CN112186091B - 微型发光二极管芯片的键合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型发光二极管芯片的键合方法，该方法包括提供背板，背板的每个芯片键合区的电极上形成有两个焊料柱；在芯片键合区内形成胶槽，在胶槽内形成胶层，使胶层覆盖焊料柱的顶部；移动芯片，使芯片的正极和负极分别与两个焊料柱对准；加热背板，使胶层融化为液体胶；使芯片的正极和负极浸入液体胶内；待冷却至室温使正极和负极分别与两个焊料柱粘合；移走转移头；焊接相粘合的正极与焊料柱、负极与焊料柱。本发明提供的芯片的键合方法解决了芯片的正极和负极与背板邦定时芯片与背板容易产生热失配、翘曲以及影响转移头的使用寿命的问题。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种微型发光二极管芯片的键合方法。
背景技术
微型发光二极管(Micro-LED)显示技术由于具有高亮度、高响应速度、低功耗、长寿命等优点，逐渐成为研究热点。在制造大、中尺寸的微型发光二极管显示器过程中，需要进行芯片的巨量转移和键合工艺，键合工艺是指将芯片与背板对齐后，用焊料将芯片的正极和负极与背板上的电极金属电连接。
现有的芯片的键合方法存在LED芯片的正极和负极与背板邦定 (bonding)时芯片与背板容易产生热失配、翘曲以及影响转移头的使用寿命的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种微型发光二极管芯片的键合方法，用以解决现有的键合方法中LED芯片的正极和负极与背板邦定时芯片与背板容易产生热失配、翘曲以及影响转移头的使用寿命的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
本发明实施例提供了一种微型发光二极管芯片的键合方法，包括：
提供背板，所述背板包括多个芯片键合区，每个所述芯片键合区的电极上形成有两个焊料柱；
在每个所述芯片键合区内形成胶槽，使两个所述焊料柱位于所述胶槽内；
在所述胶槽内形成胶层，并使所述胶层覆盖所述焊料柱的顶部；
移动芯片，使所述芯片的正极和负极分别与两个所述焊料柱对准；
加热所述背板，使所述胶层融化为液体胶；
将所述芯片向下移动，使所述正极和所述负极浸入所述液体胶内；
待冷却至室温使所述液体胶凝固，使所述正极和所述负极分别与两个所述焊料柱粘合；
焊接相粘合的所述正极与所述焊料柱、所述负极与所述焊料柱。
本发明实施例提供的微型发光二极管芯片的键合方法具有如下优点：
在背板的芯片键合区内形成胶槽，在胶槽内形成胶层，通过胶层的粘合作用使芯片的正极、负极与焊料柱先粘接在一起，从而保证了正极、负极与焊料柱之间相对固定，避免产生错位，保证了芯片与背板键合时的定位准确，因此本实施例提供的微型发光二极管芯片的键合方法解决了现有技术中LED芯片的正极和负极与背板邦定时芯片与背板容易产生热失配、翘曲的问题。同时，在芯片的正极、负极与焊料柱粘接在一起后，用于拾取和移动芯片的转移头能够移走，因此还避免了后续加热时对转移头的寿命的影响。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，在所述芯片键合区的电极上形成两个焊料柱采用如下方法形成：
通过金属热蒸镀工艺在所述芯片键合区的电极上形成两个所述焊料柱。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，所述焊料柱为高熔点焊料柱，所述高熔点焊料柱为铟焊料柱或锡焊料柱。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，在每个所述芯片键合区内形成胶槽包括：
在所述背板设置有所述焊料柱的一侧旋涂一层光刻胶；
对所述光刻胶进行烘烤、曝光、显影、硬烘，形成所述胶槽。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，以平行于芯片和背板的平面为截面，所述胶槽的开口截面面积大于所述芯片的截面面积。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，在所述胶槽内形成胶层包括：
在所述胶槽内喷墨打印低熔点聚合物，形成所述胶层。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，所述低熔点聚合物为聚乙二醇。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，焊接相粘合的所述正极与所述焊料柱、所述负极与所述焊料柱包括：
