所述衬底之前，还包括：于所述斜向悬空电极结构之间填充电极保护层；形成所述散热通孔之后，还包括：去除所述电极保护层。

通过在斜向悬空电极结构之间填充电极保护层，可以在后续形成散热通孔的工艺中，避免对悬空的电极结构造成损伤。

可选地，所述斜向悬空电极结构包括第一斜向悬空电极及第二斜向悬空电极，所述第一斜向悬空电极位于所述梯形图像单元的一侧壁，所述第二斜向悬空电极位于同一所述梯形图像单元相对的另一侧壁；所述散热通孔位于同一所述斜向悬空电极结构的所述第一斜向悬空电极与所述第二斜向悬空电极之间。

通过在第一斜向悬空电极与第二斜向悬空电极之间设置散热通孔，可以将散热通孔的作用发挥到最大，有针对性地对电极传递至衬底中的热量进行驱散。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种半导体结构，包括上述任一实施例中所述的散热背板；芯片，所述芯片位于所述斜向悬空电极结构远离所述衬底的表面。

通过在上述实施例中散热背板上安装芯片，可以充分利用散热背板强大的散热能力，将芯片自身以及传递至背板中的热量进行驱散，降低芯片的工作温度，提高芯片使用寿命。

基于同样的发明构思，本申请还提供一种半导体结构的制备方法，包括：采用上述任一实施例所述的散热背板的制备方法制备所述散热背板；于所述散热背板表面形成芯片，所述芯片与所述斜向悬空电极结构远离所述衬底的表面连接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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，对于本领域普通技术人员来讲，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实施例的附图。

图1为本申请一实施例中散热背板的制备方法的流程框图。

图2为本申请一实施例中于衬底上形成牺牲层后得到的半导体结构的截面结构示意图。

图3为本申请一实施例中形成梯形图像单元后得到的半导体结构的截面结构示意图。

图4为本申请一实施例中于梯形图像单元的侧壁形成斜向悬空电极结构后得到的半导体结构的截面结构示意图。

图5为在图4的基础上去除梯形图像单元后得到的半导体结构的截面结构示意图。

图6为本申请一实施例中形成电极保护层后得到的半导体结构的截面结构示意图。

图7为本申请一实施例中翻转衬底并形成图形化光刻胶层后得到的半导体结构的截面结构示意图。

图8为本申请一实施例中形成散热通孔后得到的半导体结构的截面结构示意图。

图9为本申请一实施例中形成的散热背板的截面结构示意图。

图10为本申请一实施例中芯片设置于散热背板上的截面结构示意图。

图11为采用空气气流对图10所示结构进行散热的示意图。

图12为采用导热液对图10所示结构进行散热的示意图。

附图标记说明：

100-衬底；101-牺牲层；102-梯形图像单元；103-电极保护层；104-图形化光刻胶层；200-斜向悬空电极结构；201-第一斜向悬空电极；202-第二斜向悬空电极；300-散热通孔；400-芯片。

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。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

在Micro-LED背板中，需要安装数量巨大的Micro-LED芯片，巨量的芯片和背板电路会产生大量热量，如果这些热量聚集在背板中无法及时散去，会对Micro-LED芯片的使用寿命造成严重影响，不仅会降低芯片使用寿命，还会降低Micro-LED发光效率。

基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。

如图1所示，本申请的一个实施例提供了一种散热背板的制备方法，包括如下步骤：

S10：提供衬底。

S20：于所述衬底的表面形成斜向悬空电极结构。

S30：于所述衬底中形成散热通孔。

上述散热背板的制备方法，将电极设计为斜向悬空结构，可以增加电极与空气的接触面积，增强电极自身的散热能力；并且，通过在衬底内的形成散热通孔，可以在增加散热背板散热面积的同时，便于与其他散热机制(例如使用冷凝剂进行散热)相结合，极大地提高散热背板的散热能力。

