CN112750741A - 一种微元件的转移基板及转移方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种微元件的转移基板及转移方法，该转移基板包括板体和粘结层，粘结层设置于板体一侧表面上，粘结层包括粘度可变的固定剂，且具有第一粘度的固定剂呈液态。通过上述方式，本申请能够提高转移良率。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及微元件的转移基板及转移方法。
背景技术
Micro-LED显示技术具有高亮度、高响应速度、低功耗、长寿命等优点，成为人们追求新一代显示技术的研究热点。目前Micro-LED难以在玻璃基板上直接生长出来，需要依靠转移技术将在供给基板上生长的Micro-LED转移到玻璃基板上。在Micro-LED的转移过程中存在LED芯片的碎裂、热失配等风险，从而影响Micro-LED的器件性能和转移装置的使用寿命。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种微元件的转移基板及转移方法，能够提高转移良率。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种微元件的转移基板，该转移基板包括板体和粘结层，粘结层设置于板体一侧表面上，粘结层包括粘度可变的固定剂，且具有第一粘度的固定剂呈液态。
其中，粘度可变的固定剂包括光敏键合胶或磁流变液。通过选用光敏键合胶可以通过改变光照的方式调整固定剂的粘性；通过选用磁流变液可以通过改变磁场的方式调整固定剂的粘性；这两种调整方式所用工艺简单，能耗低。
其中，光敏键合胶包括紫外粘度可逆型键合胶。通过选用紫外可逆型键合胶，可以利用紫外光照调整键合胶的粘性，紫外光对微元件没有伤害，热效应小。
其中，紫外粘度可逆型键合胶包括含二硫键聚合官能团的聚合物和/或含螺吡喃基团的凝胶。这两种材料的键合胶成本低且环保。
其中，转移基板的一侧表面上设置有多个阻挡柱，固定剂设置在相邻两个阻挡柱之间的间隔内。通过设置阻挡柱，能够限制固定剂只在阻挡柱的间隔内流动，避免影响相邻微元件。另外，阻挡柱也在一定程度上起到定位作用，可以缓解固定剂融化对于微元件Pitch的影响，提高转移良率。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种微元件的转移方法，该方法包括：将具有微元件的供给基板与转移基板对位，转移基板的一侧表面上设置有粘度可变的固定剂；对转移基板进行第一操作，使固定剂具有第一粘度并包覆微元件，其中具有第一粘度的固定剂呈液态；对转移基板进行第二操作，使固定剂具有第二粘度，第二粘度的粘性大于第一粘度，以使固定剂固定微元件；去除供给基板，对转移基板进行第一操作，使固定剂具有第一粘度，以使固定剂解除对微元件的固定；利用转移头对转移基板上的微元件进行转移。
其中，固定剂为光敏键合胶，对转移基板进行第一操作包括：使用预设波长的光对转移基板进行光照，使光敏键合胶具有第一粘度，具有第一粘度的光敏键合胶呈液态；对转移基板进行第二操作包括：去除光照，使光敏键合胶具有第二粘度，具有第二粘度的光敏键合胶呈固态或凝胶。
其中，固定剂为磁流变液，转移基板远离固定剂的一侧设置有电磁板，对转移基板进行第一操作包括：将电磁板断电，使磁流变液粘度降低；对转移基板进行第二操作包括：给电磁板通电，使磁流变液粘度升高。
其中，在转移基板的一侧表面上涂覆光刻胶；图案化光刻胶，形成阻挡柱，固定剂设置在相邻两个阻挡柱之间的间隔内。通过这种方式能够精确制得与微元件排布匹配的阻挡柱。
其中，利用喷墨打印或旋涂的方式在转移基板的一侧表面上形成粘度可变的固定剂。通过这种方式，能够使固定剂更均匀，对微元件的固定更可靠。
其中，转移头为聚二甲基硅氧烷转移头、静电转移头、真空转移头中的一种或多种。
其中，选择性对转移基板的局部进行第一操作，以使固定剂选择性解除对部分微元件的固定。和/或，利用转移头选择性的对转移基板上的微元件进行转移。通过这种方式，能够实现对微元件的局部转移。
其中，利用激光剥离的方式去除供给基板。
