用于微LED显示器的印刷芯片互连技术

《Journal of the Society for Information Display》：Printed Chip Interconnects for MicroLED Displays

微LED显示技术中，通过表面能修饰与纳米银浆印刷工艺实现5μm宽、20μm间距的微IC互联，并在玻璃及聚酰亚胺基板上验证可行性，最终完成40×40像素的主动矩阵演示。

　　在当今快速发展的显示技术领域，微LED（Micro Light Emitting Diode）作为一项前沿技术，因其高亮度、高能效、低功耗和长寿命等优势，正逐步成为替代传统OLED和LCD的有力竞争者。然而，尽管微LED展现出巨大的应用潜力，其大规模生产和集成仍面临诸多技术挑战。其中，最关键的难点之一在于如何实现微LED与微IC（微型集成电路）之间的高精度互连。微LED的像素密度极高，且其尺寸微小，使得传统的互连方式难以满足性能与工艺的要求。此外，微LED的制造通常依赖于TFT（薄膜晶体管）背板，而TFT背板的生产需要复杂的工艺流程和高能耗设备，这不仅限制了新企业的进入门槛，也增加了生产成本和环境负担。

为了解决这些问题，欧盟资助的“BAMBAM”项目（Building Active matrix MicroLED displays By Additive Manufacturing）提出了一个新的制造理念，即利用增材制造技术来构建无需TFT背板的微LED显示面板。该项目的目标是通过创新的工艺手段，实现微LED与微IC之间的精准互连，从而推动微LED技术在视频墙等大尺寸显示应用中的发展。为了实现这一目标，研究团队开发了一种基于超精密涂布技术的互连方案，使用银基导电浆料进行印刷互连，并结合特殊的表面处理工艺，以优化互连的宽度和最小间距，达到5?μm宽度和20?μm最小间距的高精度要求。

在微LED与微IC的互连过程中，传统的微转移印刷技术虽然能够实现芯片的转移，但往往无法有效解决互连过程中出现的短路和裂纹问题。特别是在微LED与微IC之间的接触界面，由于材料特性的差异，浆料在印刷过程中容易发生扩散，导致短路现象。此外，微LED的封装结构和表面特性也对互连质量产生重要影响。因此，研究团队在这一过程中引入了表面能调节技术，特别是自组装单分子层（SAM）材料的应用，以改善浆料与基材之间的接触角，从而减少扩散和短路的发生。

通过实验发现，使用特定的表面处理方法，如等离子体刻蚀和紫外臭氧清洗，可以有效提高表面能的调节效果。例如，采用三氯三氟辛基硅烷（TCPS）作为SAM材料，能够显著提升接触角，使浆料在微LED和微IC的接触界面处保持稳定，减少扩散。然而，对于某些材料，如聚酰亚胺基板，由于其特殊的表面结构，简单的表面处理可能不足以完全解决浆料扩散的问题。因此，研究团队进一步优化了工艺流程，通过引入额外的清洗步骤，如紫外臭氧处理，以去除残留的环氧树脂，从而提升互连质量。

在实际应用中，微LED与微IC的互连不仅需要高精度的印刷工艺，还需要对整个制造流程进行系统性的优化。例如，在印刷过程中，浆料的流变特性、印刷速度、压力参数以及基材的表面处理都会对最终的互连质量产生影响。为了确保互连的可靠性和稳定性，研究团队对这些参数进行了细致的调整和测试。特别是在微LED与微IC的接触界面处，通过调整接触角，可以有效控制浆料的扩散行为，从而减少短路和裂纹的发生。

此外，研究团队还通过实验验证了所开发的互连技术在实际微LED显示应用中的可行性。例如，通过将微LED与微IC进行互连，并在基材上进行印刷测试，成功实现了4×4像素的演示样机。这一成果不仅验证了互连技术的有效性，也为后续的更大规模应用奠定了基础。同时，研究团队还开发了颜色转换模块，利用量子点墨水填充腔体，以实现全彩显示的功能。

在实际生产中，微LED与微IC的互连技术需要考虑多种因素，包括材料的选择、表面处理工艺的优化、印刷参数的调整以及后续的烧结过程。例如，银基纳米颗粒浆料的粘度较高，因此需要在印刷过程中施加适当的压力，并确保浆料在接触基材前有一定的延迟时间，以避免过早流动导致的短路。此外，为了确保互连的稳定性，浆料在烧结过程中需要达到一定的温度和时间，以实现良好的导电性能。

综上所述，微LED与微IC的互连技术是一项复杂的系统工程，涉及材料科学、表面处理、印刷工艺以及烧结等多个领域。通过引入超精密涂布技术、表面能调节方法以及自组装单分子层材料，研究团队成功实现了高精度的互连，为微LED显示技术的发展提供了新的思路和解决方案。这一技术的突破不仅有助于降低微LED显示的制造成本，还为实现更环保、更可持续的显示技术提供了可能。