CN107195558A - 具有枢转支座的微型器件转移系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于从承载衬底转移微型器件的系统和方法。在一个实施例中，微型拾取阵列支座包括枢转平台以允许微型拾取阵列自动与承载衬底对准。可检测枢转平台的偏转来控制微型拾取阵列的进一步移动。

Description

具有枢转支座的微型器件转移系统
本申请是于2015年6月12日进入中国国家阶段的、国家申请号为201380065371.1、发明名称为“具有枢转支座的微型器件转移系统”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及微型器件。更具体地，本发明的实施例涉及用于从承载衬底转移微型器件的系统和方法。
背景技术
商业化小型器件诸如射频(RF)微机电系统(MEMS)微型开关、发光二极管(LED)显示系统和基于MEMS或石英的振荡器的可行性很大程度上受制于与制造这些器件相关联的难点和成本。制造工艺通常包括基于晶片的加工和转移技术。
器件转移工艺包括从转移晶片到接收晶片的转移。一种此类实现为“直接印刷”，涉及器件阵列从转移晶片到接收晶片的一次键合步骤以及随后去除转移晶片。其他此类实现为包含两次键合/解键合步骤的“转印”。在转印中，转移晶片可从施体晶片拾取器件阵列并将这些器件键合到接收晶片。在转移之后，可使用包括激光剥离(LLO)、研磨或抛光以及蚀刻的技术去除转移晶片。
万向架机构已用于晶片抛光设备中以有利于均匀地抛光晶片。例如，抛光设备中的无源万向架机构有利于晶片与抛光垫对准。
发明内容
本发明公开了一种微型拾取阵列支座和使用该微型拾取阵列支座来从承载衬底转移微型器件阵列的方法。在一个实施例中，微型拾取阵列支座包括枢转平台、侧向地围绕枢转平台的基部以及位于枢转平台和基部之间的横梁。横梁可在内枢轴处与枢转平台耦接并且在外枢轴处与基部耦接。在一个实施例中，外枢轴位于基部边缘上并且内枢轴位于枢转平台边缘上。基部边缘可正交于枢转平台边缘。在一个实施例中，第二横梁可通过位于第二基部边缘上的第二外枢轴与基部耦接，并且通过位于第二枢转平台边缘上的第二内枢轴与枢转平台耦接。在一个实施例中，横梁在第二内枢轴处与枢转平台耦接并且在第二外枢轴处与基部耦接。内枢轴可从第二内枢轴跨过枢转平台，并且外枢轴可从第二外枢轴跨过枢转平台。在一个实施例中，内枢轴和外枢轴包含硅。
在一个实施例中，微型拾取阵列支座包括位于枢转平台上的枢转平台静电电压源触件和位于基部上的基部静电电压源触件。枢转平台静电电压源触件可与基部静电电压源触件电连接。微型拾取阵列支座还可包括迹线，该迹线从枢转平台静电电压源触件延伸并且使枢转平台静电电压源触件可与基部静电电压源触件电连接。
在一个实施例中，微型拾取阵列支座包括位于枢转平台上的键合位。键合位可包括夹持电极，该夹持电极与位于基部上的基部夹持触件电连接。在一个实施例中，迹线从夹持电极延伸并且使夹持电极与基部夹持触件电连接。在一个实施例中，键合位可包含金属诸如金、铜、铝。
在一个实施例中，微型拾取阵列支座包括位于基部上的加热触件和位于枢转平台上并与加热触件电连接的加热元件。微型拾取阵列支座还可包括位于枢转平台上的温度传感器。
本发明公开了一种微型器件转移系统和使用该微型器件转移系统来从承载衬底转移微型器件阵列的方法。在一个实施例中，微型器件转移系统包括微型拾取阵列支座，该微型拾取阵列支座具有枢转平台、侧向地围绕枢转平台的基部以及位于枢转平台和基部之间的横梁。横梁可在内枢轴处与枢转平台耦接并且在外枢轴处与基部耦接。微型器件转移系统还可包括具有支撑静电转移头部阵列的衬底的微型拾取阵列。微型拾取阵列能够与微型拾取阵列支座接合。在一个实施例中，外枢轴可位于基部边缘上并且内枢轴可位于枢转平台边缘上。基部边缘可正交于枢转平台边缘。在一个实施例中，微型器件转移系统包括第二横梁，该第二横梁通过位于第二基部边缘的第二外枢轴与基部耦接，并且通过位于第二枢转平台边缘的第二内枢轴与枢转平台耦接。在一个实施例中，横梁可在第二内枢轴处与枢转平台耦接并且在第二枢轴处与基部耦接。内枢轴可从第二内枢轴跨过枢转平台，并且外枢轴可从第二外枢轴跨过枢转平台。在一个实施例中，内枢轴和外枢轴包含硅。在一个实施例中，每个静电转移头部包括台面结构，该台面结构包括具有1平方微米到10,000平方微米范围内的表面积的顶表面。
在一个实施例中，微型器件转移系统包括微型拾取阵列，该微型拾取阵列具有电极和位于衬底上的衬底静电电压源触件。衬底静电电压源连接件可与电极电连接。在一个实施例中，微型器件转移系统包括微型拾取阵列支座，该微型拾取阵列支座具有位于枢转平台上的枢转平台静电电压源触件和位于基部上的基部静电电压源触件。枢转平台静电电压源触件可与基部静电电压源触件电连接。微型拾取阵列支座还可包括第一迹线，该第一迹线从枢转平台静电电压源触件延伸并且使枢转平台静电电压源触件与基部静电电压源触件电连接。此外，微型拾取阵列支座还可包括第二迹线，该第二迹线从衬底静电电压源触件延伸并且使衬底静电电压源触件与电极电连接。衬底静电电压源触件可与枢转平台静电电压源触件对准以使电极与基部静电电压源触件电连接。
在一个实施例中，微型器件转移系统可包括基部夹持触件，其位于基部上并且与位于枢转平台上的夹持电极电连接。微型器件转移系统还可包括迹线，该迹线从夹持电极延伸并且使夹持电极与基部夹持触件电连接。夹持电极可与衬底对准，以当电压通过迹线从基部夹持触件施加至夹持电极时，将微型拾取阵列静电地键合到枢转平台。在一个实施例中，微型拾取阵列可通过永久性键合诸如热压键合附接到枢转平台。
在一个实施例中，微型器件转移系统包括位于基部上的加热触件和位于枢转平台上并与加热触件电连接的加热元件。微型拾取阵列支座还可包括位于枢转平台上的温度传感器。
本发明公开了一种微型器件转移系统和使用该微型器件转移系统来从承载衬底转移微型器件阵列的方法。在一个实施例中，微型器件转移系统包括具有安装表面的转移头部组件。微型器件转移系统还可包括微型拾取阵列支座和微型拾取阵列，该微型拾取阵列支座具有枢转平台、侧向地围绕枢转平台的基部以及将基部与枢转平台联接的横梁；该微型拾取阵列具有支撑静电转移头部阵列的衬底。在一个实施例中，当基部安装在安装表面上并且微型拾取阵列安装在枢转平台上时，枢转平台能够朝向转移头部组件偏转。在一个实施例中，转移头部组件包括用于检测枢转平台朝向转移头部组件偏转的传感器。例如，传感器可为用于感测枢转平台的偏转位置的接触传感器并且接触传感器可包括开关。另选地，传感器可为用于感测枢转平台的移动的运动传感器。
在一个实施例中，微型器件转移系统可包括具有静电电压源连接件的转移头部组件，微型拾取阵列支座具有枢转平台静电电压源触件和基部静电电压源触件，并且微型拾取阵列具有衬底静电电压源触件。静电电压源连接件可与基部静电电压源触件对准，并且枢转平台静电电压源触件可与衬底静电电压源触件对准。
在一个实施例中，微型器件转移系统包括转移头部组件，该转移头部组件具有与真空源耦接以向微型拾取阵列支座施加吸力的真空口。在一个实施例中，转移头部组件可具有钳位电压源连接件。微型拾取阵列支座可具有位于枢转平台上以向微型拾取阵列施加静电力的夹持电极。在一个实施例中，微型拾取阵列支座可具有位于基部上并与夹持电极电连接的基部夹持触件。微型拾取阵列支座还可具有迹线，该迹线从夹持电极延伸并且使夹持电极与基部夹持触件电连接。钳位电压源连接件可与基部夹持触件对准，并且衬底可与夹持电极对准，以当电压通过基部夹持部从钳位电压源连接件施加至夹持电极时，将微型拾取阵列静电地键合到枢转平台。
在一个实施例中，微型器件转移系统包括转移头部组件，该转移头部组件具有保持电极和钳位电压源连接件，所述保持电极耦接到静电电压源以向微型拾取阵列支座施加静电力。此外，微型器件转移系统可包括微型拾取阵列支座，该微型拾取阵列支座具有位于枢转平台上以向微型拾取阵列施加静电力的夹持电极。微型拾取阵列支座可具有基部夹持触件，其位于基部上并且与位于枢转平台上的夹持电极电连接。微型拾取阵列支座可具有迹线，该迹线从夹持电极延伸以使夹持电极与基部夹持触件电连接。钳位电压源连接件可与基部夹持触件对准，并且衬底可与夹持电极对准，以当电压通过基部夹持部从钳位电压源连接件施加至夹持电极时，将微型拾取阵列静电地键合到枢转平台。
在一个实施例中，每个静电转移头部包括台面结构，该台面结构具有表面积在1平方微米到10,000平方微米范围内的顶表面。在一个实施例中，微型拾取阵列通过永久性键合附接到枢转平台，该永久性键合包括热压键合。
在一个实施例中，微型器件转移系统包括转移头部组件和微型拾取阵列支座，该转移头部组件具有加热连接件，该微型拾取阵列支座具有位于基部上的加热触件以及位于枢转平台上并与加热触件电连接的加热元件。
在一个实施例中，一种方法包括朝向承载衬底移动转移头部组件，以及使承载衬底上的微型器件阵列与具有静电转移头部阵列的微型拾取阵列接触。可将微型拾取阵列安装在微型拾取阵列支座上，并且可将微型拾取阵列支座安装在转移头部组件上。该方法还可包括使微型拾取阵列支座的枢转平台朝向转移头部组件偏转，感测枢转平台的偏转，停止转移头部组件和承载衬底之间的相对移动，对静电转移头部阵列施加电压以在微型器件阵列上产生夹持压力，以及从承载衬底拾取微型器件阵列。在一个实施例中，该方法包括在感测到偏转之后并且在停止相对移动之前，朝向枢转平台移动转移头部组件。在一个实施例中，该方法包括停止转移头部组件和承载衬底之间的相对移动可能发生在利用多个传感器感测到枢转平台的偏转之后。在一个实施例中，该方法包括在感测到枢转平台的偏转之后，将转移头部组件朝向承载衬底移动设定的距离。在一个实施例中，该方法包括响应于感测到枢转平台的偏转立即停止转移头部组件和承载衬底之间的相对移动。在一个实施例中，该方法包括在感测到枢转平台的偏转之后，致动转移头部组件以通过倾斜或偏斜转移头部组件来使枢转平台与承载衬底的平面进一步对准。在一个实施例中，该方法包括在拾取微型器件阵列时，对静电转移头部阵列施加热。
在一个实施例中，一种方法包括朝向接收衬底移动转移头部组件，以及使接收衬底与微型拾取阵列所承载的微型器件阵列接触。微型拾取阵列可具有静电转移头部阵列并且可安装在微型拾取阵列支座上，该微型拾取阵列支座安装在转移头部组件上。该方法还可包括使微型拾取阵列支座的枢转平台朝向转移头部组件偏转，感测枢转平台的偏转，停止转移头部组件和接收衬底之间的相对运动，从静电转移头部阵列去除电压，以及将微型器件阵列释放到接收衬底上。在一个实施例中，该方法包括在感测到偏转之后并且在停止相对移动之前，朝向枢转平台移动转移头部组件。在一个实施例中，该方法包括在利用多个传感器感测到枢转平台的偏转之后，停止转移头部组件和接收衬底之间的相对移动。在一个实施例中，该方法包括在感测到枢转平台的偏转之后，将转移头部组件朝向接收衬底移动设定的距离。在一个实施例中，该方法包括响应于感测到枢转平台的偏转立即停止转移头部组件和接收衬底之间的相对移动。在一个实施例中，该方法包括响应于感测到枢转平台的偏转立即停止转移头部组件和接收衬底之间的相对移动。在一个实施例中，该方法包括在感测到枢转平台的偏转之后，致动转移头部组件以通过倾斜或偏斜转移头部组件来使枢转平台与接收衬底的平面进一步对准。在一个实施例中，该方法包括在从静电转移头部阵列去除电压之前，对微型器件阵列施加热。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的质量转移工具的透视图图示。
图2为根据本发明的实施例的包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件的微型器件转移系统的侧视图图示。
