CN111244008A - 微元件的转移装置及其转移方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种微元件的转移装置及其转移方法，该转移装置包括：导引板，导引板上设置有阵列排布的通孔；第一电极板，位于放置有微元件的衬底基板上远离微元件的一侧；第二电极板，位于吸收微元件的吸收基板上远离微元件的一侧；在进行微元件转移时，第一电极板释放微元件，第二电极板吸附微元件，使微元件通过导引板的通孔从衬底基板转移到吸收基板上。通过使用本申请的转移装置，可实现微元件的巨量转移，且定位精确。
Description
技术领域
本申请涉及微元件处理技术领域，特别是涉及一种微元件的转移装置及其转移方法。
背景技术
微元件技术是指在衬底上以高密度集成的微小尺寸的元件阵列。目前，微间距发光二极管(Micro LED)技术逐渐成为研究热门，工业界期待有高品质的微元件产品进入市场。
在制造微元件的过程中，首先在施体基板上形成微元件，接着将微元件转移到接收基板上。接收基板例如是驱动基板。在制造微元件过程中的一个困难在于：如何将微元件从施体基板上转移到接收基板上。
传统转移微元件的方法为借由基板接合(Wafer Bonding)将微元件自转移基板转移至接收基板。转移方法的其中一种实施方法为直接转移，也就是直接将微元件阵列自转移基板接合至接收基板，之后再将转移基板移除。另一种实施方法为间接转移。此方法包含两次接合/剥离的步骤，首先，转移基板自施体基板提取微元件阵列，接着转移基板再将微元件阵列接合至接收基板，最后再把转移基板移除。其中，提取微元件阵列一般通过静电拾取的方式来执行，但静电拾取并不可靠。
发明内容
为解决上述技术问题之一，本申请提供了一种微元件的转移装置及其转移方法，能够可靠地实现微元件的批量转移。
为解决上述技术问题，本申请采用的一技术方案是：提供一种微元件的转移装置，该转移装置包括：导引板，导引板上设置有阵列排布的通孔，导引板的第一表面与吸收基板上吸附有微元件的一面相对设置，其中微元件中设置有金属电极；第一电极板，位于放置有微元件的衬底基板上远离所述微元件的一侧，用于产生/消去磁力，以吸附/释放微元件；第二电极板，且位于吸收微元件的吸收基板上远离所述微元件的一侧，用于吸附微元件；其中，在进行微元件转移时，第一电极板释放微元件，第二电极板吸附微元件，使微元件通过导引板的通孔从衬底基板转移到到吸收基板上。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种微元件的转移方法，该转移方法包括：将导引板的第一表面与吸收基板上吸附有微元件的一面相对设置；将第一电极板置于衬底基板上远离微元件的一侧，用于吸附无需转移的微元件，释放需要转移的微元件；将第二电极板置于吸收基板远离微元件的一侧，第二电极板产生吸力吸附微元件，使微元件通过导引板的通孔从衬底基板转移到吸收基板上。
本申请的有益效果是：本申请提供的微元件的转移装置，通过将第一电极板放置在衬底基板上远离微元件的一侧，吸收/释放微元件，第二电极板放置于吸收基板上远离微元件的一侧，吸附微元件，能够可靠地实现微元件的批量转移。且在微元件转移的过程中，利用导引板进行辅助定位，可限定微元件的运动路径，从而实现微元件的精确定位。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请微元件的转移装置第一实施例结构示意图；
图2a是本申请微元件的转移装置中导引板一实施例的俯视示意图；
图2b是本申请微元件的转移装置中导引板一实施例的仰视示意图；
图2c是本申请微元件的转移装置中导引板一实施例的纵剖面结构示意图；
图3是本申请是衬底基板上微元件一实施方式的具体结构示意图；
图4是本申请微元件的转移装置耦接的外部控制电路一实施方式结构示意图；
