一種基於金屬微球自組裝的Micro-LED凸點陣列製備及鍵合方法

2023-05-04 20:01:22 4

一種基於金屬微球自組裝的micro-led凸點陣列製備及鍵合方法
技術領域
1.本發明涉及半導體封裝技術領域，特別是一種基於金屬微球自組裝的micro-led凸點陣列製備及鍵合方法。


背景技術：

2.近幾十年，隨著顯示技術的快速發展，顯示產品廣泛應用於電視、顯示器、筆記本、平板、手機等，給人們的生活生產帶來了極大的便利。現有的顯示技術主要以lcd(liquid crystal display)和oled(organic light emitting diode)顯示為主。隨著顯示技術的不斷發展，micro-led顯示技術，以其超高解析度、低功耗、高亮度、高色彩飽和度、反應速度快、厚度薄、壽命長等優點，成為了各大廠商及研究機構關注和研究的重點，並有望成為下一代顯示技術。
3.micro-led晶片一般與驅動背板集成實現各種場景的顯示應用。隨著解析度和像素密度提高，凸點製備和鍵合成為micro-led顯示的關鍵技術難題之一。其中，倒裝晶片工藝使得封裝成本更低，更能夠實現堆疊晶片和三維封裝工藝，是晶片互連技術的發展趨勢。倒裝晶片鍵合技術指晶片的焊點與基板上的焊盤進行對位和貼裝，然後用焊料回流工藝在晶片和基板焊盤間形成焊球，再在晶片和基板間的空隙填充膠從而實現了電氣和機械連接。所以倒裝晶片鍵合技術的關鍵在於凸點的形成，傳統的凸點製作方法，包括蒸發沉積、印刷、電鍍、黏點轉移法、sb2-jet法、金屬液滴噴射法等。每種凸點的製作方法都需要存在一定的缺點，並且技術還不夠成熟。如常用的傳統光刻回流方法，通過刻蝕或lift-off方法形成金屬柱子，再通過加熱回流形成金屬凸點，不僅浪費掉很多金屬材料，且在凸點製作中焊料的回流工藝中，高溫容易形成金屬氧化物層，對凸點、micro-led晶片以及驅動背板上的cmos或tft性能將會產生影響。