图3A为根据本发明的实施例的具有定位在位于承载衬底上的微型器件阵列上方并与其远离的静电转移头部阵列的微型器件转移系统的侧视图图示。
图3B为根据本发明的实施例的具有定位在位于承载衬底上的微型器件阵列上方并与其接触的静电转移头部阵列的微型器件转移系统的侧视图图示。
图4A为根据本发明的实施例的具有静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图图示。
图4B为根据本发明的实施例的具有静电键合位的微型拾取阵列支座的侧视图图示。
图4C为根据本发明的实施例的具有静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图图示。
图4D为根据本发明的实施例的具有静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图图示。
图4E为根据本发明的实施例的具有静电键合位的微型拾取阵列支座的侧视图图示。
图5A为根据本发明的实施例的具有非静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图图示。
图5B为根据本发明的实施例的具有非静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图图示。
图6A为根据本发明的实施例的具有侧向地围绕枢转平台的横梁和自对准行为的微型拾取阵列支座的透视图图示。
图6B为根据本发明的实施例的具有侧向地围绕枢转平台的一部分的两个横梁和自对准行为的微型拾取阵列支座的透视图图示。
图6C为根据本发明的实施例的具有位于枢转平台和基部之间的四个横梁以及自对准行为的微型拾取阵列支座的透视图图示。
图7为根据本发明的实施例的具有支撑静电转移头部阵列的衬底的微型拾取阵列的侧视图图示。
图8A为根据本发明的实施例的包括与微型拾取阵列静电地键合在一起的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的侧视图图示。
图8B为根据本发明的实施例的包括与微型拾取阵列静电地键合在一起的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的侧视图图示。
图9A为根据本发明的实施例的包括与微型拾取阵列永久性地键合在一起的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的侧视图图示。
图9B为根据本发明的实施例的包括与微型拾取阵列永久性地键合在一起的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的侧视图图示。
图10A为根据本发明的实施例示出包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件的微型器件转移系统的一部分的横截面侧视图图示。
图10B为根据本发明的实施例示出包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件的微型器件转移系统的一部分的横截面侧视图图示。
图11为根据本发明的实施例的具有用于检测微型拾取阵列支座的偏转的多个传感器的转移头部组件的透视图图示。
图12为根据本发明的实施例示出包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件并且该转移头部组件具有用于检测微型拾取阵列支座的偏转的多个传感器的微型器件转移系统的一部分的横截面侧视图图示。
图13为根据本发明的实施例示出包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件并且该微型拾取阵列支座朝向转移头部组件上的传感器偏转的微型器件转移系统的一部分的横截面侧视图图示。
图14为根据本发明的实施例示出从承载衬底拾取微型器件阵列的方法的流程图。
图15A为根据本发明的实施例的具有朝向承载衬底移动的转移头部组件的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。
图15B为根据本发明的实施例的具有接触承载衬底上的微型器件阵列的静电转移头部阵列的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。
图15C为根据本发明的实施例的具有朝向转移头部组件偏转的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。
图15D为根据本发明的实施例的具有从承载衬底拾取微型器件阵列的静电转移头部阵列的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。
图16为根据本发明的实施例示出用于将微型器件阵列释放到接收衬底上的方法的流程图。
图17A为根据本发明的实施例的具有朝向接收衬底移动的转移头部组件的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。
图17B为根据本发明的实施例的具有承载接触接收衬底的微型器件阵列的静电转移头部阵列的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。
图17C为根据本发明的实施例的具有朝向转移头部组件偏转的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。
图17D为根据本发明的实施例的将微型器件阵列从静电转移头部阵列释放到接收衬底的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。
图18为根据本发明的实施例可使用的示例性计算机系统的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例描述了用于从承载衬底转移微型器件或微型器件阵列的系统和方法。例如，微型器件或微型器件阵列可以是相关的美国专利申请13/372,222、13/436,260、13/458,932和13/625,825中举例说明和描述的微型LED器件结构中的任一个。尽管具体地针对微型LED器件描述了本发明的一些实施例，但本发明的实施例并不限于此，并且某些实施例还可适用于其他微型LED器件和微型器件诸如二极管、晶体管、集成电路和MEM。
在各种实施例中，参照附图进行描述。然而，某些实施例可在不存在这些具体细节中的一个或多个或者与其他已知方法和构型相结合的情况下实施。在以下的描述中，示出诸如特定构型、尺寸和工艺等许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。在其他情况下，未对众所周知的工艺和制造技术进行特别详细地描述，以免不必要地模糊本发明。整个本说明书中所提到的“一个实施例”、“实施例”等是指结合实施例所描述的特定特征、结构、构型或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书各处的语句“一个实施例”、“实施例”等的出现未必指代本发明的同一实施例。此外，特定特征、结构、构型或特性可以任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。
本文所使用的术语“在...上方”、“到”、“在...之间”和“在...上”可指一层相对于其他层的相对位置。一层在另一层“上方”或“上”或者键合“到”另一层可为直接与其他层接触或可具有一个或多个中间层。一层在多层“之间”可为直接与该多层接触或可具有一个或多个中间层。
如本文所使用的术语“微型”器件或“微型”LED结构可指代对根据本发明的实施例的某些器件或结构的描述性尺寸。如本文所用，术语“微型”器件或结构是指1μm到100μm的尺度。然而，本发明的实施例并不一定限于此，并且实施例的某些方面可适用于更大和可能更小的尺度。在一个实施例中，微型器件阵列中的单个微型器件和静电转移头部阵列中的单个静电转移头部均具有1μm到100μm的最大尺寸，例如长度或宽度。在一个实施例中，每个微型器件或静电转移头部的顶接触面具有1μm到100μm的最大尺寸。在一个实施例中，每个微型器件或静电转移头部的顶接触面具有3μm到20μm的最大尺寸。在一个实施例中，微型器件阵列的节距和相应的静电转移头部阵列的节距为(1μm到100μm)×(1μm到100μm)，例如20μm×20μm或5μm×5μm的节距。在一个方面，不限于特定理论，本发明的实施例描述了微型器件转移头部和头部阵列，其根据静电夹具使用异性电荷相吸的原理来拾取微型器件。根据本发明的实施例，对微型器件转移头部施加吸合电压以在微型器件上生成夹持压力并且拾取该微型器件。
在一个方面，本发明的实施例描述了用于微型器件使用具有自对准能力的微型拾取阵列支座进行质量转移的系统和方法。在一个实施例中，微型拾取阵列支座可包括一个或多个枢轴和横梁以在系统部件相接触时(例如，在由微型拾取阵列所支撑的静电转移头部接触承载衬底上的微型器件阵列时)允许安装好的微型拾取阵列自动对准到承载衬底或接收衬底。因此，微型拾取阵列支座有利于静电转移头部阵列和需转移的微型器件之间更完全而均匀的接触。这样，微型拾取阵列支座的自对准能力可允许更简单的质量转移工具设计，其中可能无需价格昂贵的传感器(诸如光谱干扰激光位移计)和致动器的布置用以在拾取或释放微型器件阵列之前进行微型拾取阵列与承载衬底或接收衬底的微米或亚微米级的精对准。因此，自对准能力可降低系统部件的成本，同时还提高了微型器件的转移速率，这是因为精对准可在拾取并释放微型器件阵列时通过自对准能力来实现。
在另一方面，本发明的实施例描述了使用传感器感测系统部件偏转的微型器件质量转移的系统和方法。可采用多种传感器，诸如昂贵的光谱干扰激光位移计或检测系统部件之间接触的不太贵的传感器开关。例如，在安装好的微型拾取阵列接触承载衬底上的微型器件时，或在由微型拾取阵列所承载的微型器件接触接收衬底时，传感器可检测微型拾取阵列支座的偏转。更具体地，在一个实施例中，可响应于感测到的偏转而阻止转移头部组件和承载衬底之间的相对移动或转移头部组件和接收衬底之间的相对移动。移动可在检测时或在检测之后的预定事件时立即停止。因此，可对微型器件阵列和静电转移头部阵列或接收衬底之间的接触进行监视以控制微型器件阵列的拾取和释放。
在另一方面，本发明的实施例描述了微型器件使用具有静电电压源连接件和触件的系统部件进行质量转移的系统和方法，该静电电压源连接件和触件对准以使系统部件处于彼此的电连接中。在一个实施例中，可使转移头部组件的静电电压源连接件与静电转移头部阵列电连接。更具体地，可通过各种触件和连接件(例如通路和迹线)从静电电压源连接件向静电转移头部阵列供给电压，该触件和连接件对准以创建穿过若干部件的操作电压路径。例如从静电电压源连接件向静电转移头部的电极所施加的操作电压可允许静电转移头部向微型器件施加夹持压力。
在另一方面，本发明的实施例描述了使用具有钳位电压源连接件和触件的系统部件的微型器件质量转移的系统和方法，该钳位电压源连接件和触件对准以使系统部件彼此接合。在一个实施例中，可使转移头部组件的钳位电压源连接件与微型拾取阵列支座的夹持电极电连接。更具体地，可通过各种触件和连接件(例如，通路和迹线)从钳位电压源连接件向微型拾取阵列供给电压，该触件和连接件对准以创建穿过若干部件的钳位电压路径。从钳位电压源连接件向微型拾取阵列支座上的夹持电极所施加的钳位电压可静电地使微型拾取阵列紧贴微型拾取阵列支座。
