CN107305915B - 电子-可编程磁性转移模块和电子元件的转移方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子‑可编程磁性转移模块和电子元件的转移方法，该转移方法包括下列步骤：于一第一基板上形成多个阵列排列的电子元件，每一电子元件包括一磁性部；通过一电子‑可编程磁性转移模块所产生的一磁力，选择性地从第一基板拾起部分电子元件；以及将被电子‑可编程磁性转移模块所拾起的部分电子元件转移至一第二基板上。

Description

电子-可编程磁性转移模块和电子元件的转移方法

技术领域

本发明涉及一种电子元件的转移方法，且特别是涉及一种用一电子-可编程磁性转移模块转移电子元件的方法。

背景技术

无机发光二极管显示器具备有源发光、高亮度等特点，因此已经广泛地被应用于照明、显示器、投影机等技术领域中。以单片微显示器(monolithic micro-displays)为例，单片微显示器广泛地被使用于投影机且一直以来都面临彩色化的技术瓶颈。目前，已有现有技术提出利用外延技术于单一发光二极管芯片中制作出多层能够发出不同色光的发光层，以使单一发光二极管芯片即可提供不同色光。但由于能够发出不同色光的发光层的晶格常数不同，因此不容易成长在同一个基板上。此外，其他现有技术提出了利用发光二极管芯片搭配不同色转换材料的彩色化技术，其中当发光二极管芯片发光时，色转换材料被激发而发出不同色光的激发光，但是此技术仍面临色转换材料的转换效率过低以及涂布均匀性等问题。

除了上述两种彩色化技术，也有现有技术提出了发光二极管的转贴技术，由于能够发出不同色光的发光二极管可分别在适当的基板上成长，故发光二极管能够具备较佳的外延品质与发光效率。是以，发光二极管的转贴技术较有机会使单片微显示器的亮度以及显示品质提升。然而，如何快速且有效率地将发光二极管转贴至单片微显示器的线路基板上，实为目前业界关注的议题之一。

发明内容

本申请案的一实施例提供一种电子元件的转移方法和一种电子-可编程磁性转移模块。

本申请案的一实施例提供一种电子元件的转移方法，其包括下列步骤：(a)于一第一基板上形成多个阵列排列的电子元件，每一电子元件包括一磁性部；(b)通过一电子-可编程磁性转移模块所产生的一磁力，选择性地从第一基板拾起部分电子元件；以及(c)将被电子-可编程磁性转移模块所拾起的部分电子元件转移至一第二基板上。

本申请案的另一实施例提供一种电子-可编程磁性转移模块，其包括一微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)芯片和一接合设备，微机电系统芯片包括多个电磁线圈以及每一电磁线圈是单独地被控制，其中微机电系统芯片组装于接合设备上并且被接合设备所搭载。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本申请案一实施例的电子元件的转移方法的流程示意图；