图5是本申请微元件的转移装置第二实施例结构示意图；
图6是本申请带凹槽的吸收基板一实施方式示意图；
图7是本申请微元件落入吸收基板的凹槽后经过涂覆和蚀刻后的吸收基板的结构示意图；
图8是本申请用于微元件的转移方法一实施例流程示意图。
具体实施方式
本申请提供一种微元件的转移装置及其转移方法，为使本申请的目的、技术方案和技术效果更加明确、清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
微元件在显示领域具有很强的应用前景。但现有巨量转移技术一直是限制其应用的瓶颈，为了能够更加方便的实现微元件的巨量转移，本申请提供一种微元件的转移装置，其中，微元件可以是微型LED器件、二极管、晶体管、集成电路芯片等，但并不一定限于此。下面将结合附图对该微元件的转移装置进行详细介绍。
请参阅图1，图1是本申请微元件的转移装置第一实施例结构示意图，该微元件的转移装置包括有：导引板11，第一电极板12，第二电极板13。
导引板11的第一表面111与吸收基板14上吸附有微元件15的一面相对设置。导引板11上设置有阵列排布的通孔19，该通孔19用于限制微元件15在移动过程中从衬底基板16到吸收基板14的运动路径Y，因此，通孔19的孔径大于微元件15的直径。优选地，导引板11的通孔19两端开口大小不同，且开口较小的一端对应第一表面111设置。通孔19在吸收基板14上的投影面积，从靠近吸收基板14一侧至远离吸收基板14一侧依次增大。通孔19两端开口在吸收基板14上的投影面积的比例至少为二。在具体的实施例中，通孔19两端开口大小的比例可为二、三、四、五等。优选地，比例为三，此时，更有利于引导微元件的移动路径。通孔19开口较小的一端在吸收基板14的投影面积略大于微元件15的横截面积。具体的，通孔19开口较小的一端在吸收基板14上的投影面积与微元件15的横截面积的比例为1.05-1.3，优选比例为1.1，此比例下，更利于微元件在吸收基板14上的定位。
在一个具体的实施例中，导引板11的仰视图如图2a所示，导引板11的俯视图如图2b所示，导引板11的纵剖面图结构示意图如图2c所示，在本实施例中，导引板11两端的开口为圆形，且下端开口的圆形的直径大于上端开口的圆形的直径。在其他可替代的实施例中，导引板11通孔19两端的开口形状可与微元件15的形状相对应，也可为椭圆形、正方形、矩形、三角形、梯形或正多边形等。
如图3所示，图3是衬底基板16上微元件15一实施方式的具体结构示意图，具体的，微元件15中设置有金属电极151。可选的，该金属电极151至少包含铁或钴或镍中的任一种金属。在一个具体的实施例中，该金属电极151的形成方法为，芯片通过外延生长完成以后，沉积或电铸一层铁或者钴或镍等易于磁化的金属或合金，用于作为电极同时用于磁力的受力端；沉积过程完成后，再通过图像化，定义出微元件15的大小，并进行刻蚀，得到所需图形；然后再通过激光切割得到微元件15，带有金属电极151的微元件15可被第一电极板12或者第二电极板13吸附。
第一电极板12连接外部控制电路，且位于放置有微元件15的衬底基板16中远离微元件15的一侧，用于产生/消去磁力，以吸附/释放微元件15。第一电极板12为具有铁磁特性的物质，优选的，第一电极板12至少包含铁或钴或镍中的任一种金属，铁、钴、镍金属价格便宜且具有较强的铁磁特性，利用这类金属可保证装置可靠性的同时减少了装置的成本。
进一步的，第一电极板12中设置有第一电感线圈，第一电感线圈与外部控制电路耦接。优选的，第一电感线圈的轴线与第一电极板垂直，以提升磁场强度。控制电路的作用下，第一电感线圈产生第一磁场以吸附住衬底基板16上的微元件15，第一电感线圈的磁场消失以释放微元件15。
