CN110112091A - 一种批量转移晶片裸片的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种批量转移晶片裸片的装置，包括：转移模板，为柔性材质且具有弹性，其表面具有触头阵列，所述触头阵列用于批量提取并固定待转移至目标阵列基板的所述晶片裸片；以及，机械夹具，包括支撑基底以及安装于所述支撑基底上的夹持部件；所述支撑基底用于支撑转移模板，以在转移所述晶片裸片的过程中保持所述触头阵列始终规则地排布；所述夹持部件用于在转移所述晶片裸片的过程中夹持并施力于所述转移模板，以使转移模板产生预设形变而改变所述触头阵列的间距，从而使所述触头阵列上所固定的晶片裸片之间具有预设的间距。本发明不仅可以单次转移多个晶片裸片，还能通过改变转移模板的尺寸来改变所承载的晶片裸片阵列的间隔。
Description
技术领域
本发明涉及显示面板制造技术领域，尤其是涉及在制造过程中用于批量转移晶片裸片的装置。
背景技术
微型发光二极管(Micro Light-Emitting Diode，Micro LED)是一种尺寸为微米级的发光二极管，由于Micro LED单元的尺寸较小，因此其可以作为显示面板上的像素，采用Micro LED单元制备得到的显示面板可称为Micro LED显示面板。与有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示面板相比，Micro LED显示面板的使用寿命和可视角度均优于OLED显示面板，因此Micro LED显示技术成为目前显示技术领域的研究重点。
Micro LED显示面板包括阵列基板以及阵列排布在阵列基板上的多颗Micro LED单元。目前，通常采用转移设备将Micro LED单元一颗一颗地转移并放置在阵列基板上，并通过芯片级焊接(Chip bonding)工艺将Micro LED单元焊接在阵列基板上，以制备MicroLED显示面板。
但是，由于显示面板中像素的数量很多，采用相关技术提供的制备工艺制备MicroLED显示面板的过程中，转移Micro LED单元的过程较繁琐，导致Micro LED显示面板的制备过程复杂且制备效率较低。故而需要一种能同时转移多个Micro LED单元的转移工艺及其配套设备。
同时，值得注意的是，Micro LED单元由于其制备特性，同一次转移工艺中操作的Micro LED单元为单一颜色的，且Micro LED单元在其生长基板上为密接排列。而显示面板上，单个像素区域需要由RGB三种颜色的Micro LED单元组成一个单像素。故而在转移结束后，同色Micro LED单元之间需要拉开至少两个尺寸单位的间距。传统的转移方式只能单次转移单个Micro LED，转移效率与速度均受到限制，且多次定位过程，其误差积累随着定位次数的增加，为指数增长，这对良率以及定位精度存在较大的负面影响。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提出一种批量转移晶片裸片的装置，通过单次转移多个单色晶片裸片并在转移过程中改变晶片裸片之间的间距，提高转移效率。
本发明为达上述目的提出以下技术方案：
一种批量转移晶片裸片的装置，包括：
转移模板，为柔性材质且具有弹性，其表面具有触头阵列，所述触头阵列用于批量提取并固定待转移至目标阵列基板的所述晶片裸片；以及，
机械夹具，包括支撑基底以及安装于所述支撑基底上的夹持部件；所述支撑基底用于支撑转移模板，以在转移所述晶片裸片的过程中保持所述触头阵列始终规则地排布；所述夹持部件用于在转移所述晶片裸片的过程中夹持并施力于所述转移模板，以使转移模板产生预设形变而改变所述触头阵列的间距，从而使所述触头阵列上所固定的晶片裸片之间具有预设的间距。
本发明上述技术方案提供的批量转移晶片裸片的装置，通过采用柔性且具有弹性的转移模板，在提取时可以较小的间距一次提取多颗晶片裸片，在提取过程中通过改变(主要是拉伸)转移模板的尺寸从而使提取的晶片裸片阵列拉开间距(但排布不变)至所需的间距，从而在单次转移多个晶片裸片的同时，还能减少大量与目标阵列基板进行相对定位的工作以及定位误差，大大提高了显示面板的制备效率和良率。
附图说明
图1是本发明一具体实施例中批量转移单色晶片裸片的连续工作示意图；
