1.本发明属于微电子及光电领域，具体涉及一种高强度芯片键合结构。
背景技术：
2.无机发光二极管（leds）是由诸如gaas, algainp/gap, ingan/gan等化合物半导体组成，led的材料组成成分决定了其发射光波长，可实现红外到可见光到紫外波段。为了将电能转换光能，电流流经led器件，载流子被注入至p-n结。其中，n型半导体中的载流子是电子，p型半导体中的载流子是空穴。当电子与空穴在p-n节中复合时，能量以电磁波的形式释放并最终表现为发光。algasas和algainp半导体材料通常用于红光和黄光led，基于gan的半导体则用于绿色，蓝色和紫外led。
3.信息显示器件是视觉影像呈现信息的光电器件，micro-led显示是由尺寸小于50 μm不带衬底的led芯片阵列组成的显示屏。与现有的其他几种显示技术（如lcd、oled显示技术等）相比，micro-led显示作为新一代显示技术，具备亮度更高、发光效率更高、功耗更低等优点。不仅如此，由于micro-led尺寸还能继续缩小至5 μm以下，因此可以将micro-led显示器常规半导体器件集成到同一基板上，实现功能多样化。快速的响应速度、微米级的尺寸、出色的耐温性和极长的工作寿命使得micro-led显示几乎能适用所有的显示应用，甚至包括了柔性与透明显示。通过减小led的尺寸，micro-leds表现出能胜任可用于增强现实与虚拟现实应用的微显示的超高像素分辨率显示的潜力。高ppi的micro-led矩阵对于创建具备高逼真体验的3d光场显示必不可少。通过集成光学元件阵列，micro-led位置传感器可用于眼部追踪与沉浸式交互、micro-led阵列可用于可见光光通信等等。micro-leds(微型化尺寸的发光二极管)显示具有将我们带入真正意义上身临其境的沉浸式交互体验的潜力。micro-led技术或将掀起真正意义上显示技术与ic技术高度集成的时代。micro-led将为下一代信息显示技术——高度集成半导体信息显示(hisid)铺平道路。micro-led还能应用于调节植物光照、人体神经信号传导等各个领域，展现了极大的潜力。
4.micro-led显示由micro-led芯片和驱动基板集成互连而成，二者通过倒装键合工艺完成电学属性和机械结构的连接。该工艺通常存在以下问题：1.结构的稳定性问题。由于技术的限制，高密度凸点互连工艺中，在受热加压的情况下容易发生膨胀变形，或者是部分凸点连接不上、连接脆弱，易导致micro-led结构不稳定。因此，现阶段10um以下的金属凸点倒装技术难以达到较高的良率。2.由于现有的micro led芯片除了出光面出光外，芯片的侧面也会出光，又因micro-led芯片尺寸极小，芯片侧面发出的光会对相邻micro-led芯片的出光造成干扰，从而影响micro-led结构的出光品质，造成发光像素之间的光串扰，影响显示效果。3.电学连接的问题。传统上，一个micro-led像素点和一个cmos像素点的连接一般是通过凸点互连工艺，容易因套刻精度等工艺困难造成凸点连接断路或者短路的问题。
5.极限尺寸的不断突破与更复杂电路与器件结构的应用也同时对器件封装集成技术提高了更高的需求。以倒装键合为代表的3d集成技术是备受看好的技术路线，然而传统的倒装键合技术中，由不同材料制成的凸点（bump）同时提供了芯片间的键合连接与电性连
接，为了补偿芯片翘曲等导致高度差所引入的对凸点材料的延展性和柔韧性的需求，为了提高键合强度所导致的键合过程高温和高压力对芯片本身的破坏，使得凸点键合技术在更先进的制程中难以兼顾牢靠的键合效果、良好的电性连接与理想的使用寿命。鉴于此，需要开发一种全新的高强度芯片键合技术。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于提供一种高强度芯片键合结构，该结构键合连接可靠，电性连接好，且使用寿命长。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强度芯片键合结构，包括用于连接n层芯片的连接结构，n≥2，所述连接结构由多组金属墙和多个金属电极组成，一组金属墙由对应于n层芯片的n个金属墙键合连接得到，以实现芯片之间的键合连接；不同层的芯片上的电极分别与一个金属电极电性连接，两个金属电极同时与同一组金属墙电性连接，以经由金属墙实现芯片之间的电性连接。