具体地，在步骤S10中，衬底可以包括但不限于硅衬底、蓝宝石衬底和其他衬底。

在步骤S20中，示例地，形成斜向悬空电极结构200的步骤可以包括：

S21：于衬底100表面形成牺牲层101，如图2所示。

示例地，牺牲层101可以包括但不限于光刻胶层或二氧化硅层。例如，可以在硅衬底上旋涂光刻胶层，以形成图2所示的半导体结构。后续步骤中，将在光刻胶层中制备斜向悬空电极结构，因此，光刻胶层的厚度即为斜向悬空电极结构的垂直高度。

S22：对牺牲层101进行图形化处理，以得到多个间隔排布的梯形图像单元102，如图3所示。

示例地，可以采用光刻工艺，对牺牲层101进行图形化处理，得到如图3所示的梯形图像单元102。通过控制梯形图像单元102侧壁的倾斜程度，可以控制斜向悬空电极结构的倾斜程度。

S23：于梯形图像单元102的侧壁形成斜向悬空电极结构200，斜向悬空电极结构200一端与衬底100的表面连接，如图4所示。

示例地，可以利用真空镀膜机，在梯形图像单元102的侧壁蒸镀金属电极，形成斜向悬空的金属电极，如图4所示。金属电极的材质可以包括但不限于金属铜、银或金。由于梯形图像单元102的侧壁为斜面，所以形成于梯形图像单元102侧壁的斜向悬空电极结构200的延伸方向与衬底100的表面斜交。并且，斜向悬空电极结构200的一端与衬底100的表面连接，以固定安装于衬底100表面。

示例地，如图4所示，斜向悬空电极结构200包括第一斜向悬空电极201及第二斜向悬空电极202，第一斜向悬空电极201位于梯形图像单元102的一侧壁，第二斜向悬空电极202位于同一梯形图像单元102相对的另一侧壁。在本实施例中，以形成于同一梯形图像单元102侧壁上的两个斜向悬空电极作为一个斜向悬空电极结构200，衬底100上形成的斜向悬空电极结构200的数量与梯形图像单元102的数量相等。

S24：去除梯形图像单元102，如图5所示。

示例地，添加光刻胶清洗液，将光刻胶材质的梯形图像单元102去除。得到如图5所示的斜向悬空电极结构200。斜向悬空的电极结构200增加了电极暴露在空气中的表面积，提高了电极自身的散热能力；并且，斜向悬空的电极结构200还可以使得焊接在电极上的芯片与衬底100之间具有一定的空间，有利于芯片散热。

在步骤S30中，示例地，于衬底100中形成散热通孔300的步骤包括：

S31：翻转衬底100，于衬底100远离斜向悬空电极结构200的表面形成图形化光刻胶层，图形化光刻胶层定义成散热通孔的形状及位置。

S32：基于图形化光刻胶层于衬底100中形成散热通孔。

在一个实施例中，翻转衬底100、于衬底100远离斜向悬空电极结构200的表面形成图形化光刻胶层之前，还包括如下步骤：于斜向悬空电极结构200之间填充电极保护层103，如图6所示。其中，电极保护层103可以是电极保护胶。通过在斜向悬空电极结构200之间旋涂电极保护层103，可以防止斜向悬空电极结构200在后续的制程中出现损伤。

示例地，旋涂电极保护层103后，翻转衬底100，于衬底100远离斜向悬空电极结构200的表面形成图形化光刻胶层104，如图7所示。其中，图形化光刻胶层104用于定义散热通孔300的形状和位置。作为示例，散热通孔300的形状为圆柱形，散热通孔300的位置与斜向悬空电极结构200的位置相对应，即，散热通孔300位于属于同一斜向悬空电极结构200的第一斜向悬空电极201和第二斜向悬空电极202之间，如图8所示。因此，散热通孔300与斜向悬空电极结构200一一对应设置。

