【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体封装，具体涉及一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro-led键合方法。
技术介绍
1、随着新一轮科技革命的发展以及5g 超高清显示、 ar 眼镜、医疗显示和车载显示等新应用的兴起，这些应用对显示技术提出了更高的要求。micro-led 显示因此应运而生，具有亮度高、寿命长、色域广、稳定性好等突出特点，可以满足高端显示的个性化需求。micro-led显示技术是指利用micro-led 芯片实现全彩显示的新型显示技术，其涵盖了芯片制备、驱动基板制备、巨量转移与键合、全彩化等技术。
2、其中micro-led 芯片与驱动芯片键合技术是推动 micro-led 显示实用化，市场化的关键技术环节。常用的两种键合方式包括传统的引线键合和改进的倒装芯片键合。改进的键合技术，是一种成熟、高效、可靠的混合集成技术，有望成为micro-led 的主流发展技术。倒装芯片键合技术的难点之一在于凸点的制备。因此，在micro-led芯片上设计高密度金属凸点的微结构及使用低成本的电镀法制备出均匀性一致的凸点，解决高密度金属凸点键合的应力形变、可靠性等问题，以此突破micro-led 芯片与驱动芯片键合技术是当前学术界的研究热点。
3、全彩化技术也是micro-led显示技术的难点之一，目前micro-led实现全彩化的技术主要有两种：一是rgb三色led法，二是紫外（uv）led/蓝光led+发光介质法。第一种方法的原理是三原色调色，所以所形成的图像色彩比较稳定，技术成熟因此成本比较低但是led像素全彩显示上
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro-led键合方法，该方法可在单位面积内实现更高的像素密度，提高micro-led显示器的画质和生产效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro-led键合方法，采用电镀方法制备金属凸点阵列，通过改变电流密度调控金属凸点表面形貌，通过阴极旋转和电镀参数提高金属凸点高度均匀性；采用两次光刻，使电镀种子层的电连接桥梁沉积在第一光刻掩膜层上，并用第二光刻掩膜层定义金属凸点大小和形状，形成大小、形状和电学特性均匀的金属凸点阵列；采用上述制备方法分别在cmos驱动基板和红光、绿光、蓝光三种micro-led芯片上制备具有不同高度的金属凸点阵列，通过三次键合分别把红光、绿光、蓝光三种micro-led芯片键合在cmos驱动基板上，形成彩色micro-led显示阵列。
3、进一步地，所述金属凸点包括单质金属凸点、合金金属凸点和多层金属凸点。
4、进一步地，该方法具体包括如下步骤：
5、步骤1：将cmos驱动基板和蓝光micro-led外延片清洗和吹干；
6、步骤2：在蓝光micro-led外延片表面沉积一层ito，通过光刻和icp刻蚀工艺在蓝光micro-led外延片上形成台面结构，采用等离子体增强化学气相沉积在台面上生长一层sio2，之后采用光刻和湿法腐蚀方法选择性腐蚀sio2，形成ito窗口；
7、步骤3：通过光刻工艺分别在蓝光micro-led芯片表面和cmos驱动基板表面设置第一光刻掩膜层；
8、步骤4：分别在步骤3形成的micro-led芯片基板和cmos驱动基板上沉积种子层；
9、步骤5：通过光刻工艺在种子层上方设置第二光刻掩膜层；
10、步骤6：采用电镀法并通过阴极旋转和调整电流密度在micro-led芯片基板和cmos驱动基板上制备出高均匀性铜薄膜；
11、步骤7：采用电镀法并通过阴极旋转和调整电流密度在micro-led芯片基板和cmos驱动基板上制备出高均匀性锡薄膜，形成铜/锡金属薄膜；
12、步骤8：将micro-led芯片基板和cmos驱动基板置于去胶液中去除第二光刻掩膜层；通过湿法腐蚀的方法去除种子层；将micro-led芯片基板和cmos驱动基板置于去胶液中去除第一光刻掩膜层，形成铜/锡金属凸点阵列；
13、步骤9：重复步骤1-8，分别在绿光和红光micro-led芯片基板上形成具有不同高度的铜/锡金属凸点阵列；
14、步骤10：分别将制备有不同高度的铜/锡金属凸点阵列的蓝光、绿光和红光micro-led芯片基板与cmos驱动基板进行键合，键合完之后剥离micro-led芯片基板的衬底；
15、步骤11：在步骤10获得的彩色micro-led阵列的凸点间隙填充丙烯酸类或环氧化类树脂，形成彩色micro-led显示阵列。
16、进一步地，所述种子层为金属cu，厚度为100-300nm，所述种子层使电解质与金属间的黏附力得到增强并促进凸点的表面均匀性。
17、进一步地，在红光、绿光、蓝光三种micro-led芯片上制备铜/锡金属凸点阵列的顺序是任意的，即可先在蓝光、绿光或红光micro-led芯片基板中任一种上制备铜/锡金属凸点阵列，再在其他两种上制备铜/锡金属凸点阵列。
18、进一步地，红光、绿光、蓝光三种micro-led芯片基板与cmos驱动基板的键合顺序是任意的，后键合的micro-led芯片基板上的铜/锡金属凸点高度大于先键合的micro-led芯片基板上的铜/锡金属凸点高度。
19、进一步地，锡凸点的表面形貌通过改变电流密度来调整电镀过程中锡晶核的生成和成长速度，以实现锡凸点表面形貌的可控，所述锡凸点制备的电流密度为12-14ma/cm2，通过旋转阴极来调整电镀过程中的电场分布，提高锡凸点的高度均匀性，所述锡凸点制备的阴极旋转速率为50-100rmp。
20、进一步地，所述锡晶核的生成和成长两个过程的速度决定金属结晶的粗细程度；如果晶核的生成速度快而成长速度慢，则生成的晶核数目多，晶粒较细，反之晶粒粗糙。
