CN216015418U - 一种微型led芯片与控制基板共晶结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种微型LED芯片与控制基板共晶结构，该结构通过利用激光同时将微型LED芯片(1)与控制基板(2)焊接到一起得到；微型LED芯片(1)包括芯片基板(14)以及固定于芯片基板(14)上的多个LED晶片(11)；多个LED晶片(11)具有共同的第一负电极(12)，且多个LED晶片(11)分别具有独立的第一正电极(13)；控制基板(2)位于微型LED芯片(1)的下方，其包括控制基板主体(21)以及位于控制基板主体(21)上的多个第二正电极(22)和一个第二负电极(23)；其中，第一负电极(12)的纵向厚度等于第一正电极(13)的纵向厚度；第二负电极(23)的纵向厚度等于第二正电极(22)的纵向厚度与LED晶片(11)的纵向厚度之和，该厚度使得在共晶焊接时，加热相同的时间可完成焊接，解决了在激光共晶焊接的时候，第一正电极(13)已经熔化，而第一负电极(12)厚度太厚，还未熔化的问题。

Description

一种微型LED芯片与控制基板共晶结构

技术领域

本实用新型专利属于微型LED技术领域，具体涉及一种微型LED芯片与控制基板共晶结构。

背景技术

Micro LED(微型LED)技术，是LED微缩矩阵化技术，指的是在一个芯片上集成的高密度微微米级的LED阵列，其广泛应用于显示屏、可见光通信、智能便携设备等领域。性能稳定，寿命长等优势，同时也延续了LED功耗低，反应速度快，对比度强等优点。同时也承继了LED低功耗、色彩饱和度、反应速度快、对比度强等优点，Micro LED的亮度相较OLED高30倍，能量消耗约为LCD的10％、OLED的50％。

Micro LED未来将具有极大地应用前景，但是目前Micro LED制造成本问题，严重影响了其商用化的进程，原因主要就是巨量转移技术瓶颈仍然有待突破，传统的巨量转移是单颗转移单颗共晶焊接，单颗转移严重限制了Micro LED量产化进程，由于MicroLED分辨率更高，很小的一块Micro LED显示屏中就含有大量的LED晶片，比如一块0.39寸左右的Micro LED显示屏，其中含有的LED晶片大概有240万颗，如果选用单颗转移的方法，特别耗时和耗费劳动力，难以实施，而单颗共晶焊接又会大大降低产品合格率，原因在于，单颗共晶焊接是将一颗LED晶片转移过来后，通过加热控制基板，将其与控制基板焊接在一起，而下一颗LED晶片转移过来后，又会整体加热控制基板，将第二颗LED晶片与控制基板焊接在一起，而整体加热控制基板时又会导致第一颗LED晶片的焊接点熔化。发生二次多次熔化的问题，对LED晶片造成损坏，严重影响产品合格率。

更具体的说，现有技术中由于电路板侧加热共晶的方式是一粒一粒LED放置在控制基板上，每放一次就会重复加热一次，重复加热会损坏已经共晶的LED晶粒且难以实现LED巨量转移。本实用新型采用激光共晶焊接，共晶激光焊接是将整片LED阵列一次对位焊接在控制基板上，然后再揭掉蓝宝石衬底的一种共晶方法。本实用新型将具有多个LED晶片的微型LED芯片和控制基板对位并贴装在一起；利用激光共晶焊接系统工作对焊接点加热并完成焊接。可以有效避免单颗Micro LED单颗转移共晶焊接点二次融化，对Micro LED造成损害。

然而由于N极(正极)位于所述LED发光层顶部，其的初始位置相对于P极(负极)多出了LED发光层的厚度，所以如果要保证微型LED芯片的N极和P极是同一个高度的平面时，P极的厚度就要比N极多出一个LED发光层(图2)，这样就会导致，在激光共晶焊接的时候，N极已经熔化，而P极厚度太厚，还未熔化，为了保证P极熔化，又会导致加热时间太长，可能会对LED晶片造成损坏。

为了解决这一问题，提出本实用新型。

实用新型内容

首先本实用新型提出了采用激光加热完成Micro LED与控制基板的共晶焊接贴装制作。进一步的，本实用新型调整了微型LED芯片和控制基板上的正极(N极)与负极(P极)焊接点的厚度，并且本实用新型提出了一种微型LED芯片与控制基板共晶结构，即LED电极金属膜层是加热面，为保证微型LED芯片P极和N极受热均匀加热时间一致，故LED电极金属膜层P极和N极膜层厚度相同；控制基板电极金属膜层是被动加热面，因为微型LED芯片P极相较N极差了LED发光层的厚度，故控制基板电极金属层N极比P极厚出LED的相同的厚度。既保证了两者的对位贴合处是同一水平面，又保证了微型LED芯片P极和N极厚度相同。