图2A至图2N为本申请案第一实施例的电子元件的转移方法的剖面示意图；

图2J’、图2J”、图2J”’分别为不同支撑层的上视示意图；

图3为本申请案一实施例的电子-可编程磁性转移模块的剖面示意图；

图4A至图4E为本申请案的微机电系统芯片的制造流程剖面示意图；

图4A’为图4A中的电磁线圈的导电薄膜的示意图；

图5为图3中电子-可编程磁性转移模块的控制系统的方块图；

图6A至图6K为本申请案第二实施例的电子元件的转移方法的剖面示意图。

符号说明

100、100’：光电半导体层

100a、100a’：表面

102：电极

110：粘着剂

110a：粘着剂图案

120：牺牲层

120a：牺牲层图案

130：磁性部

140：支撑材料

140a：支撑层

200：电子-可编程磁性转移模块

210：微机电系统芯片

212：电磁线圈

212a：介电薄膜

212b：导电薄膜

212c：导电贯孔

214：铁磁性金属元件

216：顶介电薄膜

220：接合设备

300：控制系统

310：计算机

320：电子控制单元

330：机构控制单元

340：加热控制单元

S0：成长基板

S1：第一基板

S2：第二基板

ED：电子元件

S10、S20、S30：步骤

T：沟槽

P：突起

OP：开口

具体实施方式

第一实施例

图1为本申请案一实施例的电子元件的转移方法的流程示意图。请参照图1，本实施例的电子元件的转移方法包括下列步骤(S10,S20和S30)。首先，于一第一基板上形成多个阵列排列的电子元件，其中每一电子元件包括一磁性部，且磁性部可位于电子元件上或嵌入电子元件内(步骤S10)。再提供第一基板之后，可通过一电子-可编程磁性转移模块所产生的一磁力(步骤S20)，选择性地从第一基板上拾起部分的电子元件。然后，再将被电子-可编程磁性转移模块所拾起的部分电子元件转移至一第二基板上(步骤S30)。在本实施例中，电子元件的转移方法可重复前述步骤(S10至S30)至少一次，以使形成于不同的第一基板上的电子元件可以转移至第二基板上。举例而言，形成于不同第一基板上的电子元件能够发出不同色光。在本实施例中，前述的电子元件例如是光电元件(如发光二极管元件、光感测元件、太阳电池等)或者是其他与光无关的电子元件(如感测器、晶体管等)。以发光二极管元件为例，本实施例的发光二极管元件依据其电极的分布方式可为水平式发光二极管元件或垂直式发光二极管元件。

为了更清楚了解本申请案的第一实施例，将搭配图2A至图2N详述如后。

图2A至图2N为本申请案第一实施例的电子元件的转移方法的剖面示意图。

首先请参照图2A，提供一成长基板S0，并于成长基板S0上形成一光电半导体层100。在本实施例中，成长基板S0可以是一硅基板、一碳化硅基板、一蓝宝石基板或是其他适当基板，光电半导体层100可以是发光二极管元件层、光感测元件层、太阳电池元件层等，光电半导体层100可以由金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapourdeposition,MOCVD)法所形成，换言之，光电半导体层100例如为一外延层，当一驱动电流通过外延层时，外延层能够发光。具体而言，光电半导体层100可包括N型掺杂半导体层、多重量子阱层发光层和P型掺杂半导体层等膜层，其中多重量子阱层的发光层是介于N型掺杂半导体层和P型掺杂半导体层之间。此外，除了N型掺杂半导体层、多重量子阱层发光层和P型掺杂半导体层以外，光电半导体层100还可包括缓冲层、N型披覆层、P型披覆层、阻流层、电流分散层或前述膜层的组合。本实施例不限定形成于成长基板S0上的必须是光电半导体层100，其他型态的半导体层也可以被形成于成长基板S0上。

请参照图2B，在光电半导体层100形成于成长基板S0之后，形成多个电极102于光电半导体层100上。在本实施例中，前述的电极102包括多个电连接至N型掺杂半导体层的N电极以及多个电连接至P型掺杂半导体层的P电极。

请参照图2C，在电极102形成于光电半导体层100之后，通过一粘着剂110将光电半导体层100和电极102暂时性地接合至一第一基板S1，其中粘着剂110粘合电极102和光电半导体层100，且粘着剂110是介于光电半导体层100和第一基板S1之间。在本实施例中，第一基板S1可以是一硅基板、一碳化硅基板、一蓝宝石基板或是其他适当基板，而粘着剂110的材料可以是有机材料、有机高分子材料、高分子聚合物材料或是其他具有适当粘着能力的材料。

请参照图2D，于光电半导体层100和电极102皆暂时性地接合至第一基板S1之后，移除成长基板S0以暴露光电半导体层100的一表面100a。在本实施例中，成长基板S0例如是通过激光掀离(laser lift-off)等方式从光电半导体层100的表面100a掀离。

请参照图2E，于成长基板S0被移除之后，本实施例可选择性地对光电半导体层100进行薄化，使光电半导体层100的厚度得以减低。在进行薄化之后，薄化后的光电半导体层100’具有一表面100a’。在本实施例中，由第一基板S1所搭载的光电半导体层100可通过化学机械研磨(CMP)、化学蚀刻、等离子体蚀刻或其他适当方法等进行薄化。