图2是图1所实例的方案中多次转移RGB三色晶片裸片的示意图；
图3a～3c分别为本发明另一实施例中批量转移晶片裸片的装置的立体示意图、侧视图和俯视图；
图4是一种示例性的转移模板示意图；
图5是转移模板的触头阵列示意图；
图6是四种具有不同触点结构的触头示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步说明。
本发明的具体实施方式提供了一种批量转移晶片裸片的装置(后述简称“转移装置”)，用于将诸如Micro LED、Mini LED等晶片裸片转移到目标阵列基板上，制作LED显示面板。本发明的转移装置所作用的晶片裸片，是完成了微加工过程但未完成封装过程、在其生长的晶圆上已完成切割且与原晶圆已经完成了剥离但未进行转移的晶片裸片。
一种批量转移晶片裸片的装置，包括转移模板和机械夹具，应当理解的是，本发明的该转移装置还可包括其它部件，比如一些驱动部件等。所述转移模板为柔性材质且具有弹性，其是承载晶片裸片的主体部件，其表面具有触头阵列，在转移时，通过触头阵列去批量提取待转移的晶片裸片阵列。所述机械夹具包括支撑基底以及安装于所述支撑基底上的夹持部件；所述支撑基底用于支撑所述转移模板，以在转移所述晶片裸片的过程中保持所述触头阵列始终规则地排布；所述夹持部件用于在转移所述晶片裸片的过程中夹持并施力于所述转移模板，以使转移模板产生预设形变而改变所述触头阵列的间距，从而使所述触头阵列上所固定的晶片裸片之间具有预设的间距。应当理解的是，转移模板所产生的形变是与目标阵列基板所需的晶片裸片间距相对应的，即，需要将转移模板拉伸至多少尺寸是预先根据目标阵列基板所需的晶片裸片间距设定好的。
在生长时，晶片是密集排列在生长晶圆上的，且是同样颜色的在一起生长，因此，触头阵列的触头之间原始间隔也会比较小(与晶圆上的晶片间隔一致)。而在目标阵列基板上，RGB三个颜色的晶片裸片排列在一起才构成一个像素，并且有时显示面板是放大数倍的，因此在目标阵列基板上同种颜色的晶片裸片之间的间距通常会较大。因此本发明在转移过程中改变转移模板的尺寸多数情况是拉伸，即增加触头之间的间距使晶片裸片的间距符合目标阵列基板的间距要求。
在本发明的一种实施例中，采用连续带状的转移模板1，参考图1和图2，在该种实施例中，所述转移装置还包括一驱动滚筒3，位于待转移晶片裸片一侧。位于目标阵列基板100一侧的机械夹具2的支撑基底也为滚筒状。而带状的转移模板1套在驱动滚筒3和滚筒状的所述支撑基底上，转移过程可如皮带传送机一样连续运行。此种情况的转移模板1的输送面上具有若干组触头阵列，每组之间留有空白带，供夹持部件夹持。提取过程：触头阵列批量第提取位于晶圆200上的晶片裸片，比如触头阵列的触头上设有微型机械手爪来抓取晶片裸片，或者静电吸附、气体吸附、电磁吸附、吸盘吸附的方式提取晶片裸片，还可以是胶粘的方式，比如临时键合胶粘取。应当理解的是，还可以有其它的提取方式，本发明对于触头如何提取并固定晶片裸片不作限制，优选的是采用临时键合胶的方式。提取到晶片裸片之后，随着转移模板1的运行(图中箭头示例了运行方向)，承载有晶片裸片的一组触头阵列到达了对应于目标阵列基板100的位置，此时可以通过转移装置的控制中心来控制夹持部件分别夹持住该组触头阵列两侧的空白带，并往两侧施加预设的拉力，以使该组触头阵列上的晶片裸片之间具有预设的间距；当触头阵列上的晶片裸片已被放置到目标阵列基板上时，所述夹持部件松开，以使所述转移模板1恢复形变。应当理解的是，如果触头是采用机械手爪的方式提取并固定晶片裸片，则释放过程也是通过控制机械手爪松开而将晶片裸片放置到目标阵列基板的对应位置上；若触头是采用临时键合胶提取并固定晶片裸片，则释放过程可以是通过控制目标阵列基板一侧在晶片裸片上施加大于临时键合胶粘力的拉力，来将晶片裸片由触头转移到目标阵列基板。总之，本发明在转移过程中批量提取晶片裸片并改变晶片裸片间距至预设间距之后，对于如何将位于触头上的晶片裸片释放到目标阵列基板上，不作限制。