在另一方面，本发明的实施例描述了微型器件使用具有用于对微型器件施加热的加热机构的系统部件进行质量转移的系统和方法。在一个实施例中，加热机构包括位于微型拾取阵列支座上的电阻加热元件。热从而可通过微型拾取阵列支座传递到安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列上的一个或多个静电转移头部，并且传送进静电转移头部所夹持的微型器件阵列中。这样，可将热从具有自对准能力的微型拾取阵列支座转移到微型拾取阵列支座所承载的微型器件，而无需过度加热微型拾取阵列支座的部分。
在另一方面，本发明的实施例描述了预构造的微型器件利用静电转移头部阵列进行质量转移的方式。例如，预构造的微型器件可具有专用功能，诸如但不限于用于发光的LED、用于逻辑和存储器的硅IC和用于射频(RF)通信的砷化镓(GaAS)电路。在一些实施例中，准备好拾取的微型LED器件阵列被描述成具有20μm×20μm的节距，或5μm×5μm的节距。在这些密度下，例如，6英寸的衬底可以10μm×10μm的节距容纳约1.65亿个微型LED器件，或以5μm×5μm的节距容纳约6.60亿个微型LED器件。包括与对应的微型LED器件阵列的节距的整数倍相匹配的静电转移头部阵列的转移工具能够用于拾取微型LED器件阵列并将其转移到接收衬底。这样，可以高转移速率将微型LED器件集成并装配到异类集成系统中，包括从微型显示到大面积显示的范围的任何尺寸的衬底。例如，1cm×1cm的静电转移头部阵列可拾取并转移100,000个以上的微型器件，更大的静电转移头部阵列能够转移更多的微型器件。
图1为根据本发明的实施例示出的用于从承载衬底转移微型器件的质量转移工具的透视图图示。质量转移工具100包括转移头部组件206，该转移头部组件用于从由承载衬底保持器108所保持的承载衬底来拾取微型器件并且用于转移微型器件并将其释放到由接收衬底保持器124所保持的接收衬底上。致动器的系统在计算机系统150的控制下操作以移动转移头部组件206。此外，计算机系统150基于来自各种传感器的反馈输入控制致动器。在一些实施例中，质量转移工具100可以是相关的美国专利申请13/607,031中举例说明和描述的质量转移工具实施例中的任一种，其据此以引用方式并入。
参考图2，根据本发明的实施例示出了微型器件转移系统的侧视图图示，该微型器件转移系统包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件。微型器件转移系统200包括微型拾取阵列支座202、微型拾取阵列204和转移头部组件206。可对这些系统部件中的每一个进行接合。例如，可将微型拾取阵列支座202保持在转移头部组件206的安装表面208上，并且可将微型拾取阵列204保持在微型拾取阵列支座202的安装表面205上。在一个实施例中，可对微型拾取阵列系统200的部件进行电连接，使得操作电压路径或钳位电压路径横贯多个部件。下面进一步描述这些方面。
参考图3A，根据本发明的实施例示出了微型器件转移系统的侧视图图示，该微型器件转移系统具有定位在位于承载衬底上的微型器件阵列上方并与其远离的静电转移头部阵列。具有支撑静电转移头部阵列210的微型拾取阵列204的微型器件转移系统200可被定位在承载于承载衬底302上的微型器件阵列(未示出)上方并与其远离，该承载衬底由承载衬底保持器108所保持。在初始状态下，微型拾取阵列204和承载衬底302可具有以角度304偏离的表面。此外，微型拾取阵列204安装在微型拾取阵列支座202上。微型拾取阵列支座202包括枢转平台，如在以下具体实施方式中更详细描述的，该枢转平台允许微型拾取阵列204与承载衬底302上的微型器件阵列自对准。因此，微型拾取阵列204能够相对于转移头部组件206移动。
参考图3B，根据本发明的实施例示出了微型器件转移系统的侧视图图示，该微型器件转移系统具有定位在位于承载衬底上的微型器件阵列上方并与其接触的静电转移头部阵列。当将微型拾取阵列204从图3A所示的未对准状态朝向承载衬底302移动时，静电转移头部阵列210可不均匀地接触承载衬底302上的微型器件阵列。例如，静电转移头部阵列210的一侧可能接触微型器件阵列，而另一侧可能并未接触。另选地，所有的静电转移头部210可形成接触，但在整个静电转移头部阵列所施加的压力可能并不均匀。然而，如下所述，对静电转移头部阵列210所施的力可能使枢转平台倾斜或偏斜，从而使得静电转移头部阵列210与承载衬底302上的微型器件阵列对准。即，枢转平台可围绕多个轴旋转并沿多个轴平移以与接触表面例如承载衬底302对准，使得实现完全而均匀的接触。
由于枢转平台进行自对准，整个微型拾取阵列204的压力和/或接触分布可为基本上均匀的。均匀的压力分布可包括静电转移头部210和承载衬底302上的微型器件之间的均匀压力和/或接触。此类均匀压力和/或接触可避免对静电转移头部210或微型器件造成损坏并且可允许接触和转移所有或几乎所有的微型器件。
现在参考图4A，根据本发明的实施例示出了具有静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图图示。微型拾取阵列支座202可与微型拾取阵列204和转移头部组件206相接合并位于微型拾取阵列204和转移头部组件206之间，以允许这些部件之间的相对移动。204/206的相对移动可导致静电转移头部阵列210与承载衬底上的微型器件阵列自动对准。因此，静电转移头部210可以均匀压力接触微型器件阵列中每个对应的微型器件。
在示出的实施例中，微型拾取阵列支座202包括基部402和枢转平台404。在一个实施例中，基部402围绕枢转平台404的全部或部分。例如，如图所示，基部402可围绕枢转平台404侧向地延伸。在另选的实施例中，基部402不围绕枢转平台404。基部402和枢转平台404可由一个或多个横梁406互连。每个横梁406可在一个或多个枢轴位置(诸如内枢轴408、414和外枢轴410、416)处与基部402和枢转平台404连接。
尽管图4A示出了基部402和枢转平台404均具有矩形周长，但基部402和枢转平台404可被设计成不同形状。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，基部402可为圆形、六边形、椭圆形等。同样，枢转平台404可被设计成另外的形状。例如，枢转平台404可为圆形、六边形、椭圆形等。在一个实施例中，基部402和枢转平台404具有一致性形状，使得枢转平台404位于同样形状的基部402内。在其它实施例中，基部402和枢转平台404不具有一致性形状。例如，基部402可为圆形并且枢转平台404可为矩形，形成靠近枢转平台404每个侧面的中点的另外的间隙。根据以下公开，这种不匹配可允许在间隙区内延长横梁406以提供较大的弯曲臂。
仍参考图4A，横梁406可围绕枢转平台404从内枢轴408侧向地延伸到外枢轴410。更具体地，通过在这些部件之间装配并充分填充这些部件之间的空隙，横梁406可适形于基部402和枢转平台404。在至少一个实施例中，横梁406的侧向伸出部提供杠杆臂，该杠杆臂允许横梁406充分弯曲以及枢轴408和410充分扭转以使在对这些部件施加力时基部402和枢转平台404之间能够相对移动。横梁406的弯曲包括正交于基部402的分量，例如沿轴474的z方向分量。
在一个实施例中，微型拾取阵列支座202的枢轴被定位成围绕多个轴扭转。例如，内枢轴408定位在枢转平台404上边缘处，该边缘正交于外枢轴410定位在其上的基部402边缘。因此，垂直于内枢轴408和外枢轴410所在的边缘延伸的轴诸如轴470和轴472也相互正交。因此，枢转平台404和基部402可沿轴470和472相对于彼此扭转。例如，枢转平台404可相对于基部402围绕轴470在方向θx上扭转。另外，枢转平台404可相对于基部402围绕轴472在方向θy上扭转。
微型拾取阵列支座202可包括沿扭转轴成对的枢轴。例如，微型拾取阵列支座202可包括从内枢轴408跨枢转平台404定位的内枢轴414。因此，枢转平台404可在内枢轴408和414处由横梁406沿相对侧来支撑。此外，当对枢转平台施加偏离于轴的力时，枢转平台404可围绕轴(例如，延伸穿过内枢轴408和内枢轴414的轴472)旋转。例如，当对靠近外枢轴410的横梁406施加力时，枢转平台404可围绕轴472在方向θy上旋转。同样，微型拾取阵列支座202可包括从外枢轴410跨枢转平台404定位的外枢轴416。因此，将枢转平台404与基部402连接的横梁406可在外枢轴410和416处由基部402沿相对侧来支撑。此外，当对枢转平台施加偏离于轴的力时，枢转平台404可围绕轴(例如，延伸穿过外枢轴410和外枢轴416的轴470)旋转。例如，当对靠近内枢轴408的横梁406施加力时，枢转平台404可围绕轴470在方向θx上旋转。因此，微型拾取阵列支座404的枢轴有利于基部402和枢转平台404之间的移动和自动对准。下面将进一步描述微型拾取阵列支座202的运动学。
根据本发明的实施例，微型拾取阵列支座202可由一个或多个部分或部件形成。可将若干材料用于微型拾取阵列支座202。针对微型拾取阵列支座的材料选择是由在外施负载下的偏转能力、热稳定性和最小限度弹簧质量来决定的。表1列出若干候选材料的相关材料属性，这些材料包括硅、碳化硅、氮化铝、不锈钢和铝。
表1：
尽管所列出的材料中的每种材料均可用于微型拾取阵列支座，但硅在候选材料中具有最大的弯曲率、最小的热膨胀系数和最小密度。此外，可利用多种精密半导体制造技术来形成硅。
因此，在一个实施例中，基部402、枢转平台404和横梁406由硅晶片形成以生产不同区域。更具体地，已知工艺诸如深蚀刻、激光切割等可用于形成通道412。在至少一个实施例中，通道412因而可通过提供例如基部402区域和枢转平台404区域之间的间隔来限定微型拾取阵列支座202的结构。
参考图4A-4B，微型拾取阵列支座202可包括位于枢转平台404上的一个或多个枢转平台静电电压源触件420。当可操作地与微型拾取阵列支座202连接时，静电电压源触件420可运行以将操作电压转移到微型拾取阵列204上的静电转移头部阵列。在一个实施例中，使用适当的技术诸如但不限于导电材料(例如，金属)的溅射或电子束蒸发来将一个或多个静电电压源触件420形成在枢转平台404的表面上。现在参见图4B，还可使枢转平台的每个静电电压源触件420与通路结构422的接合焊盘431电连接，该通路结构穿过微型拾取阵列支座202延伸到基部静电电压源触件433。此外，更具体地，可通过迹线424使枢转平台静电电压源触件420与通路422电连接。迹线424将枢转平台静电电压源触件420连接到接合焊盘431。如图所示，迹线424可在微型拾取阵列支座202的微型拾取阵列安装侧上的一个或多个部分上延伸。例如，迹线424可在基部402、横梁406和枢转平台404上延伸。还可使用适当的技术诸如溅射或电子束蒸发来形成迹线424。在一个实施例中，同时形成静电电压源触件420、接合焊盘431和迹线424。在一个实施例中，迹线424可为分离于或键合到微型拾取阵列支座202的表面的导线，其将枢转平台静电电压源触件420与接合焊盘431进行电连接。
