CN111477651A - 一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法及转移装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法，包括下述步骤：转移准备：液晶光闸掩膜基板设置在透光基板的上方；选择对齐：移动液晶光闸掩膜基板和透光基板，对齐透光基板的待转移的晶片的位置与接受基板的待接收的晶片的位置；导通释放：开启激光，导通液晶光闸掩膜基板的至少一对电极，与导通的电极相对的液晶光闸掩膜基板允许透过激光，激光作用在黏合层使黏合层的粘附作用降低，待转移的晶片脱落至接受基板的待接收的晶片的位置；持续释放；本申请旨在提供一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法及转移装置，可用于巨量转移Micro‑LED晶片或其他精细元件，成本低，易操作，优良率高，效率高。

Description

一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法及转移装置
技术领域
本发明涉及半导体光电技术领域，尤其涉及一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法及转移装置。
背景技术
Micro-LED是一种将LED结构进行薄膜化、微小化、阵列化所得的元器件,其尺寸仅在微米级别，100μm×100μm以下。与传统LED相比，Micro-LED具有能量转化率高，使用周期长，反应时间短，亮度和分辨率高等优点。由于Micro-LED尺寸过小，要实现上述用途中的一块超高分辨率的Micro-LED显示屏，便需对百万或千万片微米级尺寸的Micro-LED晶片进行排列组装，即巨量转移。若将传统LED转移技术应用到上述过程中，针对12英寸晶圆上Micro-LED的拾取并释放将耗费上百个小时，极大降低生产效率。
对于Micro-LED的巨量转移要求从施主晶圆上精准抓取微米级大小的Micro-LED晶片,按需选择性释放、并妥善安放固定到目标衬底上，以实现图案化转移和显示的目的。实现这一工艺流程的技术目前大致可分为四种：1、采用外力干预的精准抓取技术，如静电力、范德华力、磁力等，如在晶片上预先涂装相应的磁性材料，增加了操作难度，或者增加高精度控制的转移针头，其接触力容易对Micro-LED造成开裂等缺陷；2、采用流体自组装技术，利用流体的干预，让Micro-LED落入预制的特殊结构中，达到自组装效果，该过程需要对流体场进行精准控制，操作难度较大；3、滚轴转印技术，将TFT元件拾取并释放到所需基板，再将Micro-LED拾取并释放到带有TFT的基板上，该工艺在转移过程中较易发生Micro-LED的自然脱落。4、选择性释放技术，简化去除了拾取过程，利用选择性加热去磁方法从原有衬底上直接分离释放Micro-LED，但也需要预先将Micro-LED涂装上磁性材料。
激光技术具有快速、精准度高等优点，可为上述选择性释放技术提供一种可循方案，然而在选择性释放过程中，从激光源和光学器件层面实现可控的光斑精细，100微米以下的图案化激光使得光路系统更为复杂、成本升高，因此,在选择性激光释放工艺中，亟需一种新方法，在保证释放准确度、提高释放速度的同时，满足按需选择性释放、简化工艺流程和降低装备成本的需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法及转移装置，可用于巨量转移Micro-LED晶片或其他精细元件，成本低，易操作，优良率高，效率高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法，包括下述步骤：
转移准备：液晶光闸掩膜基板设置在透光基板的上方，透光基板的下表面涂覆黏合层，待转移的晶片粘附在黏合层的下表面；
选择对齐：移动液晶光闸掩膜基板和透光基板，对齐透光基板的待转移的晶片的位置与接受基板的待接收的晶片的位置；
导通释放：开启激光，导通液晶光闸掩膜基板的至少一对电极，与导通的电极相对的液晶光闸掩膜基板允许透过激光，激光作用在黏合层使黏合层的粘附作用降低，待转移的晶片脱落至接受基板的待接收的晶片的位置；