请参照图2F，在光电半导体层100进行薄化之后，于光电半导体层100’的表面100a’上形成一牺牲层120。具体而言，牺牲层120覆盖住光电半导体层100’的表面100a’，在本实施例中，牺牲层120的材料例如为有机材料、有机高分子材料、介电材料、氧化物等。

请参照图2G，于牺牲层120上形成多个磁性部130，在本实施例中，磁性部130的材料例如为镍、镍铁合金或其他适当的铁磁性金属等。值得注意的是，磁性部130之间彼此分离，且磁性部130对应于电极102分布。举例而言，每个磁性部130分别位于一对电极102(即一个N电极和一个P电极)的上方，每个磁性部130的厚度大约是1微米(1μm)，且每个磁性部分130的面积和形状可以根据实际需求进行设计。

请参照图2G与图2H，接着，对前述的光电半导体层100’、粘着剂110和牺牲层120进行图案化，以形成多个阵列排列的电子元件ED，多个位于电子元件ED上的牺牲层图案120a以及多个位于电子元件ED和第一基板S1之间粘着剂图案110a，且粘着剂图案110a、牺牲层图案120a和电子元件ED构成多个堆叠结构。在本实施例中，光电半导体层100、粘着剂110和牺牲层120例如是通过光刻/蚀刻制作工艺而被图案化。如图2H所示，磁性部130对应于牺牲层图案120a分布。举例而言，每个磁性部130分别位于一个牺牲层图案120a上，每个电子元件ED分别介于一个牺牲层图案120a和一个粘着剂图案110a之间。更进一步说，当光电半导体层100’，粘着剂110和牺牲层120被图案化之后，彼此交错的多个沟槽T会形成于前述堆叠结构之间。

请参照图2I至图2J，图2I与图2J的下半部分为剖面示意图，而图2I与图2J的上半部分为上视示意图。从图2I与图2J可知将具有预定厚度的一支撑材料140填充至彼此交错的沟槽T内，并且对支撑材料140进行图案化以形成一支撑层140a，此处，支撑材料140和支撑层140a的厚度小于沟槽T的深度。在本实施例中，支撑材料140例如是通过光刻/蚀刻制作工艺而被图案化，且图案化后的支撑层140a形成于第一基板S1上且位于沟槽T之内以支撑电子元件ED。具体而言，支撑层140a实际上连接相邻的电子元件ED，且支撑层140a能够使每个黏着剂图案110a的至少一部分被暴露。换句话说，支撑层140a使每个粘着剂图案110a的部分侧壁和部分的第一基板S1被暴露出。如图2J的上视示意所示，且支撑层140a例如是从电子元件ED的中段边缘(middle edge)延伸至相邻电子元件ED的中段边缘，然本实施例不限定于此。如图2J’所示，支撑层140a也可与相邻电子元件ED的角落连接。然而，本实施例不限定支撑层140a必须连接相邻的电子元件ED，举例而言，用以支撑电子元件ED的支撑层140a可以是相互分离的，如图2J”与图2J”’所示。

请参照图2K，接着，移除粘着剂图案110a以于每个电子元件ED和第一基板S1之间形成一间距G，因为支撑层140a实际上支撑住电子元件ED，所以电子元件ED未与第一基板S1接触。

请参照图2L，通过一电子-可编程磁性转移模块200所产生的一磁力选择性地从第一基板S1上拾起部分的电子元件ED。本发明的电子-可编程磁性转移模块200将于图3进行详细描述。

值得注意的是，电子-可编程磁性转移模块200所产生的磁力应与磁性部130相关，电子-可编程磁性转移模块200所产生磁力须大于一个电子元件ED的重量以及和由支撑层140a所提供的连接力(connection force)的总和，在此情况下，电子元件ED才能够与第一基板S1分离并且能够被电子-可编程磁性转移模块200所产生的磁力拾起。

请参照图2M，被电子-可编程磁性转移模块200所拾起的部分电子元件ED会被转移至一第二基板S2。在本实施例中，第二基板S2上具有多个导电凸块B，被电子-可编程磁性转移模块200所拾起的电子元件ED会通过导电凸块B而被转移至第二基板S2上。在转移过程中，可进行加热制作工艺以使得电子元件ED能够成功地接合于第二基板S2上。