每个第一电感线圈均对应一个微元件15，以单独控制单个微元件15，可以实现微元件的选择性转移。外部控制电路对第一电感线圈施加电流时，第一电感线圈产生第一电磁场，使与该第一电感线圈对应的微元件15受磁力的吸附，当外部控制电路不对第一电感线圈施加电流时，则此时与第一电感线圈对应的微元件15则不再受磁力的吸附，而实现该微元件15的释放。需要说明的是外部控制电路不是本装置的一部分，而是本装置在工作时需要外接的电路部分。在一个实施例中，外部控制电路的结构示意图如图4所示，，外部控制电路121连接第一电极板12，位于衬底基板16的远离微元件15的一侧，图中的1、2、3、4、5、6分别表示6路开关电路，每路开关电路分别控制与其对应的第一电感线圈的电流，在一个具体的实施例中，外部控制电路121可以同时控制用实线画出的第1、3、5路开关电路，以控制第1、3、5排的第一电感线圈的电流，或者同时控制用虚线画出的第2、4、6排的开关电路，以对应控制第2、4、6排的第一电感线圈的电流。
具体的，外部控制电路具体的工作过程为：外部控制电路接收对选定的所述微元件15进行释放的指令，并响应该指令，撤销对应选定的微元件15的第一电感线圈的电流，以撤销第一电磁场来释放选定的微元件15，对未选定的微元件15，外部控制电路则仍然对相应的第一电感线圈施加电流，以将未选定的微元件15吸附在衬底基板16上，防止其和选定的微元件15一起被吸入导引板11的通孔19内而堵塞通孔19。且在进行微元件15转移时，优选的，每次转移时，选定的微元件15间隔设置以防止相邻的微元件15之间相互干扰。
在一个具体的实施例中，第二电极板13连接外部控制电路，且位于吸收微元件15的吸收基板14远离微元件15的一侧，用于吸附微元件15，第二电极板13包括具有铁磁特性的物质，优选地，第二电极板13至少包含铁或钴或镍中的任一种金属。铁、钴、镍金属价格便宜且具有较强的铁磁特性，利用这类金属可保证装置可靠性的同时减少了装置的成本。
具体地，第二电极板13中设置有第二电感线圈，第二电感线圈与外部控制电路耦接。优选的，第二电感线圈的轴线与第二电极板垂直，以提升磁场强度。每个第二电感线圈均对应一个微元件15，以单独控制单个微元件15。外部控制电路用于对第二电感线圈施加电流，以使第二电感线圈产生第二电磁场，以吸附与该第二电感线圈对应的微元件15。对第二电极板13进行控制时，外部控制电路具体的工作过程为：外部控制电路接收对选定的微元件15进行吸附的指令，并响应该指令，输出电流至所述第二电感线圈，使第二电感线圈产生第二电磁场，以吸附选定的微元件15。
在其他可替代的实施例中，第二电极板13包括磁体，磁体用于产生吸附微元件15的磁场。磁体的材料包括永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼的至少一种，优选永铁磁氧体。永磁铁氧体的材料价格便宜，可节省转移装置的成本。当第二电极板13包括磁体时，即第二电极板的磁力不会消失，其不用与外部控制电路进行耦接，就可实现微元件15的吸附。
在进行微元件转移时，外部控制电路控制第一电极板12释放微元件15，第二电极板13吸附微元件15，使微元件15通过导引板11的通孔19从衬底基板16吸附到吸收基板14上。
在一个优选的实施方式中，在进行所述微元件15转移时，导引板11的第一表面111与吸收基板14上吸附有所述微元件15的一面直接接触，以精确定位微元件15在吸收基板14上的位置，在其他可替代的实施例中，导引板11的第一表面与吸收基板14之间也可预设一定的距离，以防止导引板磨损吸收基板14的表面。
由上述可知，本申请提供的微元件的转移装置通过将第一电极板放置在吸收基板上远离微元件的一侧，释放微元件，第二电极板放置于吸收基板上远离微元件的一侧以吸附微元件，能够可靠地实现微元件的批量转移。且在微元件转移的过程中，利用导引板进行辅助定位可实现微元件的精确定位。
