CN115911018A - 基于晶圆级的高精度低串扰度led微阵列制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，该方法在衬底上依次制备缓冲层、光学敏感牺牲夹层和倒装LED半导体材料晶圆层，对晶圆层以及N型电极和P型电极进行分割并去除多余部分得到倒装LED芯片阵列，每个倒装LED芯片的两个电极均与基板上的一对键合柱位置对应；根据各倒装LED芯片两个电极的高度补偿调整固晶焊盘上键合柱的高度，使所有倒装LED芯片的电极与对应键合柱高度之和一致；利用激光束照射衬底使各倒装LED芯片脱落到基板上，最后将各倒装LED芯片电极与对应键合柱键合固定，完成单色LED微阵列的制备。本发明生成精度高，整个阵列的出光方向平整度高。

Description

基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法

技术领域：

本发明属于主动发光显示技术领域，涉及一种基于晶圆级的高精度低串扰度超高密度LED微阵列制备方法。

背景技术：

LED显示[含Micro-LED(Mini-LED)显示]是近年备受关注的新型平板显示技术，具有色域广、发光效率高、响应速度快、工作温度范围宽等优点，被广泛地应用在高端显示、平板显示背光源和照明领域，具有重要的应用前景。

LED显示的核心组件是若干LED芯片整齐排列在基板上所形成的LED面板。该组件制造过程主要包括LED芯片层制备、基板制备以及LED芯片和基板的精确键合；现有LED芯片层的制作方法包括：在衬底上依次形成缓冲层、N型半导体层、发光层和P型半导体层；在P型半导体层上开设延伸至N型半导体层的凹槽，在凹槽内的N型半导体层上形成延伸至衬底的隔离槽；在凹槽内的N型半导体层上形成N型电极，在P型半导体层上形成P型电极；如图1所示，其中A1为衬底及缓冲层，CL为未分割的倒装LED半导体材料晶圆层，JL为在倒装LED半导体材料晶圆层形成的N型电极和P型电极。

目前，LED芯片阵列固晶方法如下：(1)首先将LED芯片层衬底朝上、电极朝下粘贴在蓝膜上，然后采用研磨或者激光剥离的方法去掉衬底及缓冲层，再采用机械或激光方法对倒装LED半导体材料晶圆层以及N型电极和P型电极进行分割，形成若干相互独立的倒装LED芯片。(2)将相互独立的倒装LED芯片分离，粘贴在扩展的蓝膜上。(3)通过全自动固晶机器将各倒装LED芯片N型电极和P型电极与基板上对应固晶焊盘的金属焊料键合，形成LED面板。

目前，LED显示屏的尺寸逐渐减小，LED芯片的排布密度逐渐增大，因此应用在显示屏上的LED芯片的尺寸相应减小，从而使得尺寸大小达到微米级的微型发光二极管(英文简称：Micro LED)芯片广泛应用在显示屏上，按照上述工艺进行倒装LED芯片阵列固定，固晶机器的精度地差距，使得形成的LED基板上的LED芯片的排布发生偏差；由于各个芯片之间是相互独立的，在多次芯片转移并固晶的过程中，难免会有部分芯片实际固定在控制电路上的位置与预先设计的位置存在一定的偏差；此刻芯片的尺寸只有微米级，因此很小的偏差也会造成显示面板的像素失效，并且很难纠正，使得显示面板的不良率较高，增加了制作成本。

由于材料技术和激光技术的发展，针对固晶排布偏差的问题，业界推出一项新的方法来应对LED芯片的排布密度的挑战。镭射(激光laser)直接释放实质中间材料在雷射作用下发生分解，直至晶片脱离，从而实现转移。热分解作用可以是雷射与器件的热作用间接作用于中建材路，如Karlitskaya等人。热分解作用还可以是雷射与中间材料的直接作用。Karlitskaya等人将这一机理在巨量转移技术中得到了很好的应用，QMAT公司开发的束定址释放技术(BAR)采用热释放机理，将雷射透过透明基本作用在雷射释放层上，通过光热作用使晶片从源基板转移至目标基板，能够在100KHz-1MHz的速度脉冲下可达到10亿个/h的转移量。雷射烧蚀释放原理实质雷射照射牺牲层材料，在光束作用下材料受限烧蚀，产生的气体产物对其上的晶片造成冲击力，从而实现释放转移，这种方法得益于对雷射烧蚀聚合物机理的研究。2002年雷射诱导前向转移(laser induction front transfer,LIFT)技术问世，Llberto Piqué等人、Karlitskaya等人、Marinov V等人基于LIFT技术发展处LEAP制程以转移和组装为器件，将晶片剥离、转移、组装全部使用雷射技术完成，并以成功用于无缘RFID晶片转移。