持续释放：释放透光基板的晶片，移动液晶光闸掩膜基板和透光基板，对齐透光基板的待释放的晶片的位置与下一个待接收的晶片的位置。
优选的，所述激光的波长为400-600nm，所述激光的功率为3-6W，所述激光与所述黏合层的作用时间为1-10s。
优选的，所述黏合层涂覆的厚度为5-50μm。
优选的，在所述电极的两端导入电压，所述电压的大小为30-50V。
一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移装置，包括液晶光闸掩膜基板、透光基板、黏合层以及接受基板；
所述液晶光闸掩膜基板设置在所述透光基板的上方，所述黏合层设置在所述透光基板的下表面，待转移的晶片设置在所述黏合层的下表面；所述接受基板设置在待转移的晶片的下方；所述透光基板的透射率高于所述黏合层的透射率。
优选的，所述液晶光闸掩膜基板包括固定架、液晶掩膜版单元、电极以及绝缘层；
所述液晶掩膜版单元设置有若干个，且均匀分布在所述固定架内，所述绝缘层设置在相邻的两个所述液晶掩膜版单元之间；所述电极设置有若干个，每两个所述电极一一配合且设置在同一所述液晶掩膜版单元的上表面。
优选的，所述液晶掩膜版单元呈阵列分布，待转移的晶片呈阵列分布且与所述液晶掩膜版单元一一相对。
优选的，所述接受基板的上表面分布有若干连接凸点，待转移的晶片的下表面设置有晶片焊盘，所述连接凸点与所述晶片焊盘一一对应。
优选的，还包括上位机、下位机、列驱动器和行驱动器，所述上位机与所述下位机电连接，所述列驱动器和所述行驱动器均与所述下位机电连接，所述列驱动器与各列的各个所述液晶掩膜版单元的电极电连接，所述行驱动器与各行的各个所述液晶掩膜版单元的电极电连接。
本申请的巨量转移方法和转移装置，能够进行Micro-LED晶片或其他精细元件的巨量转移，在保证精准度的同时，进一步满足低成本，易操作，高良率，高效率等需求，可应用于扇出型封装等其他封装工艺中。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明转移装置的结构示意图；
图2是本发明转移方法的步骤示意图；
图3是本发明液晶光闸掩膜基板的结构示意图；
图4是图3中A处的局部放大图；
图5是本发明释放晶片的示意图。
其中：液晶光闸掩膜基板1、固定架1a、液晶掩膜版单元1b、电极1c、绝缘层1d、透光基板2、黏合层3、接受基板4、晶片5、连接凸点6、晶片焊盘7、上位机8、下位机9、列驱动器10、行驱动器11。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
参阅图1至图5所示，本实施例的一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法，包括下述步骤：
转移准备：液晶光闸掩膜基板1设置在透光基板2的上方，透光基板2的下表面涂覆黏合层3，待转移的晶片5粘附在黏合层3的下表面；
选择对齐：移动液晶光闸掩膜基板1和透光基板2，对齐透光基板2的待转移的晶片5的位置与接受基板4的待接收的晶片5的位置；
导通释放：开启激光，导通液晶光闸掩膜基板1的至少一对电极1c，与导通的电极1c相对的液晶光闸掩膜基板1允许透过激光，激光作用在黏合层3使黏合层3的粘附作用降低，待转移的晶片5脱落至接受基板4的待接收的晶片5的位置；
持续释放：释放透光基板2的晶片5，移动液晶光闸掩膜基板1和透光基板2，对齐透光基板2的待释放的晶片5的位置与下一个待接收的晶片5的位置。
采用这种方法，开启激光时，通过导通对应的电极1c，使该电极1c所在的液晶光闸掩膜基板1的区域允许透过激光，其它未导通区域反射激光，不允许透过激光。激光透过液晶光闸掩膜基板1和透光基板2作用在黏合层3，黏合层3接受热量而黏度降低，待转移的晶片5在重力作用下脱落至接受基板4完成转移工作。
在选择对齐步骤中，液晶光闸掩膜基板1和透光基板2设置在精密移动平台，移动精准和快速。
本方法适用于Micro-LED晶片的转移或其他精细元件的选择性作业过程，基于该方法而衍生的其他应用也属于本发明专利的保护范围。
本申请的巨量转移方法，以解决现有Micro-LED晶片或其他精细元件巨量转移操作成本高、难度大和良品率低等问题，在保证精准度之外，进一步满足低成本，易操作，高良率，高效率等需求，可应用于扇出型封装等其他封装工艺中。
