仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构

技术领域

本发明涉及一种仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构，属于半导体互联键合技术领域。

背景技术

随着大数据、人工智能等领域的迅速发展，显示技术的未来必定注重人与信息的交互过程。而Micro LED由于具有自发光无需背光源、响应速度快、对比度高、电光转换效率优异、功耗低以及寿命长等特点在AR/VR、可穿戴显示、车载显示以及超大屏显示等领域表现出重要的前景。目前，Micro LED领域中最常用的互连键合方式为倒装键合(Flip-bonding)，在芯片的电极上制备金属凸点，然后将芯片的电极面朝下，利用热压、钎焊等工艺将金属凸点与驱动基板互连。倒装键合的方法具有精度高、制备的混合集成芯片占用体积小、器件电流密度提升、散热能力得到优化等优点，而且避免正装键合情况下金线断裂造成的光淬灭问题和存在的电流拥挤问题。倒装键合方法很好的满足芯片领域朝着高密度、高性能方向的发展需要。但是，倒装键合方法还需要解决可靠性差、精准性低等问题。

目前，产业上已经发展出多种成熟的金属凸点键合工艺。其中最常用的方式就是热压键合。其中，Cu-Cu热压键合方法迅速发展，被广泛应用于生产研究领域。与传统焊接技术相比，该方法具有更稳定的支撑，可以实现窄间距互联，同时也具有更优异的导电导热特性，以及良好的抗电迁移能力等。然而，热压键合方法也面临诸多问题，例如Cu金属高的熔点，需要更高的键合温度和压强；高温键合会破坏器件中的热敏材料并且导致弯曲，从而损伤器件性能；同时也会降低对位精度，需要配备更加复杂的生产设备。最近几年，化学镀技术由于操作简单灵活得到产业界和学术界的关注。化学镀技术无需配备大型生产设备，具有沉积速率快、成膜均匀致密、生产成本低等优点。化学镀技术生长薄膜时只需要将样品置于溶液中就可以实现自发生长。在化学镀自键合过程中，首先在外部驱动基板电极处生长金属凸点，然后将芯片和外部驱动基板预对准后共同置于溶液中，化学反应会自发进行，实现金属凸点的互连键合。但目前化学镀自键合方法还存在亟待解决的问题，该方法需要将芯片和外部驱动基板混合器件置于溶液中进行化学反应，上下金属凸点对位的准确性与键合良率密切相关，但目前堆叠芯片的对准效果较差，容易产生错位等问题，因此急需寻找到一种新的方案提升混合器件对位的准确性。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构，该自键合结构的空腔内形成负压，纳米团块颗粒与空腔形成的仿螺腹足肌肉结构导致外部驱动基板与Micro LED芯片阵列之间的摩擦力增大，从而固定Micro LED芯片阵列，避免错位。

本发明的技术方案如下：

第一方面

一种仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构，包括外部驱动基板，所述外部驱动基板上设置有若干电极，所述电极上设置有金属凸点，部分或全部相邻的所述电极之间设置有空腔，所述空腔上方设置有纳米团块颗粒。

进一步的，所述纳米团块颗粒与所述空腔形成仿螺腹足肌肉结构，所述仿螺腹足肌肉结构的高度大于所述外部驱动基板的电极高度、所述金属凸点的高度和Micro LED芯片的电极高度三者之和。

进一步的，所述仿螺腹足肌肉结构的宽度比相邻所述电极之间的间距小1～2μm。

进一步的，所述金属凸点的宽度比所述电极宽度小1～2μm。

第二方面

一种仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构的制备方法，用于制备第一方面中任一所述仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构，包括：

在所述外部驱动基板的电极上生长金属凸点：

在全部或部分相邻的两所述电极之间构建空腔；所述空腔通过光刻或者喷墨打印形成；

在所述空腔上方压印粘附纳米团块颗粒。

进一步的，在所述外部驱动基板的部分或全部电极上生长金属凸点，具体为：

在所述外部驱动基板上旋涂光刻胶，通过光刻在所述电极上生长金属凸点的目标位置制备凹坑；

在凹坑内制备金属凸点；

去除光刻胶，获得金属凸点。

进一步的，制备金属凸点的方式为化学镀、电镀和蒸镀中的一种；金属凸点的材料为镍、金、铜和铟中的一种。

进一步的，所述纳米团块颗粒由粘附剂粘附纳米颗粒得到。

第三方面

一种仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合方法，通过第一方面中任一所述仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构进行自键合，包括：

