一种硅基OLED及其低温键合法生产工艺的制作方法

一种硅基oled及其低温键合法生产工艺
技术领域
1.本发明属于oled显示器件的结构及生产工艺流程的技术领域，更具体地，本发明涉及一种硅基oled。本发明还涉及该硅基oled低温键合法生产工艺。


背景技术：

2.现有技术的硅基oled产品剖面结构如图1所示。其包括光学玻璃1、透明填充胶2、彩色滤光片3、薄膜封装层4、oled材料层5、阳极像素6、金属导线7、绝缘介质8、硅衬底9、阴极环10。
3.在现有技术的硅基oled的键合工艺中，需要经过120℃以上的退火工艺才能将两层金属键合在一起，但oled有机材料无法承受高温；
4.传统硅基oled工艺流程是在cmos集成电路衬底上继续加工oled发光层工艺：oled阳极、有机蒸镀、薄膜封装、彩色滤光片、盖板玻璃等结构；在后续这些工艺一旦出现异常时将损失价格昂贵的cmos集成电路衬底的问题，导致传统硅基oled的生产成本始终难以降低的现实状况。
5.如图2所示，传统硅基oled产品生产工艺流程为：
6.在cmos电路衬底上制作oled阳极结构，再蒸镀oled材料、制作薄膜封装、制作彩色滤光片、贴透明填充胶(2)和光学玻璃(1)，完成后将晶圆切割分粒，模组封装后终检。
7.采用以下关键词：“硅基oled；晶圆对晶圆低温键合；晶片对晶圆低温键合”；对现有相关技术文献进行检索，结果检索到以下专利技术文献：
8.1、中国专利文献：“一种硅基oled显示矩阵和驱动电路分开的制作方法”，专利(申请)号为：202110986583.x；其记载的技术方案是：
[0009]“硅基oled显示矩阵和驱动电路分开的制作方法，包括如下步骤：
[0010]
(1)、直接用晶圆，用生产矩阵的低阶工艺直接制作显示矩阵和周边的简单电路，在显示区域边上做pad；
[0011]
(2)、在晶圆厂制作驱动电路芯片；
[0012]
(3)、把驱动电路芯片和显示矩阵键合在一起”；
[0013]
其记载的技术效果是：
[0014]“普通晶圆原片成本远远低于先进制程的成品晶圆，高成本的区域大大减少，只有整个成品的几十分之一，不被晶圆厂制约，本架构成本远低于现有架构，效率大大提升，提高屏占比。把显示晶圆和驱动芯片分开独立制作；可以用低阶制程制作，成本大大降低，时间大大缩短。因为结构简单，良率也高。从串行流程变成并行流程，显示晶圆和驱动芯片可以分别制作，提升良率，降低成本”。
[0015]
2、中国专利文献：“一种oled微型显示器及其阳极键合方法”，专利(申请)号为：201710365150.6；其记载的技术方案是：
[0016]“oled微型显示器及其阳极键合方法，所述oled微型显示器的阳极键合方法包括以下步骤：
[0017]
s1、在绝缘基板上制备凹槽；
[0018]
s2、以铜填埋所述凹槽后，制备铜连接柱；
[0019]
s3、在所述绝缘基板上制备oled器件，得到预制oled发光单元；
[0020]
s4、将所述预制oled发光单元上的铜连接柱与ic片的正面键合，完成oled微型显示器的阳极键合”；
[0021]
其记载的技术效果是：
[0022]“通过预制oled发光单元，再将预制的oled发光单元与ic片键合，从而避免出现因阳极像素和oled发光单元在制备过程中形成的缺陷导致昂贵的ic片报废的问题，提高了ic片的利用率，降低了生产成本”。
[0023]
现有专利文献的技术方案仍然没有完全解决现有技术中的问题和缺陷，因为oled材料不耐高温，传统的键合工艺后需要高温退火处理，因为金属材料接触空气后容易存在氧化和钝化现象，较高的键合温度才能使钝化的金属实现键合，硅基oled需要合适的低温键合工艺；


技术实现要素：

[0024]
