本发明涉及一种micro-led键合、全彩化方法及系统,属于高密度电子封装互连工艺。
背景技术:
1、显示技术是人机交互和信息展示的重要组成部分,随着科技的进步和需求的不断增长,显示技术也在不断发展和演进。目前,主要的显示技术包括液晶显示技术(lcd)、有机发光二极管显示技术(oled)、micro-led显示技术、量子点显示技术等。micro-led显示技术是一种新兴的显示技术,它采用微米级的led芯片,具有高亮度、高对比度、快速响应等优点。相比其他显示技术,micro-led具有更高的像素密度和更广阔的颜色范围。
2、虽然 micro-led显示技术具有显著的优势,但该技术尚不成熟,在芯片、背板、巨量转移、全彩化、键合、驱动和检测修复等方面仍然存在一些技术瓶颈。其中巨量转移、全彩化、键合是micro-led核心技术,对产品的质量、效率和成本有着重要影响。
3、在实现micro-led与电路驱动结合的显示阵列时,需要对micro-led芯片进行多次巨量转移。每次转移的芯片量巨大,因此对转移工艺的稳定性和精确度提出了高要求。特别是在实现rgb全彩显示时,需要分别转移r/g/b芯片,增加了转移工艺的复杂性和难度。因此,对于micro-led与电路驱动结合的显示阵列的转移工艺,芯片的定位和精准度是至关重要的。
4、目前主流的巨量转移方式主要有静电力印章、弹性印章、激光辅助转移、流体自组装、滚轮转印等方式。
5、静电力吸附转移是基于异种电荷互吸原理,通过施加异性电荷实现led芯片的抓取与释放。这种转移工艺是一种可选择性的阵列化芯片转移技术,具有高效率的优势。然而,静电转移工艺也存在一些关键技术难点。首先,对led芯片衬底平整度要求较高;其次,需要实现多维高精对位;最后还需要精准控制电极转移头的电压。
6、x-celeprint公司采用聚二甲基硅氧烷(pdms)弹性体印章作为载体,在转移过程中依靠范德华力将micro-led阵列从原生基板转移到目标背板上。且经过数千次转移循环,弹性体保持稳定,没有明显变化。
7、激光辅助转移技术具有较高的难度和更为严格的工艺制程要求,但其转移良率高、速度快等特点吸引了大量产业界和学术界的研究者。因此,该技术被认为是最具商业化潜力的转移技术。
8、流体自组装技术是利用流体的拖拽力,将micro-led转移到背板上。这种技术由elux公司提出,其中衬底上的接触位被设计成井状,micro-led随着去离子水流动会落入这些井中,从而实现自组装。
9、滚轮转印技术是由韩国机械材料研究所在2017年提出的,其过程是通过使用软的滚轮印章将micro-led和tft从晶圆上进行三次转移,实现在柔性基底上构建micro-led阵列。这种方法的对准精度在3 μm以内,良率接近99.9%。
10、以上列出的各种巨量转移方法,都有这以下缺点:(1)转移精度与速度:巨量转移技术需要实现微米级别的芯片转移,且需要高速度和高精度。目前的转移速度较慢,且在转移过程中容易发生芯片损坏或位置偏移,导致生产效率低下。
11、(2)转移成本:目前的巨量转移技术所需的设备和工艺成本较高,包括:转移设备、各种转移胶材、校准系统等。这些成本使得micro-led的生产成本居高不下,限制了其大规模商业化应用。
12、(3)可靠性与一致性:在巨量转移过程中,需要确保micro-led芯片的位置精准、质量一致,以及与基板的良好粘附。然而,目前的技术还未能完全解决转移过程中可能出现的芯片损坏、漏移、尺寸变形等问题,导致了生产过程的不稳定性和产品质量的波动性。
13、(4)规模化生产:目前的巨量转移技术主要还停留在实验室阶段,尚未实现规模化生产。要实现micro-led技术的商业化应用,需要解决转移工艺的规模化生产和工业化应用问题。
14、公开号为“cn116544318a”的中国发明专利公开了一种用于micro-led芯片键合过程的磁力辅助自对准方法,该方法通过在micro-led芯片电极上沉积fe3o4磁性纳米颗粒,使得micro-led芯片电极能被磁化。在基板上制备具有fe3o4磁性纳米颗粒的高密度键合凸点阵列,在磁场的作用下,高密度键合凸点产生磁性,在micro-led芯片与键合凸点键合过程中,由于磁场力的相互吸引,实现micro-led电极与键合凸点的高精度自对准,进一步实现高可靠性micro-led芯片键合。
