CN115241171A - 具有双层封装结构的Micro-LED微显示芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有双层封装结构的Micro‑LED微显示芯片，其包括第一半导体结构、第二半导体结构以及封装基板，所述第一半导体结构包括Micro‑LED发光像素矩阵电路以及像素驱动矩阵电路；所述第二半导体结构包括行扫描电路、列扫描电路、数据传输电路、数据处理电路；所述封装基板设置有布线结构，所述布线结构在封装基板的第一表面上形成第一焊点，在封装基板的第二表面上形成第二焊点；所述第一半导体结构中的像素驱动矩阵电路通过所述第一键合触点和第二键合触点与第二半导体结构中的行扫描电路和列扫描电路电连接，所述第二半导体结构中的数据传输电路或数据处理电路通过第三键合点和第一焊点与封装基板的第二表面上的第二焊点电连接。
Description
技术领域
本发明涉及LED显示技术领域，尤其涉及一种具有双层封装结构的Micro-LED微显示芯片。
背景技术
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。
如图1所示的现有技术中的一种Micro-LED微显示芯片的结构示意图，即将像素阵列电路、行列扫描电路、数据存储电路、数据传输电路、数据处理电路以及键合区域设计在同一芯片衬底上。并直接对该芯片进行封装从而形成Micro-LED微显示芯片。又或者如图2所示的现有技术中的另一种Micro-LED微显示芯片的结构示意图，即将像素阵列电路、行列扫描电路、数据传输电路、数据处理电路以及键合区域设计在同一芯片衬底上，而将数据存储电路设计在另一芯片衬底上，再将两块芯片封装在同一封装基板上从而形成Micro-LED微显示芯片。但由于数据存储电路所占面积接近于Micro-LED微显示芯片的三分之一，因此无论上述哪一种结构的Micro-LED微显示芯片，其封装后的芯片整体面积均无法做到更小，采用上述现有技术的Micro-LED微显示芯片的应用场景将受到极大限制。因此现有技术中需要一种更为新型的Micro-LED微显示芯片，其通过更新的封装技术使得Micro-LED微显示芯片的整体面积更小。
发明内容
本发明所要实现的技术目的在于提供一种具有双层封装结构的Micro-LED微显示芯片，通过像素驱动电路与Micro-LED像素电路独立为两个芯片，并使用芯片堆叠技术将像素驱动电路与Micro-LED像素电路堆叠封装，由此有效的降低了Micro-LED微显示芯片的面积。
基于上述技术目的，本发明提供一种具有双层封装结构的Micro-LED微显示芯片，所述Micro-LED微显示芯片包括第一半导体结构、第二半导体结构以及封装基板，其中，所述第一半导体结构包括Micro-LED发光像素矩阵电路以及像素驱动矩阵电路，所述第一半导体结构中还包括第一键合层，所述第一键合层中设置有第一键合触点；
所述第二半导体结构包括行扫描电路、列扫描电路、数据传输电路、数据处理电路；所述第二半导体结构还包括第二键合层和第三键合层，所述第二键合层中设置有第二键合触点，所述第三键合层中设置有第三键合触点；
所述封装基板设置有布线结构，所述布线结构在封装基板的第一表面上形成第一焊点，在封装基板的第二表面上形成第二焊点；
所述第一键合触点与第二键合触点直接接触电连接，所述第一半导体结构中的像素驱动矩阵电路通过所述第一键合触点和第二键合触点与第二半导体结构中的行扫描电路和列扫描电路电连接；
所述第三键合点与第一焊点直接接触电连接，所述第二半导体结构中的数据传输电路或数据处理电路通过第三键合点和第一焊点与封装基板的第二表面上的第二焊点电连接。
在一个实施例中，所述第一键合触点、第二键合触点和第三键合点是嵌入式微触点、非嵌入式微触点及通过硅通孔技术TSV形成的触点中的一种或者两种的组合。
在一个实施例中，所述第一键合触点与第二键合触点之间的连接方式为键合或回流，所述键合方式包括混合键合、表面活化键合或原子扩散键合。
在一个实施例中，所述第三键合点与述封装基板的第一表面上的第一焊点键合采用的是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合或玻璃焊料烧结。
在一个实施例中，在所述布线结构在封装基板的第二表面上形成的第二焊点用于构成球栅阵列结构封装或线封装。
本发明的另一个方面还在于提供一种Micro-LED微显示芯片，所述Micro-LED微显示芯片包括第一半导体结构、第二半导体结构以及封装基板，其中，所述第一半导体结构包括Micro-LED发光像素矩阵电路以及像素驱动矩阵电路，所述第一半导体结构中还包括第一键合层，所述第一键合层中设置有第一键合触点；
所述第二半导体结构包括行扫描电路、列扫描电路、数据传输电路和数据处理电路；所述第二半导体结构还包括第二键合层和第三键合层，所述第二键合层中设置有第二键合触点，所述第三键合层中设置有第三键合触点；
