TWI453890B - 利用三維矽穿孔技術（tsv）製作二維發光二極體顯示陣列之方法及其顯示陣列 - Google Patents

利用三維矽穿孔技術（tsv）製作二維發光二極體顯示陣列之方法及其顯示陣列 Download PDF

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Description

利用三維矽穿孔技術(TSV)製作二維發光二極體顯示陣列之方法及其顯示陣列
本發明係有關於一種利用三維矽穿孔技術(TSV)製作二維發光二極體顯示陣列之方法及其顯示陣列，特別是指將顯示晶圓與驅動晶圓以矽穿孔技術相壓合，而不將發光二極體晶片與驅動電路晶片單獨封裝者。
一般二維發光二極體顯示裝置如中華民國專利第M322047號「彩色發光二極體號誌燈圖文顯示裝置(二)」，其係設有數個集成預定面積之彩色發光二極體(Colored LED Lamp)，該預定面積內至少包含有可發出紅光、黃光及綠光之數個發光二極體，以可發出紅黃綠不同之燈號，並取代傳統之紅黃綠三色個體獨立式之號誌燈裝置，具有節省製造成本、電力費用之功效；且可利用控制電路之設置，使預定位置之部分彩色發光二極體顯示可利於辨識區別之圖形或文、數字，以作為倒數計時或其他必須顯示的文、數字或圖形之用，然其缺點在於：發光二極體(LED)顯示裝置大都是以表面黏著型(Surface Mount Device；SMD)LED或者是燈型(Lamp)LED附著在一般的印刷電路板(PCB)上面，因此，其解析度會受限於PCB的解析度， 也因為解析度不夠高，因此，每一個像素(Pixel)幾乎沒有辦法進行容錯(Fault Tolerant)設計，也就是若顯示裝置上面的某一個LED有瑕疵，就必須進行替換，這個修護動作也大致都是靠人力進行，且因為是PCB製程，所以顯示的尺寸無法進一步降低。
本發明主要目的在於解決習知將LED附著於PCB板而導致顯示陣列之解析度無法進一步提升，同時切割發光二極體晶片，並將其單獨封裝導致生產成本較高等缺失，藉此，發展出一種利用三維矽穿孔技術(TSV)製作二維發光二極體顯示陣列之方法，步驟如下：
A.於一顯示晶圓上製作一第一矽穿孔：在一顯示晶圓上設置複數個矩陣排列之發光二極體晶片，並於該些發光二極體晶片上分別設置一貫穿該些發光二極體晶片之第一矽穿孔，該些第一矽穿孔內則分別設置一第一導電體。
B.於一驅動晶圓上製作一第二矽穿孔：在一驅動晶圓上相對該顯示晶圓之發光二極體晶片位置處設置複數個矩陣排列之驅動電路晶片，並於該些驅動電路晶片上相對該些發光二極體晶片之第一矽穿孔位置處分別設置一貫穿該些驅動電路晶片之第二矽穿孔，該些第二矽穿孔內則分別設置一第二導電體。
C.壓合該顯示晶圓及該驅動晶圓：將該顯示晶圓及該驅動晶圓相壓合，使該第一導電體及該第二導電體相連接，而導通該顯示晶圓上之發光二極體晶片及該驅動晶圓上之驅動電路晶片，形成一二維發光二極體顯示陣列。
進一步，係於步驟C後進行步驟D，於至少一功能性晶圓上製 作一第三矽穿孔：在至少一功能性晶圓上相對該驅動晶圓之驅動電路晶片位置處設置複數個矩陣排列之功能性晶片，該些功能性晶片上相對該些驅動電路晶片之第二矽穿孔位置處分別設置一貫穿該些功能性晶片之第三矽穿孔，該些第三矽穿孔內則分別設置一第三導電體；並於步驟D後進行步驟E，將該些功能性晶圓壓合於該驅動晶圓：將該些功能性晶圓依序相互對應壓合，並壓合於該驅動晶圓，使該些第二導電體及第三導電體相連接，而導通該驅動晶圓上之驅動電路晶片及該些功能性晶圓上之功能性晶片，而該些功能性晶圓並包括一儲存晶圓。
進一步，係依據使用需求而切割上述二維發光二極體顯示陣列，形成複數面積小於原二維發光二極體顯示陣列之二維發光二極體顯示陣列，或者結合複數上述二維發光二極體顯示陣列形成一面積大於原二維發光二極體顯示陣列之二維發光二極體顯示陣列。