示例地，可以利用深反应离子刻蚀技术对衬底100进行刻蚀，形成如图8所示的散热通孔300。深反应离子刻蚀技术是一种各向异性很强、选择性高的干法腐蚀技术。它是在真空系统中利用分子气体等离子来进行刻蚀，利用了离子诱导化学反应来实现各向异性刻蚀，利用离子能量来使被刻蚀层的表面形成容易刻蚀的损伤层和促进化学反应，同时离子还可清除表面生成物。可以通过控制刻蚀时间、气体流量和功率等工艺参数，在衬底100中形成散热通孔300。

在一个实施例中，形成散热通孔300之后，还包括去除电极保护层103。同时去除的还有图形化光刻胶层104，最终得到如图9所示的散热背板。

本申请的一个实施例还公开了一种散热背板，如图9所示，包括：衬底100、斜向悬空电极结构200和散热通孔300。其中，斜向悬空电极结构200位于衬底100的表面；散热通孔300位于衬底100内。

上述散热背板，具有斜向悬空电极结构200，可以增加电极与空气的接触面积，增强电极自身的散热能力；再结合衬底100内的散热通孔300，在增加散热背板散热面积的同时，还便于与其他散热机制相结合，对散热背板进行充分散热，提高散热背板的散热能力。

示例地，衬底100可以包括但不限于硅衬底100、蓝宝石衬底100和其他衬底100。斜向悬空电极结构200例如可以是金属电极，金属电极的材质可以包括但不限于金属铜、银或金。示例地，斜向悬空电极结构200的一端固定连接衬底100表面，且斜向悬空电极结构200的延伸方向与衬底100的表面斜交。

在一个实施例中，如图9所示，斜向悬空电极结构200包括第一斜向悬空电极201和第二斜向悬空电极202，其中，第一斜向悬空电极201和第二斜向悬空电极202位于衬底100的表面，且第二斜向悬空电极202的延伸方向与第一斜向悬空电极201的延伸方向相交。第一斜向悬空电极201和第二斜向悬空电极202的顶部距离相对较近，底部距离相对较远，形成相互向对方倾斜的斜向悬空结构。通过调整第一斜向悬空电极201和第二斜向悬空电极202的倾斜角度，可以调整第一斜向悬空电极201顶部与第二斜向悬空电极202顶部之间的距离，以适应于不同规格的芯片安装到散热背板上。

在一个实施例中，请继续参考图9，散热通孔300位于同一斜向悬空电极结构200的第一斜向悬空电极201与第二斜向悬空电极202之间。

通过将散热通孔300设置在第一斜向悬空电极201与第二斜向悬空电极202之间，当芯片通过斜向悬空电极结构200安装到散热背板上时，可以有针对性地将芯片产生的热量及时驱散，将散热通孔300的作用发挥到最大。

本申请的一个实施例还公开了一种半导体结构，如图10所示。该半导体结构包括散热背板和芯片400。其中，散热背板可以是前述任一实施例中的散热背板，芯片400位于斜向悬空电极结构200远离衬底100的表面。示例地，芯片400可以为LED芯片，例如Mini-LED芯片或Micro-LED芯片。可选地，芯片400也可以是其他类型的芯片。

示例地，芯片400焊接于斜向悬空电极结构200。其中，芯片400与斜向悬空电极结构200一一对应，如图10所示，芯片400的两个电极分别与同一斜向悬空电极结构200中的第一斜向悬空电极201和第二斜向悬空电极202相连接。

散热背板中的斜向悬空电极结构200为芯片提供了良好的散热条件，衬底100中的散热通孔300创造了良好的散热对流条件，可以将图10所示的半导体结构与其他散热机制相结合进行更高效地散热。

示例地，可以将图10所示的半导体结构与散热风扇(图中未示出)相结合，如图11所示，散热风扇向芯片400提供源源不断的空气气流，将芯片散发的热量带走，从而降低芯片的工作温度。

示例地，还可以将图10所示的半导体结构放置于导热绝缘液中，如图12所示。当多个芯片同时工作时，芯片产生的热量以及背板电路产生热量急剧增加，通过将图10所示的半导体结构放置于导热绝缘液中，利用不断流动的绝缘液将散热背板中的热量带走，可以有效降低散热背板的温度，进而降低芯片的工作温度。

