天大新成果填补微型LED晶圆无损测试技术空白
近日，天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室、精仪学院感知科学与工程系黄显团队打破微型LED晶圆测试瓶颈，实现了微型LED晶圆高通量无损测试，研究成果于6月13日在电气领域期刊《自然-电子学》刊发。
据介绍，微型LED被广泛认为是下一代高端显示技术的核心元件，然而，其高密度、微米级的结构特征，对搭载微型LED的晶圆载体制造良率带来了严苛挑战，若无法保障最终产品的100%良率，将会给终端产品造成十分巨大的修复成本，由此，对微型LED晶圆的测试格外重要。
然而，传统刚性测试探针如“铁笔刻玉”，一旦与晶圆接触，将会造成晶圆表面不可逆的物理损伤；常用的视觉表面缺陷测量和光致发光检测方法又只能“观其大概”，存在较高的漏检率和错检率。因此，如何实现微型LED晶圆从生产到终端集成的全过程良率检测，一直是困扰业界的难题，也阻碍了基于微型LED的终端产品如大面积显示屏、柔性显示屏的量产。
对此，研究团队首次提出了一种基于柔性电子技术的巨量LED晶圆的无损接触式电致发光检测方法，该方法构建了包含弹性微柱阵列和可延展柔性电极阵列堆叠的三维结构柔性探针阵列。该阵列凭借其“以柔克刚”的特性对测量对象的表面形貌进行自适应形变，精确适应晶圆表面1-5微米的高度差，并以0.9兆帕的“呼吸级压力”轻触晶圆表面，仅为传统刚性探针接触压力的万分之一，远低于金属焊盘的屈服强度。
该技术不但不会造成晶圆表面的磨损，也降低了探针本身的磨损，使得探针在100万次接触测量后，依然“容颜如初”，显著高于传统刚性探针约10万次接触测量的使用寿命。研究表明，即便在100微米极限形变下，探针结构的应力始终远低于材料“抗压红线”。
此外，研究还针对不同固化温度及填料比例进行应力与收缩率建模，确保探针在微尺度制造中的高一致性和高精度匹配。
此外，团队自研了与三维柔性探针相匹配的测量系统。该系统具有球形探针调平装置，能够确保探针与LED晶圆处于平行状态，其底部观察系统通过同轴光路和分光棱镜实时观察晶圆点亮的情况并开展波长分布测量。同时，该测量系统还可以进行高速电学测量以及探针下压的压力测量，确保获得丰富的LED晶圆电学和光学信息。通过探针和检测系统的协同工作，为微型LED产品的高效工艺控制和良品筛选提供了关键工具。
据悉，本研究在柔性电子与半导体测试领域取得了关键突破，打破了微型LED大规模电致发光检测的技术瓶颈，首创微型LED晶圆高通量、无损检测技术，实现了微型LED电致发光检测技术从零到一的突破，为其他复杂晶圆如CPU、FPGA检测提供了革命性技术方案。
相关论文链接：https://doi.org/10.1038/s41928-025-01396-0
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