CN110581098A - 微元件对位组装方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明关于微元件对位组装方法及其装置。本发明的组装方法涉及先提供一载体，其具有相对的第一、第二表面，并具有复数贯穿第一、第二表面的穿槽。随后，于第一表面提供一流体，其具有分散于其中的复数微元件。再提供一作用力使流体由第一表面朝第二表面流动，而让微元件随流体的流动而掉入穿槽内，藉由本发明的组装方法可快速让大量微元件以自动化完成对位组装。

Description

微元件对位组装方法及其装置

技术领域

本发明有关一种利用液体来进行微元件封装对位以及藉由自动化输送以及制程装置的设置，以完成大量且快速封装的对位组装方法及其装置。

背景技术

微元件所组装而成的设备为完全新一代的消费、专业、医学、军事及其它产品提供了希望，该等产品具有使用习知宏观组装及宏观制造方法形成的产品所不能提供的特点、能力及成本结构。例如，特别在平板显示器、智能卡及其它领域中，存在对于可以相对廉价的方式经积体或组装为系统或阵列的微电子设备或晶片的需求。

而一般微元件组装大多是藉由机械性拿取(pick-place)的方式来制作。其工作原理以一机械手臂作为微元件的撷取、传送与定位的手段，将微元件撷取之后，而传送置基板上的特定位置。该方法具有下列的缺点：(1)、需要有完整的位置感测装置，讯号处理装置与位置调整装置，因此装置的设计复杂。(2)、需要较长的时间来定位。(3)、对于精度的定位要求很高，当微元件越小时，其单位成本越高。(4)、一次仅能放置一颗，难以提高单位时间的产出。(5)、难以用于小于厘米等级以下的微元件。

此外，当微元件进入微米级或奈米级尺寸时，机械性拿取方式已不敷使用。虽然有人提出使用诸如吸嘴等新颖方式来取代机械性拿取方式，然而其具有成本昂贵与治具制作不易的缺点。

由上述习知技术，可以了解习用技术在大量生产，制造成本以及定位精度控制上还是无法因应市场的需要。因此，亟需一种微元件对位组装方法与装置，来解决习用技术所产生的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种微元件对位组装方法及其装置，将复数微元件悬浮于流体并利用作用力驱使流体朝预定方向流动，以带动复数微元件，达到使微元件精确对位于适当位置的目的。

本发明的次要目的是提供一种微元件对位组装方法及其装置，导入一自动化作业流程，藉由整合自动化传输，达到使微元件得以大量且快速定位进而降低生产成本的目的。

本发明的微元件制程至少包含下列步骤：提供一载体，其具有相对的第一、第二表面，并具有复数贯穿第一、第二表面的穿槽；于第一表面提供一流体，其具有分散于其中的复数微元件；以及提供一作用力使流体由第一表面常态朝第二表面流动，而让微元件随流体的流动而掉入穿槽内。

依据上述技术特征，所述穿槽于第一表面形成有第一槽口，以及于第二表面形成有第二槽口，第一槽口的大小大于第二槽口的大小。

依据上述技术特征，所述穿槽的内壁面朝内形成有一平台部，平台部位于第一、第二槽口之间。

依据上述技术特征，所述微元件为一圆柱体，其具有相对的第一、第二圆面，以及连接于第一、第二圆面间的环形部；而第一槽口的大小大于微元件中第一、第二圆面的大小，而穿槽的内壁面于该平台部处的间隙小于该微元件中第一、第二圆面的大小。

依据上述技术特征，所述穿槽的内壁面于第一槽口与平台部间形成一倾斜面。

依据上述技术特征，所述微元件为一微晶片，第一、第二圆面形成抛光表面。

依据上述技术特征，所述对位组装方法进一步提供一光学检测步骤，以检测复数穿槽中是否有容置微元件。

依据上述技术特征，利用一真空构件提供一负压力作为作用力由第二表面施加于流体。

依据上述技术特征，所述流体的密度与复数微元件的密度相似；或者，流体的密度大于复数微元件的密度。

依据上述技术特征，所述流体具有不同密度的第一、第二液体，而复数微元件的密度介于第一、第二液体的密度间。

本发明另提供一种微元件对位组装方法至少包含下列步骤：提供一载体，其具有相对的第一、第二表面，并具有复数贯穿第一、第二表面的穿槽；于第一表面提供一流体，其具有分散于其中的复数微元件，流体为液态金属，且流体的密度大于复数微元件的密度，使复数微元件漂浮于流体表面；以及提供一磁场施加于流体，让流体因磁场效应而排列成复数凹槽，且复数凹槽对应穿槽，形成复数凹槽时，漂浮于流体表面的复数微元件则因重力牵引而穿过凹槽掉入穿槽内。

