CN117712241A - 一种Micro-LED巨量转移方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种Micro‑LED巨量转移方法，包括以下步骤：提供一衬底，并在衬底上制备芯片；提供一基板，并在基板一面设置键合膜；将基板与衬底进行临时键合；对芯片进行衬底剥离；在芯片远离基板的一侧设置柱体；提供一转移头，将转移头的第三粘合部贴合柱体，以基于各柱体的高度差，同时将多个第一芯片或第二芯片或第三芯片从基板转移至电路板。通过采用光固化树脂，选择性固化出不同高度的芯片底座，并基于UV解粘胶的光照降低芯片与基板之间的粘性，最后基于高粘度的转移头对芯片进行批量转移，该方式不需要高精度设计，仅根据芯片的不同高度进行黏附转移，且可以提高转移速率，并保证转移的高良率。

Description

一种Micro-LED巨量转移方法

技术领域

本发明涉及Micro-LED技术领域，特别涉及一种Micro-LED巨量转移方法。

背景技术

Micro-LED显示技术是指以自发光的微米量级的LED为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度LED阵列的显示技术。由于Micro-LED芯片尺寸小、集成度高和自发光等特点，在显示方面与LCD、OLED相比在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。Micro-LED(Nano LED)芯片继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具有自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。

现有Micro LED巨量转移的方式常有激光巨量转移、弹性印章、磁力、自组装等技术；这些技术各有优缺点激光巨量转移的良率不够、弹性印章的方法转移速度有限且转移头寿命有限，自组装对芯片结构和强度有特殊要求等，现有技术均很难满足高速转移、高良率、对芯片无选择性的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种Micro-LED巨量转移方法，旨在解决现有技术中，巨量转移技术难满足高速转移、高良率、对芯片无选择性的需求的技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：一种Micro-LED巨量转移方法，包括以下步骤：

提供一衬底，并在所述衬底上制备芯片，所述芯片包括与蓝、绿、红三色芯片对应的第一芯片、第二芯片及第三芯片；

提供一基板，并在基板一面设置键合膜，所述键合膜包括用于贴合并粘接所述基板的第一粘合部，及与所述第一粘合部相对设置的第二粘合部，所述第二粘合部为UV解粘胶；

基于所述第二粘合部将所述基板与所述衬底进行临时键合，所述第二粘合部与所述芯片的焊盘键合；

对所述芯片进行衬底剥离，所述芯片基于所述第二粘合部附着于所述基板上；

在所述芯片远离所述基板的一侧设置柱体，所述柱体包括分别与所述第一芯片、第二芯片及第三芯片对应设置的第一柱体、第二柱体及第三柱体，所述第一柱体、第二柱体及所述第三柱体的高度互不相同；

基于UV光场对所述基板及所述芯片进行照射，以降低所述第二粘合部的粘附性；

提供一转移头，所述转移头包括第三粘合部，所述第三粘合部的粘附性大于经UV光场照射后的第二粘合部的粘附性，将所述转移头的第三粘合部贴合所述柱体，以基于各所述柱体的高度差，通过所述转移头同时将多个所述第一芯片或第二芯片或第三芯片从所述基板转移至电路板。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过在基板一侧设置具有双面粘性的键合膜，键合膜与基板之间通过UV解粘胶连接，通过将芯片转移至键合膜，并采用光固化树脂，选择性固化出不同高度的芯片底座，并基于UV解粘胶的光照降低芯片与基板之间的粘性，最后基于高粘度的转移头对芯片进行转移，该方式不需要高精度设计，仅根据芯片不同高度进行黏附转移，且可以提高转移速率，并保证转移的高良率。

根据上述技术方案的一方面，在所述芯片远离所述基板的一侧设置柱体的步骤具体包括：

在所述芯片远离所述基板的一侧表面涂覆一层具有光固化特性的透明树脂，使用掩膜或者激光选择性照射的方式固化特定区域的所述透明树脂，并使用纯水冲洗掉多余树脂，重复多遍，以在所述芯片表面形成不同厚度的柱体。

