CN109935668A - 微型元件结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微型元件结构，其包括基板、至少一微型元件、至少一固定结构以及至少一缓冲结构。微型元件配置于基板上且具有相对远离基板的顶表面、相对于顶表面的底表面以及连接顶表面与底表面的周围表面。固定结构配置于基板上。从剖面观之，固定结构在基板的法线方向上的厚度从顶表面与周围表面的交界处往基板逐渐增加。缓冲结构配置于固定结构与基板之间。固定结构通过缓冲结构而连接至基板上。

Description

微型元件结构
技术领域
本发明涉及一种半导体结构，尤其涉及一种微型元件结构。
背景技术
目前微型发光二极管的转移主要是通过静电力或磁力等方式，将载体基板上的微型发光二极管转板至接收基板上。一般来说，微型发光二极管会通过固定结构来固持而使微型发光二极管较容易自载体基板上拾取并运输与转移至接收基板上放置，且通过固定结构来巩固微型发光二极管在转板时不会受到其他外因而影响品质。然而，固定结构与微型发光二极管之间接触面的面积大小以及形状，会影响微型发光二极管的运输与转移的良率。因此，如何让固定结构可以暂时地固持微型发光二极管，且可以更轻易且更有效率地运输与转移微型发光二极管于载体基板与接收基板之间，已成为目前业界相当重视的课题之一。
发明内容
本发明提供一种微型元件结构，其可有效提升微型元件的运输与转移的良率。
本发明的一种微型元件结构，包括基板、至少一微型元件、至少一固定结构以及至少一缓冲结构。微型元件配置于基板上且具有相对远离基板的顶表面、相对于顶表面的底表面以及连接顶表面与底表面的周围表面。固定结构配置于基板上。从剖面观之，固定结构在基板的法线方向上的厚度从微型元件的顶表面与周围表面的交界处往基板逐渐增加。缓冲结构配置于固定结构与基板之间，其中固定结构通过缓冲结构而连接至基板上。
在本发明的一实施例中，上述的固定结构完全暴露出微型元件的顶表面，且覆盖缓冲结构。
在本发明的一实施例中，上述的固定结构包括多个覆盖部以及多个连接部，这些覆盖部彼此分离且覆盖部分顶表面，而每一连接部从顶表面的一边缘连接这些覆盖部且覆盖缓冲结构。
在本发明的一实施例中，上述的每一个覆盖部至顶表面的对应的边缘具有一最大距离，而前述的最大距离与前述的边缘的长度的比值小于等于0.2。
在本发明的一实施例中，每一连接部于顶表面的边缘的一宽度与相应的边缘的一长度的比值介于0.01至0.6之间。
在本发明的一实施例中，上述的微型元件的中心于基板上的正投影至每一个覆盖部于基板上的正投影的最短距离相同。
在本发明的一实施例中，上述的固定结构包括一覆盖部以及至少一连接部，覆盖部覆盖部分顶表面，而连接部从顶表面的一边缘连接覆盖部且覆盖缓冲结构。
在本发明的一实施例中，上述的连接部在顶表面的边缘的宽度与相应的边缘的长度的比值介于0.01至0.6之间。
在本发明的一实施例中，在单位面积内，上述的缓冲结构在基板上的正投影面积与固定结构在基板上的正投影面积的比值介于0.2至0.9之间。
在本发明的一实施例中，上述的缓冲结构远离微型元件。
在本发明的一实施例中，上述的缓冲结构在基板上的正投影与微型元件在基板上的正投影相隔最小距离，而前述的最小距离小于等于10微米。
在本发明的一实施例中，上述的固定结构在微型元件的顶表面上的正投影面积与顶表面的面积的比值小于等于0.2。
在本发明的一实施例中，上述的固定结构的材质不同于缓冲结构的材质，且固定结构的杨式模量大于这些缓冲结构的杨式模量。
在本发明的一实施例中，上述的微型元件还包括绝缘层，而绝缘层至少覆盖周围表面以及部分底表面，而固定结构直接接触绝缘层。
在本发明的一实施例中，上述的固定结构的材质不同于绝缘层的材质。
在本发明的一实施例中，上述的固定结构的厚度小于等于该绝缘层的厚度。
在本发明的一实施例中，上述的固定结构的重心低于微型元件的重心。
在本发明的一实施例中，上述的顶表面的宽度大于底表面的宽度。
基于上述，在本发明的微型元件结构的设计中，从剖面观之，固定结构在基板的法线方向上的厚度从微型元件的顶表面与周围表面的交界处往基板逐渐增加。也就是说，固定结构在微型元件的顶表面与周围表面的交界处的厚度最小。藉此设计，可使得微型元件在不同的基板之间的运输与转移以应用于例如微型元件显示器时，可以控制固定结构的断裂点落在接近微型元件的顶表面与周围表面的交界处，以降低固定结构断不干净或残留的问题，进而可以提升微型元件结构在运输与转移时的良率。