本发明另提供一种微元件对位组装装置至少包含：一输送模组，其可提供输送具有复数穿槽的一载体，穿槽贯穿载体相对的第一、第二表面；一流体源，其适于施加其中具有复数微元件的流体至载体上；以及一能量源，其适于施加能量于流体，使流体由第一表面常态朝第二表面流动，而让微元件随流体的流动而掉入穿槽内。

依据上述技术特征，所述对位组装装置进一步包含有光学检测模组，以检测复数穿槽中是否有容置微元件。

依据上述技术特征，所述能量源具有一真空构件可提供一负压力由第二表面施加于流体。

附图说明

图1A至图1E为本发明中对位组装第一实施例的结构示意图。

图2A至图2C为本发明中对位组装第二实施例的结构示意图。

图3A至图3B为本发明中对位组装第二实施例的结构示意图。

图4为本发明中微元件组装于载体的结构示意图。

图5为本发明中对位组装装置的结构示意图。

图号说明：

载体 1

第一表面 11

第二表面 12

穿槽 13

第一槽口 131

第二槽口 132

平台部 133

倾斜面 134

平直面 135

磁性结构 14

流体 2

微元件 3

第一圆面 31

第二圆面 32

环形部 33

磁性区域 34

光学检测模组 41

输送模组 42

流体源 43

能量源 44。

具体实施方式

首先，本发明方法涉及一种微元件对位组装方法。本发明所称“微元件”其边长尺寸介于10µm至100µm之间。抑或者，其边长尺寸介于100µm至800µm之间。本发明所称“微元件”可以为发光元件(如发光二极管、雷射二极管)、感测元件(如光感测器、热感测器)、功率元件、光伏元件、集成电路元件、被动元件、主动元件等元件或其组合；或者本发明所称“微元件”可以为上述发光元件、感测元件、功率元件、光伏元件、集成电路元件、被动元件、主动元件等元件的承载基板。请参阅图1A至图1E所示为本发明中对位组装第一实施例的结构示意图。

如图1A所示，提供一载体1，载体1的材料可为蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝(AlN)、氧化镓(Ga2O3)或硅基板等。载体1具有相对的第一、第二表面11、12，并具有复数贯穿第一、第二表面11、12的穿槽13，请同时参阅图1B所示，复数穿槽13以阵列方式排列于载体1，穿槽13于该第一表面11形成有第一槽口131，以及于第二表面12形成有第二槽口132，第一槽口131的大小L1大于第二槽口132的大小L2 ，亦即L1>L2，穿槽13的内壁面朝内形成有一平台部133，平台部133位于第一、第二槽口131、132之间，且穿槽13的内壁面于第一槽口131与平台部133间形成一倾斜面134，穿槽13的内壁面于平台部133与第二槽口132间形成一平直面135。

虽然本说明书说明且图式绘示穿槽13的内壁面构形为倾斜面及平直面的组合，但该穿槽13的内壁面亦可具有所属技术领域中具有通常知识者已知的各种其他构形的组合。

如图1C所示，于第一表面11提供一流体2，流体2具有悬浮于其中的复数微元件3，微元件3为一微晶片；其中，流体的密度与复数微元件的密度相似；或者，流体的密度大于复数微元件的密度，使得复数微元件漂浮于流体表面；亦或者，流体具有不同密度的第一、第二液体，而复数微元件的密度介于第一、第二液体的密度间。如图所示的实施例中，微元件3可以为一圆柱体，其具有相对的第一、第二圆面31、32，以及连接于该第一、第二圆面31、32间的环形部33。