根据上述技术方案的一方面，对所述芯片进行衬底剥离的步骤具体包括：

采用激光对芯片进行衬底剥离，使剥离后的各所述芯片全部附着于所述基板上，所述芯片的焊盘靠近所述基板设置。

根据上述技术方案的一方面，对所述芯片进行衬底剥离的步骤之后，所述方法还包括：

使用质量分数为20％的盐酸溶液对所述基板上的芯片进行清洗。

根据上述技术方案的一方面，所述第一柱体的高度a、所述第二柱体的高度b及所述第三柱体的高度c之间满足：

a＞b＞c。

根据上述技术方案的一方面，基于各所述柱体的高度差，通过所述转移头同时将多个所述第一芯片或第二芯片或第三芯片从所述基板转移至电路板的步骤具体包括：

将所述转移头的第三粘合部贴合所述柱体，以依次将所述第一芯片、第二芯片及第三芯片从所述基板上转移至临时基板；

将所述转移头的第三粘合部贴合所述柱体，以依次将所述第三芯片、第二芯片及第一芯片从所述临时基板转移至电路板。

根据上述技术方案的一方面，在所述衬底上制备芯片的步骤之后，所述方法还包括：

对所述衬底进行抛光，以使所述衬底远离所述芯片的一侧表面的粗糙度满足：Ra＜1nm。

根据上述技术方案的一方面，所述衬底为经过图形化具有PSS结构的蓝宝石衬底。

根据上述技术方案的一方面，所述衬底的厚度为650um-660um。

根据上述技术方案的一方面，所述第一芯片为蓝光芯片，所述第二芯片为绿光芯片，所述第三芯片为红光芯片；

在所述衬底上制备芯片的步骤具体包括：

在所述衬底上生长GaN外延层，以在所述GaN外延层生长形成所述蓝光芯片及所述绿光芯片；

在所述衬底上生成GaAs外延层，以在所述GaAs外延层生长形成所述红光芯片。

附图说明

图1为本发明第一实施例中Micro-LED巨量转移方法的流程图；

图2为本发明第一实施例中步骤S100后所得到的产品示意图；

图3为本发明第一实施例中步骤S400后所得到的产品示意图；

图4为本发明第一实施例中步骤S500后所得到的产品示意图；

图5为本发明第一实施例中步骤S710过程中所得到的产品示意图；

图6为本发明第一实施例中步骤S720后所得到的产品示意图；

主要元件符号说明：

衬底101、蓝光芯片1021、绿光芯片1022、红光芯片1023、焊盘103、键合膜104、基板105、柱体106、转移头107、电路板108；

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

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明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例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

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。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的Micro-LED巨量转移方法，包括以下步骤：

步骤S100，提供一衬底101，并在所述衬底101上制备芯片，所述芯片包括与蓝、绿、红三色芯片对应的第一芯片1021、第二芯片1022及第三芯片1023。如图2所示，为上述步骤S100所得到的产品示意图，其中各芯片设置在衬底101上，芯片的焊盘103面远离衬底101的一侧设置。

便于理解地，现有技术中，在制造微型RGB-LED器件时，往往需要在一张4寸外延片上制作一颗颗长宽为50-400μm芯片，制程完成后即可将一外延片形成数十万数量级的芯片，之后进行研磨切割以及点测分选，最后对蓝、绿、红三个波段的芯片进行单独封装，每个红、绿、蓝的芯片共同组成一个显示芯片，以在显示屏作为一个像素点存在，在一个电路基板上需要阵列布设大量的上述显示芯片，在芯片的布设过程中，需要将微型化红、绿、蓝三色的LED芯片依次批量式转移至电路基板上(巨量转移)，再对其进行封装，封装完成按特定大小进行切割得到所需芯片的制造工艺，而在巨量转移的过程中，对平面上几十微米的芯片进行有序排布是困难且耗时的。

具体来说，在本实施例的一些应用场景中，上述步骤具体包括：选取4寸的蓝绿外延片，外延片的衬底101为经过图形化具有PSS结构的蓝宝石，厚度在650-660um之间，衬底101生长有4-8um厚度的GaN外延；4寸红光外延片采用砷化镓衬底101生长；

