一种基于激光解键合实现巨量转移的方法及应用

1.本发明属于半导体加工的技术领域，具体涉及一种基于激光解键合实现巨量转移的方法及应用。


背景技术：

2.micro-led一般是指特征尺寸小于50μm的led芯片，具有发光性能优异、寿命长、低能耗、高色彩饱和合度等显著优势。micro-led显示技术在常规led显示技术的基础上发展而来，是新型与传统技术的集成复合体。随着这项技术朝着集成化，阵列转移化，全彩化方向的进一步发展，其巨大的应用潜力引起了学术界的高度关注。
3.为实现全彩化显示，巨量转移技术往往是离不开的一环——将在不同外延片上生长的三色micro-led芯片，根据阵列规则大量地转移到目标基板上。“转移效率”与“转移精度”的提升是其技术难点，但各大厂商在着力解决此类问题的同时往往又产生了新的问题：如激光辅助转移法虽然能够提供高效、高精度的转移；但也有着机器成本过高、需要配套led外延片等缺点。巨量转移技术的高成本是当今市面上micro-led产品价格居高不下的主要原因，限制了新一代显示技术的发展。当今市面上急需一种成本低廉、工序简单，扩展性高同时又能够提供足够的转移效率与转移精度以满足量产与研究需要的巨量转移方案。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的不足，提供一种基于激光解键合实现巨量转移的方法及应用。
5.为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
6.一种基于激光解键合实现巨量转移的方法，包括：
7.a)提供转移装置，所述转移装置包括一透明的转移基板和设于转移基板的转移面上的若干凸台结构，于转移面上依次形成覆盖凸台结构的激光释放层和临时键合层，将待转移元件通过临时键合层连接于凸台结构上；
8.b)提供一目标基板，所述目标基板设有若干焊盘区；将转移装置与目标基板对位使元件的焊盘面与目标基板的焊盘区一一相对，对元件和目标基板进行热压键合；
9.c)使激光透过转移基板和凸台结构作用于激光释放层，将元件与转移装置分离；
10.d)去除元件上残留的临时键合层。
11.可选的，步骤a)中，所述凸台结构由转移基板本身蚀刻形成；或蚀刻转移基板表面形成的透明材料层形成。
12.可选的，所述目标基板包括rdl层，rdl层上设有介质层并通过介质层分隔所述焊盘区，所述焊盘区包括焊盘和连接焊盘的锡球结构，所述元件的焊盘面设有引脚端，所述锡球结构和引脚端一一对应。
13.可选的，步骤b)中，所述转移装置和目标基板分别设有标记点，通过摄像头对齐转移装置和目标基板的标记点实现对位。
14.可选的，步骤c)中，采用的激光为波长小于415nm的紫外/近紫外光，通过激光扫略或整面曝光的形式实现特定区域或整面解键合。
15.一种全彩化micro-led显示装置的制作方法，采用上述基于激光解键合实现巨量转移的方法分别将蓝光、红光和绿光芯片批量转移至目标基板上；其中目标基板的焊盘区按x方向上三色交替的阵列排布，转移装置x方向上相邻两凸台结构的距离大于芯片于该方向上长度的2倍。
16.可选的，所述激光释放层的厚度＜0.5μm，所述临时键合层的厚度为10-40μm。
17.可选的，还包括进行转移良率检测以及填补芯片空缺的步骤。
18.可选的，所述转移良率检测的步骤为：
19.1)划定像素点，每一像素点包括两个单元，每一单元包括三色芯片各一个；
20.2)检查各像素点的芯片缺失，若一像素点同色两个芯片均缺失则判定需要填补芯片空缺。
21.可选的，所述填补芯片空缺的步骤为：
22.1)于所述转移基板与转移面相对的表面上覆盖反光层，反光层开设有对应补缺操作的凸台结构的窗口；于所述转移面上依次形成激光释放层和临时键合层，将待转移芯片通过临时键合层连接于凸台结构上；
23.2)将转移基板置于目标基板上方并对位，采用激光通过所述窗口作用于激光释放层，使对应的芯片释放并下落至目标基板空缺位上，然后进行回流焊接。
24.可选的，填补芯片空缺也可通过以下方法实现：