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，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A示出为本发明第一实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。
图1B示出为图1A的微型元件结构的俯视示意图。
图2示出为本发明第二实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。
图3A示出为本发明第三实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。
图3B示出为图3A的微型元件结构的俯视示意图。
图3C示出为本发明第四实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。
图4示出为本发明第五实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。
图5示出为本发明第六实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。
附图标记说明：
100、200、300、300’、400、500：微型元件结构
120：基板
120a：表面
120n：法线方向
140、540：微型元件
141、541：顶表面
142、542：底表面
141w、142w：宽度
143、543：周围表面
141P：中心
CP：交界处
544：第一型电极
545：第二型电极
546：发光层
547：第一型半导体层
548：第二型半导体层
549：绝缘层
T：通孔
160、360、460：固定结构
161：连接部
161h：厚度
162、362：覆盖部
162h：厚度
180、280：缓冲结构
L1、L2、H、L4：距离
L3：长度
W1：宽度
G1、G2：空气间隙
具体实施方式
本发明的实施例描述微型元件(例如微型发光二极管(Micro LED)或微晶片)的结构，使之准备好拾取及转移到接收基板。接收基板可例如为显示基板、发光基板、具诸如晶体管或集成电路(ICs)等功能元件的基板或具其他具线路的基板，但不以此为限。虽然本发明的一些实施例特定于描述包含p-n二极管的微型发光二极管，但应理解本发明的实施例不限于此，某些实施例也可应用到其他微型元件，该等元件依此方式设计成控制执行预定电子功能(例如二极管、晶体管、集成电路)或光子功能(LED、激光)。
图1A示出为本发明第一实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。图1B示出为图1A的微型元件结构的俯视示意图。请参照图1A，微型元件结构100包括基板120、至少一微型元件140、至少一固定结构160以及至少一缓冲结构180。微型元件140配置于基板120上且具有相对远离基板120的顶表面141、相对于顶表面141的底表面142以及连接顶表面141与底表面142的周围表面143。固定结构160配置于基板120上。从剖面观之，固定结构160在基板120的法线方向120n上的厚度从微型元件140的顶表面141与周围表面143的交界处CP往基板120逐渐增加。缓冲结构180配置于固定结构160与基板120之间，其中固定结构160通过缓冲结构180而连接至基板120上。
在本实施例中，基板120例如是塑胶基板、玻璃基板或蓝宝石基板等可具有固定性且表面平整的临时基板，但本发明不以此为限。在图1A所示出的实施例中，微型元件140的数量是以一个为例，但本发明不限于此。在其他实施例中，微型元件140的数量可以为多个。此处，顶表面141的宽度141w大于底表面142的宽度142w，使后续从顶表面141拾取微型元件140时有较佳的制程良率。简单来说，微型元件140的剖面可以为倒梯形(invertedtrapezoid)，但本发明不限于此。更一进步来说，在本实施例中，微型元件140的底表面142面积小于微型元件140的顶表面141的面积，且微型元件140的底表面142在基板120上的正投影范围位于微型元件140的顶表面141在基板120上的正投影范围内，使微型元件140能有较佳的制作良率。此处，微型元件140可以为微型发光二极管，且微型元件140的最大尺寸小于等于100微米。更佳地，微型元件140的最大尺寸小于等于50微米，更适合应用于利用微型发光二极管作为像素的微型发光二极管显示技术。在其他的实施例中，微型元件140可以为微型集成电路(micro IC)、微型激光二极管(micro LD)或微型传感器，但本发明不限于此。