在外延片上制作并完成芯片工艺，芯片尺寸在100um以下，优选的芯片尺寸在50um以下。

优选地，在本实施例中，上述步骤S100之后，所述方法还包括：

步骤S110，对所述衬底101进行抛光，以使所述衬底101远离所述芯片的一侧表面的粗糙度满足：Ra＜1nm。便于理解地，通过对上述衬底101进行抛光，在后续进行衬底剥离时，可以使激光能够透过去衬底101照射在外延上，进行衬底剥离。

步骤S200，提供一基板105，并在基板105一面设置键合膜104，所述键合膜104包括用于贴合并粘接所述基板105的第一粘合部，及与所述第一粘合部相对设置的第二粘合部，所述第二粘合部为UV解粘胶。具体来说，在本实施例中，上述UV解粘胶在进行UV光照之前为高粘度，受UV光照射后粘性降低90％。上述基板105可以为金属、玻璃、有机物等构成。优选地，上述第二粘合部在进行UV光照之前的粘性与第一粘合部的粘性相似，均为高粘。

步骤S300，基于所述第二粘合部将所述基板105与所述衬底101进行临时键合，所述第二粘合部与所述芯片的焊盘103键合。通过基于第二粘合部将所述基板105与上述衬底101进行临时键合，由于UV解粘胶的光解特性，可以便于后续将芯片与基板105脱离，以转移至电路板108上。

步骤S400，对所述芯片进行衬底剥离，使所述芯片基于所述第二粘合部附着于所述基板105上。如图3所示，为上述步骤S400所得到的产品示意图，其中将芯片的焊盘103一侧通过键合膜104粘合至基板105一侧，芯片的另一侧通过激光从衬底剥离。

具体来说，上述对所述芯片进行衬底剥离的步骤具体包括：

步骤S410，采用激光对芯片进行衬底剥离，使剥离后的各所述芯片全部附着于所述基板105上，所述芯片的焊盘103靠近所述基板105设置。基于上述步骤S110，对衬底101远离芯片一侧进行抛光后，可以便于激光透过衬底101对外延一侧进行照射，以便于芯片进行衬底剥离。此外，在本实施例中，上述激光优选为248nm的准分子激光。激光剥离技术(LLO，laser lift-off)是采用紫外光波段的激光光源透过蓝宝石衬底进行辐照，使蓝宝石/GaN界面处的GaN发生热分解生成金属Ga以及N2。N2逸出，实现蓝宝石与GaN的分离。在本实施例中，准分子激光器采用KrF激光器。

优选地，在本实施例中，上述步骤S410，之后，上述方法还包括：

步骤S420，使用质量分数为20％的盐酸溶液对所述基板105上的芯片进行清洗。通过对被剥离后的芯粒进行清洗，以除去表面的残镓和脏污。

步骤S500，在所述芯片远离所述基板105的一侧设置柱体106，所述柱体106包括分别与所述第一芯片1021、第二芯片1022及第三芯片1023对应设置的第一柱体、第二柱体及第三柱体，所述第一柱体、第二柱体及所述第三柱体的高度互不相同。如图4所示，为上述步骤S500所得到的产品示意图，同一种芯片上的柱体106厚度相同，以便于后续进行同步批量转移。

具体来说，在本实施例中，上述在所述芯片远离所述基板105的一侧设置柱体106的步骤具体包括：

步骤S510，在所述芯片远离所述基板105的一侧表面涂覆一层具有光固化特性的透明树脂，使用掩膜或者激光选择性照射的方式固化特定区域的所述透明树脂，并使用纯水冲洗掉多余树脂，重复多遍，以在所述芯片表面形成不同厚度的柱体106。具体来说，光固化是指通过紫外线或可见光照射，使涂层或胶粘剂中的光敏物质发生一种自由基聚合反应，在紫外光的照射下，光敏感剂会引起树脂分子中的双键开环反应，产生自由基，自由基不断地聚合，最终形成固体材料。固化完成后，树脂的分子链已经连接成为三维的网络结构。光固化透明树脂中的光敏物质通常是光引发剂，它能够吸收光能并引发化学反应。在光照射下，光引发剂会释放出活性物质，进而引发树脂的交联反应，从而使树脂从液态变为固态。