所述封装基板设置有布线结构，所述布线结构在封装基板的第一表面上形成第一焊点，在封装基板的第二表面上形成第二焊点；
所述第二键合触点与所述第一半导体结构的第一区域中的第一键合触点直接接触电连接，所述第一半导体结构中的像素驱动矩阵电路通过所述第一区域中的第一键合触点和第二键合触点与第二半导体结构中的行扫描电路和列扫描电路电连接；
所述第三键合点与所述封装基板的第一区域中的第一焊点直接接触电连接，所述第二半导体结构中的数据传输电路或数据处理电路通过第三键合点和所述封装基板的第一区域中的第一焊点与封装基板的第二表面上的第二焊点电连接；
所述第一半导体结构的第二区域中的第一键合触点与所述封装基板的第二区域中的第一焊点通过中间连接件电连接。
在一个实施例中，所述第一键合触点、第二键合触点和第三键合点是嵌入式微触点、非嵌入式微触点及通过硅通孔技术TSV形成的触点中的一种或者两种的组合。
在一个实施例中，所述述第一键合触点与第二键合触点之间的连接方式为键合或回流，所述键合方式包括混合键合、表面活化键合或原子扩散键合。
在一个实施例中，所述第三键合点与述封装基板的第一表面上的第一焊点302键合采用的是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合或玻璃焊料烧结。
在一个实施例中，所述中间连接件为微触点、铜柱、焊球、可控坍塌芯片连接结构中的一种或多种的组合。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
本发明中将像素驱动电路与Micro-LED像素电路独立为两个芯片，并使用芯片堆叠技术将像素驱动电路与Micro-LED像素电路堆叠封装，且使像素驱动电路完全位于Micro-LED像素电路芯片背向显示方向一侧，由此有效的降低了Micro-LED微显示芯片的面积。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有技术中的一种Micro-LED微显示芯片的结构示意图；
图2是现有技术中的另一种Micro-LED微显示芯片的结构示意图；
图3是本发明第一实施例的Micro-LED微显示芯片的结构剖面示意图；
图4是本发明第一实施例的Micro-LED微显示芯片的结构立体示意图；
图5是本发明第二实施例的Micro-LED微显示芯片的结构剖面示意图；
图6是本发明第二实施例的Micro-LED微显示芯片的结构立体示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本发明必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
实施例1
如图3-4所示，为本发明第一实施例的Micro-LED微显示芯片的结构示意图。
本实施例的Micro-LED微显示芯片包括第一半导体结构100、第二半导体结构200以及封装基板300，其中，所述第一半导体结构100包括Micro-LED发光像素矩阵电路以及像素驱动矩阵电路，所述第一半导体结构100中还包括第一键合层101，所述第一键合层101中设置有第一键合触点102。
所述第二半导体结构200包括行扫描电路2001、列扫描电路2002、数据传输电路2003、数据处理电路2004。所述第二半导体结构200还包括第二键合层201和第三键合层203，所述第二键合层201中设置有第二键合触点202，所述第三键合层203中设置有第三键合触点204。
所述封装基板300设置有布线结构301，所述布线结构301在封装基板300的第一表面上形成第一焊点302，在封装基板300的第二表面上形成第二焊点303。
所述第一键合触点102与第二键合触点202直接接触电连接，所述第一半导体结构中的像素驱动矩阵电路通过所述第一键合触点102和第二键合触点202与第二半导体结构200中的行扫描电路2001和列扫描电路2002电连接。
所述第三键合点204与第一焊点302直接接触电连接，所述第二半导体结构200中的数据传输电路2003或数据处理电路2004通过第三键合点204和第一焊点302与封装基板300的第二表面上的第二焊点303电连接。
所述第一键合触点102、第二键合触点202和第三键合点204是嵌入式微触点、非嵌入式微触点及通过硅通孔技术TSV形成的触点中的一种或者两种的组合。
所述第一键合触点102与第二键合触点202之间的连接方式为键合或回流，所述键合方式包括混合键合、表面活化键合或原子扩散键合。
所述第三键合点204与所述封装基板300的第一表面上的第一焊点302键合采用的是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合或玻璃焊料烧结。
在所述布线结构301在封装基板300的第二表面上形成的第二焊点303用于构成球栅阵列结构封装(BGA)或线封装(wire bonding)。