21、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro-led键合方法，该方法采用电镀方法制备金属凸点阵列，通过改变电流密度调整电镀过程中锡晶核的生成和成长速度，从而实现锡凸点表面形貌的可控，通过阴极旋转和电镀参数提高金属凸点高度均匀性；采用两次光刻，使得电镀种子层的电连接桥梁沉积在第一光刻掩膜层上，并用第二光刻掩膜层定义金属凸点大小和形状，使得种子层的去除简单、干净和便捷，不同于传统的湿法腐蚀可能会造成种子层去除不干净和干法腐蚀需要使用的设备昂贵，制备过程不仅所需的成本低廉，而且还能实现高均匀性和表面形貌可控。此外，该方法分别在cmos驱动基板和红光、绿光、蓝光三种micro-led芯片上制备具有不同高度的金属凸点阵列，通过三次键合分别把红光、绿光、蓝光三种micro-led芯片键合在cmos驱动基板上，形成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属凸点阵列的可控制备及彩色Micro-LED键合方法，其特征在于，采用电镀方法制备金属凸点阵列，通过改变电流密度调控金属凸点表面形貌，通过阴极旋转和电镀参数提高金属凸点高度均匀性；采用两次光刻，使电镀种子层的电连接桥梁沉积在第一光刻掩膜层上，并用第二光刻掩膜层定义金属凸点大小和形状，形成大小、形状和电学特性均匀的金属凸点阵列；采用上述制备方法分别在CMOS驱动基板和红光、绿光、蓝光三种Micro-LED芯片上制备具有不同高度的金属凸点阵列，通过三次键合分别把红光、绿光、蓝光三种Micro-LED芯片键合在CMOS驱动基板上，形成彩色Micro-LED显示阵列。
2.根据权利要求1所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色Micro-LED键合方法，其特征在于，所述金属凸点包括单质金属凸点、合金金属凸点和多层金属凸点。
3.根据权利要求1所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色Micro-LED键合方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色Micro-LED键合方法，其特征在于，所述种子层为金属
5.根据权利要求3所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色Micro-LED键合方法，其特征在于，在红光、绿光、蓝光三种Micro-LED芯片上制备铜/锡金属凸点阵列的顺序是任意的，即可先在蓝光、绿光或红光Micro-LED芯片基板中任一种上制备铜/锡金属凸点阵列，再在其他两种上制备铜/锡金属凸点阵列。
6.根据权利要求3所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色Micro-LED键合方法，其特征在于，红光、绿光、蓝光三种Micro-LED芯片基板与CMOS驱动基板的键合顺序是任意的，后键合的Micro-LED芯片基板上的铜/锡金属凸点高度大于先键合的Micro-LED芯片基板上的铜/锡金属凸点高度。
7.根据权利要求3所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色Micro-LED键合方法，其特征在于，锡凸点的表面形貌通过改变电流密度来调整电镀过程中锡晶核的生成和成长速度，以实现锡凸点表面形貌的可控，所述锡凸点制备的电流密度为12-14mA/cm2，通过旋转阴极来调整电镀过程中的电场分布，提高锡凸点的高度均匀性，所述锡凸点制备的阴极旋转速率为50-100rmp。
8.根据权利要求7所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色Micro-LED键合方法，其特征在于，所述锡晶核的生成和成长两个过程的速度决定金属结晶的粗细程度；如果晶核的生成速度快而成长速度慢，则生成的晶核数目多，晶粒较细，反之晶粒粗糙。
...【技术特征摘要】
1.一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro-led键合方法，其特征在于，采用电镀方法制备金属凸点阵列，通过改变电流密度调控金属凸点表面形貌，通过阴极旋转和电镀参数提高金属凸点高度均匀性；采用两次光刻，使电镀种子层的电连接桥梁沉积在第一光刻掩膜层上，并用第二光刻掩膜层定义金属凸点大小和形状，形成大小、形状和电学特性均匀的金属凸点阵列；采用上述制备方法分别在cmos驱动基板和红光、绿光、蓝光三种micro-led芯片上制备具有不同高度的金属凸点阵列，通过三次键合分别把红光、绿光、蓝光三种micro-led芯片键合在cmos驱动基板上，形成彩色micro-led显示阵列。
2.根据权利要求1所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro-led键合方法，其特征在于，所述金属凸点包括单质金属凸点、合金金属凸点和多层金属凸点。
3.根据权利要求1所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro-led键合方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro-led键合方法，其特征在于，所述种子层为金属cu，厚度为100-300nm，所述种子层使电解质与金属间的黏附力得到增强并促进凸点的表面均匀性。
5.根据权利要求3所述的一种金属凸点阵列的可控制备及彩色micro...
【专利技术属性】
技术研发人员：周雄图，罗灿琳，陈孔杰，张永爱，吴朝兴，郭太良，孙捷，严群，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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