本發明亦提供一種利用三維矽穿孔技術(TSV)製作之二維發光二極體顯示陣列，包括：一顯示晶圓，其上設置複數個矩陣排列之發光二極體晶片，該些發光二極體晶片上分別設置一貫穿該些發光二極體晶片之第一矽穿孔，該些第一矽穿孔內則分別設置一第一導電體；一驅動晶圓，係壓合於該顯示晶圓，其上相對該顯示晶圓之發光二極體晶片位置處設置複數個矩陣排列之驅動電路晶片，該些驅動電路晶片上相對該些發光二極體晶片之第一矽穿孔位置處分別設置一貫穿該些驅動電路晶片之第二矽穿孔，該些第二矽穿孔內則分別設置一第二導電體，該些第二導電體則連接該些第一導電體。
進一步，設置至少一功能性晶圓，係壓合於該驅動晶圓，其 上相對該驅動晶圓之驅動電路晶片位置處設置複數個矩陣排列之功能性晶片，該些功能性晶片上相對該些驅動電路晶片之第二矽穿孔位置處分別設置一貫穿該些功能性晶片之第三矽穿孔，該些第三矽穿孔內則分別設置一第三導電體，該些第三導電體則連接該些第二導電體，而該些功能性晶圓並包括一儲存晶圓。
進一步，係依據使用需求而切割上述二維發光二極體顯示陣列，形成複數面積小於原二維發光二極體顯示陣列之二維發光二極體顯示陣列，或者結合複數上述二維發光二極體顯示陣列形成一面積大於原二維發光二極體顯示陣列之二維發光二極體顯示陣列。
本發明具有下列之優點：
1.當IC製程到達次微米以下時，電路的效能不再由邏輯閘控制，而是跟連接線之長度有關，而TSV技術提供垂直繞線資源，IBM曾提出若使用3D/TSV技術，可減少訊號線之繞線長度達100倍，減少RC Delay，提高運算速度，更可提供100倍可繞線資源。
2.本發明少掉將發光二極體晶片由顯示晶圓上之切割程序與及少掉驅動電路晶片由驅動晶圓上之切割之程序，可提高顯示解析度而由印刷電路板(PCB)層級提高到晶圓層級，同時不用將單獨之發光二極體晶片與驅動電路晶片進行封裝，而能減少封裝尺寸，亦降低系統在單位相素的價格。
3.本發明可提升發光二極體顯示陣列容錯設計之可行性，當上層的發光二極體晶片有問題，被動上，可以用Disable的方式將發光二極體晶片去能，或者主動上透過下層的驅動電路晶片對於有錯的發光二極體晶片進行interpolation(內插)方式進行計算。
(1)‧‧‧顯示晶圓
(11)‧‧‧發光二極體晶片
(12)‧‧‧第一矽穿孔
(13)‧‧‧第一導電體
(2)‧‧‧驅動晶圓
(21)‧‧‧驅動電路晶片
(22)‧‧‧第二矽穿孔
(23)‧‧‧第二導電體
(3)‧‧‧功能性晶圓
(31)‧‧‧功能性晶片
(32)‧‧‧第三矽穿孔
(23)‧‧‧第三導電體
第一圖係為本發明以顯示晶圓及驅動晶圓製作二維顯示陣列之流程圖。
第二圖係為本發明以顯示晶圓、驅動晶圓及功能性晶圓製作二維顯示陣列之流程圖。
第三圖係為本發明以顯示晶圓及驅動晶圓製作二維顯示陣列之立體分解圖。
第四圖係為本發明以顯示晶圓及驅動晶圓製作二維顯示陣列之立體組合圖。
第五圖係為本發明以顯示晶圓及驅動晶圓製作二維顯示陣列之局部示意圖。
第六圖係為本發明以顯示晶圓及驅動晶圓製作二維顯示陣列之剖視圖。
第七圖係為本發明以顯示晶圓、驅動晶圓及功能性晶圓製作二維顯示陣列之立體組合圖。
第八圖係為本發明以顯示晶圓、驅動晶圓及功能性晶圓製作二維顯示陣列之局部示意圖。
第九圖係為本發明以顯示晶圓、驅動晶圓及功能性晶圓製作二維顯示陣列之剖視圖。
綜合上述技術特徵，本發明之一較佳實施例請參閱第一圖所示，係為一種利用三維矽穿孔技術(TSV)製作二維發光二極體顯示陣列之方法，步驟如下：
A.在一顯示晶圓(1)上設置複數個矩陣排列之發光二極體晶片(11)，並於該些發光二極體晶片(11)上分別設置一貫穿 該些發光二極體晶片(11)之第一矽穿孔(12)，該些第一矽穿孔(12)內則分別設置一第一導電體(13)。
B.在一驅動晶圓(2)上相對該顯示晶圓(1)之發光二極體晶片(11)位置處設置複數個矩陣排列之驅動電路晶片(21)，並於該些驅動電路晶片(21)上相對該些發光二極體晶片(11)之第一矽穿孔(12)位置處分別設置一貫穿該些驅動電路晶片(21)之第二矽穿孔(22)，該些第二矽穿孔(22)內則分別設置一第二導電體(23)。