提供硬质压板，将所述硬质压板压在所述芯片背离所述背板的一侧；
加热所述背板使所述焊料柱熔化，下压所述硬质压板，使所述正极、所述负极分别与所述焊料柱连接；
冷却至室温，移走所述硬质压板。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，所述微型发光二极管芯片的键合方法还包括在焊接相粘合的所述正极与所述焊料柱、所述负极与所述焊料柱后，去除所述胶层。
如上所述的微型发光二极管芯片的键合方法，所述微型发光二极管芯片的键合方法还包括在去除所述胶层后，对所述芯片和所述背板进行回流焊。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明实施例提供的微型发光二极管芯片的键合方法所能够解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中芯片与背板键合的结构示意图一；
图2为本发明实施例中芯片与背板键合的结构示意图二；
图3为本发明实施例中芯片与背板键合的结构示意图三；
图4为本发明实施例中芯片与背板键合的结构示意图四。
附图标记说明：
10-芯片；
11-正极；
12-负极；
20-背板；
21-焊料柱；
22-胶槽；
23-胶层；
30-转移头；
40-硬质压板。
具体实施方式
焊料通常包括高熔点焊料和低熔点焊料，当使用高熔点焊料进行焊接时，一般需要进行加热到100℃以上熔解焊料以使芯片与背板连接，但是由于加热温度较高，容易造成热失配导致的错位、连接效果差的问题，而且会降低转移头的寿命；当使用低熔点焊料进行焊接后，由于芯片在使用过程中会发热，容易造成低熔点焊料发生重熔，导致电性连接失效的问题。
现有的微型发光二极管芯片的键合方法存在LED芯片的正极和负极与背板邦定时芯片与背板容易产生热失配、翘曲以及影响转移头的使用寿命的问题。
针对上述缺陷，本发明实施例提供了一种改进的技术方案，在该技术方案中，微型发光二极管芯片的键合方法包括在背板的每个芯片键合区内形成胶槽，在胶槽内形成胶层，利用转移头拾取并移动芯片，使芯片的正极和负极分别与两个焊料柱对准；加热背板，使胶层融化为液体胶；下压转移头，使正极和负极浸入液体胶内；待冷却至室温使液体胶凝固，使正极和负极分别与两个焊料柱粘合；移走所述转移头；焊接相粘合的所述正极与所述焊料柱、所述负极与所述焊料柱。本发明实施例提供的微型发光二极管芯片的键合方法解决了现有技术中LED芯片的正极和负极与背板邦定时芯片与背板容易产生热失配、翘曲以及键合时影响转移头的使用寿命的问题。
为了使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图4，本发明实施例提供了一种微型发光二极管芯片的键合方法，包括：
步骤一：提供背板20，背板20包括多个芯片键合区，每个芯片键合区的电极上形成有两个焊料柱21；
具体地，如图1所示，本实施例中背板20包括多个芯片键合区，每个芯片键合区用于与一个芯片10键合。每个芯片键合区的电极上形成有两个焊料柱21，焊料柱21可以通过金属热蒸镀、lift-off等工艺形成。优选地，本实施例中焊料柱21采用高熔点焊料制成，需要说明的是，本实施例中，高熔点焊料指的是金属铟或金属锡等熔点在150℃以上的本领域常规焊料，采用高熔点焊料能够防止在使用过程中因受热熔化，从而防止芯片10与背板20之间的电性连接失效。
步骤二：在每个芯片键合区内的两个焊料柱21之间形成胶槽22，使两个焊料柱21位于胶槽22内；
具体地，如图1所示，胶槽22形成在背板20的芯片键合区内，胶槽 22具有开口，胶槽22的侧壁设置为胶体，胶体具体可以为光刻胶，胶槽 22的底部为背板20面向芯片的表面。本实施例中胶槽22用于为后续形成胶层提供容纳空间，同时防止胶层融化形成液体胶后产生流动。
此外，本实施例中的胶槽22为光刻胶制成的槽。
步骤三：在胶槽22内形成胶层23，并使胶层23覆盖焊料柱21的顶部；
具体地，在胶槽22内形成胶层23的形成方式可以为旋涂或喷墨打印等。需要说明的是，本实施例中胶层23的熔点为50℃-60℃，且胶层23 的熔点低于胶槽22的熔点。本实施例中胶层23用于为芯片的正极、负极与背板20上芯片键合区内的焊料柱21之间提供粘接力，使芯片的正极、负极与背板20上芯片键合区内的焊料柱21在焊接前相对固定，防止焊接时产生错位，保证焊接时定位的准确性。以背板20面向芯片的一侧面为基准，胶层23的高度高于焊料柱21的高度，这样的设置保证了芯片的正极、负极和焊料柱21能够同时位于胶层23中，便于正极、负极与焊料柱 21相互粘接。