LIFT制程中，用准分子雷射(193nm)作用于金属/聚合物层实现热释放；LDW制程中，用准分子雷射器(248nm)照射「双粘」胶带(Microposit)烧蚀牺牲聚合物；tmSLADT制程中，用UV雷射脉冲烧蚀聚酯亚胺牺牲层实现动态释放；SLLO制程中，用二极体泵浦固体雷射器照射GaN将其分解为Ga和N2。

采用上述方法玻璃晶片主要是先在衬底及缓冲层制备光学敏感牺牲夹层，再在光学敏感牺牲夹层上生成倒装LED半导体材料晶圆层；最后采用机械或激光方法对倒装LED半导体材料晶圆层以及N型电极和P型电极进行分割，形成若干相互独立的倒装LED芯片。由于此时倒装LED芯片排列比较紧密(属于非定制列(常规))，固晶过程中逐个将倒装LED芯片与基板上对应的固晶焊盘进行位置对准并用特定波长的激光束照射衬底及光学敏感牺牲夹层，使光学敏感牺牲夹层附着力下降，倒装LED芯片脱离并准确落在基板上，两个电极与对应金属焊料键合。一个倒装LED芯片固晶完成后将衬底、光学敏感牺牲夹层及倒装LED芯片阵列整体平移，对下一个倒装LED芯片进行固晶。该方法虽然使得LED芯片的排布降低了偏差；但是在释放芯片时，芯片的电极高度和焊盘焊料的堆叠的微小偏差会影响倒装LED芯片阵列的出光一致性，此外由于固晶完成的LED芯片阵列侧面出光加剧了像素之间的光学干扰，不利于高清的显示质量和效果；这种平移释放的过程还有一个隐患就是一旦平移过程的累计误差达到一定的极限会导致阵列的一致性变差；并且该方法的效率偏低，不利于高密度倒装LED模组产品的产业化。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，该方法能够提高固晶效率，且固晶精度高。

为了解决上述技术问题，本发明的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法包括以下两种技术方案。

技术方案一：

所述LED微阵列为单色LED微阵列，其制备方法如下：

在衬底上依次制备缓冲层、光学敏感牺牲夹层和单色倒装LED半导体材料晶圆层，最后对单色倒装LED半导体材料晶圆层以及N型电极和P型电极进行分割并去除多余单色倒装LED半导体晶圆层得到单色倒装LED芯片阵列，且每个单色倒装LED芯片的两个电极均与基板上的一对键合柱P2位置对应；

对各单色倒装LED芯片两个电极的高度进行检测，并根据检测结果补偿调整固晶焊盘上键合柱的高度，使所有单色倒装LED芯片的电极与对应键合柱高度之和一致；

将单色倒装LED芯片阵列朝下并使各单色倒装LED芯片的两个电极与对应的键合柱对准；利用激光束照射衬底使各单色倒装LED芯片脱落，最后将各单色倒装LED芯片电极与对应键合柱键合固定，完成单色LED微阵列的制备。

技术方案二：

所述LED微阵列为全彩色LED微阵列，其制备方法如下：

在衬底上依次制备缓冲层、光学敏感牺牲夹层和红色倒装LED半导体材料晶圆层，最后对红色倒装LED半导体材料晶圆层以及N型电极和P型电极进行分割并去除多余红色倒装LED半导体晶圆层得到红色倒装LED芯片阵列，且每个红色倒装LED芯片的两个电极均与基板上的一对键合柱P2位置对应；

对各红色倒装LED芯片两个电极的高度进行检测，并根据检测结果补偿调整固晶焊盘上键合柱的高度，使所有红色倒装LED芯片的电极与对应键合柱高度之和一致；

将红色倒装LED芯片阵列朝下并使各红色倒装LED芯片的两个电极与对应的键合柱对准；利用激光束照射衬底使各红色倒装LED芯片脱落，最后将各红色倒装LED芯片电极与对应键合柱键合固定，完成红色LED微阵列的制备；

