CN111987035A - 微小器件转移装置及其转移方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微小器件转移装置及其转移方法，转移装置包括转移基板、位于所述转移基板上的封闭基板以及位于所述转移基板内且由所述封闭基板封闭的体积可变材料；其中，所述转移基板设有位于底部的第一侧面、与所述第一侧面相对设置的第二侧面、由所述第一侧面向第二侧面延伸的多个空气过孔、由所述第二侧面向第一侧面延伸且与空气过孔连通的小腔室，所述体积可变材料位于小腔室内，所述封闭基板位于所述第二侧面上以封闭小腔室。本发明微小器件转移装置及其转移方法，通过体积可变材料让空气过孔吸附微小器件并将微小器件从衬底基板上转移至接受基板；通过控制小腔室内的体积可变材料的体积变化，从而达到空气过孔对微小器件的吸附及释放的目的。

Description

微小器件转移装置及其转移方法
技术领域
本发明属于微型发光二极管领域，具体涉及微小器件转移装置及其转移方法。
背景技术
近年来半导体工业中的微细加工技术与机械工业中的微型机械加工技术蓬勃发展，因而微小器件(如微型发光二极管)的转移技术得到越来越多的人们的关注。微小器件的特征是超小型化，尺寸可以做到几微米甚至更小，微小器件超小型化的外观结构使得其转移技术和手段不断迭代更新。
目前转移技术主要利用静电吸力和粘附力(金属键合或利用粘性的材料，例如PDMS(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane)和光阻等)对微小器件进行转移，但是由于静电吸力较小，而粘附力较难控制，因此转移效果较差。利用静电吸力对微小器件进行转移时由于吸力较小转移成功率较低；利用粘性的材料，如PDMS和光阻等对微小器件进行转移时粘附力较难控制，且放置后在微小器件表面残留的粘附物质很难去除，因此微小器件的转移效果较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过控制材料体积的变大达到吸附和转移微小器件的微小器件转移装置及其转移方法。
本发明提供一种微小器件转移装置，其包括转移基板、位于所述转移基板上的封闭基板以及位于所述转移基板内且由所述封闭基板封闭的体积可变材料；其中，所述转移基板设有位于底部的第一侧面、与所述第一侧面相对设置的第二侧面、由所述第一侧面向第二侧面延伸的多个空气过孔、由所述第二侧面向第一侧面延伸且与空气过孔连通的小腔室，所述体积可变材料位于小腔室内，所述封闭基板位于所述第二侧面上以封闭小腔室。
进一步地，所述体积可变材料包括但不限于磁致伸缩材料、电致伸缩材料及热胀冷缩材料或易发生物态变化的材料。
进一步地，所述小腔室的底端与空气过孔相连或者所述小腔室的侧边与空气过孔的上端相连。
进一步地，所述多个空气过孔与外界连通，所述第一侧面呈平面状。
进一步地，所述第一侧面呈凸起状，凸起状的位置在设有空气过孔处。
进一步地，所述第一侧面呈凹槽状，凹槽状的位置在设有空气过孔处。
进一步地，还包括位于小腔室底部的柔性膜，柔性膜将小腔室密封且将小腔室与对应的空气过孔隔开。
进一步地，所述转移基板由刚性材料形成，柔性膜由比转移基板更柔软的材料形成。
本发明还提供一种微小器件转移装置的转移方法，包括如下步骤：
S1：，转移装置放置在由衬底基板吸附的待转移的微小器件的顶部，转移装置的空气过孔与微小器件的顶部贴合；
S2：首先使小腔室内的体积可变材料发生形变，使体积可变材料的体积缩小；然后使得空气过孔对微小器件形成吸力并将微小器件从暂态基板上吸取；
S3：使小腔室内的体积可变材料的体积变大，直至恢复到原始大小甚至可以更大，在体积可变材料变大的过程中微小器件被挤压和释放至接受基板上。
进一步地，对于步骤S2和S3，当体积可变材料为磁致伸缩材料，则使用磁场控制体积变化；当体积可变材,为电致伸缩材料电活性聚合物，则通电膨胀而断电收缩；当体积可变材料为热胀冷缩材料，则通过控制温度从而控制体积变化；当体积可变材料为物态易发生变化材料，可同样控制温度从而控制体积变化。
本发明微小器件转移装置及其转移方法，通过体积可变材料让空气过孔吸附微小器件并将微小器件从衬底基板上转移至接受基板；转移装置的底部结构适配转移情况有多种变形，适配不同的体积可变材料和空气过孔也有所不同；通过控制小腔室内的体积可变材料的体积变化，从而达到空气过孔对微小器件的吸附及释放的目的。
附图说明
图1A为本发明微小器件转移装置的第一实施例的结构示意图；