再者，本实施例的微型元件140与基板120之间可以具有一垂直距离H。换言之，微型元件140与基板120之间可以不直接接触。在一些实施例中，前述的垂直距离H可以小于固定结构160的最大形变量。此处，垂直距离H是依据微型元件140的高度来做设计，较佳地，垂直距离H大于0且小于微型元件140的高度的0.5倍。若垂直距离大于微型元件140的高度的0.5倍，固定结构160的高低落差过大，不易制作且会产生断裂现象。一般来说，垂直距离H介于0.1微米至5微米之间，但本发明不限于此。特别是，从剖面观之，在基板120的表面120a的法线方向120n上，固定结构160的厚度从微型元件140的顶表面141与周围表面143的交界处CP向基板120的表面120a逐渐增加。也就是说，固定结构160在交界处CP的厚度161h为最小，而固定结构160的厚度越往基板120的方向越大。换言之，固定结构160的厚度非定值。
更进一步来说，在本实施例中，固定结构160可以包括覆盖部162以及多个连接部161。如图1B所示，覆盖部162覆盖于微型元件140的部分顶表面141上。连接部161从顶表面141的相对二边缘(即，顶表面141与周围表面143的二交界处CP)连接覆盖部162且覆盖缓冲结构180。意即，连接部161从微型元件140的顶表面141与周围表面143的交界处CP往基板120延伸。并且，在基板120的表面120a的法线方向120n上，连接部161的厚度从前述的交界处CP向基板120的表面120a逐渐增加。简单来说，连接部161在顶表面141与周围表面143的交界处CP具有最小厚度161h。其中最小厚度161h小于等于1微米，大于1微米可能会增加后续拾取转移的难度。如图1A所示，覆盖部162的厚度162h基本上可以一致(若忽略覆盖部162可能具有的粗糙表面)，且覆盖部162的厚度162h基本上可以相同于连接部161的最小厚度161h，但本发明不限于此。特别说明的是，固定结构160在微型元件140的顶表面141的正投影面积与顶表面141的面积的比值小于等于0.2。前述的比值大于0.2可能影响拾取装置(未示出)于顶表面141上的拾取平整度，增加后续拾取的难度。
此外，本实施例的缓冲结构180配置于固定结构160与基板120之间，以使固定结构160的连接部161可以通过对应的缓冲结构180而连接至基板120上。在图1A所示出的实施例中，缓冲结构180的数量是以两个为例，但本发明不限于此。在本实施例中，固定结构160的材质不同于这些缓冲结构180的材质，且固定结构160的杨式模量大于这些缓冲结构180的杨式模量。举例而言，固定结构160的材质例如为二氧化硅、氮化硅、氧化硅玻璃(SOG)或其他适宜的无机材料，而缓冲结构180的材质例如是有机材料。缓冲结构180可以吸收固定结构160在固持微型元件140进行运输与转移时所受到外力影响，以提升运输与转移的良率。此处，在单位面积中，缓冲结构180在基板120上的正投影面积与固定结构160在基板120上的正投影面积的比值介于0.2至0.9之间。大于0.9缓冲结构180的固持力太大会影响后续的转移，小于0.2缓冲结构180的缓冲力量不够。更进一步来说，本实施例的缓冲结构180是完全覆盖微型元件140的周围表面143且延伸覆盖部分底表面142，可具有较佳的缓冲效果。如图1A所示，缓冲结构180、微型元件140以及基板120之间可以不具有任何构件。也就是说，缓冲结构180、微型元件140以及基板120之间具有一空气间隙G1。
当从基板120上拾取微型元件140时，拾取的应力(如：下压力或上拉力)会使固定结构160发生断裂。由于固定结构160的连接部161具有最小厚度161h的位置是在对应的微型元件140的顶表面141与周围表面143的交界处CP，且微型元件140是上宽下窄的设计，因此可以使固定结构160的断裂点可以接近或实质上位于微型元件140的顶表面141与周围表面143的交界处CP。藉此，可以降低固定结构160断不干净或残留的问题，而可以提升微型元件140的运输与转移至后续线路基板(未示出)上的良率。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2示出为本发明第二实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。本实施例的微型元件结构200与第一实施例的微型元件结构100相似，两者的差异在于：本实施例的微型元件结构200的缓冲结构280的配置方式不同于微型元件结构100的缓冲结构180的配置方式。在本实施例中，缓冲结构280不接触微型元件140的底表面142及周围表面143。如此一来，缓冲结构280与微型元件140的周围表面143之间以及缓冲结构280、微型元件140的底表面142与基板120之间具有一空气间隙G2。