本发明提供一种硅基oled，其目的是适合硅基oled的低温键合工艺，避免高温对oled材料的损伤。
[0025]
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0026]
本发明硅基oled包括光学玻璃、透明填充胶、彩色滤光片、薄膜封装层、oled材料层、阳极像素、金属导线、绝缘介质层、硅衬底、阴极环；在所述的阴极环的外圈贴装支撑框。
[0027]
所述的支撑框为精密的金属、硅、陶瓷、塑料材料中的一种。
[0028]
所述的支撑框厚度不大于1mm。
[0029]
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的硅基oled的低温键合法生产工艺。
[0030]
所述的生产工艺流程包括前段和后段；所述的前段包括两部分工艺内容，分别为cmos电路衬底的生产工艺、硅衬底及相关的生产工艺；所述的后段为键合直至加工完成。
[0031]
具体为两个技术方案：
[0032]
第一技术方案：
[0033]
所述的cmos电路衬底的生产工艺过程包括：
[0034]
步骤1、cmos电路衬底制造，然后进入步骤12；
[0035]
所述的硅衬底及相关的生产工艺过程包括：
[0036]
步骤2、硅衬底的制造；
[0037]
步骤3、绝缘介质层及金属通孔加工；
[0038]
步骤4、oled阳极加工；
[0039]
步骤5、蒸镀oled材料层；
[0040]
步骤6、制作薄膜封装层；
[0041]
步骤7、制作彩色滤光片；
[0042]
步骤8、贴装支撑框；
[0043]
步骤9、贴光学玻璃；
[0044]
步骤10、检查是否合格；如果合格，进行下一步骤；如果不合格，报废；
[0045]
步骤11、硅衬底减薄并清洗，进入步骤12；
[0046]
所述的键合直至加工完成的过程包括：
[0047]
步骤12、键合面等离子体轰击；
[0048]
步骤13、低温状态晶面键合；
[0049]
步骤14、晶圆切割；
[0050]
步骤15、模组封装；终检。
[0051]
在所述的步骤12中，使用表面活化真空键合法或者等离子体活化键合法，在接近真空环境下使用等离子体轰击oled晶圆的抛光面，并同时在接近真空环境下使用等离子体轰击cmos晶圆表面的外露金属通孔，以去除两个键合面金属表面的氧化层或钝化层。
[0052]
在所述的步骤13中，将cmos晶圆正面的金属通孔与oled晶圆的减薄抛光面对准压合在一起，在0～120℃下的oled材料可耐受的低温环境下静置退火，使压合的两层金属键合在一起。
[0053]
第二技术方案：
[0054]
所述的cmos电路衬底的生产工艺过程包括：
[0055]
步骤1、cmos电路衬底制造，然后进入步骤14；
[0056]
所述的硅衬底及相关的生产工艺过程包括：
[0057]
步骤2、硅衬底的制造；
[0058]
步骤3、绝缘介质层及金属通孔加工；
[0059]
步骤4、oled阳极加工；
[0060]
步骤5、蒸镀oled材料层；
[0061]
步骤6、制作薄膜封装层；
[0062]
步骤7、制作彩色滤光片；
[0063]
步骤8、贴装支撑框；
[0064]
步骤9、贴光学玻璃；
[0065]
步骤10、检查是否合格；如果合格，进行下一步骤；如果不合格，报废；
[0066]
步骤11、硅衬底减薄并清洗；
[0067]
步骤12、晶圆切割；
[0068]
步骤13、挑选合格晶片；进入步骤14；
[0069]
所述的键合直至加工完成的过程包括：
[0070]
步骤14、键合面等离子体轰击；
[0071]
步骤15、低温状态晶面键合到晶圆；
[0072]
步骤16、晶圆切割；
[0073]
步骤17、模组封装；终检。
[0074]