步骤四：移动芯片10，使芯片10的正极11和负极12分别与两个焊料柱21对准；
在本实施例中，如图2所示，可以利用转移头30对芯片10进行拾取和移动，具体地，转移头30先将芯片10拾取，然后带动芯片10移动到背板20的芯片键合区上方，使芯片10的正极11与其中一个焊料柱21对准，使芯片10的负极12与另一个焊料柱21对准。
步骤五：加热背板20，使胶层23融化为液体胶；
如图3所示，当使芯片10的正极11、负极12分别与焊料柱21对准后，先加热背板20，使温度升高至胶层23产生融化，直至胶层23融化形成液体胶。本实施例中由于采用胶层23的熔点较低，因此在加热背板20 时，位于背板20上的焊料柱21以及胶槽22均不会受热融化。
步骤六：使芯片10向下移动，使正极11和负极12浸入液体胶内；
在上述实施方式的基础上，可以利用转移头30带动芯片10向下移动，使正极11和负极12浸入液体胶内，此时，正极11与焊料柱21接触的部分、负极12与焊料柱21接触的部分均被液体胶浸没，保证了后续能够相互粘接。
步骤七：待冷却至室温使液体胶凝固，使正极11和负极12分别与两个焊料柱21粘合；
本实施例中先对芯片10、背板20进行冷却，使温度降低至室温，从而使胶槽22内的液体胶重新凝固形成胶层23，同时，凝固状态的胶层23 将正极11与焊料柱21、负极12与焊料柱21粘接在一起，从而使芯片10 与背板20相对固定，避免了后续焊接时发生错位。
在上述实施方式的基础上，当正极11和负极12分别与两个焊料柱21 粘合后，移走转移头30；由于芯片10与背板20相对固定，本实施例中可以将转移头30移走；由于焊料柱21为高温焊料，当焊料柱21与正极11、负极12连接时，需进行加热至焊料柱21的熔点温度，因此移走转移头30 保证了后续焊接连接正极11、负极12与焊料柱21时，不会因焊接温度过高而影响转移头30的使用寿命。
步骤八：焊接相粘合的正极11与焊料柱21、负极12与焊料柱21。
本实施例中，焊接工艺为倒装焊工艺和回流焊工艺。具体地，当转移头30移走后，先加热背板20，使焊料柱21熔化，从而使焊料柱21进一步和与之相粘接的芯片10的正极11、负极12电性连接，然后还可以再通过回流焊工艺进一步提高芯片10与背板20之间连接的可靠性。
综上所述，本实施例提供的芯片10的键合方法在背板20的芯片键合区内形成胶槽22，在胶槽22内形成胶层23，通过胶层23的粘合作用使芯片10的正极11、负极12与焊料柱21先粘接在一起，从而保证了正极 11、负极12与焊料柱21之间相对固定，避免产生错位，保证了芯片10 与背板20键合时的定位准确，且粘接后能够将拾取芯片10的转移头30 移走，移走转移头30后再加热背板20，对正极11与焊料柱21、负极12 与焊料柱21进行连接，避免了高温对转移头30的影响。因此本实施例提供的芯片10的键合方法解决了现有技术中芯片10的正极11和负极12与背板20邦定时芯片10与背板20容易产生热失配、翘曲以及影响转移头30的使用寿命的问题。
进一步地，在一种可能的实现方式中，在芯片键合区的电极上形成两个焊料柱21采用如下方法形成：通过金属热蒸镀工艺在芯片键合区的电极上形成两个焊料柱21。
进一步地，在一种可能的实现方式中，焊料柱21为高熔点焊料柱，高熔点焊料柱为铟焊料柱或锡焊料柱。本实施例采用高熔点焊料，避免了后续在使用过程中芯片10放热导致焊料方式熔化。
进一步地，在一种可能的实现方式中，在每个芯片键合区内形成胶槽 22包括：在背板20设置有焊料柱21的一侧旋涂一层光刻胶；对光刻胶进行烘烤、曝光、显影、硬烘，形成胶槽22。
进一步地，在一种可能的实现方式中，以平行于芯片10和背板20的平面为截面，胶槽22的开口截面面积大于芯片10的截面面积。本实施例中，胶槽22的开口截面面积大于芯片10的截面面积，保证了芯片10能够伸入胶槽22内，使正极11、负极12分别与背板20上的焊料柱21粘接。
进一步地，在一种可能的实现方式中，在胶槽22内形成胶层23包括：在胶槽22内喷墨打印低熔点聚合物，形成胶层23。本实施例中，形成胶层23的方式为喷墨打印，将低熔点聚合物喷墨打印在胶槽22内，从而形成胶层23。
进一步地，在一种可能的实现方式中，低熔点聚合物为聚乙二醇。具体地，可以采用聚乙二醇PEG-2000，聚乙二醇是非离子型的水溶性聚合物，PEG-2000可以用作焊接剂、热熔粘合剂。此外，本实施例也可以使用其他符合低熔点要求的聚合物。