优选地，上述步骤S510中树脂的高度为1-2um。进一步地，上述第一柱体的高度a、所述第二柱体的高度b及所述第三柱体的高度c之间满足：a＞b＞c。

在本实施例的一些应用场景中，上述第一芯片1021为蓝光芯片，所述第二芯片1022为绿光芯片，所述第三芯片1023为红光芯片；

在其中一些实施例中，上述第一柱体的高度a为2um、第二柱体的高度b为1.5um、第三柱体的高度c为1um。

优选地，在本实施例中，针对上述柱体106的高度设置，由于柱体106的目的是在芯片的一侧形成高度不一的芯片底座，后续转移时是将芯片底座与芯片同步进行转移，即所需最低芯片高度处柱体106的高度可以为0，也就是不需要设置柱体106，即在本实施例中，上述第三柱体的高度c为0，即无需设置第三柱体，上述第一柱体的高度a为1.5um、第二柱体的高度b为1um。

步骤S600，基于UV光场对所述基板105及所述芯片进行照射，以降低所述第二粘合部的粘附性。

步骤S700，提供一转移头107，所述转移头107包括第三粘合部，所述第三粘合部的粘附性大于经UV光场照射后的第二粘合部的粘附性，将所述转移头107的第三粘合部贴合所述柱体106，以基于各所述柱体106的高度差，通过所述转移头107同时将多个所述第一芯片1021或第二芯片1022或第三芯片1023从所述基板105转移至电路板108。

具体来说，在本实施例中，上述基于各所述柱体106的高度差，通过所述转移头107同时将多个所述第一芯片1021或第二芯片1022或第三芯片1023从所述基板105转移至电路板108的步骤具体包括：

步骤S710，将所述转移头107的第三粘合部贴合所述柱体106，以依次将所述第一芯片1021、第二芯片1022及第三芯片1023从所述基板105上转移至临时基板105；

步骤S720，将所述转移头107的第三粘合部贴合所述柱体106，以依次将所述第三芯片1023、第二芯片1022及第一芯片1021从所述临时基板105转移至电路板108。

如图4-5所示，分别为上述步骤S710-步骤S720中所得到的产品示意图，如图4，在转移过程中，由于芯片上柱体106的高度差，通过下移转移头107与芯片接触，可以大批量选取间隔设置的同一种芯片，无需高精度设计，如图5，转移头107选取同种的芯片的焊盘103面朝下，可以便于直接转移至电路板108，以完成巨量转移操作，提高Micro-LED的制备效率。

现有技术中，巨量转移通常所采用的转移头技术包括静电力、弹性引章等技术，静电力采用具有双级结构的转移头，在转移过程中，分别施于正负电压，当从衬底上抓取LED时，对一硅电极通正电，LED就会吸附在转移头上，当需要把LED放到既定位置时，对另外一个硅电极通负电，即可完成转移。但是在静电转移过程中，静电转移头阵列平面需跟Micro-LED阵列平面对准，再进行拾取及转移，因此，在制造上，每一Micro-LED的位置以及高度必须精确控制，任一Micro-LED位置的偏移、高度的差异或是污染，都有可能导致整个Micro-LED阵列转移的失败，造成良率的降低以及成本的增加。使用弹性印模，结合高精度运动控制打印头，利用范德华力，通过改变打印头的速度，让LED粘附在转移头上，或打印到目标衬底片的预定位置上。先处理Micro LED芯片衬底，使其只通过锚点和断裂链固定在基底上，然后利用聚二甲基硅氧烷作为转移膜材料制作弹性印模。弹性印模与芯片通过范德华力结合，断裂链发生断裂，所有芯片按原来的阵列排布被转移到弹性体上面，通过调整印与芯片之间的黏着性，完成释放动作，该方式要求精准控制各个阶段粘力大小，且印模必须表面度极为平坦，才不影响转移的良率和精度。

便于理解的，在本实施例中，通过使用表面具有粘附性的转移头107对基板105上芯片进行转移，转移头107粘附性大于经UV照射后的键合膜材，转移头107表面平整不需要特别的图形化；转移时先转移具有最大厚度树脂柱的芯片，二次转移基板105剩余芯片中具有最大厚度树脂柱的芯片，以此规则即可转移基板105上所有芯片；芯片固定在电路板108则相反，在电路板108上先放置具有低厚度树脂柱的RGB任意芯片，具有最大厚度树脂柱的芯片最后放置于电路板108上。