在所述的步骤11、步骤12中，对减薄后的oled晶圆提前切割分粒，检查后将不合格的晶粒剔除；将合格的晶粒清洗干净。
[0075]
在所述的步骤14中，使用表面活化真空键合法或者等离子体活化键合法，在接近真空环境下使用等离子体轰击oled晶粒的抛光面，并同时在接近真空环境下使用等离子体轰击cmos晶圆表面的外露金属通孔，以去除两个键合面金属表面的氧化层或钝化层。
[0076]
在所述的步骤14、步骤15中，将cmos晶圆正面的金属通孔与oled晶粒的减薄抛光面对准压合在一起，在0～120℃下的oled材料可耐受的低温环境下静置退火，使压合的两层金属键合在一起；做完以上步骤后，将键合后的晶圆切割分粒，完成模组封装和终检。
[0077]
本发明采用上述技术方案，采用的适合硅基oled的低温键合工艺，避免了高温对oled材料的损伤；利用分布在晶圆上的支撑框，提高玻璃贴合后与oled晶圆的平行度，降低了oled晶圆减薄的难度，同时支撑框降低了键合时的压力对oled材料的损伤。使用低成本的硅衬底，先单独在硅衬底上制作出oled发光层等结构，再将制作合格的oled发光层晶圆减薄抛光后键合到cmos集成电路衬底上，实现完整的硅基oled电路和发光结构，有效避免了传统硅基oled工艺流程存在的由于oled发光层工艺失效造成的损失cmos集成电路衬底的问题。
附图说明
[0078]
附图所示内容及图中的标记简要说明如下：
[0079]
图1为传统硅基oled产品生产工艺流程图；
[0080]
图2为传统硅基oled结构示意图；
[0081]
图3为本发明实施例一的硅基oled生产工艺流程图；
[0082]
图4为本发明实施例二的硅基oled生产工艺流程图；
[0083]
图5为本发明的硅基oled结构图；
[0084]
图6为本发明oled晶圆结构的整体示意图；
[0085]
图7为本发明oled晶圆减薄后的结构示意图；
[0086]
图8为cmos晶圆结构示意图；
[0087]
图9为单个支撑框贴装位置示意图；
[0088]
图10为晶圆上多个支撑框贴装位置示意图。
[0089]
图中标记为：
[0090]
1、光学玻璃，2、透明填充胶，3、彩色滤光片，4、薄膜封装层，5、oled材料层，6、阳极像素，7、金属导线，8、绝缘介质层，9、硅衬底，10、阴极环，11、支撑框，12、键合界面。
具体实施方式
[0091]
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0092]
如图5所示本发明的结构，为一种硅基oled，包括光学玻璃1、透明填充胶2、彩色滤光片3、薄膜封装层4、oled材料层5、阳极像素6、金属导线7、绝缘介质层8、硅衬底9、阴极环10。
[0093]
为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现避免高温对oled材料的损伤的发明目的，本发明采取的技术方案为：
[0094]
如图5所示，本发明硅基oled，在所述的阴极环10的外圈贴装支撑框11。
[0095]
本发明利用分布在晶圆上的支撑框11，提高了光学玻璃1贴合后，光学玻璃1与oled晶圆的平行度，降低了oled晶圆减薄的难度，同时支撑框的存在，降低了键合时的压力
对oled材料的损伤。
[0096]
所述的支撑框11为精密的金属、硅、陶瓷、塑料材料中的一种。所述的支撑框11厚度不大于1mm。
[0097]
为了减小键合时施加在oled材料上的压力，在芯片阴极环外圈贴装的支撑框11为精密的金属、硅、陶瓷、塑料材料中的一种，材料不限，精密度满足要求即可，厚度不大于1mm，支撑框贴装位置见图9和图10。
[0098]