优选的，所述激光的波长为400-600nm，所述激光的功率为3-6W，所述激光与所述黏合层3的作用时间为1-10s。
通过激光对黏合层3进行照射足够的时间，使黏合层3的黏附作用降低，晶片5在重力作用下脱落至接受基板4，完成转移工作。
优选的，所述黏合层3涂覆的厚度为5-50μm。
黏合层3的制备：以常规的旋涂过程涂覆在透光基板2的下表面，优选地，以1000-2000rpm转速、时间10-120s的旋涂工艺之后，在保温炉中加热120-250℃、持续1-5min并热压2min后制备而成。
优选的，在所述电极1c的两端导入电压，所述电压的大小为30-50V。
采用30-50V的电压导通对应的电极1c，使电极1c对应所在的液晶掩膜版单元1b由不透光状态迅速转变为透光状态，且该过程可逆，当停止施加电压时，液晶掩膜版单元1b复原为不透光状态，方便液晶光闸掩膜基板1的重复使用。
经过转移后，对晶片5进行常规的后续处理。后续过程包括：在接受基板4涂覆和蚀刻聚合物，以形成Micro-LED晶片的外延层，在Micro-LED晶片的外延层上形成金属电极并对金属电极进行封装。
一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移装置，包括液晶光闸掩膜基板1、透光基板2、黏合层3以及接受基板4；
所述液晶光闸掩膜基板1设置在所述透光基板2的上方，所述黏合层3设置在所述透光基板2的下表面，待转移的晶片5设置在所述黏合层3的下表面；所述接受基板4设置在待转移的晶片5的下方；所述透光基板2的透射率高于所述黏合层3的透射率。
液晶光闸掩膜基板1是多孔聚合物网络和垂直取向的聚氯乙烯共聚物的共存框架，该共存结构允许以薄膜在电压驱动下从不透光状态，不透光率达90％，迅速转变为透光状态，透光率达90％，并且该过程可逆。该液晶掩膜版单元显示出良好的柔韧性，可以弯曲而不会出现任何裂纹，适合作为液晶光闸掩膜，以实现选择性透光过程。
所述透光基板2的材质是玻璃或其他透光刚性材料，与待释放的晶片5和黏合层3相比，透光基板2具有更高的透射率，即透光基板2相对于激光是透明的。当激光照射时，激光的大部分能量被待释放的晶片5和黏合层3吸收，从而实现释放剥离。透光基板2的透射率与Micro-LED的晶片5的透射率、黏合层3的透射率之间的差越大，剥离效果越佳。
待转移的晶片5尺寸为1μm×1μm或以上，其包含例如n掺杂的GaN层、多量子阱结构、p掺杂的GaN层等。
所述黏合层3优选为聚羟基醚聚合物，优选的单体为二羟基的染料和二缩水甘油醚。
所述透光基板2的晶片5阵列可以从晶片生长基底如蓝宝石等基底上批量转印而来。
所述接受基板4可以为MEMS、微型传感器、功率半导体、发光二极管集成电路或其他嵌入式器件。
优选的，所述液晶光闸掩膜基板1包括固定架1a、液晶掩膜版单元1b、电极1c以及绝缘层1d；
所述液晶掩膜版单元1b设置有若干个，且均匀分布在所述固定架1a内，所述绝缘层1d设置在相邻的两个所述液晶掩膜版单元1b之间；所述电极1c设置有若干个，每两个所述电极1c一一配合且设置在同一所述液晶掩膜版单元1b的上表面。
所述液晶掩膜版单元1b尺寸为1μm×1μm或以上，厚度为1-50μm，在空间上保持独立而未有粘结，液晶掩膜版单元1b的每对掩膜版电极1c之间设置有绝缘层1d,导通状态各不影响。绝缘层1d的材料为PMMA、PDMS或其他绝缘材料。
掩膜版电极1c可以为长方体或其他形状，本实施例中为长方体，尺寸为0.2μm×0.2μm×0.5μm及以上，可根据液晶掩膜版单元1b的大小而调整。
优选的，所述液晶掩膜版单元1b呈阵列分布，待转移的晶片5呈阵列分布且与所述液晶掩膜版单元1b一一相对。
液晶掩膜版单元1b和晶片5均采用阵列分布，方便进行列和行控制，在释放过程中，能够快速实现定位，释放指定目标的晶片5，控制精确，操作简单。
优选的，所述接受基板4的上表面分布有若干连接凸点6，待转移的晶片5的下表面设置有晶片焊盘7，所述连接凸点6与所述晶片焊盘7一一对应。
采用这种结构，连接凸点6与晶片焊盘7对应连接，晶片5脱落后通过连接凸点6和晶片焊盘7紧密接触，起到良好的固定效果。连接凸点6优选为金属凸点。