将Micro LED芯片阵列转移到外部驱动基板上方，转移时将Micro LED芯片阵列的电极对准所述外部驱动基板的电极上方的金属凸点；

将Micro LED芯片阵列压合粘附在所述外部驱动基板上方，形成准混合器件；压合粘附过程中，所述仿螺腹足肌肉结构固定所述外部驱动基板；

将所述准混合器件固定在装有镀液的容器中实现自键合。

进一步的，所述镀液为镍镀液、金镀液、铜镀液或铟镀液。

本发明具有如下有益效果：

1.该自键合结构的空腔内形成负压，纳米团块颗粒与空腔形成的仿螺腹足肌肉结构导致外部驱动基板与Micro LED芯片阵列之间的摩擦力增大，从而固定Micro LED芯片阵列，避免错位。

2.该自键合结构仿螺腹足肌肉结构的尺寸、大小等可以根据需要来改变，适应不同的Micro LED自键合。

3.该自键合方法采用仿螺腹足肌肉结构做为芯片支撑，在热压预对准过程中仿螺腹足结构的空腔结构可形成负压，纳米粘附结构可以增大摩擦力，最终实现芯片预对准良率的提升。

附图说明

图1为本发明实施例的仿螺腹足肌肉结构电镜扫描图。

图2为本发明实施例的仿螺腹足肌肉结构三维示意图。

图3为本发明实施例的仿螺腹足肌肉结构示意图。

图4为本发明实施例的自键合方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

第一方面

一种仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构，包括外部驱动基板，所述外部驱动基板上设置有若干电极，所述电极上设置有金属凸点，部分或全部相邻的所述电极之间设置有空腔，所述空腔上方设置有纳米团块颗粒。

所述电极包括p-电极和/或n-电极。

外部驱动基板和Micro LED芯片上的电极本身高度较低，通过设置金属凸点，能够键合生长的需求。

在一种实施例中，所述电极阵列排布，所述电极上设置有技术凸点，所以所述金属凸点也成阵列排布。

参考图2，所述空腔为四周封闭，中间凹陷的形状，空腔的形状可以是圆形，方形等任意形状。

该自键合结构的空腔在键合时，空腔内形成负压，能够吸合Micro LED芯片，纳米团块颗粒可以增大外部驱动基板与Micro LED芯片之间的摩擦力，从而实现Micro LED自键合，避免发生错位。

在本发明的一种实施方式中，所述纳米团块颗粒与所述空腔形成仿螺腹足肌肉结构，所述仿螺腹足肌肉结构的高度大于所述外部驱动基板的电极高度、所述金属凸点的高度和Micro LED芯片的电极高度三者之和。

在本发明的一种实施方式中，所述仿螺腹足肌肉结构的宽度比相邻所述电极之间的间距小1～2μm。

在本发明的一种实施方式中，所述金属凸点的宽度比所述电极宽度小1～2μm。

金属凸点的宽度比电极宽度小的原因是，在In金属凸点制备完成后需要回流，从而优化其性能；二是避免金属凸点过宽延伸到电极外侧，并包裹住电极，避免化学镀过程中的过渡生长。

第二方面

一种仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构的制备方法，用于制备第一方面中任一所述仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构，包括：

在所述外部驱动基板的电极上生长金属凸点：

在全部或部分相邻的两所述电极之间构建空腔；所述空腔通过光刻或者喷墨打印形成；所述空腔的材料为光刻胶或热塑性高分子材料，这些空腔在一定的温度和压力下很容易发生形变，因此在与Micro LED芯片压合之后，空腔内的气体会被排出，从而形成负压，将Micro LED芯片牢牢吸附在自键合结构上。