C.將該顯示晶圓(1)及該驅動晶圓(2)相壓合，使該些第一導電體(13)及第二導電體相連接(23)，而導通該顯示晶圓(1)上之發光二極體晶片(11)及該驅動晶圓(2)上之驅動電路晶片(21)，形成一二維發光二極體顯示陣列。
上述二維發光二極體顯示陣列係藉由矽穿孔技術(TSV)結合該顯示晶圓(1)及該驅動晶圓(2)，由於此方式不用將單獨之發光二極體晶片(11)切割後進行封裝，可大量減少封裝之體積，提高發光二極體晶片(11)排列之密度，而能增加二維發光二極體顯示陣列之解析度。
本發明另一較佳實施例請參閱第二圖所示，係於步驟C後進行以下步驟：
D.在至少一功能性晶圓(3)上相對該驅動晶圓(2)之驅動電路晶片(21)位置處設置複數個矩陣排列之功能性晶片(31)，該些功能性晶片(31)上相對該些驅動電路晶片(21)之第二矽穿孔(22)位置處分別設置一貫穿該些功能性晶片(31)之第三矽穿孔(32)，該些第三矽穿孔(32)內則分別設置一第三導電體(33)。
E.將該些功能性晶圓(3)依序相互對應壓合，並壓合於該驅動晶圓(2)，使該些第二導電體(23)及第三導電體(33)相連接，而導通該驅動晶圓(2)上之驅動電路晶片(21)及該些功能性晶圓(3)上之功能性晶片(31)。
例如，當該些功能性晶圓(3)包括一儲存晶圓時，則可藉此堆疊方式，而具有儲存該顯示晶圓(1)之顯示資訊的功能，且亦可繼續以矽穿孔技術(TSV)堆疊其他功能性晶圓(3)，增加二維發光二極體顯示陣列之功能，使用者之後可將該二維發光二極體顯示陣列依需求切割成適當大小，或者亦可將多組二維發光二極體顯示陣列組合成為更大二維發光二極體顯示陣列，之後進行封裝及後續之後段製程，而成為廣告看板或其他顯示幕。
請參閱第三圖、第四圖、第五圖及第六圖所示，本發明亦為一種利用三維矽穿孔技術(TSV)製作之二維發光二極體顯示陣列，包括：一顯示晶圓(1)，其上設置複數個矩陣排列之發光二極體晶片(11)，該些發光二極體晶片(11)上分別設置一貫穿該些發光二極體晶片(11)之第一矽穿孔(12)，該些第一矽穿孔(12)內則分別設置一第一導電體(13)，主要為銅；一驅動晶圓(2)，係壓合於該顯示晶圓(1)，其上相對該顯示晶圓(1)之發光二極體晶片(11)位置處設置複數個矩陣排列之驅動電路晶片(21)，該些驅動電路晶片(21)上相對該些發光二極體晶片(11)之第一矽穿孔(12)位置處分別設置一貫穿該些驅動電路晶片(21)之第二矽穿孔(22)，該些第二矽穿孔(22)內則分別設置一第二導電體(23)，主要為銅，該些第二導電體(23)則對應連接該些第一導電體(13)。
使用時，可以根據所需顯示面積的大小做切割形成面積較小之二維發光二極體顯示陣列，或者結合複數個原二維發光二極體顯示陣列，加大顯示面積，而不用將該些發光二極體晶片(11)由該顯示晶圓(1)上作單獨元件切割，該些驅動電路晶片(21)亦不用由該驅動晶圓(2)上作單獨切割，故將可大幅提昇該些發光二極體晶片(11)之排列密度，而可提高顯示解析度，而由印刷電路板(PCB)層級提高到晶圓層級，同時不用將單獨之發光二極體晶片(11)與單獨之驅動電路晶片(21)進行封裝，而能減少封裝尺寸，亦降低系統在單位相素的價格，又當任一發光二極體晶片(11)損壞時，被動上，可以用Disable的方式將該損壞之發光二極體晶片(11)去能，或者主動上透過對應之驅動電路晶片(21)對於該有錯的發光二極體晶片(11)以interpolation(內插)方式進行計算。
另外，請參閱第七圖、第八圖及第九圖所示，另設置至少一功能性晶圓(3)，係壓合於該驅動晶圓(2)，其上相對該驅動晶圓(2)之驅動電路晶片(21)位置處設置複數個矩陣排列之功能性晶片(31)，該些功能性晶片(31)上相對該些驅動電路晶片(21)之第二矽穿孔(22)位置處分別設置一貫穿該些功能性晶片(31)之第三矽穿孔(32)，該些第三矽穿孔(32)內則分別設置一第三導電體(33)，該些第三導電體(33)則對應連接該些第二導電體(23)。