综上本实用新型的目的为：1、使LED与控制基板共晶时，共晶点金属膜层加热均匀，加热时间一致。2、使微型LED与控制基板共晶金属膜层结构制备满足激光共晶的要求。

本实用新型提供一种微型LED芯片与控制基板共晶结构，其通过利用激光同时将微型LED芯片1中多个LED晶片与控制基板2焊接到一起得到；其包括控制基板2和具有多个LED晶片的微型LED芯片1；

所述微型LED芯片1包括芯片基板14以及固定于所述芯片基板14上的多个LED晶片11；多个LED晶片11具有共同的第一负电极12，且多个LED晶片11分别具有独立的第一正电极13；

所述控制基板2位于所述微型LED芯片1的下方，其包括控制基板主体21以及位于所述控制基板主体21上的多个第二正电极22和一个第二负电极23；

其中，所述第一负电极12的纵向厚度等于所述第一正电极13的纵向厚度；所述第二负电极23的纵向厚度等于所述第二正电极22的纵向厚度与所述LED晶片11的纵向厚度之和。

LED晶片也就是通称的LED灯珠，本质上就是LED发光二极管。本实用新型中所述的LED晶片的纵向厚度并非仅仅是一个LED灯珠的厚度，而是整个LED发光层的厚度。

优选地，所述第二负电极23包括从所述控制基板主体21一侧开始，依次排列的第一钛或者铬层24、第二镍层25、第三金锡层26、第四钛或者镍或者铬层27、第五金锡层28，共计五层。

优选地，所述第四钛或者镍或者铬层27、所述第五金锡层28两层纵向厚度之和等于所述LED晶片11的纵向厚度；所述第一钛或者铬层24、所述第二镍层25、所述第三金锡层26三层纵向厚度之和等于所述第二正电极22的纵向厚度。

优选地，所述第一负电极12包括从所述芯片基板14一侧开始，依次排列的第一钛或者铬层24、第二镍层25、第三金锡层26。

优选地，所述第一正电极13包括从所述芯片基板14一侧开始，依次排列的第一钛或者铬层24、第二镍层25、第三金锡层26。

优选地，所述第二正电极22包括从所述控制基板主体21一侧开始，依次排列的第一钛或者铬层24、第二镍层25、第三金锡层26。

优选地，所述第二正电极22的数量等于所述第一正电极13的数量。

优选地，所述第一正电极13与所述第二正电极22的位置对应，精度偏差小于0.7μm。

优选地，所述第一负电极12和所述第二负电极23均为一个，且成面状，多个所述LED晶片11以共阴极的方式电连接到所述控制基板2上。

本实用新型微型LED芯片与控制基板共晶结构的制备方法，包括如下步骤：

1)在所述微型LED芯片1上涂覆上电极光阻；

2)在所述微型LED芯片1上镀上所述第一正电极13和所述第一负电极12；所述第一负电极12的纵向厚度等于所述第一正电极13的纵向厚度；

3)去掉所述微型LED芯片1上的电极光阻；

4)在所述控制基板2上涂覆上电极光阻；

5)在所述控制基板2上镀上所述第二正电极22和第一部分第二负电极23；第一部分第二负电极23的纵向厚度等于所述第二正电极22的纵向厚度；

6)去掉所述控制基板2上的电极光阻；

7)在第一部分第二负电极23上涂覆钛或者镍或者铬层27；

8)在所述控制基板2上涂覆上电极光阻；

9)在所述控制基板2上镀上第二部分第二负电极23；钛或者镍或者铬层27的纵向厚度与第二部分第二负电极23的纵向厚度之和等于所述LED晶片11的纵向厚度；

10)所述微型LED芯片1与所述控制基板2对位并贴装在一起；利用激光共晶焊接系统工作对焊接点加热并完成焊接。

所述的电极光阻是感光胶，是涂覆上去的。去掉电极光阻的方法是用药液浸泡并用清水清洗下来。

本方法中第一部分第二负电极23即依次排列的第一钛或者铬层24、第二镍层25、第三金锡层26；第二部分第二负电极23即第五金锡层28。该两部分与中间的钛或者镍或者铬层27的纵向厚度共同构成第二负电极23。本实用新型中对第二负电极23厚度的控制本质目的就在于所述微型LED芯片1与所述控制基板2对位并贴装后，第一负电极12和第二负电极23两者，第一正电极13和第二正电极22两者，均是刚好接触上，且在第一正电极13和第一负电极12纵向厚度相等的前提下。