技術實現要素：

4.有鑑於此，本發明的目的在於提供一種基於金屬微球自組裝的micro-led凸點陣列製備及鍵合方法，製備工藝簡單，節省原料且有效改善凸點的質量，提高鍵合強度。
5.為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：一種基於金屬微球自組裝的micro-led凸點陣列製備及鍵合方法，micro-led凸點陣列包括從下至上依次設置的基板、凸點下金屬化層、au薄膜、凸點間絕緣層、金屬微球；所述凸點間絕緣層覆蓋基板中像素與像素之間的部分區域，形成與基板像素一一對應的暴露au薄膜陣列；所述金屬微球通過自組裝方法與au薄膜陣列一一結合，形成與基板像素一一對應的金屬微球陣列；所述基板的金屬微球陣列與au薄膜陣列一一精準對位鍵合，形成micro-led顯示陣列。
6.在一較佳的實施例中，所述自組裝的結合方法包括靜電吸附、au-s共價鍵或免疫反應。
7.在一較佳的實施例中，所述金屬微球包括金微球、銀微球、銦微球、錫微球及其合
金微球。
8.在一較佳的實施例中，所述基板具體為micro-led晶片基板或驅動背板。
9.在一較佳的實施例中，包括以下步驟：
10.步驟1：對micro-led晶片基板和驅動背板進行清洗和吹乾；
11.步驟2：通過光刻工藝在micro-led晶片基板和驅動背板表面設置第一光刻掩膜層；
12.步驟3：在micro-led晶片基板和驅動背板上沉積ubm層和au層；
13.步驟4：剝離第一光刻掩膜層，形成ubm金屬層和au層；
14.步驟5：通過薄膜沉積工藝在au層表面沉積一層絕緣層，然後利用光刻和icp工藝，在圖形化的au層上方刻蝕出一個開口，以暴露出au層；
15.步驟6：通過自組裝技術製備出金屬微球陣列；
16.步驟7：micro-led晶片基板和驅動背板上的金屬微球進行鍵合；
17.步驟8：在鍵合後的凸點陣列結構的間隙填充丙烯酸類或環氧化類樹脂。
18.在一較佳的實施例中，ubm金屬層主要起粘附和擴散阻擋的作用，從下往上依次設置於所述的micro-led晶片基板和驅動背板上面；所述粘附層包括金屬ti、cr、cu、w或其合金，厚度為50～300nm；所述的阻擋層為金屬pd、pt或其合金，厚度為50～300nm。
19.在一較佳的實施例中，所述的au層，設置於ubm層的上方，起到浸潤的作用。
20.在一較佳的實施例中，所述的步驟7中的鍵合條件為：溫度室溫至300℃，壓強1-10mpa，時間10-90min。
21.與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：本發明製備工藝簡單，節省原料且有效改善凸點的質量，提高鍵合強度。
附圖說明
22.圖1是本發明優選實施例的凸點製備工藝示意圖(一)；
23.圖2是本發明優選實施例的凸點製備工藝示意圖(二)；
24.圖3是本發明優選實施例的凸點製備工藝示意圖(三)；
25.圖4是本發明優選實施例的凸點製備工藝示意圖(四)；
26.圖5是本發明優選實施例的凸點製備工藝示意圖(五)；
27.圖6是本發明優選實施例的凸點製備工藝示意圖(六)；
28.圖7本發明優選實施例的micro-led晶片或驅動背板的金屬微球陣列俯視圖；
29.圖8是本發明優選實施例的micro-led晶片的金屬微球陣列與驅動背板的金屬微球陣列一一精準對位預鍵合工藝示意圖；
30.圖9是本發明優選實施例的micro-led晶片或驅動背板的au薄膜陣列與驅動背板或micro-led晶片的金屬微球陣列一一精準對位預鍵合工藝示意圖；
31.圖10是本發明優選實施例的鍵合工藝示意圖；
32.圖11是本發明優選實施例的填充工藝示意圖；
33.附圖標記：101-micro-led晶片基板或驅動背板；102-光刻膠；103-ubm層；104-au層；105-絕緣層；106-金屬微球；107-丙烯酸類或環氧化類樹脂。
具體實施方式
34.下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明。
35.應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本技術提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本技術所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。
36.需要注意的是，這裡所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本技術的示例性實施方式；如在這裡所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括複數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語「包含」和/或「包括」時，其指明存在特徵、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
37.參考圖1至11，一種基於金屬微球106自組裝的micro-led凸點陣列製備及鍵合方法，包括從下至上依次設置的micro-led晶片基板或驅動背板101、凸點下金屬化層(ubm層103)、au薄膜、凸點間絕緣層105、金屬微球106；所述凸點間絕緣層105覆蓋micro-led晶片基板或驅動背板101中像素與像素之間的部分區域，凸點間絕緣層105上設置有光刻膠102，形成與micro-led晶片像素或驅動背板101像素一一對應的暴露au薄膜陣列；所述金屬微球106通過自組裝方法與au薄膜陣列一一結合，形成與micro-led晶片像素或驅動背板101像素一一對應的金屬微球106陣列；所述micro-led晶片的金屬微球106陣列與驅動背板的金屬微球106陣列或au薄膜陣列一一精準對位鍵合，或所述micro-led晶片的au薄膜陣列與驅動背板的金屬微球106陣列一一精準對位鍵合，形成micro-led顯示陣列。
