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天津大学科研团队实现微型LED晶圆高通量无损测试

编辑: 2025-06-24 17:26:03 浏览:86  来源:

据天津大学官网消息,天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室、精仪学院感知科学与工程系黄显团队打破微型LED晶圆测试瓶颈,实现微型LED晶圆高通量无损测试,研究成果于6月13日在电气领域顶级期刊《自然-电子学》刊发。

图为测试系统中的柔性探针,当探针接触LED晶圆后点亮其中的一个LED发出蓝色光,通过同轴光路可观察光强和波长信息。

研究团队首次提出了一种基于柔性电子技术的巨量LED晶圆的无损接触式电致发光检测方法,该方法构建了包含弹性微柱阵列和可延展柔性电极阵列堆叠的三维结构柔性探针阵列。该阵列凭借其“以柔克刚”的特性对测量对象的表面形貌进行自适应形变,精确适应晶圆表面1-5微米的高度差,并以0.9兆帕的“呼吸级压力”轻触晶圆表面,仅为传统刚性探针接触压力的万分之一,远低于金属焊盘的屈服强度。

“该技术的探针接触压力仅为传统刚性探针的万分之一,不但不会造成晶圆表面磨损,也降低了探针本身的磨损,探针在100万次接触测量后,依然‘容颜如初’。”黄显说。技术的核心在于与被测对象尺寸高度一致严格对应的柔性可延展电极阵列及下方的柔性聚二甲基硅氧烷-二氧化硅(PDMS-SiO₂)复合微柱,构成了三维多级减压几何结构。研究表明,即便在100微米极限形变下,探针结构的应力始终远低于材料“抗压红线”。此外,研究还针对不同固化温度及填料比例进行应力与收缩率建模,确保探针在微尺度制造中的高一致性和高精度匹配。

此外,团队自研了与三维柔性探针相匹配的测量系统。该系统具有球形探针调平装置,能够确保探针与LED晶圆处于平行状态,其底部观察系统通过同轴光路和分光棱镜实时观察晶圆点亮的情况并开展波长分布测量,同时该测量系统还可以进行高速电学测量以及探针下压的压力测量,确保获得丰富的LED晶圆电学和光学信息。通过探针和检测系统的协同工作,为微型LED产品的高效工艺控制和良品筛选提供了关键工具。在文章中,该团队还展示了针对10×30平方微米的更小尺度的LED晶圆的100×100阵列柔性探头,为后续开展更高速度的晶圆检测奠定了基础。

本研究在柔性电子与半导体测试领域取得了关键突破,打破了微型LED大规模电致发光检测的技术瓶颈,首创微型LED晶圆高通量、无损检测技术,实现了微型LED电致发光检测技术从零到一的突破,为其他复杂晶圆如CPU、FPGA检测提供了革命性技术方案。

该技术已在天开园核心区成立的万柔科技和孚莱感知半导体公司开启产品化进程,未来将为国内微型LED产业提供批量化、无损、低成本的检测解决方案,推动我国自主知识产权的原创性先进检测装备达到世界领先水平,进一步拓展了柔性电子技术的应用领域。该项技术也为面向AR/VR等应用场景的高良率面板制程奠定了基础,随着探针阵列规模与检测通道的持续拓展,未来或将在晶圆级集成检测、生物光子学等领域产生更广泛影响。

 

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