微型拾取阵列支座202还可包括虚拟迹线425在微型拾取阵列支座202的与迹线424相同侧上的布置。如图4A所示，虚拟迹线425可对横梁406或枢转平台404部分上的迹线424布置进行镜像反映以平衡微型拾取阵列支座202中的残余应力和热应力。更具体地，来自制造微型拾取阵列支座202的残余应力部分地取决于横梁406的复合结构特性。沿横梁406的迹线424有助于这些特性，因此在具有迹线424的横梁406中和不具有迹线424的横梁406中，由例如在制造期间冷却横梁406所导致的残余应力可能不同。该差异可能导致例如自对准结构在环境条件下的偏差。另选地，或结合这些残余应力，当对微型拾取阵列支座202施加热时，具有迹线424的横梁406可能表现不同于不具有迹线424的横梁406，例如以不同速率伸展。另外，这可能使微型拾取阵列结构变形。虚拟迹线425赋予不具有迹线424的横梁406与具有迹线424的横梁406相类似的复合结构特性。因此，虚拟迹线425能够平衡或抵消整个横梁406的残余应力和热应力以避免微型拾取阵列支座202变形。
微型拾取阵列支座202可包括一个或多个键合位以将微型拾取阵列204安装在微型拾取阵列支座202上。在一个实施例中，键合位包括位于枢转平台404的微型拾取阵列安装表面205上的一个或多个夹持电极430。更具体地，夹持电极430可定位在枢转平台404的枢转平台静电电压源触件420所在的同一表面上。在一个实施例中，夹持电极430与静电电压源触件420、接合焊盘431和迹线424同时形成。还可使夹持电极430与通路结构432电连接，该通路结构延伸穿过微型拾取阵列支座202。在示出的实施例中，通路结构432穿过微型拾取阵列支座202延伸到后表面上的接合焊盘441，该接合焊盘通过迹线434与基部夹持触件442电连接。如图所示，迹线434可在微型拾取阵列支座202的后表面的与转移头部组件相连接的一个或多个部分上延伸。例如，迹线434可在基部402、横梁406和枢转平台404上延伸。此外，在一个实施例中，迹线434可为分离于或键合到微型拾取阵列支座202的表面的导线，其将基部夹持触件442与通路432和夹持电极430进行电连接。
微型拾取阵列支座202的电子部件可以多种方式形成。例如，通路422、432可由以下步骤来形成：钻孔或蚀刻穿过基部402的洞、利用绝缘体对洞进行钝化，并且使用适当的技术诸如溅射、电子束蒸发、电镀或无电沉积将导电材料(例如，金属)形成到经钝化的洞中以形成通路422、432。
在一些实施例中，还可将微型拾取阵列支座202构造成利用静电原理被固定或夹持到转移头部组件206。如图4A-4E和图8A-10B示出的实施例中所示，可在微型拾取阵列支座202的后侧形成一个或多个夹持区450以与转移头部组件206的夹持电极1010对准。根据静电夹使用异性电荷相吸的原理，可在夹持电极1010和/或夹持区450上形成介电层。可通过多种方法并假设多种构型来形成夹持区450。在一个实施例中，夹持区450为形成在微型拾取阵列支座202的后表面上的导电垫，诸如金属或半导体膜。导电垫可与微型拾取阵列支座202的其他有源区域电隔离。例如，可在导电垫下方、上方以及周围形成绝缘层。
参考图4C，根据本发明的实施例示出了具有静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图。在一些实施例中，微型拾取阵列支座202可包括位于基部402上的加热触件480。例如，加热触件480可与微型拾取阵列支座202的底表面上的夹持区450相邻以对准于或以其他方式被迫使电连接于转移头部组件206的加热连接件1090(图10A-10B)。多个加热触件480可用于例如通过一个或多个加热元件484传递电流。更具体地，加热元件484可从第一加热触件480延伸到终止于第二加热触件480之前，在枢转平台404和/或横梁406上延伸。因此，加热元件484可在多个加热触件480之间传送电流。在电流穿过加热元件484时，焦耳加热致使加热元件484的温度升高。
在一个实施例中，可通过一个或多个加热引线482将加热元件484与加热触件480连接。加热引线482可被设定尺寸并配置为比加热元件484耗散更少热量，从而充当电引线以将来自加热触件480的电流传送到微型拾取阵列支座202的多个部分(例如基部402和横梁406)上，而不大幅加热这些部分。例如，加热引线482可为铜导线。这样，可使加热微型拾取阵列支座202与具有加热元件484的区域诸如枢转平台404隔离开。
加热元件484可由有利于电阻加热的材料和形状形成。更具体地，可形成在电流穿过它时产生热量的加热元件484。例如，加热元件484可由二硅化钼的绞合线材形成。绞合线材可盘绕在或弯曲地定位在微型拾取阵列支座202上以在表面上或在整个结构例如枢转平台404上均匀地散发热量。可例如通过在元件上进行层叠来使加热元件484绝缘以保护相邻部件免受过度加热并将热量传导到枢转平台404中。
在一个实施例中，微型拾取阵列支座202包括温度传感器，该温度传感器用于感测微型拾取阵列支座202或附近结构例如微型拾取阵列的温度。例如，温度传感器440可被定位于枢转平台上以测量枢转平台404的温度。可将温度传感器440封装到或以其他方式粘附或机械地固定到枢转平台。在另一个实施例中，温度传感器440可被定位于枢转平台404的中心(图4A)、枢转平台404的拐角(图5A)或基部402或横梁406上。在其他实施例中，温度传感器440可被定位于枢转平台404的前表面或后表面上，即，定位于具有接合焊盘431的表面或具有接合焊盘441的相对表面上。位置的选择可由一些考虑因素来决定，诸如可用空间以及温度传感器440是否将妨碍其他功能，诸如温度传感器是否将破坏静电转移头部210中的电荷。例如，在一个实施例中，温度传感器440可位于枢转平台404的后表面的中心，在该位置处传感器将不机械地妨碍微型拾取阵列204键合。温度传感器440可位于平台404的中心以非常接近微型拾取阵列204的峰值温度。如果传感器440定位于很靠近枢转平台404的边缘的位置，则由对流热损耗所致的温度变化可使所测量的温度出现偏差。温度传感器440可为多种已知温度传感器中的任一种，诸如结点式热电偶、电阻式温度检测器等。
参考图4D-4E，在一个实施例中，微型拾取阵列支座202包括位于微型拾取阵列支座202同一表面的基部静电电压源触件433和基部夹持触件442。例如，基部静电电压源触件433和基部夹持触件442可位于静电电压源触件420和夹持电极430所在的微型拾取阵列支座202同一侧。此外，迹线424可使基部静电电压源触件433和基部夹持触件442分别与静电电压源触件420和夹持电极430互连。由于互连的连接件和触件可位于微型拾取阵列支座202的同一侧，因此无需通路422、432。更具体地，迹线424可沿微型拾取阵列支座202的同一侧并且以使跨过横梁406的迹线424重量平衡的对称模式在每个横梁406上延伸。
在一个实施例中，假定基部静电电压源触件433和基部夹持触件442可被定位于例如基部402的顶表面，则基部静电电压源触件433和基部夹持触件442可被相邻地放置并且与延伸到转移头部组件206或从转移头部组件206延伸出来的独立电引线相连接。例如，带有线材用于形成微型拾取阵列支座202和转移头部组件206之间电连接的的带缆460可与跟基部静电电压源触件433和基部夹持触件442电连接的绝缘位移连接器相接合。因此，可通过带缆460从外部部件诸如转移头部组件206对基部静电电压源触件433和基部夹持触件442施加电压。
现在参见图5A，根据本发明的实施例示出了具有非静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图图示。微型拾取阵列支座202的大部分部件，诸如枢转平台静电电压源触件420，可与图4A-4B的实施例中它们对应的部件相同或类似。然而，在该实施例中，夹持电极430为焊盘500所取代。焊盘500可由包括聚合物、焊料、金属和其他粘合剂的多种材料形成，以有利于形成与其他结构的永久性键合。在一个实施例中，焊盘500可包括金、铜或铝以有利于形成与相邻结构的热压键合。例如，金对金的热压键合可在焊盘500和相邻结构之间形成。然而，由于热压键合为形成结构之间永久性键合仅有的一种方式，因此焊盘500可包括有利于形成微型拾取阵列支座202和另一部件或结构之间键合的其他材料或机制。例如，可将直接键合、粘合剂键合、活性键合、焊接等用在具有各种形状和尺寸的多个键合位处。
现在参见图5B，根据本发明的实施例示出了具有非静电键合位的微型拾取阵列支座的透视图图示。在一个实施例中，微型拾取阵列支座202可包括与基部静电电压源触件433电连通的带缆460。如上所述，带缆460可与外部部件诸如转移头部组件的静电电压源电连接，这就可消除通路422向基部静电电压源触件433传送电压的需要。
如图4A-4E所示，微型拾取阵列支座202可包括设置在枢转平台表面上与静电电压源触件420和夹持电极430相对的加热元件484。因此，热可通过枢转平台404传递到静电电压源触件420和夹持电极430或传递到与这些触件相接触的微型拾取阵列。
现在参见图6A，根据本发明的实施例示出了具有侧向地围绕枢转平台的横梁和自对准行为的微型拾取阵列支座的透视图图示。如上所述，由于横梁406的弯曲和枢轴408、410、414和416的扭转，因此微型拾取阵列支座202允许在平台404和基部402之间沿多个轴以及围绕多个轴移动。横梁406的弯曲可包括z矢量分量，诸如轴630方向上的分量。此外，枢转平台404可由于内枢轴408、414的扭转而围绕第一轴602旋转并且由于外枢轴410、416的扭转而围绕轴604旋转。枢转平台404在另选平面中的移动通过横梁406的弯曲来实现。例如，横梁406在内枢轴414和外枢轴416之间的弯曲可使枢转平台404倾斜远离图6A所示的取向。此外，横梁406的弯曲可允许枢转平台404在不同方向(诸如，沿轴630)平移。因此，枢转平台404可通过从其相对于基部402的初始位置倾斜、偏斜、旋转和平移而自对准到另一表面。
在基部402保持固定的情况下，枢转平台404沿轴630的平移使得枢转平台404相对于基部402移动。换句话讲，枢转平台404的移动可使得微型拾取阵列支座202在轴630方向上伸展或叠缩。该伸展可由枢转平台404沿轴630的偏转或平移来限定。在一个实施例中，潜在偏转量与微型拾取阵列和承载衬底之间可容许的偏差程度相关联，这将在下文中更充分地描述。因此，在一个实施例中，枢转平台404沿轴630相对于基部402的运动范围可在约1微米到30微米范围内。在另一个实施例中，运动范围可在约2微米到10微米范围内。更具体地，在一个实施例中，枢转平台404可沿轴630远离基部402偏转约10微米。
现在参见图6B，根据本发明的实施例示出了具有侧向地围绕枢转平台的一部分的两个横梁和自对准行为的微型拾取阵列支座的透视图图示。微型拾取阵列支座202包括通过横梁406和406’在结构上与枢转平台404连接的基部402。因此，在一个实施例中，横梁406可为不连续的并且不完全侧向地围绕枢转平台404。更具体地，枢转平台404一侧可由横梁406所支撑，该横梁分别在内枢轴414和外枢轴416处与枢转平台404和基部402连接。类似地，枢转平台404相对侧可由横梁406’所支撑，该横梁分别在内枢轴414’和外枢轴416’处与枢转平台404和基部402连接。另选的结构仍允许枢转平台404相对于基部402倾斜和偏斜。更具体地，枢转平台404能够由于内枢轴414、414’的扭转而围绕轴602旋转以及由于外枢轴416、416’的扭转而围绕轴604旋转。此外，横梁406、406’的弯曲使得枢转平台在各种其他平面上倾斜或沿轴(例如，轴630)平移。因此，枢转平台404可通过从其相对于基部402的初始位置倾斜和偏斜而自对准到另一表面。