请参照图2N，接着移除位于已被转移至第二基板S2的电子元件ED上的牺牲层图案120a。值得注意的是，在牺牲层图案120a被移除之前，电子元件ED的转移动作便已初步完成，因此前述的牺牲层图案120a的移除动作可以是选择性的步骤。

在将电子-可编程磁性转移模块200所拾起的电子元件ED转移至第二基板S2的过程中，对电子元件ED进行一即时测试(in-situ testing)以检查电子元件ED和第二基板S2之间的接合或电连接是否有瑕疵。此处，前述的即时测试是通过电子-可编程磁性转移模块200来执行。当即时测试检查到至少一失效的电子元件ED，将此失效的电子元件ED与第二基板S2分离，并且记录此失效电子元件ED的位置资讯。然后，根据前述的位置资讯，通过电子-可编程磁性转移模块200拾起并且再转移位于第一基板S1上的至少一剩余的电子元件ED(如图2K所示)至第二基板S2上。换句话说，通过再一次的转移制作工艺可使失效的电子元件ED被一个新的电子元件ED所取代。

图3是本申请案一实施例的电子-可编程磁性转移模块的剖面示意图，请参照图3，电子-可编程磁性转移模块200包括一微机电系统(MEMS)芯片210和一接合设备220，微机电系统芯片210包括多个电磁线圈212，且每一电磁线圈212可通过多条对应的控制线而单独地被控制。具体而言，每一电磁线圈212会电连接至一对相互交错的控制线，且每一电磁线圈212可通过此对控制线而被致能(enable)或禁能(disable)。因此，前述的电磁线圈212可通过电信号而被定址(electrically addressable)。微机电系统芯片210组装于接合设备220上并且被接合设备220所搭载。在本实施例中，接合设备220例如是目前已被使用于业界的倒装接合器(flip chip bonder)。换句话说，电子-可编程磁性转移模块200中的微机电系统芯片210与目前已被使用于业界的倒装接合器是相容的。在本实施例中，微机电系统芯片210可进一步包括多个铁磁性金属元件214，其中各个铁磁性金属元件214可选择性地配置于其中一个电磁线圈212所环绕的空间内。举例而言，铁磁性金属元件214的材质例如为镍、镍铁合金或其他适当的高导磁系数的铁磁性金属。

如图3所示，微机电系统芯片210包括多个阵列排列的突起P，突起P适于与多个排列于第一基板S1上的电子元件ED接触，且每一电磁线圈212以及被电磁线圈212所环绕的铁磁性金属元件214分别配置于其中一个突起P内。每一电磁线圈212包括一个多层电磁线圈。此外，电磁线圈212之间的排列间距例如是介于1微米(μm)到100微米(μm)之间。值得注意的是，本实施例的电磁线圈212是以特定的规律进行排列，电磁线圈212的排列间距可以一致或不一致，而电磁线圈212的平均排列间距例如是电子元件ED(位于第一基板S1上)的排列间距的整数倍。此外，突起P的尺寸(即涵盖范围)例如可大于或等于电子元件ED的尺寸(即面积)，以避免电子元件ED在转移过程中受应力作用而破损。换言之，当突起P对准于电子元件ED的情况下，电子元件ED会被突起P完全覆盖。当然，依据实际的设计需求，突起P的尺寸(涵盖范围)也可小于电子元件ED的尺寸。

前述包括有电磁线圈212与铁磁性金属元件214的微机电系统芯片210可采用半导体制作工艺来制作。微机电系统芯片210的详细制作流程将搭配图4A至图4E进行详细说明如后。