在图1所示的连续转移示例中，目标阵列基板100也可以是连续带状。转移模板的一组触头阵列单次转移RGB中的某一种颜色的晶片裸片(比如图1中的晶片裸片r)，多次转移后三种颜色的晶片裸片r、g、b排列在一起(如图2所示)形成一个完整的像素。应当理解的是，除RGB晶片转移示例以外，其它需要将不同的(此处所述的“不同”例如可以是如上述所列举的是颜色的不同，也可以是种类的不同，或者同种类的不同型号等)晶片裸片转移至同一目标阵列基板的情况，转移的流程也如图1和图2所示，单次转移的是相同的晶片裸片，按照排列需求，控制每次转移的相应晶片裸片的位置以及间距，多次转移后不同的晶片裸片排列成所需的阵列，形成完整的像素。
本发明的另一些实施例中，可以采用如图4所示的片状转移模板1'，该转移模板1'为轴对称，在该种实施例中，转移模板以对称轴为分界线的两侧边分别被夹持部件所夹住。在该实施例中，机械夹具2'的支撑基底21为圆柱状，且圆柱状支撑基底21支撑于片状转移模板1'的下表面；如图3a至图3c所示，当转移模板1'的触头阵列提取到晶片裸片并开始进行转移的过程中，夹持于转移模板1'两侧边的夹持部件23发生位移以对所述两侧边施以拉力，从而拉伸所述转移模板1'，使该转移模板上的晶片裸片之间具有预设的间距；当所述转移模板1'上的晶片裸片已被放置到目标阵列基板上时，所述夹持部件复位，以使所述转移模板1'恢复形变。
继续参考图3a至3c，一种更为优选的方式是，圆柱状支撑基底21带有两头伸出的中轴柱22；夹持部件23包括位于圆柱状支撑基底21两侧的两个夹持机构，每个夹持机构的两端分别与所述中轴柱22刚性连接、而中间部分夹持住所述转移模板1'两侧边，并由所述中轴柱22施力以驱动两个夹持机构以相反的方向转动从而对所述转移模板1'的两侧边施以拉力，拉伸所述转移模板；所述相反的方向是指顺时针方向和逆时针方向。比如，在图3b中，右侧的夹持机构顺时针转动(或保持不动)，而左侧的夹持机构不动(或逆时针转动)时，转移模板1'被拉伸，从而其表面的触点阵列的间隔被拉开，使得晶片裸片的间距变大至预设间距。而当晶片裸片已放置到目标阵列基板上，则发生过运动的夹持机构复位，使触点阵列的间隔变回初始，准备开始下一次的转移。需要说明的是，支撑基底21的形状不限于上述的圆柱状，可以是一个完全的平板状，两端夹具夹持住转移模板后沿着一边拉伸，另一边不动，或者两边反向拉伸。
在优选的实施例中，触头的形状为锥状的，如图5和图6所示，例如可以是圆锥状、棱锥状，但头部不是严格的尖端，头部设计有可以提取并固定住晶片裸片的结构，如前述提到的微型机械手爪，用于静电吸附、气体吸附等的微型结构。在一种具体的例子中，触头间距不超过5000微米，触头高度不低于200微米。
在本发明的优选方案中，触头阵列所处的区域，每平方厘米的转移模板表面分布有16～1600颗触头，单次转移过程中，一组触头阵列转移的Micro LED晶片裸片数量≥255个。
本发明的转移装置所采用的转移模板，其厚度(不含触头)最好不小于100微米。由于要求其具有柔性和弹性，因此可以采用高分子材料来制作，比如采用基于有机硅的弹性体共聚物制作；例如基于脲的有机硅共聚物、基于草酰胺的有机硅共聚物、基于酰胺的有机硅共聚物、基于氨基甲酸酯的有机硅共聚物以及它们的混合物等。或者还可以采用其它的有机高分子材料，包括但不限于聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，Smooth-on系列材料、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺环氧树脂、聚苯乙烯、PET、聚乳酸、聚乙醇酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物和聚乳酸-己内酯中的任意1种或至少2种聚合物的组合，以及聚氨酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸纤维素、硝化纤维素、聚(甲基丙烯酸酯-异丁烯-单异丙基马来酸酯)、硝酸纤维素、丙烯酸酯聚合物，氰基丙烯酸酯、辛基氰基丙烯酸酯、丙烯酸酯共聚物、2-辛基氰基丙烯酸酯、乙基氰基丙烯酸乙酯、n-正丁基氰基丙烯酸酯、丙烯酸酯三元共聚物以及其任何组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，包括：
转移模板(1、1')，为柔性材质且具有弹性，其表面具有触头阵列，所述触头阵列用于批量提取并固定待转移至目标阵列基板的所述晶片裸片；以及，