采用与制备红色LED微阵列相同的方法在基板上制备绿色LED微阵列和蓝色LED微阵列，完成全彩色LED微阵列的制备。

在所述的光学敏感牺牲夹层上制备与衬底形状尺寸相同的倒装LED半导体材料晶圆层。

在所述的光学敏感牺牲夹层上制备多个长条形的倒装LED半导体材料晶圆层。

所述倒装LED半导体材料晶圆层采用掩膜刻蚀的方法去除多余倒装LED半导体晶圆层。

所述各倒装LED芯片的两个侧面分别制备向内反射的镀层。

采用蒸镀方法补偿调整固晶焊盘上键合柱的高度。

进一步，采用一束激光依次照射衬底不同位置，使各倒装LED芯片依次脱落。

进一步，还可以将衬底分为多个区域，多束激光同时照射衬底某个区域，使该区域各倒装LED芯片同时脱落；依次用多束激光照射各区域，直至所有区域倒装LED芯片脱落。

进一步，还可以用激光阵列同时照射衬底，使所有倒装LED芯片同时脱落。

有益效果：

1)本发明基于晶圆进行Micro-LED(Mini-LED)微阵列的制程，生成精度高，为面板固晶高精度排布奠定基础；

2)由于是在晶圆上完成Micro-LED(Mini-LED)微阵列制程，不但可以根据基板设定各个芯片的排布和位置，还可以按要求准确完成电极的制作；

3)由于各个芯片的排布间距位置都按微阵列面板固晶位置确定，芯片间有足够空间完成内反射的材料的镀层，这样可以减小芯片间的光学交叉干扰，提高显示的清晰性和对比度；

4)面板固晶焊盘的金属焊料同半导体芯片电极的高度差相匹配，保证整个阵列的出光方向平整度；

5)整片晶圆统一敷设特定波长的激光具有光敏性牺牲夹层，有利于Micro-LED(Mini-LED)微阵列在激光束阵列照射作用下整体精确从晶圆放置到固晶面板的对应焊盘，完成高精度低串扰度Micro-LED(Mini-LED)微阵列制备；

本发明适用于Micro-LED、Mini-LED微阵列的制备。

附图说明

图1为现有技术制备完成的LED芯片层示意图。

图2为本发明制备完成的LED芯片层俯视图。

图3为本发明制备完成的LED芯片层侧视图。

图4为基板主视图。

图5为基板侧视图。

图6为各倒装LED芯片与键合柱键合固定后的示意图。

图7为在光学敏感牺牲夹层生成多个长条形红基色倒装LED半导体材料晶圆层示意图。

图8为制备完成的红基色倒装LED芯片阵列示意图。

具体实施方式

实施例一：单色晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法

步骤一、首先在衬底上制备缓冲层，在缓冲层上制备光学敏感牺牲夹层，再在光学敏感牺牲夹层上生成倒装LED半导体材料晶圆层，最后对倒装LED半导体材料晶圆层以及N型电极和P型电极进行分割并去除多余倒装LED半导体晶圆层得到单色倒装LED芯片阵列；如图2、3所示，A为衬底及缓冲层，S为光学敏感牺牲夹层，C为倒装LED芯片，C11、C12分别为倒装LED芯片的两个电极；如图4、5所示，基板B上具有固晶焊盘阵列，每个固晶焊盘P1上固定有键合柱P2；每两个键合柱P2构成一对；倒装LED芯片阵列中每个倒装LED芯片的两个电极均与一对键合柱P2位置对应。

其中倒装LED半导体材料晶圆层可以采用掩膜刻蚀的方法去除多余部分，保留各倒装LED芯片。

步骤二、在各倒装LED芯片的两个侧面C21、C22分别制备向内反射的镀层，镀层材料可以为银或其他金属类反射层，由于银是导电的，需要在反射层制备完成后，磨掉接近电极以及电极部分的镀层，以免漏电；这样可以减小倒装LED芯片间的光学交叉干扰，提高显示的清晰性和对比度；

步骤三、对各倒装LED芯片两个电极的高度进行检测，并根据检测结果采用蒸镀方法补偿调整固晶焊盘上键合柱的高度，使所有倒装LED芯片的电极与对应键合柱高度之和一致；

步骤四、将制备好的倒装LED芯片阵列朝下，衬底朝上，并使各倒装LED芯片的两个电极与对应的键合柱对准；其中衬底与基板可以采用相同的形状和尺寸，四个边对齐后各倒装LED芯片的电极与对应键合柱即可对准；也可以将基板和倒装LED芯片阵列位置参数存储在控制系统中，采用伺服控制方法进行位置对准；

步骤五、利用特定波长的激光束从上方照射衬底，使光学敏感牺牲夹层S附着力下降，各倒装LED芯片与光学敏感牺牲夹层S脱离落在基板B上，此时各倒装LED芯片的两个电极与对应的键合柱精确对位，如图5所示，最后通过热压合方法使各倒装LED芯片电极与对应键合柱键合固定；完成单色LED微阵列的制备；制备完成的单色LED微阵列各倒装LED芯片高度一致，并且排列整齐，一致性好。

其中可以采用激光阵列同时照射衬底，使所有倒装LED芯片同时脱落；也可以采用一束或几束激光同时照射衬底，使一个或部分倒装LED芯片同时脱落；再照射衬底另外一部分，使另外一部分倒装LED芯片同时脱落，直至所有倒装LED芯片脱落在基板上。