15、但是上述专利存在的问题是,拥有铁磁性金属电极的micro-led芯片会导致自组装过程的互相吸附,无法实现流体磁性动态自组装。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术中存在的问题,本发明提出了一种micro-led键合、全彩化方法及系统;避免micro-led芯片在流体磁性动态自组装的过程中互相吸附,并通过图案化光刻胶来实现micro-led芯片的有选择性自吸附。
2、本发明的技术方案如下:
3、一方面,本发明提出一种micro-led键合方法,包括以下步骤:
4、对micro-led芯片的电极交替沉积顺磁性金属薄膜和铁磁性金属薄膜;对tft基板的电极沉积单层铁磁性金属薄膜;并在tft基板的表面对应像素点设置金属凸点阵列;
5、对沉积好金属薄膜的micro-led芯片和tft基板进行磁化处理;
6、将磁化处理后的micro-led芯片和tft基板放入去离子水中,进行流体磁性动态自组装;
7、将完成流体磁性动态自组装的micro-led芯片和tft基板放入化学镀液中,使micro-led芯片和tft基板上的金属凸点自生长及互联,直至实现欧姆接触。
8、作为优选实施方式,在进行流体磁性动态自组装步骤之前,还包括步骤:
9、对磁化处理后的tft基板表面的指定区域旋涂光刻胶并进行光刻处理,在tft基板表面的指定区域形成图案化光刻胶。
10、作为优选实施方式,在所述将磁化处理后micro-led芯片和tft基板放入去离子水中的步骤中:
11、添加非离子型表面活性剂对去离子水进行浸润性调配,非离子型表面活性剂的浓度为0.001%-0.03%。
12、作为优选实施方式,在对micro-led芯片的电极交替沉积顺磁性金属薄膜和铁磁性金属薄膜的步骤中,所述顺磁性金属薄膜的材料采用铜、钯、铂或铝。
13、作为优选实施方式,在对micro-led芯片的电极交替沉积顺磁性金属薄膜和铁磁性金属薄膜的步骤中,所述铁磁性金属薄膜的材料采用镍、钴或铁。
14、作为优选实施方式,在对micro-led芯片的电极交替沉积顺磁性金属薄膜和铁磁性金属薄膜,以及对tft基板的电极沉积单层铁磁性金属薄膜的步骤中,沉积的方法为真空蒸镀、真空磁控溅射、电镀或化学镀。
15、作为优选实施方式,在使micro-led芯片和tft基板上的金属凸点自生长及互联的步骤中,控制环境在恒温环境下。
16、另一方面,本发明还提出一种micro-led键合系统,包括:
17、沉积模块,用于对micro-led芯片的电极交替沉积顺磁性金属薄膜和铁磁性金属薄膜;对tft基板的电极沉积单层铁磁性金属薄膜;并在tft基板的表面对应像素点设置金属凸点阵列;
18、磁化模块,用于对沉积好金属薄膜的micro-led芯片和tft基板进行磁化处理;
19、转移键合模块,用于将磁化处理后的micro-led芯片和tft基板放入去离子水中,进行流体磁性动态自组装;以及将完成流体磁性动态自组装的micro-led芯片和tft基板放入化学镀液中,使micro-led芯片和tft基板上的金属凸点自生长及互联,直至实现欧姆接触。
20、再一方面,本发明还提出一种micro-led全彩化方法,包括以下步骤:
21、对三种颜色的micro-led芯片的电极交替沉积顺磁性金属薄膜和铁磁性金属薄膜;对tft基板的电极沉积单层铁磁性金属薄膜;并在tft基板的表面对应像素点设置金属凸点阵列;
22、对沉积好金属薄膜的micro-led芯片和tft基板进行磁化处理;
23、选取其中一种颜色的磁化处理后的micro-led芯片执行键合步骤,具体包括:
24、将对应颜色的磁化处理后的micro-led芯片放入去离子水中;
25、对磁化处理后的tft基板表面的指定区域旋涂光刻胶并进行光刻处理,在tft基板表面的指定区域形成图案化光刻胶以显露出选取颜色所对应的像素区域;
26、将形成图案化光刻胶的tft基板放入去离子水中,进行流体磁性动态自组装;