其中，转移基板包括玻璃基板或树脂基板。通过这种方式，能够对微元件有更好的固定支撑作用。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请通过选用粘度可变的固定剂，能够方便的实现微元件的键合和解键合。又由于具有第一粘度的固定剂呈液态，通过使用液态的固定剂，在压合固定微元件时，能够使固定剂很好的包覆微元件，填平微元件表面的不平整，同时能够排空微元件底部的气泡，使微元件与转移基板的结合更稳定。进一步的，能够防止剥离供给基板的冲击力对微元件造成损坏断裂、缺角等问题，进而提高转移良率。
附图说明
图1是本申请一实施方式中微元件转移方法的流程示意图；
图2是本申请另一实施方式中微元件的转移方法提供微元件的示意图；
图3是本申请另一实施方式中微元件的转移方法提供转移基板的示意图；
图4是本申请另一实施方式中微元件的转移方法贴合转移基板与供给基板的示意图；
图5是本申请另一实施方式中微元件的转移方法剥离供给基板的示意图；
图6是本申请另一实施方式中微元件的转移方法提供转移头的示意图；
图7是本申请另一实施方式中微元件的转移方法转移微元件的示意图；
图8是本申请又一实施方式中微元件的转移方法贴合转移基板与供给基板的示意图；
图9是本申请一实施方式中微元件的转移基板的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。
本申请提供一种微元件的转移方法，可以用于转移微型发光二极管器件(Micro-LED)，但不限于该器件，还可用于其他微元件的转移。如微元件还可以是光电二极管阵列检测器(Photo-diode Array，PDA)的二极管阵列，MOS(Metal Oxide Semiconductor，MOS)器件，微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)的MEMS器件等。本申请中，不对微元件的类型作限定，并不限于此处所列举的示例。本文将以转移Micro-LED为例进行说明。
请参阅图1，图1是本申请一实施方式中微元件转移方法的流程示意图，需注意的是，若有实质上相同的结果，本实施例并不以图1所示的流程顺序为限。如图1所示，在该实施方式中，转移方法包括如下步骤：
S110：将具有微元件的供给基板与转移基板对位。
其中，供给基板具有微元件的一侧朝向承载基板的承载面，微元件背离供给基板的表面具有电极。
微元件为多个，多个微元件排布在供给基板上。微元件可以是Micro-LED，如氮化镓(GaN)基Micro-LED，还可以分为紫光Micro-LED、蓝光Micro-LED、绿光Micro-LED等。目前Micro-LED难以在目标基板(如玻璃基板等)上直接生长出来，需要依靠转移技术将在供给基板上生长的Micro-LED转移到目标基板上。
供给基板可以是蓝宝石基板，可以在蓝宝石基板上生长出具有预定尺寸、预定类型的Micro-LED。在其他实施方式中，供给基板还可以是硅基基板等。
转移基板为采用硬性材料的基板，以起到固定作用。例如可以是玻璃基板、聚合物(树脂)基板、蓝宝石基板、陶瓷基板等。转移基板上设置有固定剂，以使转移基板能够键合固定微元件。该实施方式中，选用粘度可变的固定剂，通过调整改变固定剂的粘度，能够实现对微元件的键合和解键合，还能够实现固定剂的重复使用。
S120：对转移基板进行第一操作，使固定剂具有第一粘度并包覆微元件。
可以根据固定剂的性质选择对应的操作方式对固定剂进行处理，以改变固定剂的粘性。如可以选用光敏型固定剂，对应地可以通过改变光照的方式改变固定剂的粘性；还可以选用磁性固定剂，对应地可以通过改变磁场性能的方式改变固定剂的粘性。
其中，该实施方式中，不选用热敏型固定剂，即第一操作不选用加热/制冷操作，以避免加热/制冷操作对微元件及转移设备带来的影响。这是因为在对转移基板进行加热/制冷操作时，转移头也会受到热影响，导致转移头热膨胀/冷缩，而转移头的形态变化会引起拾取后微元件间Pitch的改变，从而影响后续工艺的进行和屏体的性能；同时热影响也会使转移头的寿命受到影响。因此，该实施方式中，不选用加热/制冷操作，能够避免加热/制冷对微元件及转移设备带来的影响，提高转移良率。
其中，具有第一粘度的固定剂呈液态。通过使用液态的固定剂，在压合固定微元件时，能够使固定剂很好的包覆微元件，填平微元件表面的不平整，同时能够排空微元件底部的气泡，使微元件与转移基板的结合更稳定。能够防止剥离供给基板的冲击力对微元件造成损坏断裂、缺角等问题。