综上，本发明上述实施例当中的Micro-LED巨量转移方法，通过在基板105一侧设置具有双面粘性的键合膜104，键合膜104与基板105之间通过UV解粘胶连接，通过将芯片转移至键合膜104，并采用光固化树脂，选择性固化出不同高度的芯片底座，并基于UV解粘胶的光照降低芯片与基板105之间的粘性，最后基于高粘度的转移头107对芯片进行转移，该方式不需要高精度设计，仅根据芯片不同高度进行黏附转移，且可以提高转移速率，并保证转移的高良率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一衬底，并在所述衬底上制备芯片，所述芯片包括与蓝、绿、红三色芯片对应的第一芯片、第二芯片及第三芯片；

提供一基板，并在基板一面设置键合膜，所述键合膜包括用于贴合并粘接所述基板的第一粘合部，及与所述第一粘合部相对设置的第二粘合部，所述第二粘合部为UV解粘胶；

基于所述第二粘合部将所述基板与所述衬底进行临时键合，所述第二粘合部与所述芯片的焊盘键合；

对所述芯片进行衬底剥离，所述芯片基于所述第二粘合部附着于所述基板上；

在所述芯片远离所述基板的一侧设置柱体，所述柱体包括分别与所述第一芯片、第二芯片及第三芯片对应设置的第一柱体、第二柱体及第三柱体，所述第一柱体、第二柱体及所述第三柱体的高度互不相同；

基于UV光场对所述基板及所述芯片进行照射，以降低所述第二粘合部的粘附性；

提供一转移头，所述转移头包括第三粘合部，所述第三粘合部的粘附性大于经UV光场照射后的第二粘合部的粘附性，将所述转移头的第三粘合部贴合所述柱体，以基于各所述柱体的高度差，通过所述转移头同时将多个所述第一芯片或第二芯片或第三芯片从所述基板转移至电路板。

2.根据权利要求1所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，在所述芯片远离所述基板的一侧设置柱体的步骤具体包括：

在所述芯片远离所述基板的一侧表面涂覆一层具有光固化特性的透明树脂，使用掩膜或者激光选择性照射的方式固化特定区域的所述透明树脂，并使用纯水冲洗掉多余树脂，重复多遍，以在所述芯片表面形成不同厚度的柱体。

3.根据权利要求1所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，对所述芯片进行衬底剥离的步骤具体包括：

采用激光对芯片进行衬底剥离，使剥离后的各所述芯片全部附着于所述基板上，所述芯片的焊盘靠近所述基板设置。

4.根据权利要求1所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，对所述芯片进行衬底剥离的步骤之后，所述方法还包括：

使用质量分数为20％的盐酸溶液对所述基板上的芯片进行清洗。

5.根据权利要求1所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，所述第一柱体的高度a、所述第二柱体的高度b及所述第三柱体的高度c之间满足：

a＞b＞c。

6.根据权利要求5所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，基于各所述柱体的高度差，通过所述转移头同时将多个所述第一芯片或第二芯片或第三芯片从所述基板转移至电路板的步骤具体包括：

将所述转移头的第三粘合部贴合所述柱体，以依次将所述第一芯片、第二芯片及第三芯片从所述基板上转移至临时基板；

将所述转移头的第三粘合部贴合所述柱体，以依次将所述第三芯片、第二芯片及第一芯片从所述临时基板转移至电路板。

7.根据权利要求1所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，在所述衬底上制备芯片的步骤之后，所述方法还包括：

对所述衬底进行抛光，以使所述衬底远离所述芯片的一侧表面的粗糙度满足：Ra＜1nm。

8.根据权利要求1所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，所述衬底为经过图形化具有PSS结构的蓝宝石衬底。

9.根据权利要求1所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，所述衬底的厚度为650um-660um。

10.根据权利要求1所述的Micro-LED巨量转移方法，其特征在于，所述第一芯片为蓝光芯片，所述第二芯片为绿光芯片，所述第三芯片为红光芯片；

在所述衬底上制备芯片的步骤具体包括：

在所述衬底上生长GaN外延层，以在所述GaN外延层生长形成所述蓝光芯片及所述绿光芯片；

在所述衬底上生成GaAs外延层，以在所述GaAs外延层生长形成所述红光芯片。