8.进一步地，所述金属电极与芯片上的电极电性连接并延伸至芯片表面，所述金属墙连接于金属电极延伸至芯片表面的部位上，以避免电极承载键合过程的高压力。
9.进一步地，所述多组金属墙环绕分布于芯片电极四周，芯片之间的电性连接通过金属电极与同一组金属墙的电性连接实现；芯片异质键合过程中，芯片之间的物理键合连接点位于两个金属墙之间的界面上。
10.进一步地，所述芯片包括cmos、tft、igbt、mems、micro-led、微纳尺寸光电子芯片、微纳尺寸传感芯片。
11.进一步地，所述金属墙为由单一金属材料构成的单一结构，或者为在任何材料的整个或部分外部包覆金属材料的复合结构，所述金属材料为铜、镍、铬、铟、锡、银、金、钨、钛、铂金中的一种或多种的混合或合金。
12.进一步地，所述金属电极为ito、石墨烯、铜、镍、铬、铟、锡、银、金、钨、钛、铂金中的一种或多种的混合或合金。
13.进一步地，芯片通过异质垂直叠加键合，芯片垂直连接通过与芯片连接的金属墙面之间的垂直键合来实现。
14.进一步地，应用于micro-led发光器件，所述多组金属墙环绕分布于每个micro-led芯片的阳极和阴极周围，并通过金属电极与对应的micro-led的阳极和阴极电性连接；同时，所述多组金属墙环绕分布于驱动基板的多组电极周部，并通过金属电极与对应的电极电性连接；在垂直键合过程中，micro-led芯片与驱动基板的键合通过一组金属墙上n个金属墙之间的界面垂直键合。
15.进一步地，所述micro-led芯片为单层的任意发光颜色micro-led芯片，或由多层具有不同发光颜色的micro-led芯片堆叠组成；对于多层micro-led芯片堆叠组成的micro-led发光器件，各层micro-led芯片通过相应的金属墙垂直键合实现堆叠，并通过金属电极与同一组金属墙或不同组金属墙电性连接，来实现各层micro-led芯片同时与驱动基板电性连接，或分别单独与驱动基板电性连接。
16.进一步地，所述金属墙还用于实现光串扰的抑制，并通过改变金属墙的材料、形貌和结构，对micro-led出光角分布进行控制；所述驱动基板具有多组电极，以及用于控制无
机发光二极管层发光的像素控制器，所述像素控制器包括cmos阵列、tft阵列、晶体管矩阵、ic矩阵中的一种或多种的混合。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该结构中芯片之间的键合连接由多组金属墙实现，而芯片之间的电性连接由多组墙金属与金属电极共同实现；芯片异质键合过程中，芯片之间的物理键合连接点发生在与芯片相连接的金属墙之间的界面。本发明将芯片之间的键合连接点与电性连接点分离，在提供更牢靠的键合连接的同时，减少了高温热压键合过程中温度和压力对芯片的损伤。该结构可应用于micro-led发光器件，即micro-led芯片与驱动基板的键合连接通过金属墙实现，micro-led芯片与驱动基板的电性连接通过墙金属与电极金属共同实现。通过金属墙可以对每个发光点出光角分布进行调制，能够有效抑制光串扰，提高发光器件的光提取率（lee）。
附图说明
18.图1是本发明实施例一的结构示意图。
19.图2是本发明实施例二的结构示意图。
20.图3是本发明实施例三的结构示意图。
21.图4是本发明实施例三的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
23.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