现在参见图6C，根据本发明的实施例示出了具有位于枢转平台和基部之间的四个横梁以及自对准行为的微型拾取阵列支座的透视图图示。微型拾取阵列支座202包括通过横梁606、608、610和612在结构上与枢转平台404连接的基部402。因此，在一个实施例中，多个横梁可支撑枢转平台404。如图所示，每个横梁可具有基本线性的构型，使得单个横梁支撑枢转平台404的每一侧。横梁606、608、610和612可在枢转平台404和基部402之间对角地延伸以提供基本力矩或弯曲臂，但横梁也可从枢转平台404正交地延伸，从而使横梁长度最小化。多个线性横梁的结构还允许枢转平台404以类似于上述的方式相对于基部402倾斜和偏斜。然而，运动力学可不同于其他实施例之处在于线性横梁可能导致较硬结构。因此，枢转平台404仍可例如围绕轴602旋转或沿轴630平移，但每单位施力的移动程度相比于一些前述结构实施例可能较小。然而，枢转平台404可通过从其相对于基部402的初始位置倾斜和偏斜而自对准到另一表面。
微型拾取阵列支座202的前述结构实施例旨在示出在本公开范围内可设想的潜在实施例的广度。因此，这些实施例决不旨在详尽，而是相反旨在向本领域的技术人员提出可使用多种横梁结构和枢轴构型和布置来实现自对准结构，在该自对准结构中枢转平台404可相对于基部402在多个平面上以及沿着或围绕多个轴移动。
已论述了微型拾取阵列支座202的基本结构和功能，现将提供有关微型拾取阵列支座202可与之配合、装配或以其他方式结合以形成微型器件转移系统的另外部件的进一步细节。例如，微型拾取阵列支座202可与微型拾取阵列进行接合。现在参见图7，根据本发明的实施例示出了具有支撑静电转移头部阵列的衬底的微型拾取阵列的侧视图图示。微型拾取阵列700可包括由硅、陶瓷和聚合物中的一者或多者形成的用于支撑静电转移头部阵列703的基础衬底702。每个静电转移头部703可包括台面结构704，该台面结构包括可支撑电极712的顶表面708。然而，电极712为例示性的，并且在另一个实施例中，台面结构704可为完全或部分导电的，使得电极712并非必要的。介电层716覆盖每个台面结构的顶表面和电极712(当存在时)。每个静电转移头部的顶部接触表面718具有最大尺寸，例如1μm到100μm的长度或宽度，该尺寸可对应于拾取微型器件的尺寸。
台面结构704突出远离基础衬底702以便提供顶部接触表面718的局部接触点来在拾取操作期间拾取特定微型器件。在一个实施例中，台面结构704具有约1μm到5μm，或更具体地约2μm的高度。在一个实施例中，台面结构704可具有顶表面708，该顶表面具有介于1平方微米到10,000平方微米之间的表面积。台面结构704可以多种几何形状形成，例如正方形、矩形、圆形、椭圆形等，并同时保持该通用表面积范围。对台面结构阵列704在基础衬底702上的高度、宽度和平面度进行选择使得每个静电转移头部703可在拾取操作期间与对应微型器件形成接触，并且使得静电转移头部703在拾取操作期间不会无意中与相邻于预期的对应微型器件的微型器件形成接触。
仍参考图7，电极引线714可使电极712或台面结构704与通路720的端子以及与衬底静电电压源触件722电连接。将微型拾取阵列700的衬底静电电压源触件722形成为与微型拾取阵列支座202上的静电电压源触件420对准，以在可操作地与微型拾取阵列支座202连接时，将操作电压转移到静电转移头部阵列703，如以下参照图8-9更详细所描述的。可使用类似于上述针对其他引线、通路、触件和连接件的方法来形成电极引线714、通路720和衬底静电电压源触件722。
除了根据静电原理来操作拾取微型器件之外，还可将微型拾取阵列700构造成利用静电原理被固定或夹持到微型拾取阵列支座202。如图7中示出的实施例中所示，可将一个或多个夹持区724形成在微型拾取阵列700的后侧以与微型拾取阵列支座202的夹持电极430对准。根据静电夹使用异性电荷相吸的原理，可在微型拾取阵列支座202中的夹持电极430和/或微型拾取阵列700上的夹持区724上形成介电层。可通过多种方法并假设多种构型来形成夹持区724。在一个实施例中，夹持区724为形成在微型拾取阵列700的后表面上的导电垫，诸如金属或半导体膜。导电垫可电与微型拾取阵列700的其他有源区域隔离。例如，可在导电垫下方、上方以及周围形成绝缘层。在另一个实施例中，夹持区724可与微型拾取阵列例如块状硅一体化形成，并且与微型拾取阵列700的其他有源区域电隔离。
参考图8A，根据本发明的实施例示出了包括与微型拾取阵列静电地键合在一起的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的侧视图图示。微型拾取阵列系统800包括微型拾取阵列支座202和微型拾取阵列700，该微型拾取阵列能够与微型拾取阵列支座202相接合。更具体地，如下所述，微型拾取阵列700可同时物理地并且以电的方式与微型拾取阵列支座202接合。
微型拾取阵列700可通过临时键合物理地与微型拾取阵列支座202接合。例如，夹持电极430可被定位在邻近衬底702的夹持区724的位置。在通过钳位电压路径从基部夹持触件442向夹持电极430施加静电电压时，静电夹持力将被施加于衬底702，使得微型拾取阵列700物理地键合到微型拾取阵列支座202。该键合是可逆的，这是因为停止施加于夹持电极430的静电电压可移除键合并从微型拾取阵列支座202释放微型拾取阵列700。因此，微型拾取阵列700将被临时地接合于微型拾取阵列支座202以形成微型器件转移系统800。如上所述，根据静电夹使用异性电荷相吸的原理，在微型拾取阵列支座202中的夹持电极430和/或微型拾取阵列700上的夹持区724上形成介电层。
还可将微型拾取阵列支座202可操作地与微型拾取阵列700接合。更具体地，可将微型拾取阵列700的衬底静电电压源触件722与枢转平台静电电压源触件420对准并置于与该枢转平台静电电压源触件相邻的位置处。这样，施加于基部静电电压源连接件433的电压通过微型拾取阵列支座202转移到枢转平台静电电压源触件420，该枢转平台静电电压源触件电连接到衬底静电电压源触件722以及静电转移头部阵列703。因此，微型拾取阵列支座202和微型拾取阵列700可被电连接以允许将静电电压通过操作电压路径从基部静电电压源连接件433施加到静电转移头部阵列703，以在微型器件上产生静电夹持力。
当将这些部件接合以形成微型器件转移系统800时，热可从微型拾取阵列支座202传递到微型拾取阵列700和/或微型拾取阵列700所夹持的微型器件阵列。如图8A所示，在一个实施例中，微型拾取阵列支座202上的加热触件480可将电流通过加热引线482传递到枢转平台404上的加热元件484(在图8B中示出)。这样，加热元件484可以电阻方式受热。因此，来自微型拾取阵列支座202的底表面上的加热元件484的热可通过枢转平台404转移到微型拾取阵列700。此外，传递到微型拾取阵列700的热可通过静电转移头部210耗散到静电转移头部210所夹持的微型器件阵列中。
参考图8B，根据本发明的实施例示出了包括与微型拾取阵列静电地键合在一起的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的侧视图图示。微型拾取阵列700可包括分别处于与静电电压源触件420和夹持电极430电连通的衬底静电电压源触件722和夹持区724。如上所述，静电电压源触件420和夹持电极430可分别与基部静电电压源触件433和基部夹持触件442互连。此外，带缆460可将电压从外部部件诸如转移头部组件206的静电电压源供给到基部静电电压源触件433和基部夹持触件442。因此，在静电电压源和衬底之间形成完整的电通路。
在另选的实施例中，带缆462可与微型拾取阵列支座202的底表面上的一个或多个触件电连接。例如，带缆462可将电流供给到加热触件480，并且可通过加热引线482传递电流以提高加热元件484的温度。这样，可通过枢转平台404将热从加热元件484转移到微型拾取阵列700。
在另选的实施例中，当带缆462的电引线位于微型拾取阵列支座202的底表面(诸如其在图8A中的位置)时，可将它们与基部静电电压源触件433或基部夹持触件442连接。在这种情况下，通过带缆462所传递的操作电压和钳位电压继而可通过通路和迹线被转移到微型拾取阵列支座202顶表面上的静电电压源触件420和夹持电极430。
参考图9A，根据本发明的实施例示出了包括与微型拾取阵列永久性地键合在一起的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的侧视图图示。可将微型拾取阵列700永久性地键合到微型拾取阵列支座202以形成微型器件转移系统900。微型拾取阵列支座202可包括焊盘500。焊盘500可由多种材料形成，包括聚合物、焊料、金属和其他粘合剂。为了进一步有利于键合，除焊盘500之外或替代焊盘500，还可在衬底702上形成焊盘502。在一个实施例中，焊盘500和/或502由金属材料形成，并且衬底微型拾取阵列支座202和微型拾取阵列700利用热压键合键合在一起。因此，在至少一个实施例中，可将微型拾取阵列700永久性地邻接于微型拾取阵列支座202以形成微型器件转移系统900。在永久性地键合微型拾取阵列支座202和微型拾取阵列700之前，可将这些部件的电触件对准以确保经键合的部件保持彼此电连接。更具体地，将枢转平台静电电压源触件420和衬底静电电压源触件722对准。
当将这些部件接合以形成微型器件转移系统900时，热可从微型拾取阵列支座202传递到微型拾取阵列700和/或微型拾取阵列700所夹持的微型器件阵列。如图9A所示，在一个实施例中，微型拾取阵列支座202上的加热触件480可通过加热引线482将电流传递到加热元件484。加热元件484可以电阻方式由电流进行加热，并且热从而可通过枢转平台404从微型拾取阵列支座202底表面上的加热元件484转移到微型拾取阵列700。
在另选的实施例中，当带缆462的电引线位于微型拾取阵列支座202的底表面(诸如其在图9A中的位置)时，可将其与基部静电电压源触件433相连接。在这种情况下，通过带缆462传递的操作电压继而可通过通路和迹线转移到微型拾取阵列支座202顶表面上的静电电压源触件420。
参考图9B，根据本发明的实施例示出了包括与微型拾取阵列永久性地键合在一起的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的侧视图图示。可使带缆460与基部静电电压源触件433电连通以通过微型拾取阵列支座202和微型拾取阵列700的各种迹线、触件和连接件从外部部件诸如转移头部组件206的静电电压源供给电压到静电转移头部703中。
在一个实施例中，带缆462可将电流供给到加热触件480，并且可通过加热引线482传递电流以提高加热元件484的温度。因此，可通过枢转平台404将热从加热元件484转移到微型拾取阵列700。
参考图10A，根据本发明的实施例示出了包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件的微型器件转移系统的一部分的横截面侧视图图示。如上所述，可通过临时性或永久性键合将微型拾取阵列700附接到微型拾取阵列支座202。类似地，可以多种方式将微型拾取阵列支座202与转移头部组件206接合。例如，可气动地、静电地或机械地形成附接。