更进一步来说，缓冲结构280在基板120的表面120a上的正投影不重叠于微型元件140在基板120的表面120a上的正投影。并且，缓冲结构280在基板120上的正投影与微型元件140在基板120上的正投影可以相隔最小距离L1，而前述的最小距离L1小于等于10微米。通过缓冲结构280不直接接触微型元件140，以避免固持力太大而影响后续拾取的力量。
图3A示出为本发明第三实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。图3B示出为图3A的微型元件结构的俯视示意图。本实施例的微型元件结构300与第一实施例的微型元件结构100相似，两者的差异在于：本实施例的固定结构360包括多个覆盖部362以及多个连接部161，其中覆盖部362彼此分离且覆盖部分顶表面141，而连接部161从顶表面141的相对二边缘(即，顶表面141与周围表面143的二交界处CP)连接覆盖部362且覆盖缓冲结构180。
更进一步来说，如图3B所示本实施例的固定结构360的覆盖部362至微型元件140的顶表面141的对应的边缘具有最大距离L2，而最大距离L2与边缘的长度L3的比值小于等于0.2。其中最大距离L2例如是小于等于10微米，大于10微米会增加抓取的难度。更佳地，最大距离L2例如是小于等于5微米，使后续的抓取更为简易，且固定结构360也能有效地固定微型元件140。此外，连接部161在微型元件140的顶表面141的边缘的宽度W1与对应的边缘的长度L3的比值介于0.01至0.6之间，前述的比值小于0.01时，固定结构360无法有效地固定微型元件140，即固定结构360所提供的固定力不够大；反之，当前述的比值大于0.6时，固定结构360所提供的固定力太大，导致无法顺利地从基板120上拾取微型元件140。其中宽度W1例如是小于等于20微米。特别说明是，多个覆盖部362以及多个连接部161对称配置于顶表面141的相对二边缘上，且微型元件140的中心141P在基板120上的正投影至每一个覆盖部362的最短距离L4实质上相同，可提供更佳的后续转移良率。特别说明的是，固定结构360与缓冲结构180可以只配置于微型元件140的一边缘，如图3C的微型元件结构300’所示。换句话说，固定结构360只包括一覆盖部362以及一连接部161，覆盖部362覆盖部分顶表面141且连接部161从顶表面141的一边缘连接覆盖部362且覆盖缓冲结构180，在此并不为限。
图4示出为本发明第五实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。本实施例的微型元件结构400与第一实施例的微型元件结构100相似，两者的差异在于：本实施例的固定结构460完全暴露出微型元件140的顶表面141且覆盖缓冲结构180，其中缓冲结构180完全覆盖微型元件140的周围表面143并延伸覆盖部分底表面142。但在其他实施例中，缓冲结构180可只覆盖部分微型元件140的周围表面143，在此并不为限。
图5示出为本发明第六实施例的一种微型元件结构的剖面示意图。本实施例的微型元件结构500与第一实施例的微型元件结构100相似，两者的差异在于：本实施例的微型元件540包括第一型电极544与第二型电极545位于同一表面上。详细来说，微型元件540包括第一型半导体层547、发光层546、第二型半导体层548、绝缘层549、通孔T、第一型电极544以及第二型电极545。通孔T依序贯穿第二半导体层548、发光层546以及第一型半导体层547的一部分。绝缘层549覆盖周围表面543、部分底表面542以及通孔T的内壁。固定结构160直接接触顶表面541与位于周围表面543上的绝缘层549。第一型电极544以及第二型电极545配置于底表面542上，且第一型电极544填入通孔T内并与第一型半导体层547电性连接，而第二型电极545穿过底表面542上的绝缘层549并与第二型半导体层548电性连接。
在本实施例中，固定结构160的材质可不同于绝缘层549的材质，其中固定结构160的材质为无机材料，例如是二氧化硅、氮化硅、氧化硅玻璃或其他适宜的材料。此处，绝缘层549的材质为无机材料，例如是二氧化硅、氮化硅、氧化硅玻璃或其他适宜的材料，以保护微型元件540免受外在环境的影响，增加微型元件540的使用寿命。较佳地，固定结构160的硬度低于等于绝缘层549的硬度。较佳地，固定结构160的厚度小于等于绝缘层549的厚度。藉此设计，可避免微型元件540在转移时，固定结构160与绝缘层549同时被拔除。此外，固定结构160的重心低于微型元件140的重心，可有较为稳定的固持效果。