本实施例中，由于第一半导体结构100与第二半导体结构200之间采用了最短连接方式，因此保证了像素阵列电路与像素驱动电路之间的高速传输速率。同时由于像素驱动电路完全位于像素阵列电路的下方，从而使得Micro-LED微显示芯片的整体面积减少了50％以上。
本实施例中，所述数据传输电路2003还包括显示数据读取电路，其按照数字驱动方案，将外部数据存储芯片中的显示数据读取出来。所述数据处理电路2004包括显示信号处理电路，如白平衡电路，伽马校正电路等，其处理显示数据以调整显示效果，并最终得到用于显示的显示驱动信号。所述数据处理电路2004还包括时序控制电路，其根据标准显示信号源信号产生时序信号，配合显示数据读取电路读取存储器数据产生显示时序，同时配合行列扫描电路将显示信号处理电路中的显示驱动信号经行列扫描电路输入到第一半导体结构10中的像素阵列电路中。
实施例2
如图5-6所示，为本发明第二实施例的Micro-LED微显示芯片的结构示意图。
本实施例的Micro-LED微显示芯片包括第一半导体结构100、第二半导体结构200以及封装基板300，其中，所述第一半导体结构100包括Micro-LED发光像素矩阵电路以及像素驱动矩阵电路，所述第一半导体结构100中还包括第一键合层101，所述第一键合层101中设置有第一键合触点102。
所述第二半导体结构200包括行扫描电路2001、列扫描电路2002、数据传输电路2003、数据处理电路2004。所述第二半导体结构200还包括第二键合层201和第三键合层203，所述第二键合层201中设置有第二键合触点202，所述第三键合层203中设置有第三键合触点204。
所述封装基板300设置有布线结构301，所述布线结构301在封装基板300的第一表面上形成第一焊点302，在封装基板300的第二表面上形成第二焊点303。
所述第二键合触点202与所述第一半导体结构100的第一区域中的第一键合触点102直接接触电连接，所述第一半导体结构中的像素驱动矩阵电路通过所述第一区域中的第一键合触点102和第二键合触点202与第二半导体结构200中的行扫描电路2001和列扫描电路2002电连接。
所述第三键合点204与所述封装基板300的第一区域中的第一焊点302直接接触电连接，所述第二半导体结构200中的数据传输电路2003或数据处理电路2004通过第三键合点204和所述封装基板300的第一区域中的第一焊点302与封装基板300的第二表面上的第二焊点303电连接。
所述第一半导体结构100的第二区域中的第一键合触点102与所述封装基板300的第二区域中的第一焊点302通过中间连接件400电连接。
所述第一键合触点102、第二键合触点202和第三键合点204是嵌入式微触点、非嵌入式微触点及通过硅通孔技术TSV形成的触点中的一种或者两种的组合。
所述第一键合触点102与第二键合触点202之间的连接方式为键合或回流，所述键合方式包括混合键合、表面活化键合或原子扩散键合。
所述第三键合点204与所述封装基板300的第一表面上的第一焊点302键合采用的是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合或玻璃焊料烧结。
在所述布线结构301在封装基板300的第二表面上形成的第二焊点303用于构成球栅阵列结构封装(BGA)或线封装(wire bonding)。
所述中间连接件400为微触点、铜柱、焊球、可控坍塌芯片连接结构中的一种或多种的组合。
本实施例中，由于第一半导体结构100与第二半导体结构200之间采用了最短连接方式，因此保证了像素阵列电路与像素驱动电路之间的高速传输速率。同时由于像素驱动电路完全位于像素阵列电路的下方，从而使得Micro-LED微显示芯片的整体面积减少了50％以上。
本实施例中，所述数据传输电路2003还包括显示数据读取电路，其按照数字驱动方案，将外部数据存储芯片中的显示数据读取出来。所述数据处理电路2004包括显示信号处理电路，如白平衡电路，伽马校正电路等，其处理显示数据以调整显示效果，并最终得到用于显示的显示驱动信号。所述数据处理电路2004还包括时序控制电路，其根据标准显示信号源信号产生时序信号，配合显示数据读取电路读取存储器数据产生显示时序，同时配合行列扫描电路将显示信号处理电路中的显示驱动信号经行列扫描电路输入到第一半导体结构10中的像素阵列电路中。
以上所述，仅为本发明的具体实施案例，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明所述的技术规范内，对本发明的修改或替换，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有双层封装结构的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述Micro-LED微显示芯片包括第一半导体结构、第二半导体结构以及封装基板，其中，所述第一半导体结构包括Micro-LED发光像素矩阵电路以及像素驱动矩阵电路，所述第一半导体结构中还包括第一键合层，所述第一键合层中设置有第一键合触点；