在一个实施例中，微型拾取阵列支座202可紧贴转移头部组件的安装表面208放置，并且可激活转移头部组件206的保持机制以保持微型拾取阵列支座202。例如，在至少一个实施例中，可通过由安装表面208中的真空口1002施加吸力来将微型拾取阵列支座202可释放地与安装表面208附接和分离。真空口1002可与真空源1004耦接以对紧贴安装表面208放置的对象抽取吸力。更具体地，当微型拾取阵列支座202紧贴安装表面208被定位时，可通过真空口1002抽取吸力以在一个或多个真空通道1006内产生负压。因此，真空通道1006和周围大气环境之间的压力差可将微型拾取阵列支座202推至安装表面208。因此，微型拾取阵列支座202附接到安装表面208。当断开真空源或真空通道1006中的负压不足以保持微型拾取阵列支座202时，附接被中断并且可释放并移除微型拾取阵列支座202。
在另选的实施例中，可通过静电力使微型拾取阵列支座202保持在紧贴安装表面208的位置。在此类实施例中，夹持电极1010和引线1007可取代真空口1002和真空通道1006，而不是通过真空口1002对微型拾取阵列支座202施加吸力。可从静电电压源1012向夹持电极1010施加静电电压，该静电电压源取代了真空源1004。在此类实施例中，微型拾取阵列支座202可包括夹持区450。
因此，当夹持区450被置于与夹持电极1010相邻的位置时，可施加静电力以保持微型拾取阵列支座202紧贴安装表面208。
可使用保持微型拾取阵列支座202的多种其他方式，使得无需使用真空或静电夹持部件。例如，在另一个实施例中，可使用一个或多个机械紧固件来保持微型拾取阵列支座202紧贴安装表面208。例如，可将螺丝置于在基部402中形成的通孔中并旋进安装表面208上的沉孔中使得螺丝(例如带帽螺丝)的头部将保持基部402紧贴安装表面208。另选地，可使用夹具诸如弹簧加载夹具来使基部紧固在安装表面208上。在这种情况下，夹具可在与容纳微型拾取阵列700的微型拾取阵列支座202的同一侧对基部402施加紧固负载。可使用其他机械保持特征部诸如固定销来保持微型拾取阵列支座202紧贴安装表面208。另外，可使用另选的键合机制诸如粘合剂来保持微型拾取阵列支座202。例如，可根据用于形成转移头部组件206和微型拾取阵列支座202的材料，使用适当的粘合剂来形成安装表面208和基部402之间的键合。
转移头部组件206可包括电互连器，该电互连器用于向微型拾取阵列支座202供给钳位电压以保持微型拾取阵列700。例如，如上所述，微型拾取阵列支座202可包括夹持电极430用以对微型拾取阵列700施加夹持压力。为了诱发该夹持压力，转移头部组件206可向基部夹持触件442供给静电电压。更具体地，转移头部组件1002的钳位电压源连接件1040可供给从经由导线或其他电连接件连接到钳位电压源连接件1040的静电电压源1042传递的电压。如上所述，传递到夹持电极430的静电电压允许微型拾取阵列支座202物理地与微型拾取阵列700接合。
在另一个实施例中，可另选地使用真空保持微型拾取阵列700紧贴微型拾取阵列支座700。例如，在一个实施例中，真空通道可穿过转移头部组件206和微型拾取阵列支座202，终止于与微型拾取阵列700后表面相对的真空口。由于真空通道被对准并在各种部件的接口处使用本领域已知的密封部件进行密封，因此真空通道可形成单一导线管。此外，通道可穿过微型拾取阵列700的壁，例如，从基部402通过横梁406的长度延伸进入枢转平台404，最终终止于枢转平台404的安装表面205。在此类实施例中，可将真空通道连接到真空源(未示出)以产生使微型拾取阵列700保持紧贴微型拾取阵列支座202的吸力。
转移头部组件206还可包括用于向微型拾取阵列700供给操作电压的电互连器。如上所述，静电电压可为微型拾取阵列700的用于对相邻的微型器件施加夹持压力的静电转移头部703。为了诱发该夹持压力，转移头部组件206可通过微型拾取阵列支座202向衬底静电电压源触件722供给静电电压。更具体地，静电电压源连接件1060可通过各种导线或其他电互连器从与静电电压源连接件1060连接的静电电压源1062向基部静电电压源触件433供给静电电压。如上所述，传递到基部静电电压源触件433的静电电压可通过操作电压路径中的各种通路、迹线和连接件传送到静电转移头部703。
转移头部组件206还可包括用于向微型拾取阵列支座202供给加热电流的电互连器。如上所述，可将电流引入到加热触件480以提高加热元件484的温度。可使微型拾取阵列支座202的加热触件480与转移头部组件206的加热连接件1090电连接以接收电流。更具体地，加热连接件1090可转移由加热电流源1094通过加热连接引线1092供给的电流。如上所述，穿过加热元件484的电流使得元件产生热，该热可转移到安装在微型拾取阵列支座202上的微型拾取阵列700。更具体地，热可从加热元件484转移到处于与微型拾取阵列700上的静电转移头部阵列703接触的微型器件。
转移头部组件206还可包括凹面1020，该凹面通常被配置为在枢转平台404相对于基部402偏转时对准并容纳枢转平台404和横梁406。例如，将凹面1020和侧壁轮廓1104形成在转移头部组件206的安装表面208内以形成空腔。因此，枢转平台404可浮在安装表面208中的空腔上，例如使用上述保持技术中的一者或多者严格地保持基部402。
微型器件转移系统200还可包括用于检测微型拾取阵列支座202的偏转的传感器1030。在一个实施例中，相对于转移头部组件206固定传感器1030。更具体地，传感器1030可包括旋进从凹面1020延伸出来的传感器通道1032中的螺纹主体。此外，传感器1030可包括被配置为在枢转平台404的方向上延伸超过凹面1020的探头1034。因此，当微型拾取阵列支座202的枢转平台404未偏转时，传感器1030的探头1034将保持在伸长状态。传感器1030可为接触传感器并且探头1034可为接触传感器的弹簧加载探头。接触传感器可充当开关或反馈机制。例如，在探头1034处于伸长位置时，传感器1030可为具有常开状态的开关。
在一个实施例中，传感器1030实际上可为开式电路的触片。在这种情况下，当微型拾取阵列支座202的枢转平台404或其他导电部分接触触片时，开式电路可闭合。更具体地，电源可向从电源的正端子延伸到传感器1030的引线供给电压。此外，引线可从电源的负端子延伸到微型拾取阵列支座202的表面。例如可使表面金属化以提高局部电导率。因此，当传感器1030接触微型拾取阵列支座202的表面时，电路可闭合并且电流流动通过电路。该电流可由外部传感器来感测，例如由电流传感器来感测，该电流传感器继而将指示出微型拾取阵列支座700是否已偏转至与传感器1030接触的信号传送给计算机系统150。
接触传感器仅为可用于检测微型拾取阵列支座202的偏转的传感器的一个实例。例如，可使用非接触传感器，包括能够感测远程对象的绝对位置的激光干涉仪，来检测枢转平台404何时偏离于初始位置和/或接触到凹面1020。在其它实施例中，传感器1030可包括接近传感器、光学传感器和超声波传感器。
这些传感器中的一者或多者可确定枢转平台404的移动，而不充当在枢转平台404偏转时阻止该枢转平台额外移动的硬障碍物。换句话讲，不论传感器1030是接触类型还是非接触类型，其可检测枢转平台404的移动，而不妨碍枢转平台404的偏转。
传感器1030可向计算机系统150提供控制质量转移工具100的各种致动器的输入和反馈。例如，传感器1030可与计算机系统150的I/O端口连接以传送与传感器1030处于断开或闭合状态相关的信号。基于传感器1030状态，计算机系统150可确定是否满足特定条件，例如微型拾取阵列支座202是否处于偏斜状态，并进而可向致动器或中间运动控制器提供控制信号以调控质量转移工具100的移动。
参考图10B，根据本发明的实施例示出了包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件的微型器件转移系统的一部分的横截面侧视图图示。可以上述参照图10A所描述方式中的任一种，诸如机械紧固、粘合剂、真空、静电等，使图10B所示的微型拾取阵列支座202保持在紧贴转移头部组件的安装表面208的位置。可改变图10B所示的转移头部组件的206的电互连器和供给路线以结合带缆。更具体地，带缆460可包括使基部静电电压源触件433与静电电压源铝基板1060互连的电线以及使基部夹持触件442与钳位电压源连接件1040互连的电线。因此，分别可从静电电压源1062和1042向基部静电电压源触件433和基部夹持触件442供给电压。此外，带缆462可包括使加热触件480与加热连接件1090互连的电线。因此，可从加热电流源1094向加热触件480供给电流。带缆460和462还可用于在转移头部组件206和微型拾取阵列支座202之间针对多种目的传送电信号。例如，带缆460和462可用于传输来自传感器诸如置于微型拾取阵列支座202的表面或微型拾取阵列700的温度传感器440的电信号。因此，在一个实施例中，微型拾取阵列支座202不包括用于将电压或电流从转移头部组件206转移到微型拾取阵列700的通路。
参考图11，根据本发明的实施例示出了具有用于检测微型拾取阵列支座的偏转的多个传感器的转移头部组件的透视图图示。可将若干传感器1030定位于转移头部组件206上的各个位置。例如，可将传感器1030a-1030d定位于安装表面208的凹入部分的每个拐角，即，定位于凹面1020的每个拐角。多个传感器1030提供对微型拾取阵列支座202偏转的更多响应，因为每个传感器1030可感测微型拾取阵列支座202不同区域的偏转。例如，凹面1020的一个拐角中的传感器1030a可感测枢转平台404的一个拐角的偏转，而凹面1020的另一拐角中的传感器1030可感测枢转平台404的另一拐角的偏转。这样，可检测到枢转平台404相对于基部402的不均匀偏转。
如上所述，枢转平台404可具有比凹入部分轮廓1104小的轮廓以确保枢转平台404能够偏转。同样，由虚线所指示的基部402的基部轮廓1202可具有比凹入部分轮廓1104大的轮廓，从而即便在偏转力施加于枢转平台404时也可相对于安装表面208保持严格固定。即，基部402可与安装表面208相对以防止基部402移动并且有利于基部402和偏转的枢转平台404之间的相对移动。然而，在至少一个实施例中，基部402的一部分可小于凹入部分轮廓1104，而仍允许枢转平台404相对于基部402移动。
参考图12，根据本发明的实施例示出了微型器件转移系统的一部分的横截面侧视图图示，该微型器件转移系统的一部分包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件并且该转移头部组件具有用于检测微型拾取阵列支座的偏转的多个传感器。对以上提供描述更进一步地，基部402可包括内边缘1202，该内边缘的轮廓大于或等于凹入部分轮廓1104，在此表示为凹入部分的壁。另外，枢转平台404包括外边缘1204，该外边缘的轮廓比凹入部分轮廓1104小。同样，横梁406可包括外边缘1206，该外边缘的轮廓比凹入部分轮廓1104小。
示出传感器1210和传感器1212对准于枢转平台404的相对拐角。因此，传感器1210和1212将分别感测枢转平台404的偏转，并提供与枢转平台404位置相关的反馈。更具体地，如果与外边缘1204相邻的枢转平台404拐角偏转，则将触发传感器1212，该传感器可触发信号作为计算机系统150的输入或者可充当直接控制马达或其他致动器的开关，该其他致动器控制微型器件转移系统相对于承载衬底或接收衬底的运动。类似地，如果与外边缘1204相邻的枢转平台404拐角偏转，则将触发传感器1210控制运动。