27、将完成流体磁性动态自组装的对应选取颜色的micro-led芯片和tft基板放入化学镀液中,使对应选取颜色的micro-led芯片和tft基板之间的金属凸点自生长及互联,直至实现欧姆接触,完成键合;
28、对完成键合的tft基板进行去光刻胶处理以及去离子水清洗,选取另外两种颜色micro-led芯片重复执行上述键合步骤,完成另外两种颜色micro-led芯片与tft基板的键合,实现全彩化。
29、再一方面,本发明还提出一种micro-led全彩化系统,包括:
30、沉积模块,对三种颜色的micro-led芯片的电极交替沉积顺磁性金属薄膜和铁磁性金属薄膜;对tft基板的电极沉积单层铁磁性金属薄膜;并在tft基板的表面对应像素点设置金属凸点阵列;
31、磁化模块,对沉积好金属薄膜的micro-led芯片和tft基板进行磁化处理;
32、转移键合模块,用于将对应颜色的磁化处理后的micro-led芯片放入去离子水中;对磁化处理后的tft基板表面的指定区域旋涂光刻胶并进行光刻处理,在tft基板表面的指定区域形成图案化光刻胶以显露出选取颜色所对应的像素区域;将形成图案化光刻胶的tft基板放入去离子水中,进行流体磁性动态自组装;将完成流体磁性动态自组装的对应选取颜色的micro-led芯片和tft基板放入化学镀液中,使对应选取颜色的micro-led芯片和tft基板之间的金属凸点自生长及互联,直至实现欧姆接触,完成键合;
33、全彩化模块,用于对完成键合的tft基板进行去光刻胶处理以及去离子水清洗,选取另外两种颜色micro-led芯片重复放入上述转移键合模块内,完成另外两种颜色micro-led芯片与tft基板的键合,实现全彩化。
34、本发明具有如下有益效果:
35、本发明提供一种micro-led键合、全彩化方法及系统,通过对micro-led电极交替沉积顺磁性和铁磁性的金属薄膜,实现磁化后的micro-led电极呈顺磁性,避免micro-led芯片在流体磁性动态自组装的过程中互相吸附;同时利用旋涂光刻胶,和基板上的金属凸点进行巧妙配合,实现micro-led芯片的有选择性自组装过程,同时有效的保护已经完成键合的芯片。相较于现有的巨量转移与键合工艺,本发明提供的方法更为简易,减少了对大型和成本高昂设备的依赖,并且显着提高了转移与键合的效率与良率。
36、本发明提供一种micro-led键合、全彩化方法及系统,对去离子水进行浸润性调配,添加非离子型表面活性剂,使micro-led芯片在流动的去离子水中更好的分散。
1.一种micro-led键合方法,其特征在于,包括以下步骤:对micro-led芯片的电极交替沉积顺磁性金属薄膜和铁磁性金属薄膜;对tft基板的电极沉积单层铁磁性金属薄膜;并在tft基板的表面对应像素点设置金属凸点阵列;对沉积好金属薄膜的micro-led芯片和tft基板进行磁化处理;将磁化处理后的micro-led芯片和tft基板放入去离子水中,进行流体磁性动态自组装;将完成流体磁性动态自组装的micro-led芯片和tft基板放入化学镀液中,使micro-led芯片和tft基板上的金属凸点自生长及互联,直至实现欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的一种micro-led键合方法,其特征在于,在进行流体磁性动态自组装步骤之前,还包括步骤:
3.根据权利要求1所述的一种micro-led键合方法,其特征在于,在所述将磁化处理后micro-led芯片和tft基板放入去离子水中的步骤中:
4.根据权利要求1所述的一种micro-led键合方法,其特征在于:
5.根据权利要求1所述的一种micro-led键合方法,其特征在于:
6.根据权利要求1所述的一种micro-led键合方法,其特征在于:
7.根据权利要求1所述的一种micro-led键合方法,其特征在于:
8.一种micro-led键合系统,其特征在于,包括:
9.一种micro-led全彩化方法,其特征在于,包括以下步骤:
10.一种micro-led全彩化系统,其特征在于,包括:
