Integración heterogénea de micro-LED mediante transferencia y unión múltiples y simultáneas

Por qué importan las luces diminutas

Televisores, relojes inteligentes y visores de realidad virtual confían cada vez más en diminutas fuentes de luz llamadas micro-LEDs para lograr pantallas más brillantes, nítidas y eficientes en consumo. Pero fabricar estas pantallas ha sido lento y costoso, principalmente porque resulta difícil mover y conectar millones de chips luminosos microscópicos sobre la electrónica que los controla. Este estudio presenta una nueva forma de transferir y fijar muchos tipos distintos de micro-LEDs en un mismo panel de forma rápida y fiable, lo que podría ayudar a llevar pantallas micro-LED de alta calidad a productos cotidianos.

Una nueva forma de mover y fijar chips

Los investigadores desarrollaron un proceso que llaman transferencia y unión múltiples y simultáneas, o SITRAB, que aborda tanto el traslado de los chips como la realización de sus conexiones eléctricas en un solo paso. Se lamina primero una película delgada de un adhesivo especialmente diseñado sobre un backplane de la pantalla que ya lleva diminutos bultos de soldadura metálica. Arrays de chips micro-LED, sostenidos sobre transportadores transparentes y gomosos, se alinean cuidadosamente sobre los electrodos correspondientes. Cuando un láser infrarrojo atraviesa el transportador durante unos segundos mientras se aplica una presión suave, el calor activa el adhesivo y funde la soldadura, de modo que cada chip queda firmemente unido y eléctricamente conectado al panel subyacente. Al retirar el transportador, los chips permanecen en la pantalla en su patrón preciso.

Un adhesivo que puede usarse una y otra vez

Un desafío clave en la fabricación de micro-LEDs es que la mayoría de los materiales de unión se endurecen de forma permanente tras un único calentamiento, lo que impide añadir más chips posteriormente o reparar los defectuosos. El adhesivo SITRAB es diferente. Está formulado a partir de epoxi, un ácido carboxílico y un catalizador a base de imidazol, mezclados para poder limpiar la superficie de la soldadura, fluir en huecos y proteger las uniones, manteniéndose además resistente tras exposiciones láser repetidas. Mediante análisis químico, el equipo demostró que los principales grupos activos del adhesivo permanecieron intactos incluso después de seis disparos de láser, lo que significa que su capacidad de soldadura se preservó. Solo cuando el material se coció en un horno convencional a temperatura más alta estos grupos terminaron de curar por completo, de modo que la ventana de proceso puede controlarse cuidadosamente.

Imágenes nítidas y conexiones robustas

Para evaluar el rendimiento del método en dispositivos reales, el equipo transfirió micro-LEDs rojos, verdes y azules fabricados con apilamientos semiconductores distintos sobre backplanes de vidrio y silicio. Imágenes por microscopía revelaron uniones de soldadura densas y bien formadas entre las almohadillas de oro en los chips y los bultos a base de indio en el panel, con el adhesivo llenando el espacio circundante como un cojín invisible. Mediciones eléctricas mostraron que la relación corriente–voltaje de los LEDs apenas cambió tras la transferencia, y las luces funcionaron sin problemas hasta niveles de corriente muy superiores a los necesarios en pantallas típicas. Pruebas ópticas confirmaron emisión brillante en rojo, verde y azul cubriendo más gama de color de la requerida por formatos televisivos estándar, y los dispositivos mantuvieron su rendimiento tras ensayos de alta temperatura, humedad y ciclos térmicos.

Construir más grande y arreglar fallos

Porque SITRAB puede repetirse sobre la misma capa de adhesivo, resulta posible ensamblar pantallas en módulos y reparar defectos. Los autores demostraron «coser» juntos cuatro arrays separados de 15 por 15 micro-LEDs en un único backplane para formar un área mayor de 30 por 30 píxeles, y extendieron esto a cientos de píxeles en un panel de seis pulgadas. También diseñaron backplanes con electrodos de reparación adicionales en cada píxel. Tras una transferencia inicial desde un array fuente parcialmente defectuoso, identificaron píxeles apagados y luego usaron un paso SITRAB adicional para colocar LEDs de repuesto en las almohadillas de reparación, incrementando dramáticamente el rendimiento de píxeles operativos desde alrededor del 83 por ciento hasta casi el 99,8 por ciento sin tener que retirar ninguno de los chips originales.

Pantallas a todo color a partir de piezas mezcladas

Finalmente, los investigadores usaron múltiples pasos SITRAB para ensamblar píxeles a todo color añadiendo micro-LEDs rojos, verdes y azules procedentes de tres transportadores diferentes sobre el mismo backplane de vidrio. A pesar de ligeras diferencias en el espesor de los chips, el proceso mantuvo una alineación precisa de modo que las tres subpíxeles coloreadas en cada píxel quedaron separadas por apenas decenas de micrómetros. Imágenes seccionales mostraron uniones de soldadura limpias para todos los colores y, cuando se activaron conjuntamente, los arrays combinados pudieron mostrar luz blanca y patrones a todo color con una resolución adecuada para paneles micro-LED tempranos. Esta prueba de concepto sugiere que los fabricantes podrían en el futuro mezclar micro-LEDs de distintos materiales, tamaños y funciones en un mismo panel.

Qué podría significar esto para las pantallas del futuro

En términos prácticos, este trabajo ofrece una forma más flexible, reparable y escalable de construir pequeños motores de luz para pantallas de próxima generación. Al usar un adhesivo compatible con láser que se mantiene activo a través de varios ciclos de unión, el método SITRAB permite a los ingenieros mosaicar bloques pequeños de LEDs en pantallas más grandes, reemplazar píxeles defectuosos y combinar chips rojos, verdes y azules de fuentes separadas sin rehacer la capa de unión. Aunque se necesita más desarrollo para alcanzar las resoluciones de pantallas de teléfono y reloj, el enfoque aborda varios cuellos de botella prácticos en la fabricación de micro-LEDs y también podría adaptarse a otros emisores, como dispositivos basados en puntos cuánticos y diodos orgánicos emisores de luz.

Cita: Joo, J., Choi, GM., Lee, C. et al. Heterogeneous integration of micro-LEDs via multiple simultaneous transfer and bonding. Microsyst Nanoeng 12, 170 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01304-2

Palabras clave: pantallas de micro LED, unión por láser, interconexión adhesiva, reparación de pantallas, píxeles a todo color