一种micro led器件及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种micro led器件封装及其制备方法。
背景技术：
2.micro led显示技术是指以自发光的微米量级的led为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度led阵列的显示技术。由于micro led芯片尺寸小、集成度高和自发光等特点, 在显示方面与 lcd、oled相比在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。micro led(nano led)芯片继承了无机led的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具有自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。
3.现有技术当中，在制造微型rgb-led器件时，往往需要在一张4寸外延片上制作一颗颗长宽为50-400
µ
m芯片，制程完成后即可将一外延片形成数十万数量级的芯片，之后进行研磨切割以及点测分选，最后对蓝、绿、红三个波段的芯片进行单独封装，每个红、绿、蓝的芯片共同组成一个显示芯片，以在显示屏作为一个像素点存在，在一个电路基板上需要阵列布设大量的上述显示芯片，在芯片的布设过程中，需要将微型化红、绿、蓝三色的led芯片依次批量式转移至电路基板上（巨量转移），再对其进行封装，封装完成按特定大小进行切割得到所需芯片的制造工艺，在巨量转移的过程中，对平面上几十微米的芯片进行有序排布是困难且耗时的。
技术实现要素：
4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种micro led器件封装及其制备方法旨在解决现有技术中，巨量转移操作困难的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：一种micro led器件，包括衬底及依次设于所述衬底上的芯片封装层及重布线层，所述芯片封装层内层叠式设有若干个发光芯片，若干个所述发光芯片之间错开设置，所述芯片封装层与所述重布线层之间设有绝缘层，所述micro led器件还包括连接所述重布线层与所述发光芯片的金属连接层。
6.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过设置衬底，在衬底上设置芯片封装层、重布线层，芯片封装层内层叠式设有若干个发光芯片，芯片封装层与重布线层之间设有绝缘层，该封装结构还包括连接重布线层与发光芯片的金属连接层，通过在芯片封装层内交错层叠设置发光芯片，即将原本处于同一平面的多个芯片分成了若干份，进而降低平面巨量转移的难度，通过分批次分层对芯片进行封装，相当于加大了每层芯片之间的设计间距，即消除了平面上已转移芯片对后续待转移芯片的影响，降低了转移难度，基于粘附性差异可以快速转移整张wafer上的芯片。
7.根据上述技术方案的一方面，所述芯片封装层与所述衬底之间设有黏附层，所述芯片封装层包括依次设于所述黏附层上的第一填充层、第二填充层及第三填充层，所述发
光芯片包括分别设于所述第一填充层内的第一芯片、设于所述第二填充层内的第二芯片及设于第三填充层内的第三芯片。
8.根据上述技术方案的一方面，所述第一芯片、所述第二芯片及所述第三芯片阶梯式层叠设置。
9.根据上述技术方案的一方面，所述金属连接层包括设于所述第一芯片的引脚一侧的第一金属柱，所述第一金属柱包括位于所述第二填充层内的第一连接柱及位于所述第三填充层内与所述第一连接柱对应设置的第二连接柱，所述绝缘层上开设有与所述第二连接柱对应设置的第一避让槽，所述重布线层包括位于所述第一避让槽内的第一布线部。
10.根据上述技术方案的一方面，所述金属连接层包括设于所述第二芯片的引脚一侧的第二金属柱，所述第二金属柱位于所述第三填充层，所述绝缘层上开设有与所述第二金属柱对应设置的第二避让槽，所述重布线层包括位于所述第二避让槽内的第二布线部。
11.根据上述技术方案的一方面，所述绝缘层上开设有与所述第三芯片的引脚对应的第三避让槽，所述重布线层包括位于所述第三避让槽内的第三布线部。
12.根据上述技术方案的一方面，所述micro led器件还包括设于所述重布线层上的保护层，所述保护层上开设有与所述重布线层对应设置的焊盘孔。