优选地，本实用新型使用的激光共晶焊接装置，可以参考本申请人已经申请的，申请号为：2021106926206，名称为：一种微型LED芯片与控制基板激光共晶焊接装置及方法，的专利申请。同样该专利中对于激光共晶焊接装置的一切说明同时适用于本申请。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提出了采用激光加热完成Micro LED与控制基板的共晶焊接贴装制作，激光共晶焊接也就是通过激光照射的能量融化LED和控制基板上的电极金属膜层，使LED电极金属膜层和控制基板上的电极金属膜层熔接在一起。激光共晶从LED蓝宝石侧照入，LED发光层(GaN层)是透明层，激光可以穿过LED发光层直接照射在镀在在反光层上的加热层钛(Ti)层和镍(Ni)层，其中钛可以用铬Cr代替。激光照射在加热层是钛和镍加热融化上层金锡(AuSn)实现焊接。这种共晶方法可以实现LED的巨量转移，实现Micro LED模块化转移共晶焊接，避免了单颗MicroLED单颗转移共晶焊接点二次融化，对MicroLED造成损害。

2、本实用新型提出了一种微型LED芯片与控制基板共晶结构，即LED电极金属膜层是加热面，为保证微型LED芯片P极和N极受热均匀加热时间一致，故LED电极金属膜层P极和N极膜层厚度相同；控制基板电极金属膜层是被动加热面，因为微型LED芯片P极相较N极差了LED发光层的厚度，故控制基板电极金属层N极比P极厚出LED的相同的厚度。既保证了两者的对位贴合处是同一水平面，又保证了微型LED芯片P极和N极厚度相同(图2)。解决了在激光共晶焊接的时候，N极已经熔化，而P极厚度太厚，还未熔化的问题。

3、本实用新型以Micro LED模块化以阵列的形式转移共晶焊接速度快，有效提高了共晶速度。

4、激光对Micro LED与控制基本表面的金属电极(InSn)进行加热融化，最终使二者结合在一起，无需添加其他焊料。减少添加焊料工序，节省生产成本。

5、激光光束整形系统是将激光光束整形为能量密度分布均匀的平面光束，并与聚焦镜配合，使照射到共晶焊接平台上的激光光斑尺寸与共晶焊芯片尺寸相匹配。当共晶焊接芯片的尺寸改变更时，激光束尺寸也将对应更换调整。

6、本实用新型将多个所述LED晶片11以共阴极的方式电连接到所述控制基板2上。

7、本实用新型共晶过程无需去掉Micro LED的蓝宝石衬板，直接被石英负压吸附装置吸附让设备完成共晶焊接工作。现有技术中通常是先去除蓝宝石衬板芯片基板后再将LED晶片一颗颗正装的移动到控制基板上，本实用新型无需去掉Micro LED的蓝宝石衬板，直接被石英负压吸附装置吸附、倒装在控制基板上，然后让设备完成共晶焊接工作，有效提高了转移与共晶速度。

附图说明

图1为无法共晶时，微型LED芯片与控制基板共晶结构的示意图；

图2为初级的微型LED芯片与控制基板共晶结构示意图；

图3为本实用新型微型LED芯片与控制基板共晶结构示意图；

图4为图3中激光共晶焊接装置对微型LED芯片与控制基板共晶时示意图；

图5为本实用新型微型LED芯片结构示意图；

图6为本实用新型控制基板结构示意图；

图7为本实用新型微型LED芯片与控制基板对位贴合时结构示意图；

图1中，LED和控制电路上的共晶金属层厚度都相同，这样LEDN极就无法与控制基板N极接触无法实现共晶。

图2中，LED的共晶金属镀层中N极与P极镀层不相同，为的是能与下面控制基板金属镀层接触实现激光加热共晶，但是这样做因为激光是从LED上面照射下来，由于LED共晶金属层P极和N极膜层厚度不同所以加热时间不一样，会导致P极过加热。

图3中，LED共晶金属层厚度相同，控制基板共晶金属层N极镀层比P极镀层厚度多出LED结构层的厚度，LED与控制基板共晶金属层P极和N极正好接触上，由于激光从LED乡下照射，LED金属层相同，故加热时间一致，可以实现完美的共晶焊接。

附图标记的名称为：1-微型LED芯片、11-LED晶片、12-第一负电极、13-第一正电极、14-芯片基板、2-控制基板、21-控制基板主体、22-第二正电极、23-第二负电极、24-第一钛或者铬层、25-第二镍层、26-第三金锡层、27-第四钛或者镍或者铬层、28-第五金锡层、3-激光共晶焊接系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语包括技术术语和科学术语具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例1