参考图13，根据本发明的实施例示出了微型器件转移系统的一部分的横截面侧视图图示，该微型器件转移系统的一部分包括使微型拾取阵列支座与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列保持在一起的转移头部组件并且该微型拾取阵列支座朝向转移头部组件上的传感器偏转。该实施例示出了枢转平台404处于偏斜状态的场景。此类偏转可在例如微型拾取阵列700的静电转移头部阵列703接触到微型器件阵列、承载衬底、接收衬底或另一外部对象时发生。施加于静电转移头部阵列703的压力使得枢转平台404和横梁406偏转。因此，这些部件可移入安装表面208的凹入轮廓1104中，最终接触并触发传感器1210和1212。尽管示出枢转平台404与凹面1020平齐，但枢转平台404可为倾斜的。例如，静电转移头部阵列703可接触不平行于凹面1020的承载衬底平面，从而在枢转平台404偏转进凹入部分1020时，其可倾斜并触发仅一个传感器，或压下一个传感器的程度大于另一个。传感器1210和1212可被配置为感测枢转平台404的这种不均匀偏转并且相应地提供反馈以控制质量转移工具100的运动。
参考图14，根据本发明的实施例示出了从承载衬底拾取微型器件阵列的方法的流程图。为了举例说明的目的，参照图15A-15D所示的实施例进行图14的以下描述。在操作1401处，朝向承载衬底302移动转移头部组件206。参考图15A，根据本发明的实施例示出了具有朝向承载衬底移动的转移头部组件的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。可将微型拾取阵列700安装在微型拾取阵列支座202上，该微型拾取阵列支座保持紧贴转移头部组件206。如图所示，枢转平台404可为未偏转的，在枢转平台404的上表面和一个或多个传感器1212之间留有间隙。此外，示出了在静电转移头部阵列703和承载衬底302上所承载的微型器件阵列1501之间进行接触之前的微型器件转移系统，因此这些部件之间存在间隙。在该状态下，转移头部组件206可与质量转移工具100的各种致动器连接，这些致动器在计算机系统150的直接或间接控制下朝向承载衬底302移动转移头部组件206。
再次参见图14，在操作1405处，微型拾取阵列700上所承载的静电转移头部703接触承载衬底302上的微型器件阵列。参考图15B，根据本发明的实施例示出了具有接触承载衬底上的微型器件阵列的静电转移头部阵列的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。例如，质量转移工具100致动器已朝向承载衬底302移动转移头部组件206直到微型器件阵列1501和静电转移头部703之间的间隙闭合。然而，枢转平台404保持未偏转，因此，传感器1212和枢转平台404的上表面405之间的间隙相比图15A所示的状态保持不变。尽管示出对准，但此时一个或多个静电转移头部703可能并未与微型器件阵列1501接触。
再次参见图14，在操作1410处，在转移头部组件206继续向承载衬底移动时，微型拾取阵列支座202的枢转平台404朝向转移头部组件206偏转。参考图15C，根据本发明的实施例示出了具有朝向转移头部组件偏转的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。如图所示，枢转平台404的上表面405已接触并压下一个或多个传感器1212。基部402保持与转移头部组件206的安装表面208接触。然而，横梁406已弯曲和/或扭曲以允许枢转平台404朝向一个或多个传感器1212偏转。
再次参见图14，在操作1415处，感测到枢转平台404的偏转。如图15C所示，枢转平台404的上表面接触并压下传感器1212。压下传感器1212可触发对计算机系统150传输信号，该信号指示枢转平台404已偏转。传感器1212可检测枢转平台404上的单一位置。因此，在一个实施例中，传感器1212指示枢转平台404是否已偏转，但可能并不指示偏转在这个枢转平台404上是否均匀。然而，在另选的实施例中，可使用若干传感器1212，因此可对有关枢转平台404的取向的附加信息进行评估并提供给计算机系统150以进一步控制质量转移工具150和微型器件转移系统的移动。
在操作1420处，可停止转移头部组件206与承载衬底302之间的相对移动。在一个实施例中，如图15C所示，枢转平台404已偏转，其上表面405几乎平行于凹面1020。然而，在其它实施例中，可使枢转平台404相对于凹面1020倾斜。在检测到枢转平台404的偏转时可立即停止转移头部组件206与承载衬底302之间的相对移动，或者可在检测之后且停止相对移动之前继续移动转移头部组件206。例如，计算机系统150可控制质量转移工具100的致动器以使转移头部组件206在检测到偏转之后移动预定时间或距离。在检测之后的这一附加的运动范围可确保在所有或几乎所有的静电转移头部与微型器件之间形成完全接触。因此，对偏转的检测可为一系列输入中引起停止转移头部组件206移动的输入。
根据本发明的实施例，从一个或多个传感器1212中获得的信息可用于以多种方式操作质量转移工具100。在一个实施例中，可以驱使接触的方式来操作工具，在该方式下转移头部组件206和承载衬底之间的相对移动仅在所有传感器已检测到偏转时停止。在另一个实施例中，在特定数量的传感器已检测到偏转之后，继续进行设定的距离的相对移动。以举例的方式，一旦第一传感器或所有传感器已检测到偏转，则可继续进行设定的距离诸如10nm到1μm的相对移动。设定的距离可根据微型器件的尺寸、静电转移头部的尺寸以及微型拾取阵列支座202的尺寸和弹性模量而变化。在另一个实施例中，一旦任何传感器检测到偏转，就停止相对移动。在另一个实施例中，在仅一部分传感器检测到偏转时，可致动转移头部组件206以通过倾斜或偏斜转移头部组件206来使枢转平台404与承载衬底平面进一步对准。
仍参见图15C，在每个静电转移头部703与相对的微型器件1501接触的状态下，可停止转移头部组件206的移动。在一些实施例或实例中，这可能不会发生。然而，在至少一个实施例中，枢转平台404的偏转促成该均匀接触以允许完全地转移微型器件阵列1501，而不损坏静电转移头部703或微型器件1501。
再次参见图14，在操作1425处，可对静电转移头部阵列703施加电压以在承载衬底302上的微型器件阵列1501上产生夹持压力。如图15C所示，利用处于与微型器件1501接触中的静电转移头部703，可通过各种触件和连接件(例如，微型拾取阵列支座202和微型拾取阵列700的通路和迹线)将静电电压施加到静电转移头部703。更具体地，在到达静电转移头部703之前，可将电压从静电电压源1062通过转移头部组件206的静电电压源连接件1060、通过基部静电电压源连接件433和枢转平台静电电压源连接件420传输到衬底静电电压源连接件722。因此，夹持压力从静电转移头部阵列703施加到微型器件阵列1501。
再次参见图14，在操作1430处，从承载衬底302拾取承载衬底302上的微型器件阵列。参考图15D，根据本发明的实施例示出了具有从承载衬底拾取微型器件阵列的静电转移头部阵列的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。计算机系统150可控制质量转移100的致动器以使转移头部组件206从承载衬底302回缩。在回缩期间，在横梁406释放存储能量并回弹至初始构型时，枢转平台404可返回未偏转状态。同时，传感器1212可超过凹面1020延伸至初始构型。在拾取期间，供给静电转移头部703的静电电压继续存留，因此在转移头部组件206充分回缩时，微型器件1501保留在静电转移头部703上并从承载衬底302移除。
在相对于图14所描述的拾取过程期间，可对微型拾取阵列支座202上的加热元件484进行加热。例如，可以电阻方式对加热元件484加热以将热转移到微型拾取阵列700和与静电转移头部210接触的微型器件。热转移可发生在从承载衬底302拾取微型器件阵列之前、期间和之后。
在从承载衬底302拾取微型器件1501之后，计算机系统150可控制质量转移工具100朝向接收衬底移动微型器件1501以完成对微型器件的转移。例如，质量转移工具100的致动器和传感器可用于将转移头部组件206定位在接收衬底保持器124所保持的接收衬底上。在重新定位转移头部组件206以为转移做准备之后，可执行以下过程。
参考图16，根据本发明的实施例示出了用于将微型器件阵列释放到接收衬底上的方法的流程图。为了举例说明的目的，参照图17A-17C所示的实施例进行图16的以下描述。在操作1601处，朝向接收衬底保持器124上的接收衬底移动转移头部组件206。参考图17A，根据本发明的实施例示出了具有朝向接收衬底移动的转移头部组件的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。枢转平台404可为未偏转的，在枢转平台404的上表面405和一个或多个传感器1212之间留有间隙。可将微型拾取阵列700安装在微型拾取阵列支座202上，该微型拾取阵列支座以上述方式中的一种保持紧贴转移头部组件206。此外，静电转移头部阵列703夹持住微型器件阵列1501，然而，微型器件阵列1501与接收衬底1702之间存在间隙。在该状态下，质量转移工具100可在计算机系统150的控制下朝向接收衬底1702移动转移头部组件206。
再次参见图16，在操作1605处，由静电转移头部703所承载的微型器件阵列接触接收衬底。可将微型拾取阵列700安装在微型拾取阵列支座202上，该微型拾取阵列支座以上述方式中的一种保持紧贴转移头部组件206。参考图17B，根据本发明的实施例示出了具有静电转移头部阵列的微型器件转移系统的横截面侧视图图示，该静电转移头部阵列承载与接收衬底接触的微型器件阵列。转移头部组件206已朝向接收衬底1702移动直到微型器件阵列1501和接收衬底1702之间的间隙闭合。然而，枢转平台404保持未偏转，因此，传感器1212和枢转平台404的上表面之间的间隙相比图17A所示的状态保持不变。尽管示出对准，但此时一个或多个微型器件1501可能并未与接收衬底1702接触。
再次参见图16，在操作1610处，在转移头部组件206继续向承载衬底移动时，微型拾取阵列支座202的枢转平台404朝向转移头部组件206偏转。参考图17C，根据本发明的实施例示出了具有朝向转移头部组件偏转的微型拾取阵列支座的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。如图所示，枢转平台404的上表面405已接触并压下一个或多个传感器1212。基部402保持与转移头部组件206的安装表面208接触。然而，横梁406已弯曲或扭曲以偏转远离接收衬底1702使得枢转平台404朝向一个或多个传感器1212偏转。
再次参见图16，在操作1615处，可感测到枢转平台404的偏转。如图17C所示，枢转平台404的上表面接触并压下传感器1212。压下传感器1212可触发对计算机系统150传输信号，该信号指示枢转平台404已偏转。传感器1212可检测枢转平台404上的单个位置。因此，在一个实施例中，传感器1212指示枢转平台404是否已偏转，但可能并不指示偏转在这个枢转平台404上是否均匀。然而，在另选的实施例中，可使用若干传感器1212，因此可对有关枢转平台404的取向的附加信息进行评估并提供给计算机系统150以控制质量转移工具150和微型器件转移系统的移动。