13.本发明的另一方面提供了一种micro led器件制备方法，包括以下步骤：提供一衬底；在所述衬底上转移若干个第一芯片，对若干个第一芯片的间隙进行填充以形成第一填充层；在所述第一填充层上转移若干个第二芯片，并在所述第一芯片的引脚上邦定第一连接柱，对若干个所述第二芯片及所述第一连接柱之间的间隙进行填充以形成第二填充层；在所述第二填充层上转移若干个第三芯片，并在所述第一连接柱上邦定第二连接柱，在所述第二芯片的引脚上邦定第二金属柱，对若干个所述第三芯片、第二连接柱及第二金属柱之间的间隙进行填充以形成第三填充层；在所述第三填充层上制备一层绝缘层，并图形化所述绝缘层，以露出所述第二连接柱、所述第二金属柱及所述第三芯片的引脚处的部分金属区域；在所述绝缘层上制备重布线层；将完成封装后的led芯片结构进行研磨，减薄，抛光及切割，得到micro led器件。
14.根据上述技术方案的一方面，在所述衬底上转移若干个第一芯片的步骤具体包括：在所述衬底上设置粘附层；在所述粘附层上转移若干个第一芯片。
15.根据上述技术方案的一方面，在所述将完成封装后的led芯片结构进行研磨的步骤之前，所述方法还包括：在所述重布线层上制备保护层，并图形化所述保护层，以露出所述重布线层中的焊盘区域。
附图说明
16.本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：图1为本发明第一实施例中micro led器件的结构截面图；图2为本发明第二实施例中micro led器件的结构截面图；图3为本发明第三实施例中micro led器件的结构截面图；图4为本发明第四实施例中步骤（2）产生的半成品的结构截面图；图5为本发明第四实施例中步骤（3）产生的半成品的结构截面图；图6为本发明第四实施例中步骤（4）产生的半成品的结构截面图；图7为本发明第四实施例中步骤（5）产生的半成品的结构截面图；图8为本发明第四实施例中步骤（6）产生的半成品的结构截面图；图9为本发明第四实施例中步骤（7）产生的半成品的结构示意图，其中a部分为结构截面图，b部分为结构俯视图；图10为本发明第四实施例中步骤（8）产生的半成品的结构截面图；图11为本发明第四实施例中步骤（9）产生的半成品的结构示意图，其中c部分为结构截面图，d部分为结构俯视图；图中主要元器件符号说明：衬底1、黏附层2、第一填充层3、第一芯片4、第二填充层5、第一连接柱6、第二芯片7、第三填充层8、第三芯片9、第二连接柱10、绝缘层11、重布线层12、保护层13、第二金属柱14。
具体实施方式
17.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的多实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
18.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
20.请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的micro led器件，包括衬底1及依次设于所述衬底1上的芯片封装层、重布线层12及保护层13，所述芯片封装层内交错层叠设置有若干个发光芯片，所述芯片封装层与所述衬底1之间设有黏附层2，所述芯片封装层与所述重布线层12之间设有绝缘层11，所述micro led器件还包括连接所述重布线层12与所述发光芯片的金属连接层。
21.具体来说，本实施例中的micro led器件，通过设置衬底1，在衬底1上设置芯片封
装层、重布线层12及保护层13，芯片封装层包括交错层叠设置的发光芯片及用于封装发光芯片的芯片封装层，芯片封装层与衬底1之间设有黏附层2，芯片封装层与重布线层12之间设有绝缘层11，该封装结构还包括连接重布线层12与发光芯片的金属连接层，通过在芯片封装层内交错层叠设置发光芯片以形成芯片封装层，即将原本处于同一平面的多个芯片按层分成了若干份，进而降低平面巨量转移的难度，通过分批次分层对芯片进行封装，基于粘附性差异可以快速转移整张wafer上的芯片。
22.具体来说，在本实施例中，上述芯片封装层包括依次设于所述黏附层2上的第一填充层3、第二填充层5及第三填充层8，所述发光芯片包括分别设于所述第一填充层3内的第一芯片4、设于所述第二填充层5内的第二芯片7及设于第三填充层8内的第三芯片9。在本实施例的一些应用场景中，在对上述发光芯片进行封装时，首先在黏附层2上按阵列排布转移多个第一芯片4，上述多个第一芯片4可以为从一晶圆片上切割形成的多个同种芯片，在第一填充层3内只需转移同一类型的一种芯片，相对于现有技术中需要在同一平面上依次对多个蓝、红、绿芯片进行转移，为防止已经转移的芯片影响后续转移的芯片，需要设备满足较高的转移精度，而本技术分层排布的芯片设计，相当于加大了每层芯片之间的设计间距，即消除了平面上已转移芯片对后续需要转移芯片的影响，降低了转移难度。