为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的硅基oled的低温键合法生产工艺。
[0099]
如图3和图4所示：
[0100]
所述的生产工艺流程包括前段和后段；所述的前段包括两部分工艺内容，分别为cmos电路衬底的生产工艺、硅衬底及相关的生产工艺；所述的后段为键合直至加工完成。
[0101]
本发明通过低温键合工艺制作硅基oled，使用低成本的硅衬底，先单独在硅衬底上制作出oled发光层：金属通孔、阳极、有机蒸镀、薄膜封装、彩色滤光片、盖板玻璃等结构，再将制作合格的oled发光层晶圆减薄抛光后键合到cmos集成电路衬底上，实现完整的硅基oled电路和发光结构，有效避免了传统硅基oled工艺流程存在的由于oled发光层工艺失效造成的损失cmos集成电路衬底的问题。
[0102]
具体为以下两个实施例：
[0103]
实施例一，如图3所示：
[0104]
所述的cmos电路衬底的生产工艺过程包括：
[0105]
步骤1、cmos电路衬底制造，然后进入步骤12；
[0106]
所述的硅衬底及相关的生产工艺过程包括：
[0107]
步骤2、硅衬底9的制造；
[0108]
步骤3、绝缘介质层8及金属通孔加工；
[0109]
步骤4、oled阳极加工；
[0110]
步骤5、蒸镀oled材料层5；
[0111]
步骤6、制作薄膜封装层4；
[0112]
步骤7、制作彩色滤光片3；
[0113]
步骤8、贴装支撑框11；
[0114]
步骤9、贴光学玻璃1；
[0115]
步骤10、检查是否合格；如果合格，进行下一步骤；如果不合格，报废；
[0116]
步骤11、硅衬底9减薄并清洗，进入步骤12；
[0117]
所述的键合直至加工完成的过程包括：
[0118]
步骤12、键合面等离子体轰击；
[0119]
步骤13、低温状态晶面键合；
[0120]
步骤14、晶圆切割；
[0121]
步骤15、模组封装；终检。
[0122]
在硅衬底上制作图形化的绝缘介质和金属通孔，在其上完成类似于传统硅基oled生产流程生产oled阳极结构、蒸镀oled材料、薄膜封装、彩色滤光片、贴装支撑框，贴合光学玻璃；其结构图如图6所示；
[0123]
完成上述工序后，检查是否合格，挑选合格的oled晶圆，将衬底减薄抛光并清洗干净，其结构如图7所示。
[0124]
在所述的步骤12中，使用表面活化真空键合法或者等离子体活化键合法，在接近真空环境下使用等离子体轰击oled晶圆的抛光面，并同时在接近真空环境下使用等离子体轰击cmos晶圆表面的外露金属通孔，以去除两个键合面金属表面的氧化层或钝化层。
[0125]
在所述的步骤13中，将cmos晶圆正面的金属通孔与oled晶圆的减薄抛光面对准压合在一起，在0～120℃下的oled材料可耐受的低温环境下静置退火，使压合的两层金属键合在一起。
[0126]
键合界面12如图5所示。
[0127]
做完以上步骤后，将键合后的晶圆切割分粒，完成模组封装和终检。
[0128]
实施例二，如图4所示：
[0129]
在实施例一的基础上，对减薄后的oled晶圆提前切割分粒，检查后将不合格的晶粒剔除；将合格的晶粒清洗干净。
[0130]
所述的cmos电路衬底的生产工艺过程包括：
[0131]
步骤1、cmos电路衬底制造，然后进入步骤14；
[0132]
所述的硅衬底及相关的生产工艺过程包括：
[0133]
步骤2、硅衬底9的制造；
[0134]
步骤3、绝缘介质层8及金属通孔加工；
[0135]
步骤4、oled阳极加工；
[0136]
步骤5、蒸镀oled材料层5；
[0137]
步骤6、制作薄膜封装层4；
[0138]
步骤7、制作彩色滤光片3；
[0139]
步骤8、贴装支撑框11；
[0140]