25.1)通过激光烧蚀的方法加工所述转移基板上刻蚀后的透明材料层以形成不同的凸台结构，进而在临时键合时可器件可与定义好的凸台结构连接；
26.2)将转移基板置于目标基板上方并对位，采用激光作用于激光释放层，使全部与凸台结构连接的芯片释放并下落至目标基板空缺位上，然后进行回流焊接。
27.本发明的有益效果为：
28.1、制作工艺易于实现，流程简单，转移基板清洗后可重复使用，成本较低；
29.2、通过将芯片与目标基板进行键合固定后再与转移基板分离，避免了芯片在释放时自由下落可能产生的偏移问题，保证了极高的转移精度；
30.3、在芯片与激光释放层中间设置有临时键合层，一方面方便芯片与转移基板的暂时固定，另一方面作为保护层避免激光消蚀过程中对芯片的损伤，提高了转移后芯片的良率；
31.4、技术方案提出了一种应对元件检测筛选导致空缺问题的解决方案，优化了转移流程，缩减转移时间与转移成本。
附图说明
32.图1～图4为实施例1的基于激光解键合实现巨量转移的方法步骤1～4的工艺示意图；
33.图5为实施例2的蓝光芯片转移至目标基板的工艺示意图；
34.图6为实施例2的三色芯片转移至目标基板的工艺示意图，其中(a)为转移后的蓝光芯片于目标基板上的排布的俯视图，(b)为转移后的三色芯片于目标基板上的排布的俯
视图；
35.图7为实施例2的转移后的三色芯片于目标基板上的排布的截面图；
36.图8为实施例2的转移后存在缺失情况下的三色芯片于目标基板上的排布的俯视图；
37.图9为实施例2的通过转移装置填补空缺的工艺示意图。
具体实施方式
38.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
39.实施例1
40.实施例1提供一种基于激光解键合实现巨量转移的方法。
41.步骤一：参考图1，制作转移装置1对待转移元件2进行一次键合。
42.提供一透明的转移基板101，转移基板101例如是透明玻璃，厚度范围为0.5-2mm。以转移基板101的背面为转移面，转移面上具有若干方形的凸台结构102，凸台结构102可以是由转移基板101本身蚀刻得到，也可以采用其他材料形成；例如，凸台结构102材料为pi，材质透明，厚度范围5-60μm，可通过涂覆、光刻、显影、刻蚀与硬烤得到，其尺寸稍大于待键合元件2尺寸，用于拾取元件阵列中特定位置的芯片。
43.于转移面上利用旋涂和烘烤的方式依次制作激光释放层103和临时键合层104。激光释放层103可选择wlp lb210，厚度范围0-0.5μm；临时键合层104可选择wlp tb4130，厚度范围10-40μm。其中凸台结构102及位于凸台结构102上的激光释放层103和临时键合层104即组成单个转移头1a。
44.将转移装置1与待转移元件2进行热压键合，键合前通过摄像头对齐转移装置1与待转移元件2的标记点实现转移头1a与元件2的对齐。转移装置1上单个转移头1a与单个元件2一一对应。这里所述的一一对应，是指每个元件2对应一个转移头1a。通过热压键合临时键合层104使元件2与转移装置1实现临时固定，其中热压键合温度范围200-220℃。具体，元件2具有焊盘面，焊盘面上设有引脚端201，元件2与焊盘面相对的一侧通过临时键合层104键合于转移头1a上。
45.步骤二：参考图2，将待转移元件2与目标基板3进行二次键合。
46.目标基板3具有rdl层303，rdl层303上设有介质层302，介质层302中设有若干焊盘区，介质层302起到了隔离不同元件电路的作用。焊盘区包括焊盘301和与焊盘301连接的锡球结构304。将带有元件2的转移装置1置于目标基板3上方，通过摄像头对齐转移装置1与目标基板3上的标记点使每个元件2与一个焊盘区对齐，元件2的引脚端201与目标基板3上每组焊盘301和锡球结构304一一对应，进行热压键合。热压键合是利用加热和加压力进行键合的方法，相对于回流焊接，具有精度要求高，需要的焊接温度相对更小等特点。元件2在与目标基板3键合后，引脚端201与目标基板3连接，通过rdl层303与驱动模块及控制模块形成电连接。