图4A至图4E为本申请案的微机电系统芯片的制造流程剖面示意图。请参照图4A，提供一基板S，且此基板S上已形成有前述的多个电磁线圈212(图4A至图4E仅绘示出一个电磁线圈212作为示例)。举例而言，本实施例的电磁线圈212包括至少一层介电薄膜212a、至少一层导电薄膜212b以及多个导电贯孔(conductive vias)212c，其中介电薄膜212a与导电薄膜212b交替堆叠于基板S上，而导电贯孔212c形成于介电薄膜212a中并且电连接相邻两层的导电薄膜212b。换言之，本实施例的电磁线圈212采用所谓的立体线圈设计，由导电薄膜212b与导电贯孔212c所构成的立体线圈例如呈现螺旋状，如图4A’所示。前述的介电薄膜212a、导电薄膜212b以及多个导电贯孔212c例如是通过薄膜沉积、光刻以及蚀刻制作工艺来制作。导电薄膜212b以及多个导电贯孔212c构成电磁线圈212中的线圈部分，且导电薄膜212b以及多个导电贯孔212c例如是由高导电材料制作。介电薄膜212a保护不同电磁线圈212中的线圈部分免于相互短路。在本实施例中，导电薄膜212b的层数例如为1层、2层、3层或者更多层，而介电薄膜212a的层数例如为1层、2层、3层或者更多层。

请参照图4B与图4C，移除部分的介电薄膜212a以于介电薄膜212a中形成多个开口OP(图4B与图4C仅绘示出一个开口OP作为示例)，且开口OP被对应的电磁线圈212中的导电薄膜212b所环绕。举例而言，前述的基板S会被开口OP所暴露，然本实施例不以此为限。接着，于开口OP中形成铁磁性金属元件214。在本实施例中，铁磁性金属元件214例如是由高导磁材料制作。铁磁性金属元件214的材质例如为镍、镍铁合金或其他适当的高导磁系数的铁磁性金属。

请参照图4D与图4E，在形成铁磁性金属元件214之后，接着形成一顶介电薄膜(capdielectric film)216以覆盖住铁磁性金属元件214以及电磁线圈212。之后，将顶介电薄膜216以及介电薄膜212a图案化以形成微机电系统芯片210上的突起P。至此微机电系统芯片210的制作便大致完成。在本实施例中，顶介电薄膜216的材料例如是氧化硅、氮化硅或其他不导电的高分子聚合物。

第二实施例

图5为图3中电子-可编程磁性转移模块的控制系统的方块图。请参照图5，本实施例的控制系统300包括一计算机310、电子控制单元320、一机构控制单元330以及一加热控制单元340，其中电子控制单元320、机构控制单元330以及加热控制单元340皆电连接至计算机310。举例而言，本实施例的计算机310以及电子控制单元320用以控制微机电系统芯片210的操作(例如选择性拾取电子元件、即时测试等)。本实施例的计算机310以及机构控制单元330用以控制接合设备220(绘示于图3)的移动。此外，本实施例的计算机310以及加热控制单元340用以控制转移过程中加热制作工艺的参数。

第三实施例

图6A至图6K为本申请案第二实施例的电子元件的转移方法的剖面示意图。

请参照图6A至图6K，除了本实施例可以省略第一实施例中的牺牲层120的制作外，本实施例的电子元件的转移方法与第一实施例类似。具体而言，于光电半导体层100通过粘着剂110与第一基板S1接合之后，由于本实施例的电极102为磁性电极，因此不须于光电半导体层100的表面100a上形成牺牲层120以及磁性部130，之后，光电半导体层100和粘着剂110会被图案化而形成电子元件ED以及多个位于电子元件ED之下的粘着剂图案110a(如图6F所示)。在形成电子元件ED之后，图6G至图6K中的后续制作工艺实质上与图2I至图2M中的制作工艺相同。

在本发明的上述实施例中，由于通过磁力的转移方法可以处理较小电子元件(例如小于100微米)，因此可以轻易地解决单片微显示器的技术瓶颈，更进一步说，由于电子-可编程磁性转移模块的微机电系统芯片与目前用于倒装接合器相容，因此电子-可编程磁性转移模块很容易被导入倒装接合制作工艺中，以使电子元件的转移更有效率。

虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (14)