S130：对转移基板进行第二操作，使固定剂具有第二粘度。
其中，第二粘度的粘性大于第一粘度，即具有第二粘度的固定剂对微元件的粘附固定力大于具有第一粘度的固定剂对微元件的粘附固定力，以使固定剂固定微元件。具有第二粘度的固定剂可以呈固态或凝胶态，以对微元件有较强的固定力。
同样地，可以根据固定剂的性质选择对应的操作方式对固定剂进行处理，以改变固定剂的粘性。第二操作可以是第一操作的逆操作；如第一操作是光照，第二操作是去除光照。第一操作和第二操作也可以相独立的两种不同的操作方式，如第一操作是使用第一波长的光进行光照，第二操作是使用第二波长的光进行光照。在此不对具体操作方式作限定，以能够改变固定剂的粘性为准。
S140：去除供给基板。
可以使用激光对供给基板进行剥离，也可以使用化学侵蚀的方式对供给基板进行剥离。去除供给基板后，微元件被固定留在转移基板上。
S150：对转移基板进行第一操作，使固定剂具有第一粘度，以使固定剂解除对微元件的固定。
该实施方式中，选用粘度可变的固定剂，在需要固定微元件的阶段，使固定剂有较大的粘性固定力；在需要拾取转移微元件的阶段，使固定剂有较小的粘性，便于拾取转移。
S160：利用转移头对转移基板上的微元件进行转移。
转移头可以为聚二甲基硅氧烷转移头、静电转移头、真空转移头中的一种或多种，在此不对转移头的性质做限定。可以选择性的将转移头与部分微元件贴合，以实现部分转移。其中，应控制转移头对微元件的粘附力大于第二粘度的固定剂对微元件的粘附力，以使转移头能够顺利从转移基板上将微元件拾取转移。
可以将微元件与目标基板对位贴合，将微元件转移至目标基板上。目标基板上设置有驱动电路及接触电极；微元件的表面设置有电极，在将微元件与目标基板贴合时，应将微元件的电极与目标基板的接触电极对位贴合，至此完成对微元件的转移。
该实施方式中，通过选用粘度可变的固定剂，能够方便的实现微元件的键合和解键合，且具有第一粘度的固定剂呈液态。通过使用液态的固定剂，在压合固定微元件时，能够使固定剂很好的包覆微元件，填平微元件表面的不平整，同时能够排空微元件底部的气泡，使微元件与转移基板的结合更稳定。能够防止剥离供给基板的冲击力对微元件造成损坏断裂、缺角等问题。
在一实施方式中，固定剂可以为光敏键合胶，如可以为紫外粘度可逆型键合胶，紫外粘度可逆型键合胶是一种紫外光照时变成液态，自然条件下为固体的有机聚合物、凝胶等。因此可以通过使用光照和去除光照的方式调整光敏键合胶的粘性。在其他实施方式中，也可以是对其他波长的光敏感的键合胶，如键合胶可对波长为405纳米的光敏感。紫外粘度可逆型键合胶可以为含二硫键聚合官能团的聚合物、含螺吡喃基团的凝胶中的一种或多种。
如选用含二硫键聚合官能团的聚合物作为固定剂时，光照会使聚合物中的二硫键断裂，聚合物分解生成含有硫醚的液态单体，粘度降低；自然条件下(即去除光照后)硫醚又反应生成固态聚合物，粘度变高，起到粘结固定作用。如选用含螺吡喃基团的凝胶为固定剂时，光照时螺吡喃形成两亲性分子，通过静电作用形成溶胶，粘度降低；而在自然条件下，螺吡喃官能团闭环形成中性分子，静电作用消失形成凝胶。
该实施方式中所选用的紫外粘度可逆型键合胶不同于紫外胶带式键合胶，紫外胶带式键合胶一般是一次性的消耗品，在光照降低粘度后，不能再重新聚合，即粘度不可逆；而紫外粘度可逆型键合胶在光照降低粘度后，还能够重新聚合，实现键合胶的重复使用，以降低生产成本，更节能环保。
在一实施方式中，固定剂可以为磁流变液，磁流变液是一种在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性特性。因此，可以通过改变磁流变液所处的磁场环境来调整磁流变液的粘性。
其中，可以在转移基板的一侧设置电磁板，通过对电磁板通电和断电来改变磁流变液所处的磁场环境。当对电磁板通电时，电磁板会产生强磁场，使磁流变液呈高粘度、低流动状态；当对电磁板断电时，磁场消失(即零磁场)，磁流变液变为低粘度的流体。
在一实施方式中，还可以在转移基板的一侧表面上设置多个阻挡柱，将固定剂设置在相邻两个阻挡柱之间的间隔内。其中，具有第一粘度的固定剂呈液态，通过设置阻挡柱，能够限制固定剂只在阻挡柱的间隔内流动，避免影响相邻微元件。另外，阻挡柱也在一定程度上起到定位作用，可以缓解固定剂融化对于微元件Pitch的影响，提高转移良率。