24.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
25.如图1所示，本发明实施例一提供了一种高强度芯片键合结构，包括用于连接n层芯片的连接结构，n≥2，所述连接结构由多组金属墙和多个金属电极组成，一组金属墙由对应于n层芯片的n个金属墙键合连接得到，以实现芯片之间的键合连接。不同层的芯片上的电极分别与一个金属电极电性连接，两个金属电极同时与同一组金属墙电性连接，以经由金属墙实现芯片之间的电性连接。在本实施例中，n=2，即通过金属墙和金属电极连接2层芯片。
26.其中，所述金属电极与芯片上的电极电性连接并延伸至芯片表面，所述金属墙连接于金属电极延伸至芯片表面的部位上，以避免电极承载键合过程的高压力。如图1所示，金属电极可以延伸至芯片的上底面或下底面，金属墙连接于两个芯片的上下底面之间。如图2、3或4所示，金属电极也可以延伸至芯片的底面及侧面，金属墙连接于芯片的底面及侧面上。
27.所述多组金属墙环绕分布于芯片电极四周，芯片之间的电性连接通过金属电极与同一组金属墙的电性连接实现；芯片异质键合过程中，芯片之间的物理键合连接点位于两
个金属墙之间的界面上。
28.在本实施例中，所述芯片包括cmos、tft、igbt、mems、micro-led、微纳尺寸光电子芯片、微纳尺寸传感芯片。所述金属墙为由单一金属材料构成的单一结构，或者为在任何材料（包括不导电材料或刚性材料等）的整个或部分外部包覆金属材料的复合结构，所述金属材料为铜、镍、铬、铟、锡、银、金、钨、钛、铂金中的一种或多种的混合或合金。所述金属电极为ito、石墨烯、铜、镍、铬、铟、锡、银、金、钨、钛、铂金中的一种或多种的混合或合金。
29.在本实施例中，芯片通过异质垂直叠加键合，芯片垂直连接通过与芯片连接的金属墙面之间的垂直键合来实现。
30.如图2-4所示，本结构可应用于由micro-led芯片和驱动基板组成的micro-led发光器件。micro-led芯片与驱动基板的键合通过以下结构来实现：1) micro-led芯片的阴极和阳极通过金属电极与相应的金属墙连接，驱动基板上控制led阴极和阳极的电极通过金属电极与相应的金属墙连接，2）micro-led芯片的金属墙和驱动基板上相对应的金属墙之间的垂直键合来共同实现驱动基板与micro-led芯片的物理和电性连接。
31.具体地，所述多组金属墙环绕分布于每个micro-led芯片的阳极和阴极周围，并通过金属电极与对应的micro-led的阳极和阴极电性连接。同时，所述多组金属墙环绕分布于驱动基板的多组电极周部，并通过金属电极与对应的电极电性连接；在垂直键合过程中，micro-led芯片与驱动基板的键合通过一组金属墙上n个金属墙之间的界面垂直键合。
32.如图2所示，在实施例二中，所述micro-led芯片可以为单层的任意发光颜色micro-led芯片。或者如图3、4所示，在实施例三、四中，所述micro-led发光器件可以由多层具有不同发光颜色的micro-led芯片堆叠组成。对于多层micro-led芯片堆叠组成的micro-led发光器件，各层micro-led芯片通过相应的金属墙垂直键合实现堆叠，并通过金属电极与同一组金属墙或不同组金属墙电性连接，来实现各层micro-led芯片同时与驱动基板电性连接，或分别单独与驱动基板电性连接。
33.所述金属墙还用于实现光串扰的抑制，并通过改变金属墙的材料、形貌和结构，对micro-led出光角分布进行控制。同时金属墙的高反射率还有利于收集micro-led芯片各个角度的发光，提升发光器件的光提取率（lee）。
34.更具体地，所述驱动基板具有多组电极，以及用于控制无机发光二极管层发光的像素控制器，所述像素控制器包括cmos阵列、tft阵列、晶体管矩阵、ic矩阵中的一种或多种的混合。
35.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。