图1B为本发明微小器件转移装置的第二实施例的结构示意图；
图1C为本发明微小器件转移装置的第三实施例的结构示意图；
图1D为本发明微小器件转移装置的第四实施例的结构示意图；
图1E为本发明微小器件转移装置的第五实施例的结构示意图；
图1F为本发明微小器件转移装置的第六实施例的结构示意图；
图1G为本发明微小器件转移装置的第七实施例的结构示意图；
图1H为图1G所示微小器件转移装置的柔性膜在向上方向上形状变形的结构示意图；
图1I为图1G所示微小器件转移装置的柔性膜在向下方向上形状变形的结构示意图；
图2A为采用图1A所示微小器件转移装置进行转移微小器件步骤之一的示意图；
图2B和图2C为采用图1A所示微小器件转移装置进行转移微小器件步骤之一的示意图；
图2D和图2E为采用图1A所示微小器件转移装置进行转移微小器件步骤之一的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
本发明微小器件转移装置，图1A所示为转移装置第一实施例的结构示意图，其包括转移基板10、位于转移基板10上的封闭基板20以及位于转移基板10内且由封闭基板20封闭的体积可变材料30。其中，转移基板10设有位于底部的第一侧面101、与第一侧面101相对设置的第二侧面102、由第一侧面101向第二侧面102延伸的多个空气过孔11、由第二侧面102向第一侧面101延伸且与空气过孔11连通的小腔室12，体积可变材料30位于小腔室12内，封闭基板20位于第二侧面102上以封闭小腔室12。
其中，多个空气过孔11与外界连通，转移基板10的第一侧面101呈平面状。
体积可变材料30包括但不限于磁致伸缩材料、电致伸缩材料及热胀冷缩材料或易发生物态变化的材料(如固态和气态之间变化或者液态和气态之间变化)，小腔室12的底端与空气过孔11相连，小腔室12的顶端被封闭基板20封闭。
转移装置底部结构适配转移情况有多种变形，适配不同体积可变材料空气过孔及软膜结构也有所不同。
转移基板10和封闭基板20的材料可以为刚性材料或柔性材料，例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚(甲基-p-甲氧基苯基亚甲硅基)(PMMS)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚氨酯丙烯酸酯(PUA)、玻璃、石英以及金属可以被用作用于转移基板10和封闭基板20的材料。
多个空气过孔11使得微小器件可以被紧密地挤压到转移装置以及从转移装置良好地分离，其中多个空气过孔11的形状、数量和布置可以通过考虑微小器件的形式而确定，例如，空气过孔11可以包括如图1所示的圆柱形孔，当然空气过孔也不限于此。
图1B所示为转移装置第二实施例的结构示意图，与上述第一实施例的区别是：转移基板10的第一侧面101呈凸起状，凸起状的位置在设有空气过孔处。能够使微小器件附接至第一侧面101的凸部，有助于微小器件在转移期间调节对准度。
图1C所示为转移装置第三实施例的结构示意图，与上述第一实施例的区别是：转移基板10的第一侧面101呈凹槽状，凹槽状的位置在设有空气过孔处。能够使微小器件附接至第一侧面101的凹部，有助于微小器件在转移期间调节对准度。
图1D所示为转移装置第四实施例的结构示意图，与上述第一实施例的区别是：空气过孔11的上端连接在对应的小腔室12的侧边。
图1E所示为转移装置第五实施例的结构示意图，与上述第二实施例的区别是：空气过孔11的上端连接在对应的小腔室12的侧边。
图1F所示为转移装置第六实施例的结构示意图，与上述第三实施例的区别是：空气过孔11的上端连接在对应的小腔室12的侧边。
第四至第六实施例中，都是将空气过孔11的上端连接在对应的小腔室12的侧边，适配于体积可变材料30为液态或颗粒固态材料，这样小腔室12的体积可变材料30不易从空气过空11中溢出。
图1G所示为转移装置第七实施例的结构示意图，与上述第一实施例的区别是：还包括位于小腔室12底部的柔性膜40，柔性膜40将小腔室12密封且将小腔室12与对应的空气过孔11隔开。转移基板10由刚性材料形成，柔性膜40可以由比转移基板10更柔软的材料形成。柔性膜40可以由具有柔软特性的聚合物材料形成。由于柔性膜40具有柔软特性，如图1H和图1I所示，柔性膜40在向上方向上或在向下方向上以凸起形状变形，因此允许微小器件100被真空吸取至转移装置或者允许微小器件通过空气挤压从转移装置分离。
图2A至2E是利用图1A的转移装置的转移微小器件的方法示意图。