如图1D所示，提供一作用力，使流体2由第一表面11常态朝第二表面12流动，而让微元件3随流体2的流动而掉入穿槽13内。其中，可利用一真空构件提供一负压力作为作用力由第二表面施加于流体，让流体由第一表面常态朝第二表面流动而形成牵引微元件的作用力。虽然本说明书说明且图式绘示利用真空构件提供一负压力作为作用力，但提供上述作用力可具有所属技术领域中具有通常知识者已知的各种其他方式，例如利用重力作用提供上述作用力用以牵引流体由第一表面朝第二表面流动。

为了便于让微元件3可顺利掉落至穿槽13达定位目的，穿槽13的尺寸可进一步加以界定，如图1E所示，第一槽口131的大小L1大于该微元件中第一、第二圆面31、32的大小L3且小于2倍的第一、第二圆面31、32的大小，而穿槽13的内壁面于平台部133处的间隙大小L5小于微元件中第一、第二圆面31、32的大小且大于微元件中环形部33的厚度L4，亦即2L3>L1>L3>L5>L4，并进一步藉由第一槽口131与平台部133间的倾斜面134，让微元件3可顺利掉落至穿槽13。

另外，本发明另提供一种微元件对位组装方法，其步骤大致与上述第一实施例相同，差异在于所提供的流体为液态金属，且流体2的密度大于复数微元件3的密度，使复数微元件3漂浮于流体2表面，如图2A所示，以及另一差异在于所提供的作用力为提供一磁场作用力，藉由磁场施加于流体2，让流体2因磁场效应而排列成复数凹槽21，如图2B所示，且复数凹槽21对应穿槽13亦形成阵列方式排列，形成复数凹槽21时，原来漂浮于流体2表面的复数微元件3因凹槽21处并无流体2存在，让微元件3因重力牵引而穿过凹槽21掉入穿槽13内，如图2C所示。

在另一优选实施方案中，本发明另提供一种微元件对位组装方法，其步骤大致与上述第一实施例相同，所提供的流体2其密度大于复数微元件3的密度，使复数微元件3漂浮于流体2表面，差异在于复数微元件3具有至少一磁性区域34，如图3A所示；以及另一差异在于载体1的第二表面12处增设复数磁性结构14，复数磁性结构14对应复数穿槽13的位置；当提供一作用力，使流体2由第一表面11朝第二表面12流动时，利用液体2流动的牵引作用以及磁吸作用，如图3B所示，让微元件3可顺利掉落至穿槽13达定位目的。利用磁吸作用，使磁性结构14可控制微元件3移动，让微元件3对准穿槽且可精准掉落至穿槽，不仅便于控制微元件3的位置，更可提升移转良率。

在本优选实施方案中，复数微元件3可以为发光元件、感测元件、功率元件、光伏元件、集成电路元件、被动元件、主动元件等元件的承载基板，而承载基板可选自具有支撑性及磁性的基材，例如铁等具有磁性的基材，亦或者于非具有磁性的基材，例如玻璃、PC、压克力、蓝宝石基板等中加入具有磁性的材料，使其具有磁性；或者，复数微元件3可以为发光元件、感测元件、功率元件、光伏元件、集成电路元件、被动元件、主动元件等元件，以发光元件为例，其可透过例如是具有磁性的一电极，亦或者于该半导体磊晶结构层中加入具有磁性的材料，使其具有磁性。

再者，本发明可进一步提供一光学检测步骤，如图1E所示，可于第二表面12下方设置光学检测模组41，以检测复数穿槽13中是否有容置微元件3，以确保载体1的穿槽13均容置有一微元件3，如图4所示。另外，为确保微元件后续的加工便利性，可预先于微元件的第一、第二圆面形成抛光表面后，再进行对位组装。

本发明另提供一种对位组装方装置，如图5所示，至少包含：一输送模组42、一流体源43以及一能量源44；其中：输送模组42可提供输送具有复数穿槽13的一载体1，请同时参阅图1A所示，穿槽13贯穿载体1相对的第一、第二表面11、12。虽然本说明书说明且图式绘示输送模组42构形为输送带及带动件的组合，但输送模组42亦可具有所属技术领域中具有通常知识者已知的各种其他构形的组合。

流体源43适于施加其中具有复数微元件3的流体2至载体的第一表面11上，请同时参阅图1C所示。

能量源44适于施加能量于流体2，请同时参阅图1D所示，使流体2由第一表面11常态朝第二表面12流动，而让微元件3随流体的流动而掉入穿槽13内，最后承载复数微元件3的载体1则同样由输送模组42输送，并可由输送模组42输送至下一加工区。其中，能量源具有一真空构件可提供一负压力由第二表面施加于流体，让流体由第一表面常态朝第二表面流动而形成牵引微元件的作用力。