步骤9、贴光学玻璃1；
[0141]
步骤10、检查是否合格；如果合格，进行下一步骤；如果不合格，报废；
[0142]
步骤11、硅衬底9减薄并清洗；
[0143]
步骤12、晶圆切割；
[0144]
步骤13、挑选合格晶片；进入步骤14；
[0145]
所述的键合直至加工完成的过程包括：
[0146]
步骤14、键合面等离子体轰击；
[0147]
步骤15、低温状态晶面键合到晶圆；
[0148]
步骤16、晶圆切割；
[0149]
步骤17、模组封装；终检。
[0150]
在所述的步骤11、步骤12中，对减薄后的oled晶圆提前切割分粒，检查后将不合格的晶粒剔除；将合格的晶粒清洗干净。
[0151]
在所述的步骤14中，使用表面活化真空键合法或者等离子体活化键合法，在接近真空环境下使用等离子体轰击oled晶粒的抛光面，并同时在接近真空环境下使用等离子体轰击cmos晶圆表面的外露金属通孔，以去除两个键合面金属表面的氧化层或钝化层，
[0152]
在所述的步骤14中，将cmos晶圆正面的金属通孔与oled晶粒的减薄抛光面对准压
合在一起，在0～120℃下的oled材料可耐受的低温环境下静置退火，使压合的两层金属键合在一起；
[0153]
做完以上步骤后，将键合后的晶圆切割分粒，完成模组封装和终检。
[0154]
cmos衬底结构图如图8所示。
[0155]
本发明创新点体现在：
[0156]
使用cmos衬底和oled键合的方法，将硅基oled的主要工序在单晶硅衬底上加工，避免在cmos衬底上加工；经过筛选的合格oled晶圆或者晶片键合到cmos衬底上，可避免直接使用昂贵的cmos衬底加工oled，降低cmos衬底的报废率，工艺流程简单，良率高，成本低。
[0157]
使用低温晶圆对晶圆键合或者低温晶片对晶圆键合的方法，制造硅基oled微显示屏器件，通过低温键合工艺，可以避免oled材料分解失效的问题。着重保护cmos衬底和oled层分开制备，再低温键合的方案和工艺流程；以及利用支撑框结构降低键合时施加在oled材料上的压力，避免oled材料和薄膜封装材料损伤。相比较传统硅基oled制造方法，降低了生产成本，提高了经济效益。
[0158]
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种硅基oled，包括光学玻璃(1)、透明填充胶(2)、彩色滤光片(3)、薄膜封装层(4)、oled材料层(5)、阳极像素(6)、金属导线(7)、绝缘介质层(8)、硅衬底(9)、阴极环(10)；其特征在于：在所述的阴极环(10)的外圈贴装支撑框(11)。2.按照权利要求1所述的硅基oled，其特征在于：所述的支撑框(11)为精密的金属、硅、陶瓷、塑料材料中的一种。3.按照权利要求1所述的硅基oled，其特征在于：所述的支撑框(11)厚度不大于1mm。4.按照权利要求1或2或3所述的硅基oled的低温键合法生产工艺，其特征在于：所述的生产工艺流程包括前段和后段；所述的前段包括两部分工艺内容，分别为cmos电路衬底的生产工艺、硅衬底及相关的生产工艺；所述的后段为键合直至加工完成；所述的cmos电路衬底的生产工艺过程包括：步骤1、cmos电路衬底制造，然后进入步骤12；所述的硅衬底及相关的生产工艺过程包括：步骤2、硅衬底(9)的制造；步骤3、绝缘介质层(8)及金属通孔加工；步骤4、oled阳极加工；步骤5、蒸镀oled材料层(5)；步骤6、制作薄膜封装层(4)；步骤7、制作彩色滤光片(3)；步骤8、贴装支撑框(11)；步骤9、贴光学玻璃(1)；步骤10、检查是否合格；如果合格，进行下一步骤；如果不合格，报废；步骤11、硅衬底(9)减薄并清洗，进入步骤12；所述的键合直至加工完成的过程包括：步骤12、键合面等离子体轰击；步骤13、低温状态晶面键合；步骤14、晶圆切割；步骤15、模组封装；终检。