本实施例为图1中的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其中LED和控制电路上的共晶金属层厚度都相同，这样LEDN极就无法与控制基板N极接触无法实现共晶。

实施例2

本实施例为图2中的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其中LED的共晶金属镀层中N极与P极镀层不相同，为的是能与下面控制基板金属镀层接触实现激光加热共晶，但是这样做因为激光是从LED上面照射下来，由于LED共晶金属层P极和N极膜层厚度不同所以加热时间不一样，会导致P极过加热。

实施例3

本实施例为图3中的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其中LED共晶金属层厚度相同，控制基板共晶金属层N极镀层比P极镀层厚度多出LED结构层的厚度，LED与控制基板共晶金属层P极和N极正好接触上，由于激光从LED乡下照射，LED金属层相同故加热时间一致，可以实现完美的共晶焊接。

其中，制备方法为微型LED芯片与控制基板共晶结构的制备方法，包括如下步骤：

在所述微型LED芯片1上涂覆上电极光阻；

在所述微型LED芯片1上镀上所述第一正电极13和所述第一负电极12；所述第一负电极12的纵向厚度等于所述第一正电极13的纵向厚度；

去掉所述微型LED芯片1上的电极光阻；

在所述控制基板2上涂覆上电极光阻；

在所述控制基板2上镀上所述第二正电极22和第一部分第二负电极23；第一部分第二负电极23的纵向厚度等于所述第二正电极22的纵向厚度；

去掉所述控制基板2上的电极光阻；

在第一部分第二负电极23上涂覆钛或者镍或者铬层27；

在所述控制基板2上涂覆上电极光阻；

在所述控制基板2上镀上第二部分第二负电极23；第二部分第二负电极23的纵向厚度等于所述LED晶片11的纵向厚度；

所述微型LED芯片1与所述控制基板2对位并贴装在一起；利用激光共晶焊接系统3工作对焊接点加热并完成焊接。

Claims (9)

1.一种微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，其通过利用激光同时将微型LED芯片(1)与控制基板(2)焊接到一起得到；其包括控制基板(2)和具有多个LED晶片的微型LED芯片(1)；

所述微型LED芯片(1)包括芯片基板(14)以及固定于所述芯片基板(14)上的多个LED晶片(11)；多个LED晶片(11)具有共同的第一负电极(12)，且多个LED晶片(11)分别具有独立的第一正电极(13)；

所述控制基板(2)位于所述微型LED芯片(1)的下方，其包括控制基板主体(21)以及位于所述控制基板主体(21)上的多个第二正电极(22)和一个第二负电极(23)；

其中，所述第一负电极(12)的纵向厚度等于所述第一正电极(13)的纵向厚度；所述第二负电极(23)的纵向厚度等于所述第二正电极(22)的纵向厚度与所述LED晶片(11)的纵向厚度之和。

2.根据权利要求1所述的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，所述第二负电极(23)包括从所述控制基板主体(21)一侧开始，依次排列的第一钛或者铬层(24)、第二镍层(25)、第三金锡层(26)、第四钛或者镍或者铬层(27)、第五金锡层(28)，共计五层。

3.根据权利要求2所述的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，所述第四钛或者镍或者铬层(27)、所述第五金锡层(28)两层纵向厚度之和等于所述LED晶片(11)的纵向厚度；所述第一钛或者铬层(24)、所述第二镍层(25)、所述第三金锡层(26)三层纵向厚度之和等于所述第二正电极(22)的纵向厚度。

4.根据权利要求1所述的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，所述第一负电极(12)包括从所述芯片基板(14)一侧开始，依次排列的第一钛或者铬层(24)、第二镍层(25)、第三金锡层(26)。

5.根据权利要求1所述的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，所述第一正电极(13)包括从所述芯片基板(14)一侧开始，依次排列的第一钛或者铬层(24)、第二镍层(25)、第三金锡层(26)。

6.根据权利要求1所述的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，所述第二正电极(22)包括从所述控制基板主体(21)一侧开始，依次排列的第一钛或者铬层(24)、第二镍层(25)、第三金锡层(26)。

7.根据权利要求1所述的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，所述第二正电极(22)的数量等于所述第一正电极(13)的数量。

8.根据权利要求1所述的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，所述第一正电极(13)与所述第二正电极(22)的位置对应，精度偏差小于0.7μm。

9.根据权利要求1所述的微型LED芯片与控制基板共晶结构，其特征在于，所述第一负电极(12)和所述第二负电极(23)均为一个，且成面状，多个所述LED晶片(11)以共阴极的方式电连接到所述控制基板(2)上。

Images