Гетерогенная интеграция микро‑СИД через множественную одновременную передачу и соединение

Почему важны крошечные новые источники света

Телевизоры, умные часы и гарнитуры виртуальной реальности всё чаще полагаются на крошечные источники света, называемые микро‑СИД, чтобы получить более яркие, четкие и энергоэффективные экраны. Но сборка таких дисплеев идет медленно и дорого, главным образом потому, что трудно перемещать и подключать миллионы микроскопических световых чипов к электронике, которая ими управляет. В этом исследовании представлен новый способ быстрой и надёжной передачи и прикрепления множества разных микро‑СИД к одной панели дисплея, что может помочь внедрению высококачественных полноцветных микро‑СИД экранов в повседневные устройства.

Новый способ перемещения и прикрепления чипов

Исследователи разработали процесс, который они называют множественной одновременной передачей и спаиванием, или SITRAB, — он совмещает перемещение чипов и создание их электрических соединений в одном шаге. Тонкая пленка специально разработанного адгезива сначала ламинируется на заднюю панель дисплея, которая уже несет крошечные металлические паяные бугорки. Массивы микро‑СИД, удерживаемые на прозрачных эластичных носителях, аккуратно выравниваются над соответствующими электродами. Когда через носитель в течение нескольких секунд направляют инфракрасный лазер при легком прижатии, тепло активирует адгезив и расплавляет пайку, в результате чего каждый чип прочно припаивается и электрически соединяется с панелью под ним. После подъема носителя чипы остаются на дисплее в точной позиции.

Адгезив, который выдерживает многократное использование

Ключевая проблема в производстве микро‑СИД в том, что большинство материалов для соединения отвердевают необратимо после одного нагрева, что не позволяет добавить чипы позже или отремонтировать бракованные. Адгезив SITRAB отличается. Он изготовлен из эпоксидной смолы, карбоксильной кислоты и катализатора на основе имидазола, смешанных так, чтобы очищать поверхность припоя, заполнять зазоры и защищать соединения, сохраняя при этом устойчивость к многократному воздействию лазера. С помощью химического анализа команда показала, что основные активные группы в адгезиве оставались невредимыми даже после шести лазерных импульсов, то есть его паяющие свойства сохранялись. Лишь при отверждении в обычной печи при более высокой температуре эти группы полностью полимеризовались, так что окно технологического процесса можно точно контролировать.

Четкое изображение и прочные соединения

Чтобы проверить работоспособность метода в реальных устройствах, команда перенесла красные, зеленые и синие микро‑СИД, изготовленные из разных полупроводниковых слоев, на стеклянные и кремниевые задние панели. Микроскопические снимки показали плотные, хорошо сформированные паяные соединения между золотыми контактами на чипах и индиевыми бугорками на панели, при этом адгезив аккуратно заполнял окружающее пространство, функционируя как невидимая подушка. Электрические измерения показали, что В–А характеристики светодиодов практически не изменились после переноса, и диоды работали стабильно при токах, значительно превышающих те, что требуются в типичных дисплеях. Оптические тесты подтвердили яркое красное, зеленое и синее излучение с цветовым охватом, превышающим требования стандартных телевизионных форматов, а устройства сохраняли характеристики даже после испытаний на высокую температуру, влажность и термодинамические циклы.

Сборка больших панелей и исправление дефектов

Поскольку SITRAB можно повторять на одном и том же слое адгезива, становится возможной модульная сборка дисплеев и ремонт дефектов. Авторы продемонстрировали «сшивку» четырех отдельных массивов 15×15 микро‑СИД на одной задней панели, чтобы получить большую область 30×30 пикселей, и расширили этот подход до сотен пикселей на шестидюймовой панели. Они также разработали задние панели с дополнительными ремонтными электродами в каждом пикселе. После первоначальной передачи с частично дефектного исходного массива они выявили потемневшие пиксели и затем использовали дополнительный шаг SITRAB, чтобы разместить запасные СИД на ремонтных площадках, что заметно увеличило долю рабочих пикселей с примерно 83 процентов до почти 99,8 процента без удаления исходных чипов.

Полноцветные дисплеи из смешанных компонентов

Наконец, исследователи использовали множественные шаги SITRAB для сборки полноцветных пикселей, добавляя красные, зеленые и синие микро‑СИД с трех разных носителей на одну стеклянную заднюю панель. Несмотря на небольшие различия в толщине чипов, процесс сохранял точное выравнивание, так что три цветных субпикселя в каждом пикселе располагались всего в десятках микрометров друг от друга. Поперечные срезы показали чистые паяные соединения для всех цветов, и при совместном включении комбинированные массивы могли демонстрировать белый свет и полноцветные изображения с разрешением, подходящим для ранних микро‑СИД панелей. Этот демонстрационный образец указывает на то, что производители в будущем смогут смешивать микро‑СИД с разными материалами, размерами и функциями на одной панели.

Что это может значить для будущих экранов

Проще говоря, работа предлагает более гибкий, ремонтопригодный и масштабируемый способ создания миниатюрных световых блоков для дисплеев следующего поколения. Благодаря лазерно‑дружественному адгезиву, сохраняющему активность в нескольких циклах пайки, метод SITRAB позволяет инженерам собирать небольшие блоки СИД в большие экраны, заменять неисправные пиксели и комбинировать красные, зеленые и синие чипы из разных источников без повторного нанесения слоя для пайки. Хотя требуется дальнейшая разработка, чтобы достичь разрешений экранов смартфонов и часов, подход устраняет несколько практических узких мест в производстве микро‑СИД и может быть адаптирован и к другим излучающим устройствам, таким как квантово‑точечные эмиттеры и органические светодиоды.

Цитирование: 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

Ключевые слова: дисплеи с микро‑СИД, лазерное спаивание, адгезивное соединение, ремонт дисплея, полноцветные пиксели