5.按照权利要求4所述的硅基oled的低温键合法生产工艺，其特征在于：在所述的步骤12中，使用表面活化真空键合法或者等离子体活化键合法，在接近真空环境下使用等离子体轰击oled晶圆的抛光面，并同时在接近真空环境下使用等离子体轰击cmos晶圆表面的外露金属通孔，以去除两个键合面金属表面的氧化层或钝化层。6.按照权利要求4所述的硅基oled的低温键合法生产工艺，其特征在于：在所述的步骤13中，将cmos晶圆正面的金属通孔与oled晶圆的减薄抛光面对准压合在一起，在0～120℃下的oled材料可耐受的低温环境下静置退火，使压合的两层金属键合在一起。7.按照权利要求1或2或3所述的硅基oled的低温键合法生产工艺，其特征在于：所述的生产工艺流程的前段和后段；所述的前段包括两部分工艺内容，分别为cmos电路衬底的生产工艺、硅衬底及相关的生产工艺；所述的后段为键合直至加工完成；所述的cmos电路衬底的生产工艺过程包括：步骤1、cmos电路衬底制造，然后进入步骤14；
所述的硅衬底及相关的生产工艺过程包括：步骤2、硅衬底(9)的制造；步骤3、绝缘介质层(8)及金属通孔加工；步骤4、oled阳极加工；步骤5、蒸镀oled材料层(5)；步骤6、制作薄膜封装层(4)；步骤7、制作彩色滤光片(3)；步骤8、贴装支撑框(11)；步骤9、贴光学玻璃(1)；步骤10、检查是否合格；如果合格，进行下一步骤；如果不合格，报废；步骤11、硅衬底(9)减薄并清洗；步骤12、晶圆切割；步骤13、挑选合格晶片；进入步骤14；所述的键合直至加工完成的过程包括：步骤14、键合面等离子体轰击；步骤15、低温状态晶面键合到晶圆；步骤16、晶圆切割；步骤17、模组封装；终检。8.按照权利要求7所述的硅基oled的低温键合法生产工艺，其特征在于：在所述的步骤11、步骤12中，对减薄后的oled晶圆提前切割分粒，检查后将不合格的晶粒剔除；将合格的晶粒清洗干净。9.按照权利要求7所述的硅基oled的低温键合法生产工艺，其特征在于：在所述的步骤14中，使用表面活化真空键合法或者等离子体活化键合法，在接近真空环境下使用等离子体轰击oled晶粒的抛光面，并同时在接近真空环境下使用等离子体轰击cmos晶圆表面的外露金属通孔，以去除两个键合面金属表面的氧化层或钝化层。10.按照权利要求7所述的硅基oled的低温键合法生产工艺，其特征在于：在所述的步骤14、步骤15中，将cmos晶圆正面的金属通孔与oled晶粒的减薄抛光面对准压合在一起，在0～120℃下的oled材料可耐受的低温环境下静置退火，使压合的两层金属键合在一起；做完以上步骤后，将键合后的晶圆切割分粒，完成模组封装和终检。

技术总结
本发明公开了一种硅基OLED以及低温键合法生产工艺，在所述的阴极环的外圈贴装支撑框(11)。采用上述技术方案，避免高温对OLED材料的损伤；利用分布在晶圆上的支撑框，提高玻璃贴合后与OLED晶圆的平行度，降低了OLED晶圆减薄的难度，同时支撑框降低了键合时的压力对OLED材料的损伤；使用低成本的硅衬底，先单独在硅衬底上制作出OLED发光层等结构，再将制作合格的OLED发光层晶圆减薄抛光后键合到CMOS集成电路衬底上，实现完整的硅基OLED电路和发光结构，有效避免了传统硅基OLED工艺流程存在的由于OLED发光层工艺失效造成的损失CMOS集成电路衬底的问题。成电路衬底的问题。成电路衬底的问题。


技术研发人员：柏峰 吕迅 祖伟 尹立平 李敏 徐瑞
受保护的技术使用者：安徽熙泰智能科技有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/16