进一步地，在一种可能的实现方式中，焊接相粘合的正极11与焊料柱21、负极12与焊料柱21包括：提供硬质压板40，将硬质压板40压在芯片10背离背板20的一侧；加热背板20使焊料柱21熔化，下压硬质压板40，使正极11、负极12分别与焊料柱21连接；冷却至室温，移走硬质压板40。
具体地，硬质压板40可以为硬质树脂板或硬质玻璃板。如图4所示，当正极11、负极12分别与焊料柱21粘接后，需要通过进一步焊接使正极 11、负极12分别与焊料柱21电性连接。本实施例中，在对背板20及焊料柱21进行加热的同时，通过硬质压板40压在芯片10背离背板20的一侧，施加给芯片10一个朝向背板20运动的力，使焊料柱21产生熔化并和与之相粘接的正极11、负极12相焊接，从而实现电性连接。本实施例通过硬质压板40作用于芯片10的方式保证了正极11、负极12分别与焊料柱21连接的可靠性。
进一步地，在一种可能的实现方式中，芯片10的键合方法还包括在焊接相粘合的正极11与焊料柱21、负极12与焊料柱21后，去除胶层23。本实施例中可以通过溶剂清洗的方式去除胶层23，清洗所用的溶剂可以为水或乙醇。例如，若胶层23采用聚乙二醇制成，由于聚乙二醇是水溶性聚合物，可以通过水清洗胶层23。
进一步地，在一种可能的实现方式中，芯片10的键合方法还包括在去除胶层23后，对芯片10和背板20进行回流焊。回流焊能够进一步提高正极11、负极12分别与焊料柱21之间连接的稳定性，从而提高芯片 10与背板20之间电性连接的可靠性。
本说明书中各实施例或实施方式采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，包括：
提供背板，所述背板包括多个芯片键合区，每个所述芯片键合区的电极上形成有两个焊料柱；所述焊料柱为高熔点焊料柱；
在每个所述芯片键合区内形成胶槽，使两个所述焊料柱位于所述胶槽内；
在所述胶槽内形成胶层，并使所述胶层覆盖所述焊料柱的顶部；所述胶层的熔点低于所述胶槽的熔点；
移动芯片，使所述芯片的正极和负极分别与两个所述焊料柱对准；
加热所述背板，使所述胶层融化为液体胶；
将所述芯片向下移动，使所述正极和所述负极浸入所述液体胶内；
待冷却至室温使所述液体胶凝固，使所述正极和所述负极分别与两个所述焊料柱粘合；
焊接相粘合的所述正极与所述焊料柱、所述负极与所述焊料柱。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，在所述芯片键合区的电极上形成两个焊料柱采用如下方法形成：
通过金属热蒸镀工艺在所述芯片键合区的电极上形成两个所述焊料柱。
3.根据权利要求2所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，所述高熔点焊料柱为铟焊料柱或锡焊料柱。
4.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，在每个所述芯片键合区内形成胶槽包括：
在所述背板设置有所述焊料柱的一侧旋涂一层光刻胶；
对所述光刻胶进行烘烤、曝光、显影、硬烘，形成所述胶槽。
5.根据权利要求4所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，以平行于芯片和背板的平面为截面，所述胶槽的开口截面面积大于所述芯片的截面面积。
6.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，在所述胶槽内形成胶层包括：
在所述胶槽内喷墨打印低熔点聚合物，形成所述胶层。
7.根据权利要求6所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，所述低熔点聚合物为聚乙二醇。
8.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，焊接相粘合的所述正极与所述焊料柱、所述负极与所述焊料柱包括：
提供硬质压板，将所述硬质压板压在所述芯片背离所述背板的一侧；
加热所述背板使所述焊料柱熔化，下压所述硬质压板，使所述正极、所述负极分别与所述焊料柱连接；
冷却至室温，移走所述硬质压板。
9.根据权利要求1所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，所述芯片的键合方法还包括在焊接相粘合的所述正极与所述焊料柱、所述负极与所述焊料柱后，去除所述胶层。
10.根据权利要求9所述的微型发光二极管芯片的键合方法，其特征在于，所述芯片的键合方法还包括在去除所述胶层后，对所述芯片和所述背板进行回流焊。
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