在所述空腔上方压印粘附纳米团块颗粒。

在本发明的一种实施方式中，在所述外部驱动基板的部分或全部电极上生长金属凸点，具体为：

在所述外部驱动基板上旋涂光刻胶，通过光刻在所述电极上生长金属凸点的目标位置制备凹坑；

在凹坑内制备金属凸点；

去除光刻胶，获得金属凸点。

在本发明的一种实施方式中，制备金属凸点的方式为化学镀、电镀和蒸镀中的一种；金属凸点的材料为镍、金、铜和铟中的一种。

在本发明的一种实施方式中，所述纳米团块颗粒由粘附剂粘附纳米颗粒得到。

第三方面

参考图4，一种仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合方法，通过第一方面中任一所述仿螺腹足肌肉结构粘附的低密度Micro LED自键合结构进行自键合，包括：

将Micro LED芯片阵列转移到外部驱动基板上方，转移时将Micro LED芯片阵列的电极对准所述外部驱动基板的电极上方的金属凸点；

将Micro LED芯片阵列压合粘附在所述外部驱动基板上方，形成准混合器件；压合粘附过程中，所述仿螺腹足肌肉结构固定所述外部驱动基板；

将所述准混合器件固定在装有镀液的容器中实现自键合。

在本发明的一种实施方式中，所述镀液为镍镀液、金镀液、铜镀液或铟镀液。

以下为本发明的一些具体实施例。

实施例一

(1)采用磁控溅射法在外部驱动基板上沉积Ni金属层，做为种子层。在化学镀生长过程中，种子层起到催化作用，化学反应在种子层上进行，避免Ni金属在其他区域的过渡生长。

(2)利用AZP 4620光刻胶在外部驱动基板电极区域制备凹坑。

(3)采用化学镀方法在外部驱动基板电极处生长Ni金属凸点，镀液温度75℃。

(4)利用光刻技术，采用热塑性高分子材料在外部驱动基板的p-电极与n-电极的金属凸点之间制备空腔结构。

(5)在纳米聚丙烯颗粒外包覆多巴胺制备纳米团块颗粒。

(6)利用压印在空腔上粘附纳米团块颗粒以构建仿螺腹足肌肉结构。

(7)利用微米级芯片转移设备将Micro LED芯片阵列按照n-电极和p-电极对应位置与外部驱动基板上的金属凸点对准并压合到仿螺腹足肌肉结构上，制备准混合器件。

(8)将预对准后的准混合器件放置在化学镀液中完成自键合生长。

实施例二

(1)利用AZ 2070光刻胶在外部驱动基板电极区域制备凹坑。

(2)采用蒸镀法在外部驱动基板电极处生长薄Au层打底，设备本底真空度5x10-4Pa，蒸发速率

(3)采用蒸镀法在薄层Au上生长In金属凸点，设备本底真空度5x10-4 Pa，蒸镀速率

(4)利用光刻技术，采用光刻胶材料在外部驱动基板的p-电极与n-电极的金属凸点之间制备空腔结构。

(5)在纳米SiO2颗粒外包覆多巴胺制备纳米团块颗粒。

(6)利用压印在空腔上粘附纳米团块颗粒以构建仿螺腹足肌肉结构。

(7)利用微米级芯片转移设备将Micro LED芯片阵列按照n-电极和p-电极对应位置与外部驱动基板上的金属凸点对准并压合到仿螺腹足肌肉结构上，制备准混合器件。

(8)将预对准后的准混合器件放置在化学镀液中完成自键合。

实施例三

(1)在外部驱动基板上旋涂AZ 2070光刻胶，在电极区域制备凹坑。

(2)采用蒸镀法在外部驱动基板电极处生长薄Au层打底，设备本底真空度5x10-4Pa，蒸发速率

(3)采用蒸镀法在薄层Au上生长In金属凸点，设备本底真空度5x10-4 Pa，蒸镀速率

(4)利用喷墨打印技术，采用热塑性高分子材料在外部驱动基板的p-电极与n-电极的金属凸点之间制备空腔结构。

(5)在纳米聚丙烯颗粒外包覆多巴胺粘附剂制备纳米团块颗粒。

(6)利用压印在空腔上粘附纳米团块颗粒以构建仿螺腹足肌肉结构。

(7)利用微米级芯片转移设备将Micro LED芯片阵列按照n-电极和p-电极对应位置与外部驱动基板上的金属凸点对准并压合到仿螺腹足肌肉结构上，制备准混合器件。

(8)将预对准后的准混合器件放置在化学镀液中完成自键合。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。