优选的，还包括上位机8、下位机9、列驱动器10和行驱动器11，所述上位机8与所述下位机9电连接，所述列驱动器10和所述行驱动器11均与所述下位机9电连接，所述列驱动器10与各列的各个所述液晶掩膜版单元1b的电极1c电连接，所述行驱动器11与各行的各个所述液晶掩膜版单元1b的电极1c电连接。
导通某一液晶掩膜版单元1b时，根据该液晶掩膜版单元1b所在的行列，先通过行驱动器11选通目的行，然后根据列驱动器10选通对应的目的列，采用行列扫描的方式导通液晶掩膜版单元1b，能够快速和准确地定位待释放的晶片5，同时可以通过列驱动器10和行驱动器11同时发出控制信号，控制多个晶片5进行释放，提高转移效率。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法，其特征在于，包括下述步骤：
转移准备：液晶光闸掩膜基板设置在透光基板的上方，透光基板的下表面涂覆黏合层，待转移的晶片粘附在黏合层的下表面；
选择对齐：移动液晶光闸掩膜基板和透光基板，对齐透光基板的待转移的晶片的位置与接受基板的待接收的晶片的位置；
导通释放：开启激光，导通液晶光闸掩膜基板的至少一对电极，与导通的电极相对的液晶光闸掩膜基板允许透过激光，激光作用在黏合层使黏合层的粘附作用降低，待转移的晶片脱落至接受基板的待接收的晶片的位置；
持续释放：释放透光基板的晶片，移动液晶光闸掩膜基板和透光基板，对齐透光基板的待释放的晶片的位置与下一个待接收的晶片的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法，其特征在于，所述激光的波长为400-600nm，所述激光的功率为3-6W，所述激光与所述黏合层的作用时间为1-10s。
3.根据权利要求1所述的一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法，其特征在于，所述黏合层涂覆的厚度为5-50μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移方法，其特征在于，在所述电极的两端导入电压，所述电压的大小为30-50V。
5.一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移装置，其特征在于，包括液晶光闸掩膜基板、透光基板、黏合层以及接受基板；
所述液晶光闸掩膜基板设置在所述透光基板的上方，所述黏合层设置在所述透光基板的下表面，待转移的晶片设置在所述黏合层的下表面；所述接受基板设置在待转移的晶片的下方；所述透光基板的透射率高于所述黏合层的透射率。
6.根据权利要求5所述的一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移装置，其特征在于，所述液晶光闸掩膜基板包括固定架、液晶掩膜版单元、电极以及绝缘层；
所述液晶掩膜版单元设置有若干个，且均匀分布在所述固定架内，所述绝缘层设置在相邻的两个所述液晶掩膜版单元之间；所述电极设置有若干个，每两个所述电极一一配合且设置在同一所述液晶掩膜版单元的上表面。
7.根据权利要求5所述的一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移装置，其特征在于，所述液晶掩膜版单元呈阵列分布，待转移的晶片呈阵列分布且与所述液晶掩膜版单元一一相对。
8.根据权利要求5所述的一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移装置，其特征在于，所述接受基板的上表面分布有若干连接凸点，待转移的晶片的下表面设置有晶片焊盘，所述连接凸点与所述晶片焊盘一一对应。
9.根据权利要求5所述的一种基于液晶光闸掩膜的巨量转移装置，其特征在于，还包括上位机、下位机、列驱动器和行驱动器，所述上位机与所述下位机电连接，所述列驱动器和所述行驱动器均与所述下位机电连接，所述列驱动器与各列的各个所述液晶掩膜版单元的电极电连接，所述行驱动器与各行的各个所述液晶掩膜版单元的电极电连接。
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