近日，天津大學精密測試技術及儀器全國重點實驗室、精儀學院感知科學與工程系黃顯團隊打破微型LED晶圓測試瓶頸，實現了微型LED晶圓高通量無損測試，研究成果于6月13日在電氣領域期刊《自然-電子學》刊發(fā)。
據介紹，微型LED被廣泛認為是下一代高端顯示技術的核心元件，然而，其高密度、微米級的結構特征，對搭載微型LED的晶圓載體制造良率帶來了嚴苛挑戰(zhàn)，若無法保障最終產品的100%良率，將會給終端產品造成十分巨大的修復成本，由此，對微型LED晶圓的測試格外重要。
然而，傳統(tǒng)剛性測試探針如“鐵筆刻玉”，一旦與晶圓接觸，將會造成晶圓表面不可逆的物理損傷；常用的視覺表面缺陷測量和光致發(fā)光檢測方法又只能“觀其大概”，存在較高的漏檢率和錯檢率。因此，如何實現微型LED晶圓從生產到終端集成的全過程良率檢測，一直是困擾業(yè)界的難題，也阻礙了基于微型LED的終端產品如大面積顯示屏、柔性顯示屏的量產。
對此，研究團隊首次提出了一種基于柔性電子技術的巨量LED晶圓的無損接觸式電致發(fā)光檢測方法，該方法構建了包含彈性微柱陣列和可延展柔性電極陣列堆疊的三維結構柔性探針陣列。該陣列憑借其“以柔克剛”的特性對測量對象的表面形貌進行自適應形變，精確適應晶圓表面1-5微米的高度差，并以0.9兆帕的“呼吸級壓力”輕觸晶圓表面，僅為傳統(tǒng)剛性探針接觸壓力的萬分之一，遠低于金屬焊盤的屈服強度。
該技術不但不會造成晶圓表面的磨損，也降低了探針本身的磨損，使得探針在100萬次接觸測量后，依然“容顏如初”，顯著高于傳統(tǒng)剛性探針約10萬次接觸測量的使用壽命。研究表明，即便在100微米極限形變下，探針結構的應力始終遠低于材料“抗壓紅線”。
此外，研究還針對不同固化溫度及填料比例進行應力與收縮率建模，確保探針在微尺度制造中的高一致性和高精度匹配。
此外，團隊自研了與三維柔性探針相匹配的測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有球形探針調平裝置，能夠確保探針與LED晶圓處于平行狀態(tài)，其底部觀察系統(tǒng)通過同軸光路和分光棱鏡實時觀察晶圓點亮的情況并開展波長分布測量。同時，該測量系統(tǒng)還可以進行高速電學測量以及探針下壓的壓力測量，確保獲得豐富的LED晶圓電學和光學信息。通過探針和檢測系統(tǒng)的協(xié)同工作，為微型LED產品的高效工藝控制和良品篩選提供了關鍵工具。
據悉，本研究在柔性電子與半導體測試領域取得了關鍵突破，打破了微型LED大規(guī)模電致發(fā)光檢測的技術瓶頸，首創(chuàng)微型LED晶圓高通量、無損檢測技術，實現了微型LED電致發(fā)光檢測技術從零到一的突破，為其他復雜晶圓如CPU、FPGA檢測提供了革命性技術方案。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01396-0
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-8-5355-0.html天大新成果填補微型LED晶圓無損測試技術空白
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