23.优选地，在本实施例中，上述第一芯片4、第二芯片7及第三芯片9阶梯式层叠设置，即上述第一芯片4位于第一填充层3的左侧，第二芯片7位于第二填充层5的中部，第三芯片9位于第三填充层8的右侧。
24.进一步地，上述金属连接层包括设于所述第一芯片4的引脚一侧的第一金属柱，所述第一金属柱包括位于所述第二填充层5内的第一连接柱6及位于所述第三填充层8内与第一连接柱6对应设置的第二连接柱10，所述绝缘层11上开设有与所述第二连接柱10对应设置的第一避让槽，所述重布线层12包括位于所述第一避让槽内的第一布线部。更进一步地，上述金属连接层包括设于所述第二芯片7的引脚一侧的第二金属柱14，所述第二金属柱14位于所述第三填充层8，所述绝缘层11上开设有与所述第二金属柱14对应设置的第二避让槽，所述重布线层12包括位于所述第二避让槽内的第二布线部，上述绝缘层11上开设有与所述第三芯片9的引脚对应的第三避让槽，所述重布线层12包括位于所述第三避让槽内的第三布线部。
25.优选地，在本实施例中，上述第一金属柱及第二金属柱14均为铜柱，铜柱的制造方法可为电镀，化学镀，气相沉积等。
26.由上可知，通过使上述第一芯片4、第二芯片7及第三芯片9阶梯式层叠设置，便于上述金属连接层的设置，使重布线层12通过铜柱即可与任一芯片的bonding（引脚）连接。
27.此外，在本实施例中，上述第一芯片4、所述第二芯片7及所述第三芯片9分别为红光芯片、蓝光芯片及绿光芯片中的一种，且所述第一芯片4、所述第二芯片7及所述第三芯片9的种类互不相同。具体来说，在本实施例中，上述第一芯片4为红光芯片，第二芯片7为蓝光芯片，第三芯片9为绿光芯片。在本发明的其他实施例中，上述芯片的排布顺序可按需设置，例如，第一芯片4为绿光芯片，第二芯片7为红光芯片，第三芯片9为蓝光芯片。
28.进一步地，在本实施例中，上述保护层13上开设有与所述重布线层12对应设置的焊盘孔。
29.具体来说，上述第一布线部、第二布线部及第三布线部分别与上述第一芯片、第二
芯片及第三芯片的两个正负引脚对应设置，上述一个micro led器件包括三个不同的发光芯片，每个芯片均包括一个正极引脚及一个负极引脚，在本实施例中，上述焊盘的数量为四个，上述焊盘孔与焊盘对应设置，通过设置上述焊盘孔以便于与电路元器件进行通电连接，其中一个焊盘上同时连接有上述三个发光芯片的三个负极引脚，另外三个焊盘对应上述三个发光芯片的正极引脚，通过控制输出至正极引脚的电流强度，可以控制对应发光芯片的光强，以基于上述三原色发光芯片，发射任意的颜色光。
30.综上，本发明上述实施例当中的micro led器件，通过设置衬底1，在衬底1上设置芯片封装层、重布线层12及保护层13，芯片封装层包括交错层叠设置的发光芯片及用于封装发光芯片的芯片封装层，芯片封装层与衬底1之间设有黏附层2，芯片封装层与重布线层12之间设有绝缘层11，该封装结构还包括连接重布线层12与发光芯片的金属连接层，通过在芯片封装层内交错层叠设置发光芯片以形成芯片封装层，即将原本处于同一平面的多个芯片分成了若干份，进而降低平面巨量转移的难度，通过分批次分层对芯片进行封装，相当于加大了每层芯片之间的设计间距，即消除了平面上已转移芯片对后续需要转移芯片的影响，降低了转移难度，基于粘附性差异可以快速转移整张wafer上的芯片。
31.请参阅图2，所示为本发明第二实施例中的micro led器件，本实施例中的micro led器件与第一实施例中的micro led器件结构基本相同，其区别在于：在本实施例中，上述第一芯片、第二芯片及第三芯片交错层叠设置，上述第一芯片4位于第一填充层3的中部，第二芯片7位于第二填充层5的左侧，第三芯片9位于第三填充层8的右侧。
32.请参阅图3，所示为本发明第三实施例中的micro led器件，本实施例中的micro led器件与第一实施例中的micro led器件结构基本相同，其区别在于：在本实施例中，上述第一芯片、第二芯片及第三芯片交错层叠设置，上述第一芯片4位于第一填充层3的右侧，第二芯片7位于第二填充层5的左侧，第三芯片9位于第三填充层8的中部。
33.本发明的第四实施例提供了一种micro led器件制备方法，包括以下步骤：（1）提供一衬底1。便于理解地，在本步骤中，上述衬底1可为蓝宝石、玻璃、石英、等透明高分子材料，优选地，本实施例中采用蓝宝石衬底1。