所述第二半导体结构包括行扫描电路、列扫描电路、数据传输电路、数据处理电路；所述第二半导体结构还包括第二键合层和第三键合层，所述第二键合层中设置有第二键合触点，所述第三键合层中设置有第三键合触点；
所述封装基板设置有布线结构，所述布线结构在封装基板的第一表面上形成第一焊点，在封装基板的第二表面上形成第二焊点；
所述第一键合触点与第二键合触点直接接触电连接，所述第一半导体结构中的像素驱动矩阵电路通过所述第一键合触点和第二键合触点与第二半导体结构中的行扫描电路和列扫描电路电连接；
所述第三键合点与第一焊点直接接触电连接，所述所述第二半导体结构中的数据传输电路或数据处理电路通过第三键合点和第一焊点与封装基板的第二表面上的第二焊点电连接。
2.根据权利要求1所述的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述第一键合触点、第二键合触点和第三键合点是嵌入式微触点、非嵌入式微触点及通过硅通孔技术TSV形成的触点中的一种或者两种的组合。
3.根据权利要求1所述的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述第一键合触点与第二键合触点之间的连接方式为键合或回流，所述键合方式包括混合键合、表面活化键合或原子扩散键合。
4.根据权利要求1所述的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述第三键合点与述封装基板的第一表面上的第一焊点键合采用的是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合或玻璃焊料烧结。
5.根据权利要求1所述的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，在所述布线结构在封装基板的第二表面上形成的第二焊点用于构成球栅阵列结构封装或线封装。
6.一种具有双层封装结构的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述Micro-LED微显示芯片包括第一半导体结构、第二半导体结构以及封装基板，其中，所述第一半导体结构包括Micro-LED发光像素矩阵电路以及像素驱动矩阵电路，所述第一半导体结构中还包括第一键合层，所述第一键合层中设置有第一键合触点；
所述第二半导体结构包括行扫描电路、列扫描电路、数据传输电路和数据处理电路；所述第二半导体结构还包括第二键合层和第三键合层，所述第二键合层中设置有第二键合触点，所述第三键合层中设置有第三键合触点；
所述封装基板设置有布线结构，所述布线结构在封装基板的第一表面上形成第一焊点，在封装基板的第二表面上形成第二焊点；
所述第二键合触点与所述第一半导体结构的第一区域中的第一键合触点直接接触电连接，所述第一半导体结构中的像素驱动矩阵电路通过所述第一区域中的第一键合触点和第二键合触点与第二半导体结构中的行扫描电路和列扫描电路电连接；
所述第三键合点与所述封装基板的第一区域中的第一焊点直接接触电连接，所述所述第二半导体结构中的数据传输电路或数据处理电路通过第三键合点和所述封装基板的第一区域中的第一焊点与封装基板的第二表面上的第二焊点电连接；
所述第一半导体结构的第二区域中的第一键合触点与所述封装基板的第二区域中的第一焊点通过中间连接件电连接。
7.根据权利要求6所述的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述第一键合触点、第二键合触点和第三键合点是嵌入式微触点、非嵌入式微触点及通过硅通孔技术TSV形成的触点中的一种或者两种的组合。
8.根据权利要求6所述的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述第一键合触点与第二键合触点之间的连接方式为键合或回流，所述键合方式包括混合键合、表面活化键合或原子扩散键合。
9.根据权利要求6所述的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述第三键合点与述封装基板的第一表面上的第一焊点键合采用的是金硅共熔键合、硅/玻璃静电键合、硅/硅直接键合或玻璃焊料烧结。
10.根据权利要求6所述的Micro-LED微显示芯片，其特征在于，所述中间连接件为微触点、铜柱、焊球、可控坍塌芯片连接结构中的一种或多种的组合。
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- 2022-07-27 CN CN202210892131.XA patent/CN115241171A/zh active Pending
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