综上所述，在本发明的微型元件结构的设计中，从剖面观之，固定结构在基板的法线方向上的厚度从微型元件的顶表面与周围表面的交界处往基板逐渐增加。也就是说，固定结构在微型元件的顶表面与周围表面的交界处的厚度最小。藉此设计，可使得微型元件在不同的基板之间的运输与转移时，可以控制固定结构的断裂点可以接近微型元件的顶表面与周围表面的交界处，以降低固定结构断不干净或残留的问题，进而可以提升微型元件结构的运输与转移的良率。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (18)

1.一种微型元件结构，其特征在于，包括：
基板；
至少一微型元件，配置于所述基板上且具有相对远离所述基板的顶表面、相对于所述顶表面的底表面以及连接所述顶表面与所述底表面的周围表面；
至少一固定结构，配置于所述基板上，其中从剖面观之，所述固定结构在所述基板的法线方向上的厚度从所述微型元件的所述顶表面与所述周围表面的交界处往所述基板逐渐增加；以及
至少一缓冲结构，配置于所述固定结构与所述基板之间，其中所述固定结构通过所述缓冲结构而连接至所述基板上。
2.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述固定结构完全暴露出所述微型元件的所述顶表面，且覆盖所述缓冲结构。
3.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述固定结构包括多个覆盖部以及多个连接部，所述多个覆盖部彼此分离且覆盖部分所述顶表面，而每一所述多个连接部从所述顶表面的边缘连接所述覆盖部且覆盖所述缓冲结构。
4.根据权利要求3所述的微型元件结构，其特征在于，每一所述多个覆盖部至所述顶表面的对应的所述边缘具有最大距离，而所述最大距离与所述边缘的长度的比值小于等于0.2。
5.根据权利要求3所述的微型元件结构，其特征在于，每一所述多个连接部在所述顶表面的所述边缘的宽度与相应的所述边缘的长度的比值介于0.01至0.6之间。
6.根据权利要求3所述的微型元件结构，其特征在于，所述微型元件的中心在所述基板上的正投影至每一所述多个覆盖部在所述基板上的正投影的最短距离相同。
7.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述固定结构包括覆盖部以及至少一连接部，所述覆盖部覆盖部分所述顶表面，而所述连接部从所述顶表面的边缘连接所述覆盖部且覆盖所述缓冲结构。
8.根据权利要求7所述的微型元件结构，其特征在于，所述连接部在所述顶表面的所述边缘的宽度与相应的所述边缘的长度的比值介于0.01至0.6之间。
9.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，在单位面积内，所述缓冲结构在所述基板上的正投影面积与所述固定结构在所述基板上的正投影面积的比值介于0.2至0.9之间。
10.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述缓冲结构远离所述微型元件。
11.根据权利要求10所述的微型元件结构，其特征在于，所述缓冲结构在所述基板上的正投影与所述微型元件在所述基板上的正投影相隔最小距离，而所述最小距离小于等于10微米。
12.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述固定结构在所述微型元件的所述顶表面上的正投影面积与所述顶表面的面积的比值小于等于0.2。
13.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述固定结构的材质不同于所述缓冲结构的材质，且所述固定结构的杨式模量大于所述缓冲结构的杨式模量。
14.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述微型元件还包括绝缘层，而所述绝缘层至少覆盖所述周围表面以及部分所述底表面，而所述固定结构直接接触所述绝缘层。
15.根据权利要求14所述的微型元件结构，其特征在于，所述固定结构的材质不同于所述绝缘层的材质。
16.根据权利要求14所述的微型元件结构，其特征在于，所述固定结构的厚度小于等于所述绝缘层的厚度。
17.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述固定结构的重心低于所述微型元件的重心。
18.根据权利要求1所述的微型元件结构，其特征在于，所述顶表面的宽度大于所述底表面的宽度。
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