38.所述自組裝的結合方法包括靜電吸附、au-s共價鍵、免疫反應。
39.所述金屬微球106包括金微球、銀微球、銦微球、錫微球及其合金微球。
40.實施例1：
41.一種基於金屬微球106自組裝的micro-led凸點陣列製備及鍵合方法，包括以下步驟：
42.步驟1：對micro-led晶片基板和驅動背板進行清洗和吹乾；
43.步驟2：通過光刻工藝在micro-led晶片基板和驅動背板表面設置第一光刻掩膜層；
44.步驟3：次在micro-led晶片基板和驅動背板上沉積ubm層103和au層104；
45.步驟4：剝離第一光刻掩膜層，形成ubm金屬層和au層104；
46.步驟5：通過薄膜沉積工藝在au層104表面沉積一層絕緣層105，然後利用光刻和icp工藝，在圖形化的au層104上方刻蝕出一個開口，以暴露出au層104：
47.步驟6：通過自組裝技術製備出金屬微球106陣列；
48.步驟7：micro-led晶片基板和驅動背板上的金屬微球106進行鍵合；
49.步驟8：在鍵合後的凸點陣列結構的間隙填充丙烯酸類或環氧化類樹脂107；
50.所述步驟3的ubm金屬層主要起粘附和擴散阻擋的作用，它通常由粘附層、擴散阻擋層和浸潤層等多層金屬膜組成，從下往上依次設置於所述的micro-led晶片基板和驅動背板上面；所述粘附層包括金屬ti、cr、cu、w或其合金，厚度為50～300nm；所述的阻擋層為金屬pd、pt或其合金，厚度為50～300nm。
51.所述步驟3的au層104，設置於ubm層103的上方，起到浸潤的作用，厚度為100-300nm。
52.所述步驟5絕緣層105為sio2，厚度為100nm，絕緣層105能起到保護和隔離的作用。
53.所述自組裝的結合方法包括靜電吸附、au-s共價鍵、免疫反應。
54.所述金屬微球106包括金微球、銀微球、銦微球、錫微球及其合金微球，微球的大小為3-5um，本實施例選取製備金微球。
55.所述步驟6中使用自組裝技術製備出金屬微球106陣列具體包括以下方法：
56.方法一：由於金顆粒與氨基發生非共價的靜電吸附而牢固結合，所以採用自組裝結合靜電吸附的方法讓au層104與金屬微球106結合；即氨基修飾金屬微球106，使金屬微球106隻落在au層104上，與au層104發生靜電吸附；
57.方法二：由於與巰基之間形成很強的au-s共價鍵，所以採用自組裝結合au-s共價鍵的方法讓au層104與金屬微球106結合；即用巰基修飾金屬微球106，使金屬微球106隻落在au層104上，與au發生共價鍵合；
58.方法三：由於蛋白質的n端與金納米粒子表面修飾的羧基分子通過碳二亞胺鹽酸鹽/n-羥基琥珀醯亞胺(edc/nhs)進行醯胺鍵偶聯，即au層104表面分子可特異性地結合蛋白質，所以通過過納米標記技術，在金屬微球106上抗體，接入之後使金屬微球106隻落在au層104上，金屬微球106和au層104會發生強的化學吸附；
59.所述的步驟7中的鍵合條件為：溫度室溫至300℃，壓強1-10mpa，時間10-90min；如圖8、圖9所示，所述micro-led晶片的金屬微球106陣列與驅動背板的金屬微球106陣列或au薄膜陣列一一精準對位鍵合，或所述micro-led晶片的au薄膜陣列與驅動背板的金屬微球106陣列一一精準對位鍵合，形成micro-led顯示陣列。
60.實施例2：
61.本例包括具體以下步驟：
62.步驟1：對micro-led晶片基板和驅動背板進行清洗和吹乾；
63.步驟2：通過光刻工藝在micro-led晶片基板和驅動背板表面設置第一光刻掩膜層；
64.步驟3：次在micro-led晶片基板和驅動背板上沉積200nm ti和200nm pt作為ubm層103和100nm的au層104；
65.步驟4：剝離第一光刻掩膜層，形成ubm金屬層和au層104；
66.步驟5：通過薄膜沉積工藝在au層104表面沉積一層100nm厚的sio2作為絕緣層105，然後利用光刻和icp工藝，在圖形化的au層104上方刻蝕出一個開口，以暴露出au層104；
67.步驟6：通過自組裝技術製備出3um大小金屬微球106陣列；具體包括以下方法：
68.方法一：由於金顆粒與氨基發生非共價的靜電吸附而牢固結合，所以採用自組裝結合靜電吸附的方法讓au層104與金屬微球106結合；即氨基修飾金屬微球106，使金屬微球106隻落在au層104上，與au層104發生靜電吸附；
69.方法二：由於與巰基之間形成很強的au-s共價鍵，所以採用自組裝結合au-s共價鍵的方法讓au層104與金屬微球106結合；即用巰基修飾金屬微球106，使金屬微球106隻落在au層104上，與au發生共價鍵合；
70.方法三：由於蛋白質的n端與金納米粒子表面修飾的羧基分子通過碳二亞胺鹽酸鹽/n-羥基琥珀醯亞胺(edc/nhs)進行醯胺鍵偶聯，即au層104表面分子可特異性地結合蛋
白質，所以通過過納米標記技術，在金屬微球106上抗體，接入之後使金屬微球106隻落在au層104上，金屬微球106和au層104會發生強的化學吸附；金屬微球106通過自組裝方法與au薄膜陣列一一結合，形成與micro-led晶片像素或驅動背板101像素一一對應的金屬微球106陣列。
71.步驟7：micro-led晶片基板和驅動背板上的金屬微球106進行鍵合，鍵合條件設置為溫度200℃，壓強5mpa，時間50min。
72.步驟8：在鍵合後的凸點陣列結構的間隙填充丙烯酸類或環氧化類樹脂107；
73.本實例中採用自組裝的方法製備金微球陣列，製備工藝簡單，節省原料且有效改善凸點的質量，提高鍵合強度。
74.以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬於本發明的涵蓋範圍。