據天津大學官網消息，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日在電氣領域頂級期刊《自然-電子學》刊發。
圖為測試系統中的柔性探針，當探針接觸LED晶圓后點亮其中的一個LED發出藍色光，通過同軸光路可觀察光強和波長信息。
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。
“該技術的探針接觸壓力僅為傳統剛性探針的萬分之一，不但不會造成晶圓表面磨損，也降低了探針本身的磨損，探針在100萬次接觸測量后，依然‘容顏如初’。”黃顯說。技術的核心在于與被測對象尺寸高度一致嚴格對應的柔性可延展電極陣列及下方的柔性聚二甲基硅氧烷-二氧化硅（PDMS-SiO?）復合微柱，構成了三維多級減壓幾何結構。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。該系統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，其底部觀察系統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的協同工作，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。在文章中，該團隊還展示了針對10×30平方微米的更小尺度的LED晶圓的100×100陣列柔性探頭，為后續開展更高速度的晶圓檢測奠定了基礎。
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大規模電致發光檢測的技術瓶頸，首創微型LED晶圓高通量、無損檢測技術，實現了微型LED電致發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。
該技術已在天開園核心區成立的萬柔科技和孚萊感知半導體公司開啟產品化進程，未來將為國內微型LED產業提供批量化、無損、低成本的檢測解決方案，推動我國自主知識產權的原創性先進檢測裝備達到世界領先水平，進一步拓展了柔性電子技術的應用領域。該項技術也為面向AR/VR等應用場景的高良率面板制程奠定了基礎，隨著探針陣列規模與檢測通道的持續拓展，未來或將在晶圓級集成檢測、生物光子學等領域產生更廣泛影響。
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