47.步骤三：参考图3，激光解键合。
48.使用的激光波长为355nm，总能量达到200-300mj/cm2，激光透过转移基板101和凸台结构102作用到激光释放层103上，使其快速分解，实现带有临时键合层104的元件2释放，从而实现元件2转移至目标基板3的目标位置。激光释放层103在激光的照射下会发生烧蚀，临时键合层104除了可以实现元件2和转移装置1的临时键合，也可作为元件的保护层，避免激光释放层103烧蚀的残留污染元件2表面，可大大提高转移后元件良率。
49.步骤四：参考图4，去除元件2上残留的临时键合层及激光释放层，其中激光释放层可通过碱洗工艺在5％的naoh溶液在60℃的环境下超声清洗去除；临时键合层可通过wlp tbr2浸洗去除。
50.元件在转移过程中与转移装置临时固定，在与目标基板键合(即定位固定)后才进行与转移装置的分离，避免元件从转移装置落到目标基板这一运动过程中产生的偏移问题，确保转移精度。
51.实施例2
52.一种全彩化micro-led显示装置的制作方法，需要分别进行蓝光、红光和绿光芯片阵列的批量转移和排布，三色阵列的转移顺序不限，以下以蓝光芯片2-1——绿光芯片2-2——红光芯片2-3的顺序为例进行说明。
53.按照实施例1的步骤从蓝光芯片阵列中拾取蓝光芯片2-1并转移至目标基板3中。如图5所示，本实施例的转移装置1的x方向上相邻两凸台结构102的距离大于芯片于该方向上长度的2倍。目标基板3的焊盘区按x方向上三色交替的阵列排布。从而，转移后的蓝光芯片2-1于目标基板3上的排布如图6(a)所示。
54.重复上述步骤分别将绿光芯片2-2和红光芯片2-3转移至目标基板3对应位置中，以确保存在尺寸误差的三色芯片按图6(b)所示顺序在目标基板3上完成组装，其截面图如图7所示。
55.三色芯片转移完成后，还需进行转移良率检测以及填补芯片空缺的步骤。
56.在实际操作中，若转移前芯片阵列在去除不良元件后，存在空缺。则将该阵列上元件转移后，得到的阵列也存在空缺，如图8的虚线框所示，定义每个像素点每种颜色的芯片包含2个(包含2个蓝光，2个绿光，2个红光芯片)，将位于上侧的三色芯片定义为主芯片单元，将位于下侧的三色芯片定义为备用芯片单元，如图8(a)所示，当仅主芯片单元的三色芯片中存在芯片缺失时，启用备用芯片处的改色芯片代替显示，此种芯片空缺不影响正常显示；如图8(b)所示，如某像素点中同色的主芯片与备用芯片皆为空缺，则需要重复转移填补空缺元件。
57.参考图9，以图8(b)中红光芯片缺失为例，采用实施例1的转移装置，在转移基板101与转移面相对的表面上覆盖反光层105，反光层105开设有对应补缺操作的凸台结构102的窗口105a。反光层105例如可以是沉积的反光金属钛层。于转移面上依次制作激光释放层103和临时键合层104，将待转移芯片通过临时键合层104连接于凸台结构102上；将转移基板置于目标基板上方并对位，采用激光通过窗口105a作用于激光释放层103，使对应的芯片2-3a释放并下落至目标基板3空缺两侧元件形成的小空间里，最后进行回流焊接，完成空缺元件的转移和电连接。可以理解，可在补缺步骤后再统一去除芯片上残留的临时键合层。
58.额外的，填补芯片空缺也可通过以下方法实现：
59.1)仅在转移基板对应需补缺位置形成凸台结构，具体通过激光烧蚀的方法加工所
述转移基板上刻蚀后的透明材料层以形成不同的凸台结构，进而在临时键合时器件可与定义好的凸台结构连接；
60.2)将转移基板置于目标基板上方并对位，采用激光作用于激光释放层，使全部与凸台结构连接的芯片释放并下落至目标基板空缺位上，然后进行回流焊接。本实施例例通过特定位置凸台结构的设置来实现精确填补空缺，然后进行整面激光作用于释放层，无需设置反光层及开设窗口。
61.上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于激光解键合实现巨量转移的方法及应用，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。