请参阅图5，图5是本申请微元件的转移装置第二实施例结构示意图。区别于上述任一实施方式，本实施例的微元件的转移装置还包括有液体槽17，该液体槽17用于盛载液体，在进行微元件15转移时，第二电极板13、导引板11及第一电极板12均位于液体槽中。在一个优选的实施例中，在进行微元件15转移时，第一电极板12、导引板11及第二电极板13均浸没于液体槽的液体中。该液体有一定的粘性，可选的，液体为的粘度为10-60毫帕秒，优选30毫帕秒。当液体粘度为30毫帕秒时，粘度适中，能使微元件15在移动过程中速度可控。该液体具体可为不易挥发的有机溶液，在一个优选的实施例中，该液体包括单苯醚、二甘苯醚、乙二醇苯醚中的至少一种。优选乙二醇苯醚，该液体惰性较强且价格便宜，可节省整个转移装置的成本。
本实施例利用液体槽17，让微元件15的转移过程在液体环境下进行，在液体中的微元件15受到第二电极13的吸附力进行运动时，能够受到液体的缓冲力，减缓微元件15的运动速度，以使微元件15能够有更多时间来调整方向，从而能够更加准确的通过导引板11的通孔19吸附到吸收基板14上。
在一优选的实施方式中，为了能够更准确的定位微元件15在吸收基板14上的位置，在吸收基板14对应吸附微元件15的位置形成有容纳微元件15的凹槽18。凹槽18呈阵列分布，可用像素定义层的工艺来进行制备。形成凹槽18后的吸收基板14的结构示意图如图6所示，在一个优选的实施方式中，凹槽18的剖面形状为梯形，梯形凹槽更利于对微元件15的吸收。
进一步的，该转移装置还包括涂覆元件(图中未示出)和蚀刻元件(图中未示出)，涂覆元件用于在微元件15落入凹槽18后，在吸收基板14具有凹槽18的一面涂覆保护层，保护层覆盖微元件15和吸收基板14表面，蚀刻元件用于图案化保护层，以暴露出微元件15的表面。微元件15转移至凹槽18后经过涂覆和蚀刻后的结构示意图如图7所示，此时所涂覆的保护层起到保护微元件15的作用。
本实施例的转移装置具有第一实施例技术效果的同时，在该微元件的转移装置中还包括液体槽，让微元件的转移过程在液体环境下进行，使微元件在移动时能够有更多的时间调整其方向，以能够更加准确的通过导引板的通孔吸附于吸收基板对应的位置上，另外，本实施例通过在吸收基板对应吸附微元件的位置上形成凹槽结构，可以更加准确的定位出微元件的吸附在吸收基板上的位置。从而提高微元件吸附的准确性及可靠性。
请参阅图8，图8是本申请用于微元件的转移方法，该转移方法可利用上述任一项实施例所述的转移装置。该转移方法具体包括：
S81：将导引板的第一表面与吸收基板上吸附微元件的一面相对设置。
在一个具体的实施例中，请参阅图1，将导引板11的第一表面111与吸收基板14上吸附微元件15的一面相对设置。在一个优选的实施例中，导引板11的第一表面111与吸收基板14上吸附有微元件15的一面直接接触，以精确定位微元件15在吸收基板14上的位置。在其他可替代的实施例中，导引板11的第一表面与吸收基板14之间也可预设一定的距离，以防止导引板磨损吸收基板14的表面。
S82：将第一电极板置于衬底基板上远离微元件的一侧，用于吸附无需转移的微元件，释放需要转移的微元件。
在一个具体的实施例中，请参阅图1，将第一电极板12置于衬底基板16远离微元件15的一侧。该第一电极板12与外部控制电路连接，第一电极板12在外部控制电路的控制下吸附无需转移的微元件15，释放需要转移的微元件15。
S83：将第二电极板置于吸收基板远离微元件的一侧，第二电极板产生吸力吸附微元件，使微元件通过导引板的通孔从衬底基板转移到吸收基板上。
在一个具体的实施例中，请参阅图1，将第二电极板13置于吸收基板14远离微元件15的一侧。第二电极板13用于产生吸力以吸附微元件15。
可选的，可在第二电极板13中设置有第二电感线圈，第二电感线圈与外部控制电路耦接，每个第二电感线圈均对应一个微元件15，以单独控制单个微元件15。第二电极板13还可包括磁体，磁体用于产生吸附微元件15的磁场。