本发明将复数微元件悬浮于流体并利用作用力驱使流体朝预定方向流动，以带动复数微元件，达到使微元件精确对位于适当位置的目的；再者，导入一自动化作业流程，藉由整合自动化传输，达到使微元件得以大量且快速定位进而降低生产成本的目的。

Claims (15)

1.一种微元件对位组装方法，其特征在于，至少包含下列步骤：

提供一载体，其具有相对的第一、第二表面，并具有复数贯穿该第一、第二表面的穿槽；

于该第一表面提供一流体，其具有分散于其中的复数微元件；以及提供一作用力，使该流体由该第一表面常态朝该第二表面流动，而让该微元件随该流体的流动而掉入该穿槽内。

2.如权利要求1所述的微元件对位组装方法，其特征在于，该穿槽于该第一表面形成有第一槽口，以及于该第二表面形成有第二槽口，该第一槽口的大小大于该第二槽口的大小。

3.如权利要求2所述的微元件对位组装方法，特征在于，该穿槽的内壁面朝内形成有一平台部，该平台部位于该第一、第二槽口之间。

4.如权利要求3所述的微元件对位组装方法，其特征在于，该微元件为一圆柱体，其具有相对的第一、第二圆面，以及连接于该第一、第二圆面间的环形部；而第一槽口的大小大于该微元件中第一、第二圆面的大小，而该穿槽的内壁面于该平台部处的间隙小于该微元件中第一、第二圆面的大小。

5.如权利要求4所述的微元件对位组装方法，其特征在于，该穿槽的内壁面于该第一槽口与该平台部间形成一倾斜面。

6.如权利要求4所述的微元件对位组装方法，其特征在于，该微元件为一微晶片，该第一、第二圆面形成抛光表面。

7.如权利要求1至6任一所述的微元件对位组装方法，其特征在于，提供一光学检测步骤，以检测复数穿槽中是否有容置该微元件。

8.如权利要求7所述的微元件对位组装方法，其特征在于，利用一真空构件提供一负压力作为作用力由该第二表面施加于该流体。

9.如权利要求1至6任一所述的微元件对位组装方法，其特征在于，该流体的密度与该复数微元件的密度相似；或者，该流体的密度大于该复数微元件的密度。

10.如权利要求1至6任一所述的微元件对位组装方法，其特征在于，该流体具有不同密度的第一、第二液体，而该复数微元件的密度介于该第一、第二液体的密度间。

11.如权利要求1至6任一所述的微元件对位组装方法，其特征在于，该载体的该第二表面处增设复数与该穿槽相对应的磁性结构，所提供的该流体其密度大于该复数微元件的密度，该复数微元件具有至少一磁性区域。

12.一种微元件对位组装方法，其特征在于，至少包含下列步骤：

提供一载体，其具有相对的第一、第二表面，并具有复数贯穿该第一、第二表面的穿槽；

于该第一表面提供一流体，其具有分散于其中的复数微元件，该流体为液态金属，且该流体的密度大于该复数微元件的密度，使该复数微元件漂浮于该流体表面；以及提供一磁场施加于该流体，让该流体因磁场效应而排列成复数凹槽，且复数凹槽对应该穿槽，形成复数凹槽时，漂浮于流体表面的该复数微元件则因重力牵引而穿过该凹槽掉入该穿槽内。

13.一种微元件对位组装装置，其特征在于，至少包含：

一输送模组，其提供输送具有复数穿槽的一载体，该穿槽贯穿该载体相对的第一、第二表面；

一流体源，其适于施加其中具有复数微元件的流体至该载体上；以及

一能量源，其适于施加能量于该流体，使该流体由该第一表面常态朝该第二表面流动，而让该微元件随该流体的流动而掉入该穿槽内。

14.如权利要求13所述的微元件对位组装装置，其特征在于，包含有光学检测模组，以检测复数穿槽中是否有容置该微元件。

15.如权利要求13或14所述的微元件对位组装装置，其特征在于，该能量源具有一真空构件提供一负压力由该第二表面施加于该流体。