1.一种电子元件的转移方法，包括：

(a)于一第一基板上形成多个阵列排列的电子元件，各该电子元件包括一磁性部；

(b)通过一电子-可编程磁性转移模块所产生的一磁力，选择性地从该第一基板拾起部分该些电子元件；以及

(c)将被该电子-可编程磁性转移模块所拾起的部分该些电子元件转移至一第二基板上，

其中该电子-可编程磁性转移模块包括多个电磁线圈，且各该电磁线圈是单独地被控制。

2.如权利要求1所述的电子元件的转移方法，还包括：

重复步骤(a)至步骤(c)至少一次，使形成于不同第一基板上的电子元件转移至该第二基板上。

3.如权利要求1所述的电子元件的转移方法，其中于该第一基板上形成该些电子元件的制造方法包括：

形成一光电半导体层于一成长基板上；

形成多个电极于该光电半导体层上；

通过一粘着剂接合该光电半导体层和该第一基板，其中该粘着剂粘合该些电极和该光电半导体层，且该粘着剂是介于该光电半导体层和该第一基板之间；

移除该成长基板以暴露该光电半导体层的一表面；

形成一牺牲层于该光电半导体层的该表面上；

形成该磁性部于该牺牲层上；

图案化该光电半导体层、该粘着剂和该牺牲层，以形成该些电子元件、多个位于该些电子元件上的牺牲层图案以及多个介于该些电子元件和该第一基板之间的粘着剂图案；

形成一支撑层于该第一基板上，其中该支撑层位于该些电子元件之间且连接该些电子元件，该支撑层使各该粘着剂图案曝露；以及

移除该些粘着剂图案，以形成一间距于各该电子元件和该第一基板之间。

4.如权利要求3所述的电子元件的转移方法，还包括：

于移除该成长基板之后且于形成该牺牲层之前，薄化该光电半导体层。

5.如权利要求3所述的电子元件的转移方法，还包括：

移除位于已被转移至该第二基板上的该些电子元件上的该些牺牲层图案。

6.如权利要求1所述的电子元件的转移方法，其中于该第一基板上形成该些电子元件的制造方法包括：

形成一光电半导体层于一成长基板上；

形成多个电极于该光电半导体层上；

通过一粘着剂接合该光电半导体层和该第一基板，其中该粘着剂粘合该些电极和该光电半导体层，且该粘着剂是介于该光电半导体层和该第一基板之间；

从该光电半导体层移除该成长基板；

图案化该光电半导体层和该粘着剂以形成该些电子元件以及多个位于该些电子元件之下的粘着剂图案；

形成一支撑层于该第一基板上，其中该支撑层位于该些电子元件之间且连接该些电子元件，该支撑层使各该粘着剂图案曝露；以及

移除该些粘着剂图案，以形成一间距于各该电子元件和该第一基板之间。

7.如权利要求6所述的电子元件的转移方法，还包括：

于移除该成长基板之后且于图案化该光电半导体层之前，薄化该光电半导体层。

8.如权利要求1所述的电子元件的转移方法，其中该电子-可编程磁性转移模块包括：

微机电系统(MEMS)芯片，包括该些电磁线圈；以及

接合设备，其中该微机电系统芯片组装于该接合设备上并且被该接合设备所搭载。

9.如权利要求1所述的电子元件的转移方法，还包括：

于该电子-可编程磁性转移模块所拾起的该些电子元件被转移至该第二基板的期间，对该些电子元件进行一即时测试。

10.如权利要求9所述的电子元件的转移方法，还包括：

当该即时测试检查到至少一失效电子元件时，将该失效电子元件与该第二基板分离，并记录该失效电子元件的一位置资讯；以及

依据该位置资讯，通过该电子-可编程磁性转移模块拾起并且转移位于该第一基板上的至少一剩余电子元件至该第二基板上。

11.一种电子-可编程磁性转移模块，包括：

微机电系统(MEMS)芯片，包括多个电磁线圈，且各该电磁线圈是单独地被控制；以及

接合设备，其中该微机电系统芯片组装于该接合设备上并且被该接合设备所搭载。

12.如权利要求11所述的电子-可编程磁性转移模块，其中该微机电系统芯片包括多个阵列排列的突起，该些突起适于与一第一基板上的多个排列的电子元件接触，且各该电磁线圈分别配置该些突起的其中之一内。

13.如权利要求11所述的电子-可编程磁性转移模块，其中各该电磁线圈包括一多层电磁线圈。

14.如权利要求11所述的电子-可编程磁性转移模块，其中该些电磁线圈的一排列间距介于1微米到100微米之间。