本申请的一个实施例还公开了一种半导体结构的制备方法，包括：采用前述任一实施例中的散热背板的制备方法制备散热背板；于散热背板表面形成芯片400，芯片400与斜向悬空电极结构200远离衬底100的表面连接。示例地，可以采用焊接工艺将芯片400与斜向悬空电极结构200焊接，以将其固定到散热背板上。

本申请的一个实施例还公开了一种显示面板，包括：散热背板及位于散热背板表面的多个芯片400，该散热背板为前述任一实施例中所描述的散热背板，芯片400可以为LED芯片，例如为Micro-LED芯片。

示例地，上述显示面板还包括散热系统，该散热系统例如可以是散热风扇，不断地将空气气流吹向散热背板，如图11所示，空气气流通过散热通孔300到达芯片400，对散热背板以及芯片400进行降温。

示例地，该散热系统例如可以是冷却液供给系统，将散热背板远离芯片400的一侧浸入冷却液中，如图12所示，通过流动的冷却液将芯片400传输至散热背板中的热量以及背板电路发出的热量带走，达到对散热背板和芯片降温的效果。

可选地，显示面板可以包括但不限于LED显示面板，本申请对于显示面板的具体形式并不做限定。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种散热背板，其特征在于，包括：

衬底；

斜向悬空电极结构，位于所述衬底的表面；

散热通孔，位于所述衬底内。

2.如权利要求1所述的散热背板，其特征在于，所述斜向悬空电极结构包括：

第一斜向悬空电极，位于所述衬底的表面；

第二斜向悬空电极，位于所述衬底的表面，所述第二斜向悬空电极的延伸方向与所述第一斜向悬空电极的延伸方向相交。

3.如权利要求2所述的散热背板，其特征在于，所述散热通孔位于同一所述斜向悬空电极结构的所述第一斜向悬空电极与所述第二斜向悬空电极之间。

4.一种散热背板的制备方法，其特征在于，包括：

提供衬底；

于所述衬底的表面形成斜向悬空电极结构；

于所述衬底中形成散热通孔。

5.如权利要求4所述的散热背板的制备方法，其特征在于，所述于所述衬底的表面形成斜向悬空电极结构，包括：

于所述衬底表面形成牺牲层；

对所述牺牲层进行图形化处理，以得到多个间隔排布的梯形图像单元；

于所述梯形图像单元的侧壁形成所述斜向悬空电极结构，所述斜向悬空电极结构一端与所述衬底的表面连接；

去除所述梯形图像单元。

6.如权利要求5所述的散热背板的制备方法，其特征在于，所述于所述衬底中形成散热通孔，包括：

翻转所述衬底，于所述衬底远离所述斜向悬空电极结构的表面形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层定义成所述散热通孔的形状及位置；

基于所述图形化光刻胶层于所述衬底中形成所述散热通孔。

7.如权利要求6所述的散热背板的制备方法，其特征在于，

所述翻转所述衬底之前，还包括：于所述斜向悬空电极结构之间填充电极保护层；

形成所述散热通孔之后，还包括：去除所述电极保护层。

8.如权利要求5至7中任一项所述的散热背板的制备方法，其特征在于，所述斜向悬空电极结构包括第一斜向悬空电极及第二斜向悬空电极，所述第一斜向悬空电极位于所述梯形图像单元的一侧壁，所述第二斜向悬空电极位于同一所述梯形图像单元相对的另一侧壁；所述散热通孔位于同一所述斜向悬空电极结构的所述第一斜向悬空电极与所述第二斜向悬空电极之间。

9.一种半导体结构，其特征在于，包括：

如权利要求1至3任一项所述的散热背板；

芯片，所述芯片位于所述斜向悬空电极结构远离所述衬底的表面。

10.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：

采用权利要求4-8任一项所述的散热背板的制备方法制备所述散热背板；

于所述散热背板表面形成芯片，所述芯片与所述斜向悬空电极结构远离所述衬底的表面连接。

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