34.（2）在所述衬底1上制备一层黏附层2。具体来说，上述黏附层2的制备工艺可为蓝宝石抛光后，也可为pss图形化后，进行旋涂、滚压等，优选地，本实施例中黏附层2的制备工艺在对蓝宝石衬底1抛光后采用旋涂的方式制成，便于理解地，本步骤之后得到的产品结构如图4所示。
35.（3）在所述黏附层2上转移若干个第一芯片4，对若干个第一芯片4的间隙进行填充以形成第一填充层3。具体来说，上述第一芯片4为红光芯片，便于理解地，本步骤之后得到的产品结构如图5所示。
36.（4）在所述第一填充层3上转移若干个第二芯片7，并在所述第一芯片4的引脚上邦定第一连接柱6，对若干个所述第二芯片7及所述第一连接柱6之间的间隙进行填充以形成第二填充层5。具体来说，上述第二芯片7为蓝光芯片，便于理解地，本步骤之后得到的产品结构如图6所示。
37.（5）在所述第二填充层5上转移若干个第三芯片9，并在所述第一连接柱6上邦定第
二连接柱10，在所述第二芯片7的引脚上邦定第二金属柱14，对若干个所述第三芯片9、第二连接柱10及第二金属柱14之间的间隙进行填充以形成第三填充层8。具体来说，上述第三芯片9为绿光芯片，具体来说，在本实施例中，上述第一连接柱6及第二连接柱10构成第一金属柱，第一金属柱及第二金属柱14均为铜柱，上述第一填充层3、第二填充层5及第三填充层8的制备工艺相同，封装材料采用硅胶、环氧树脂、聚酰亚胺、pet等透明、半透白、半透黑材料，优选地，在本实施例中，上述第三填充层8的制备方式采用喷涂的方式，封装材料采用硅胶，便于理解地，本步骤之后得到的产品结构如图7所示。
38.（6）在所述第三填充层8上制备一层绝缘层11，并图形化所述绝缘层11，以露出所述第二连接柱10、所述第二金属柱14及所述第三芯片9的引脚处的部分金属区域。具体来说，上述绝缘层11的制备采用蒸镀、化学镀、旋涂、喷涂、模压以及贴膜中任意一种，绝缘层11的材质为高分子材料或无机非金属材料，优选地，上述绝缘层11的制备工艺为蒸镀，绝缘层11的材质为高分子材料，便于理解地，本步骤之后得到的产品结构如图8所示。
39.（7）在所述绝缘层11上制备重布线层12。便于理解地，本步骤之后得到的产品结构如图9所示。
40.（8）在所述重布线层12上制备保护层13，并图形化所述保护层13，以露出所述重布线层12中的焊盘区域，完成led芯片的封装。便于理解地，本步骤之后得到的产品结构如图10所示。
41.（9）将完成封装后的所述led芯片结构进行研磨，减薄，抛光及切割，得到micro led器件。便于理解地，本步骤之后得到的产品结构如图11所示。
42.综上，本实施例中的micro led器件制备方法，首先在衬底1上制备一层黏附层2，然后在黏附层2上转移多个三色芯片中的第一芯片4，然后通过第一填充层3对第一芯片4进行封装，在第一填充层3上转移多个三色芯片中的第二芯片7，第二芯片7的转移不受第一芯片4的影响，同时在第一芯片4的引脚处设有第一连接柱6以连通上述第一芯片4，便于后续对第一芯片4进行连接，然后通过第二填充层5对第二芯片7及上述第一连接柱6进行封装，然后在第二填充层5上设有第三芯片9，第三芯片9的转移不受第一芯片4及第二芯片7的影响，并在第二芯片7的引脚处设有第二金属柱14，便于后续对第二芯片7进行连接，在第一连接柱6处设有第二连接柱10，上述第一连接柱6及第二连接处组成连接第一芯片4的第一金属柱，后续通过在第三填充层8上设置绝缘层11，通过将绝缘层11图像化，露出第一金属柱、第二金属柱14及第三芯片9的引脚金属部分，通过在绝缘层11设置重布线层12，通过重布线层12分别连接第一金属柱及第二金属柱14以连通第一芯片4及第二芯片7，同时连接第三芯片9的引脚，完成对三色芯片的连接，进一步在重布线层12上制备保护层13，通过对保护层13进行图像化，以露出重布线层12中的焊盘区域，最后将封装后的led芯片结构进行研磨、减薄、抛光及切割，得到micro led器件。
43.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。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例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。
44.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多种变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。