本申请提供的用于微元件的转移方法，通过将第一电极板放置在吸收基板上远离微元件的一侧，释放微元件，第二电极板放置于吸收基板上远离微元件的一侧以吸附微元件，能够可靠地实现微元件的批量转移。且在微元件转移的过程中，利用导引板进行辅助定位可实现微元件的精确定位。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种微元件的转移装置，其特征在于，所述转移装置包括：
导引板，所述导引板上设置有阵列排布的通孔，所述导引板的第一表面与吸收基板上吸附有所述微元件的一面相对设置，其中所述微元件中设置有金属电极；
第一电极板，位于放置有所述微元件的衬底基板上远离所述微元件的一侧，用于产生/消去磁力，以吸附/释放所述微元件；
第二电极板，且位于吸收所述微元件的吸收基板上远离所述微元件的一侧，用于吸附所述微元件；
其中，在进行所述微元件转移时，所述第一电极板释放所述微元件，所述第二电极板吸附所述微元件，使所述微元件通过所述导引板的所述通孔从所述衬底基板转移到所述吸收基板上。
2.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，
所述导引板的所述通孔两端开口大小不同，且开口较小的一端对应所述第一表面设置。
3.根据权利要求2所述的转移装置，其特征在于，所述通孔在所述吸收基板上的投影面积，从靠近所述吸收基板一侧至远离所述吸收基板一侧依次增大，且所述通孔两端开口在所述吸收基板上的投影面积的比例至少为二。
4.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，
所述转移装置还包括有液体槽，所述液体槽用于盛载液体，在进行所述微元件转移时，所述第二电极板、所述导引板及所述第一电极板均位于所述液体槽中。
5.根据权利要求4所述的转移装置，其特征在于，所述液体的粘度为10-60毫帕秒，优选30毫帕秒。
6.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，
所述第一电极板中设置有第一电感线圈，所述第一电感线圈与外部控制电路耦接，所述外部控制电路用于对所述第一电感线圈施加电流，以使所述第一电感线圈产生第一电磁场；
所述第二电极板中设置有第二电感线圈，所述第二电感线圈与所述外部控制电路耦接，所述外部控制电路用于对所述第二电感线圈施加电流，以使所述第二电感线圈产生第二电磁场，或者所述第二电极板包括磁体，所述磁体用于产生吸附所述微元件的磁场。
7.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述金属电极、所述第一电极板与所述第二电极板至少包含铁、钴、镍中的任一种金属。
8.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，在进行所述微元件转移时，所述导引板的所述第一表面与所述吸收基板上吸附有所述微元件的一面直接接触。
9.根据权利要求1所述的转移装置，其特征在于，所述吸收基板对应吸附所述微元件的位置形成有容纳所述微元件的凹槽。
10.一种用于微元件的转移方法，其特征在于，所述转移方法包括：
将导引板的第一表面与吸收基板上吸附有所述微元件的一面相对设置；
将第一电极板置于衬底基板上远离所述微元件的一侧，用于吸附无需转移的所述微元件，释放需要转移的所述微元件；
将第二电极板置于吸收基板远离所述微元件的一侧，第二电极板产生吸力吸附所述微元件，使所述微元件通过所述导引板的通孔从所述衬底基板转移到所述吸收基板上。
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