机械夹具(2、2')，包括支撑基底以及安装于所述支撑基底上的夹持部件；所述支撑基底用于支撑所述转移模板，以在转移所述晶片裸片的过程中保持所述触头阵列始终规则地排布；所述夹持部件用于在转移所述晶片裸片的过程中夹持并施力于所述转移模板，以使转移模板产生预设形变而改变所述触头阵列的间距，从而使所述触头阵列上所固定的晶片裸片之间具有预设的间距。
2.如权利要求1所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，所述转移模板采用有机高分子材料制作而成。
3.如权利要求2所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，所述转移模板采用基于有机硅的弹性体共聚物制作而成。
4.如权利要求1所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，还包括位于待转移晶片裸片一侧的驱动滚筒(3)；所述机械夹具(2)的支撑基底为滚筒状；所述转移模板(1)为连续带状，套设在所述驱动滚筒(3)以及位于目标阵列基板(100)一侧的滚筒状支撑基底上，转移过程以皮带输送机的方式进行；所述转移模板(1)的输送面上具有若干组所述触头阵列，每组之间具有空白带；
当承载有晶片裸片的一组触头阵列运动到对应于所述目标阵列基板(100)的目标位置时，所述机械夹具(2)的夹持部件分别夹持在该组触头阵列两侧的空白带上并往两侧施加预设拉力，以使该组触头阵列上的晶片裸片之间具有预设的间距；当触头阵列上的晶片裸片已被放置到目标阵列基板上时，所述夹持部件松开，以使所述转移模板恢复形变。
5.如权利要求1所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，所述转移模板(1')为轴对称的片状，以对称轴为分界线的两侧边分别被所述夹持部件(23)夹住；所述机械夹具(2')的支撑基底(21)支撑于片状转移模板的下表面；
当所述转移模板(1')的触头阵列提取到所述晶片裸片并开始进行转移的过程中，夹持于所述转移模板(1')两侧边的夹持部件(23)发生位移以对所述两侧边施以拉力，从而拉伸所述转移模板(1')，使该转移模板上的晶片裸片之间具有预设的间距；
当所述转移模板(1')上的晶片裸片已被放置到目标阵列基板上时，所述夹持部件复位，以使所述转移模板(1')恢复形变。
6.如权利要求5所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，所述支撑基底(21)带有两头伸出的中轴柱(22)；所述夹持部件(23)包括位于支撑基底(21)两侧的两个夹持机构，每个夹持机构的两端分别与所述中轴柱(22)刚性连接、而中间部分夹持住所述转移模板(1')两侧边，并由所述中轴柱(22)施力以驱动两个夹持机构以相反的方向运动从而对所述转移模板(1')的两侧边施以拉力，拉伸所述转移模板。
7.如权利要求1至6任一项所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，所述触头阵列的触头提取待转移的晶片裸片的方式包括机械抓取、胶粘、静电吸附、气体吸附、电磁吸附和吸盘吸附。
8.如权利要求1至6任一项所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，所述触头阵列的触头为锥状。
9.如权利要求1至6任一项所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，在所述触头阵列所处的区域，每平方厘米的转移模板表面分布有16～1600颗触头。
10.如权利要求1所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，所述转移模板的模板基片厚度≥100微米。
11.如权利要求1所述的批量转移晶片裸片的装置，其特征在于，通过控制所述转移模板的材料和厚度的分布，控制泊松比对其整体在受力情况下的影响，使得在所述夹持部件施力后，转移模板的各触头垂直于施力方向，且触头间距的缩小量不超过5％。
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