实施例二：全彩色(非涂粉)晶圆级的单色晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法

本实施例先按照与实施例相同的方法制备红基色倒装LED芯片阵列并将各红基色倒装LED芯片R的电极与基板上对应键合柱键合固定；在按同样方法制备绿基色倒装LED芯片阵列并将各绿基色倒装LED芯片电极与基板上对应键合柱键合固定；最后按同样方法制备蓝基色倒装LED芯片阵列并将各蓝基色倒装LED芯片电极与基板上对应键合柱键合固定；完成全彩色LED微阵列的制备。

在制备红基色倒装芯片阵列时，还可以在光学敏感牺牲夹层生成多个长条形的红基色倒装LED半导体材料晶圆层E，如图7、8所示，再按照与实施例一相同的方法去掉多余部分，在保留部分制作各红基色倒装芯片B；绿、蓝基色倒装芯片阵列也可以采用该方法制备。

本发明不限于上述实施例，其中实施例一中，也可以在光学敏感牺牲夹层上生成多个长条形的单色倒装LED半导体材料晶圆层；同样，实施例二中，也可以在光学敏感牺牲夹层上生成网格状的单色倒装LED半导体材料晶圆层；可以合理预见，所属领域技术人员还可以在以上技术方案基础上做出很多简单变形的方法。因此，凡是在本发明权利要求基础上做出的任何简单变形的技术方案，均在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于所述LED微阵列为单色LED微阵列，其制备方法如下：

在衬底上依次制备缓冲层、光学敏感牺牲夹层和单色倒装LED半导体材料晶圆层，最后对单色倒装LED半导体材料晶圆层以及N型电极和P型电极进行分割并去除多余单色倒装LED半导体晶圆层得到单色倒装LED芯片阵列，且每个单色倒装LED芯片的两个电极均与基板上的一对键合柱位置对应；

对各单色倒装LED芯片两个电极的高度进行检测，并根据检测结果补偿调整固晶焊盘上键合柱的高度，使所有单色倒装LED芯片的电极与对应键合柱高度之和一致；

将单色倒装LED芯片阵列朝下并使各单色倒装LED芯片的两个电极与对应的键合柱对准；利用激光束照射衬底使各单色倒装LED芯片脱落，最后将各单色倒装LED芯片电极与对应键合柱键合固定，完成单色LED微阵列的制备。

2.一种基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于所述LED微阵列为全彩色LED微阵列，其制备方法如下：

在衬底上依次制备缓冲层、光学敏感牺牲夹层和红色倒装LED半导体材料晶圆层，最后对红色倒装LED半导体材料晶圆层以及N型电极和P型电极进行分割并去除多余红色倒装LED半导体晶圆层得到红色倒装LED芯片阵列，且每个红色倒装LED芯片的两个电极均与基板上的一对键合柱P2位置对应；

对各红色倒装LED芯片两个电极的高度进行检测，并根据检测结果补偿调整固晶焊盘上键合柱的高度，使所有红色倒装LED芯片的电极与对应键合柱高度之和一致；

将红色倒装LED芯片阵列朝下并使各红色倒装LED芯片的两个电极与对应的键合柱对准；利用激光束照射衬底使各红色倒装LED芯片脱落，最后将各红色倒装LED芯片电极与对应键合柱键合固定，完成红色LED微阵列的制备；

采用与制备红色LED微阵列相同的方法在基板上制备绿色LED微阵列和蓝色LED微阵列，完成全彩色LED微阵列的制备。

3.根据权利要求1或2所述的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于在所述的光学敏感牺牲夹层上制备与衬底形状尺寸相同的倒装LED半导体材料晶圆层。

4.根据权利要求1或2所述的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于在所述的光学敏感牺牲夹层上制备多个长条形的倒装LED半导体材料晶圆层。

5.根据权利要求1或2所述的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于所述倒装LED半导体材料晶圆层采用掩膜刻蚀的方法去除多余倒装LED半导体晶圆层。

6.根据权利要求1或2所述的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于所述各倒装LED芯片的两个侧面分别制备向内反射的镀层。

7.根据权利要求1或2所述的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于采用蒸镀方法补偿调整固晶焊盘上键合柱的高度。

8.根据权利要求1或2所述的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于采用一束激光依次照射衬底不同位置，使各倒装LED芯片依次脱落。

9.根据权利要求1或2所述的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于将衬底分为多个区域，多束激光同时照射衬底某个区域，使该区域各倒装LED芯片同时脱落；依次用多束激光照射各区域，直至所有区域倒装LED芯片脱落。

10.根据权利要求1或2所述的基于晶圆级的高精度低串扰度LED微阵列制备方法，其特征在于用激光阵列同时照射衬底，使所有倒装LED芯片同时脱落。

Images