同樣的，當該些功能性晶圓(3)包括一儲存晶圓時，則可藉此堆疊方式，而具有儲存該顯示晶圓(1)之顯示資訊的功能，且亦可繼續以矽穿孔技術(TSV)堆疊其他功能性晶圓(3)，增加二維發光二極體顯示陣列之功能。

Claims (6)

  1. 一種利用三維矽穿孔技術(TSV)製作二維發光二極體顯示陣列之方法，步驟如下：A.於一顯示晶圓上製作一第一矽穿孔：在一顯示晶圓上設置複數個矩陣排列之發光二極體晶片，並於該些發光二極體晶片上分別設置一貫穿該些發光二極體晶片之第一矽穿孔，該些第一矽穿孔內則分別設置一第一導電體；B.於一驅動晶圓上製作一第二矽穿孔：在一驅動晶圓上相對該顯示晶圓之發光二極體晶片位置處設置複數個矩陣排列之驅動電路晶片，並於該些驅動電路晶片上相對該些發光二極體晶片之第一矽穿孔位置處分別設置一貫穿該些驅動電路晶片之第二矽穿孔，該些第二矽穿孔內則分別設置一第二導電體；C.壓合該顯示晶圓及該驅動晶圓：將該顯示晶圓及該驅動晶圓相壓合，使該些第一導電體及第二導電體相連接，而導通該顯示晶圓上之發光二極體晶片及該驅動晶圓上之驅動電路晶片，形成一二維發光二極體顯示陣列，並且不將發光二極體晶片與驅動電路晶片單獨封裝，而將該二維發光二極體顯示陣列依需求切割成適當大小，或者將多組二維發光二極體顯示陣列組合成為更大二維發光二極體顯示陣列，之後整體進行封裝。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之利用三維矽穿孔技術(TSV)製作二維發光二極體顯示陣列之方法，係於步驟C後進行步驟D，於至少一功能性晶圓上製作一第三矽穿孔：在至少一功能性晶圓上相對 該驅動晶圓之驅動電路晶片位置處設置複數個矩陣排列之功能性晶片，該些功能性晶片上相對該些驅動電路晶片之第二矽穿孔位置處分別設置一貫穿該些功能性晶片之第三矽穿孔，該些第三矽穿孔內則分別設置一第三導電體，並於步驟D後進行步驟E，將該些功能性晶圓壓合於該驅動晶圓：將該些功能性晶圓依序相互對應壓合，並壓合於該驅動晶圓，使該些第二導電體及第三導電體相連接，而導通該驅動晶圓上之驅動電路晶片及該些功能性晶圓上之功能性晶片。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之利用三維矽穿孔技術(TSV)製作二維發光二極體顯示陣列之方法，其中該些功能性晶圓係包括一儲存晶圓。
  4. 一種利用三維矽穿孔技術(TSV)製作之二維發光二極體顯示陣列，包括有：一顯示晶圓，其上設置複數個矩陣排列之發光二極體晶片，該些發光二極體晶片上分別設置一貫穿該些發光二極體晶片之第一矽穿孔，該些第一矽穿孔內則分別設置一第一導電體；一驅動晶圓，係壓合於該顯示晶圓，其上相對該顯示晶圓之發光二極體晶片位置處設置複數個矩陣排列之驅動電路晶片，該些驅動電路晶片上相對該些發光二極體晶片之第一矽穿孔位置處分別設置一貫穿該些驅動電路晶片之第二矽穿孔，該些第二矽穿孔內則分別設置一第二導電體，該些第二導電體則連接該些第一導電體；不將發光二極體晶片與驅動電路晶片單獨封裝，而將該二維發光二極體顯示陣列依需求切割成適當大小，或者將多組二維發光二極體顯示陣列組合成為更大二維發光二極體顯示陣列，之後整體 進行封裝。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之利用三維矽穿孔技術(TSV)製作之二維發光二極體顯示陣列，另設置至少一功能性晶圓，係壓合於該驅動晶圓，其上相對該驅動晶圓之驅動電路晶片位置處設置複數個矩陣排列之功能性晶片，該些功能性晶片上相對該些驅動電路晶片之第二矽穿孔位置處分別設置一貫穿該些功能性晶片之第三矽穿孔，該些第三矽穿孔內則分別設置一第三導電體，該些第三導電體則連接該些第二導電體。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之利用三維矽穿孔技術(TSV)製作之二維發光二極體顯示陣列，其中該些功能性晶圓係包括一儲存晶圓。
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