本发明还提供一种微小器件转移装置的转移方法，包括如下步骤：
S1：如图2A所示，转移装置放置在由衬底基板200吸附的待转移的微小器件100的顶部，转移装置的空气过孔11与微小器件100的顶部贴合。
其中，空气过孔11可以在微小器件100的中间位置，且空气过孔11只要在微小器件100的上方即可。图2A示意了一个空气过孔11对应一个微小器件100，也可以多个空气过孔11对应一个微小器件100。多个微小器件100由衬底基板200吸附着。
S2：如图2B和图2C所示，首先通过低温或电磁等作用使小腔室12内的体积可变材料30发生形变，使体积可变材料30的体积缩小；然后使得空气过孔11对微小器件100形成吸力并将微小器件100从暂态基板200上吸取。
当体积可变材料30为磁致伸缩材料，则使用磁场控制体积变化；当体积可变材料30为电致伸缩材料电活性聚合物，则通电膨胀而断电收缩；当体积可变材料30为热胀冷缩材料，则通过控制温度从而控制体积变化；当体积可变材料30为物态易发生变化材料，可同样控制温度从而控制体积变化。
S3：如图2D和图2E，转移装置将微小器件100转移至接受基板300上。
采用高温或电磁等作用使小腔室12内的体积可变材料30的体积变大，直至恢复到原始大小甚至可以更大，在体积可变材料30变大的过程中微小器件100被挤压和释放至接受基板300上。
以上利用转移装置完成了微小器件100的转移。
本发明微小器件转移装置及其转移方法，通过体积可变材料让空气过孔吸附微小器件并将微小器件从衬底基板上转移至接受基板；转移装置的底部结构适配转移情况有多种变形，适配不同的体积可变材料和空气过孔及软膜结构也有所不同；通过控制小腔室内的体积可变材料的体积变化，从而达到空气过孔对微小器件的吸附及释放的目的。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微小器件转移装置，其特征在于，其包括转移基板、位于所述转移基板上的封闭基板以及位于所述转移基板内且由所述封闭基板封闭的体积可变材料；其中，所述转移基板设有位于底部的第一侧面、与所述第一侧面相对设置的第二侧面、由所述第一侧面向第二侧面延伸的多个空气过孔、由所述第二侧面向第一侧面延伸且与空气过孔连通的小腔室，所述体积可变材料位于小腔室内，所述封闭基板位于所述第二侧面上以封闭小腔室。
2.根据权利要求1所述的微小器件转移装置，其特征在于，所述体积可变材料包括但不限于磁致伸缩材料、电致伸缩材料及热胀冷缩材料或易发生物态变化的材料。
3.根据权利要求1所述的微小器件转移装置，其特征在于，所述小腔室的底端与空气过孔相连或者所述小腔室的侧边与空气过孔的上端相连。
4.根据权利要求1所述的微小器件转移装置，其特征在于，所述多个空气过孔与外界连通，所述第一侧面呈平面状。
5.根据权利要求1所述的微小器件转移装置，其特征在于，所述第一侧面呈凸起状，凸起状的位置在设有空气过孔处。
6.根据权利要求1所述的微小器件转移装置，其特征在于，所述第一侧面呈凹槽状，凹槽状的位置在设有空气过孔处。
7.根据权利要求1所述的微小器件转移装置，其特征在于，还包括位于小腔室底部的柔性膜，柔性膜将小腔室密封且将小腔室与对应的空气过孔隔开。
8.根据权利要求7所述的微小器件转移装置，其特征在于，所述转移基板由刚性材料形成，柔性膜由比转移基板更柔软的材料形成。
9.根据权利要求1-8任一所述微小器件转移装置的转移方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：转移装置放置在由衬底基板吸附的待转移的微小器件的顶部，转移装置的空气过孔与微小器件的顶部贴合；
S2：首先使小腔室内的体积可变材料发生形变，使体积可变材料的体积缩小；然后使得空气过孔对微小器件形成吸力并将微小器件从暂态基板上吸取；
S3：使小腔室内的体积可变材料的体积变大，直至恢复到原始大小甚至可以更大，在体积可变材料变大的过程中微小器件被挤压和释放至接受基板上。
10.根据权利要求9所述的所述微小器件转移装置的转移方法，其特征在于，对于步骤S2和S3，当体积可变材料为磁致伸缩材料，则使用磁场控制体积变化；当体积可变材,为电致伸缩材料电活性聚合物，则通电膨胀而断电收缩；当体积可变材料为热胀冷缩材料，则通过控制温度从而控制体积变化；当体积可变材料为物态易发生变化材料，可同样控制温度从而控制体积变化。
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