在一个实施例中，诸如图17C所示的实施例，枢转平台404已偏转，其上表面405几乎平行于凹面1020。然而，在其它实施例中，可使枢转平台404相对于凹面1020倾斜。在多种实施例中，可在操作1620处停止转移头部组件206和承载衬底302之间的相对移动。例如，在检测到枢转平台404的偏转时可立即停止相对移动，或者可在检测之后继续移动转移头部组件206。计算机系统150可控制质量转移工具100在检测到偏转之后将转移头部组件206移动预定时间或距离。在检测之后的这一附加的运动范围可确保在所有或几乎所有的微型器件与接收衬底之间形成完全接触。因此，偏转检测可为一系列输入中引起停止转移头部组件206移动的输入。
根据本发明的实施例，从一个或多个传感器1212中获得的信息可用于以多种方式操作质量转移工具100。在一个实施例中，可以驱使接触的方式来操作工具，在该方式下转移头部组件206和接收衬底之间的相对移动仅在所有传感器已检测到偏转时停止。在另一个实施例中，在特定数量的传感器已检测到偏转之后，继续进行设定的距离的相对移动。以举例的方式，一旦第一传感器或所有传感器已检测到偏转，则可继续进行设定的距离诸如10nm到1μm的相对移动。设定的距离可根据微型器件、静电转移头部的尺寸以及微型拾取阵列支座202的尺寸和弹性模量而变化。在另一个实施例中，一旦任何传感器检测到偏转，就停止相对移动。在另一个实施例中，在仅一部分传感器检测到偏转时，可致动转移头部组件206以通过倾斜或偏斜转移头部组件206或接收衬底来使枢转平台404与接收衬底平面进一步对准。
再次参见图16，在操作1625处，可对微型器件阵列施加热。例如，如上所述，可以电阻方式对加热元件484加热以通过微型拾取阵列支座202将热量转移到与微型器件1501相对的静电转移头部阵列703中。可在相对于图16所描述的整个布置过程中对微型器件1501进行加热。以这种方式保持微型拾取阵列支座202高温能够避免由操作环境中温度变化引起的一些问题。然而，更具体地，可在感测到枢转平台404的偏转之后和/或在微型器件1501与接收衬底1702接触之后加热微型器件1501。在一个实施例中，对阵列中的每个静电转移头部703均匀加热，例如加热至50摄氏度、180摄氏度、200摄氏度乃至高达350摄氏度的温度。这些温度能够导致微型器件1501和接收衬底1702之间的熔融或扩散。
再次参见图16，在操作1630处，可从静电转移头部阵列703去除电压。如图17C所示，利用与接收衬底1702接触的微型器件1501，可从静电转移头部703去除静电电压。例如，可断开或移除通过各种触件和连接件(例如，微型拾取阵列支座202和微型拾取阵列700的通路和迹线)施加于静电转移头部703的静电电压。
再次参见图16，在操作1635处，可将微型器件阵列释放到接收衬底上。参考图17D，根据本发明的实施例示出了将微型器件阵列从静电转移头部阵列释放到接收衬底的微型器件转移系统的横截面侧视图图示。在从静电转移头部703去除静电电压之后，使静电转移头部703和微型器件1501之间的夹持压力减弱，从而微型器件1501可释放到接收衬底1702的相邻表面上。在释放微型器件1501之后，可控制质量转移工具100使转移头部组件206从接收衬底1702缩回。在回缩期间，在横梁406回弹至初始构型时，枢转平台404可返回未偏转状态。同时，传感器1212可超过凹面1020延伸至初始构型。
转移头部组件206可继续提升远离接收衬底1702。因此，在将微型器件1501释放到接收衬底1702时，在静电转移头部703和微型器件1501之间将存在间隙。随后，如上所述，可朝向承载衬底302移回转移头部组件206以通过转移另一微型器件阵列1501继续转移过程。
参考图18，示出了根据本发明的实施例可使用的示例性计算机系统的示意图。本发明的实施例的部分包含例如存在于计算机控制系统150的机器可用介质中的非暂态机器可读指令和机器可执行指令，或受这些指令控制。计算机系统150为示例性的，并且本发明的这些实施例可在多个不同计算机系统之上或之内操作或受控于多个不同计算机系统，该多个不同计算机系统包括通用联网计算机系统、嵌入式计算机系统、路由器、交换机、服务器设备、客户端设备、各种中间设备/节点、独立计算机系统等等。
图18的计算机系统150包括用于传送信息的地址/数据总线1810以及耦接到总线1810用于处理信息和指令的中央处理器单元1801。系统150还包括数据存储特征部，诸如耦接到总线1810用于存储中央处理器单元1801的信息和指令的计算机可用易失性存储器1802(例如随机存取存储器(RAM))、耦接到总线1810用于存储中央处理器单元1801的静态信息和指令的计算机可用非易失性存储器1803(例如只读存储器(ROM))，以及耦接到总线1810用于存储信息和指令的数据存储设备1804(例如，磁盘或光盘以及磁盘驱动器)。本实施例的系统150还包括可选的数字字母混合输入设备1806，其包括耦接到总线1810用于向中央处理器单元1801传送信息和命令选择的数字字母键和功能键。系统150还任选地包括可选的光标控制设备1807，其耦接到总线1810用于向中央处理器单元1801传送用户输入信息和命令选择。本实施例的系统150还包括可选的显示设备1805，其耦接到总线1810用于显示信息。
数据存储设备1804可包括非暂态机器可读存储介质1808，其上存储有体现本文所述的方法或操作中的任何一者或多者的一个或多个指令集(例如，软件1809)。在计算机系统150、易失性存储器1802、非易失性存储器1803和也构成非易失性机器可读存储介质的处理器1801执行软件1809期间，该软件也可完全地或至少部分地存在于易失性存储器1802、非易失性存储器1803内，和/或处理器1801内。
在前述的说明书中，已经参照具体的示例性实施例描述了本发明。显而易见的是，可在不脱离以下权利要求所示的本发明的更广泛的实质和范围的情况下对实施例做出各种修改。因此，说明书和附图应被认为是出于例证目的而非限制目的。

Claims (18)

1.一种微型拾取阵列支座，包括：
枢转平台；
基部，所述基部侧向地围绕所述枢转平台，其中所述枢转平台相对于所述基部可移动；
横梁，所述横梁在内枢轴处与所述枢转平台物理地耦接并且在外枢轴处与所述基部物理地耦接；
电压源触件，所述电压源触件位于所述基部上；
静电电压源触件，所述静电电压源触件位于所述枢转平台上以转移操作电压；
源迹线，所述源迹线将所述电压源触件连接至所述静电电压源触件；
夹持触件，所述夹持触件位于所述基部上；
夹持电极，所述夹持电极位于所述枢转平台上；以及
夹持迹线，所述夹持迹线将所述夹持触件连接至所述夹持电极。
2.根据权利要求1所述的微型拾取阵列支座，还包括耦接至所述电压源触件和所述夹持触件的带缆。
3.根据权利要求1所述的微型拾取阵列支座，其中所述外枢轴位于基部边缘上并且所述内枢轴位于枢转平台边缘上，并且所述基部边缘正交于所述枢转平台边缘。
4.根据权利要求3所述的微型拾取阵列支座，还包括第二横梁，所述第二横梁通过位于第二基部边缘上的第二外枢轴与所述基部耦接，并且通过位于第二枢转平台边缘上的第二内枢轴与所述枢转平台耦接。
5.根据权利要求3所述的微型拾取阵列支座，其中所述横梁在第二内枢轴处与所述枢转平台耦接并且在第二外枢轴处与所述基部耦接。
6.根据权利要求5所述的微型拾取阵列支座，其中所述内枢轴从所述第二内枢轴跨过所述枢转平台，并且所述外枢轴从所述第二外枢轴跨过所述枢转平台。
7.根据权利要求1所述的微型拾取阵列支座，其中所述内枢轴和所述外枢轴均包括硅。
8.根据权利要求1所述的微型拾取阵列支座，还包括：
第二电压源触件，所述第二电压源触件位于所述基部上；
第二静电电压源触件，所述第二静电电压源触件位于所述枢转平台上以转移第二操作电压；以及
第二源迹线，所述第二源迹线将所述第二电压源触件连接至所述第二静电电压源触件。
9.根据权利要求1所述的微型拾取阵列支座，还包括：
第二夹持触件，所述第二夹持触件位于所述基部上；
第二夹持电极，所述第二夹持电极位于所述枢转平台上；以及
第二夹持迹线，所述第二夹持迹线将所述第二夹持触件连接至所述第二夹持电极。
10.根据权利要求1所述的微型拾取阵列支座，还包括：
第二电压源触件，所述第二电压源触件位于所述基部上；
第二静电电压源触件，所述第二静电电压源触件位于所述枢转平台上以转移第二操作电压；
第二源迹线，所述第二源迹线将所述第二电压源触件连接至所述第二静电电压源触件；
第二夹持触件，所述第二夹持触件位于所述基部上；
第二夹持电极，所述第二夹持电极位于所述枢转平台上；以及
第二夹持迹线，所述第二夹持迹线将所述第二夹持触件连接至所述第二夹持电极。
11.一种微型拾取阵列支座，包括：
枢转平台；
基部，所述基部侧向地围绕所述枢转平台，其中所述枢转平台相对于所述基部可移动；
多个横梁，所述多个横梁与所述枢转平台以及所述基部物理地耦接；
成对的电压源触件，所述成对的电压源触件位于所述基部上；
成对的静电电压源触件，所述成对的静电电压源触件位于所述枢转平台上以转移操作电压；
成对的源迹线，所述成对的源迹线将所述成对的电压源触件连接至所述成对的静电电压源触件；
成对的夹持触件，所述成对的夹持触件位于所述基部上；
成对的夹持电极，所述成对的夹持电极位于所述枢转平台上；以及
成对的夹持迹线，所述成对的夹持迹线将所述成对的夹持触件连接至所述成对的夹持电极。
12.根据权利要求11所述的微型拾取阵列支座，其中所述成对的源迹线和所述成对的夹持迹线以对称模式在所述多个横梁上延伸。
13.根据权利要求11所述的微型拾取阵列支座，其中所述枢转平台、所述基部和所述多个横梁包括硅。
14.根据权利要求11所述的微型拾取阵列支座，还包括耦接至所述成对的电压源触件中的电压源触件和所述成对的夹持触件中的夹持触件的带缆。
15.一种显示设备，包括：
显示衬底；以及
微型LED的阵列，所述微型LED的阵列位于所述显示衬底上，其中所述显示设备通过包括以下步骤的过程形成：
使承载衬底上的微型LED的阵列与安装在微型拾取阵列支座上的微型拾取阵列接触，所述微型拾取阵列支座包括：
枢转平台；
基部，所述基部侧向地围绕所述枢转平台，其中所述枢转平台相对于所述基部可移动；
横梁，所述横梁在内枢轴处与所述枢转平台物理地耦接并且在外枢轴处与所述基部物理地耦接；
电压源触件，所述电压源触件位于所述基部上；
静电电压源触件，所述静电电压源触件位于所述枢转平台上以转移操作电压；
源迹线，所述源迹线将所述电压源触件连接至所述静电电压源触件；
夹持触件，所述夹持触件位于所述基部上；
夹持电极，所述夹持电极位于所述枢转平台上；以及
夹持迹线，所述夹持迹线将所述夹持触件连接至所述夹持电极；
利用所述微型拾取阵列拾取所述微型LED的阵列；
使所述显示衬底与所述微型LED的阵列接触；以及
将所述微型LED的阵列从所述微型拾取阵列释放到所述显示衬底上。
16.根据权利要求15所述的显示设备，其中所述显示设备通过进一步包括以下步骤的过程形成：
当使所述显示衬底与所述微型LED的阵列接触时，使所述枢转平台朝向转移头部组件偏转。
17.根据权利要求16所述的显示设备，其中所述显示设备通过进一步包括以下步骤的过程形成：
当使所述微型LED的阵列与所述微型拾取阵列接触时，使所述枢转平台朝向所述转移头部组件偏转。
18.根据权利要求17所述的显示设备，其中所述显示设备通过进一步包括以下步骤的过程形成：
当使所述显示衬底与所述微型LED的阵列接触时，感测所述枢转平台朝向所述转移头部组件的偏转；以及
当使所述微型LED的阵列与所述微型拾取阵列接触时，感测所述枢转平台朝向所述转移头部组件的偏转。
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