在一实施方式中，阻挡柱的材质可以为光刻胶，如SU-8等。可以先在转移基板整面涂覆光刻胶，然后图形化形成阻挡柱。阻挡柱的排布方式应与微元件的排布方式对应，或者至少与需转移的微元件的排布方式对应。
下面，分别以固定剂为紫外粘度可逆型键合胶和磁流变液为例对微元件的转移方法进行详细说明。具体以转移Micro-LED为例进行说明。
请参阅图2，图2是本申请另一实施方式中微元件的转移方法提供微元件的示意图。该实施方式中，供给基板20上依次排列有多个Micro-LED器件10，图示Micro-LED器件10为倒装结构，且Micro-LED器件10的阴极和阳极形成在远离供给基板20的第一表面101上。在其他实施方式中，Micro-LED器件10也可以是垂直结构，垂直结构的Micro-LED器件的阴极、阳极位于器件的上下两侧。
请参阅图3，图3是本申请另一实施方式中微元件的转移方法提供转移基板的示意图。该实施方式中，转移基板为玻璃基板，且转移基板上设置有阻挡柱。具体地，提供玻璃基板301，在玻璃基板301的一侧表面上旋涂一层光刻胶303，图形化光刻胶303，经曝光显影后，形成阻挡柱302。然后再通过喷墨打印的方式在阻挡柱的间隔内形成紫外粘度可逆型键合胶40。其中，可以在所有阻挡柱间隔内都涂覆固定剂，也可以只在部分阻挡柱间隔内涂覆固定剂。
请参阅图4，图4是本申请另一实施方式中微元件的转移方法贴合转移基板与供给基板的示意图。将带有Micro-LED器件10的供给基板20与转移基板键合。同时利用紫外光对转移基板照射，使紫外粘度可逆型键合胶40呈液态，以包覆Micro-LED器件10。紫外光照预定时间后，停止光照，以使紫外粘度可逆型键合胶40固化，进而固定Micro-LED器件10。
请参阅图5，图5是本申请另一实施方式中微元件的转移方法剥离供给基板的示意图。将供给基板20进行激光剥离，将激光剥离后的供给基板20去除，使Micro-LED器件10留在转移基板上。在其他实施方式中，也可以使用化学腐蚀等其他剥离的方式进行剥离。
请参阅图6，图6是本申请另一实施方式中微元件的转移方法提供转移头的示意图。该实施方式中，提供转移头50，将转移头50与Micro-LED器件10贴合，使Micro-LED器件10被转移头50固定。同时再次使用紫外光对转移基板进行照射，以使紫外粘度可逆型键合胶40呈液态，解除对Micro-LED器件10的固定。移动转移头50，对Micro-LED器件10进行拾取。
本申请另一实施方式中，可以对部分微元件进行转移，有很多种实施方式，具体的可以为：选择性对转移基板的局部进行第一操作，以使固定剂选择性解除对部分微元件的固定。和/或，利用转移头选择性的对转移基板上的微元件进行转移。通过这种方式，能够实现对微元件的局部转移。
请参阅图7，图7是本申请另一实施方式中微元件的转移方法转移微元件的示意图。该实施方式中，提供目标基板60，目标基板60上设置有驱动电路及接触电极601，将转移头50与目标基板60对位贴合，将Micro-LED器件10的阴阳极与接触电极601结合连接。至此，实现对Micro-LED器件的转移。
在一实施方式中，Micro-LED器件为倒装结构时，在将Micro-LED器件与目标基板结合后，还可以对Micro-LED器件进行封装处理，在Micro-LED器件上形成封装层，以保护Micro-LED器件及接触电极。具体的封装材料和封装工艺可以选用常规材料和工艺，在此不做限定。
在另一实施方式中，Micro-LED器件为垂直结构时，其阴阳极位于器件的上下两侧，在器件转移完成后，还需要制作另一面的电极。具体制作方法可选用常规工艺，在此不做限定。
在另一实施方式中，当选用磁流变液为固定剂时，具体转移方法与固定剂为紫外粘度可逆型键合胶时类似，只是改变固定剂粘性的操作方式不同。下面将对固定剂为磁流变液的转移方法进行具体说明。
其中，提供微元件和转移基板的步骤与固定剂为紫外粘度可逆型键合胶时相同，具体请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。
请参阅图8，图8是本申请又一实施方式中微元件的转移方法贴合转移基板与供给基板的示意图。该实施方式中，转移基板远离固定剂的一侧设置有电磁板70。将带有Micro-LED器件10的供给基板20与转移基板键合时，控制电磁板70为断电状态，以使磁流变液有较低的粘度和流动性，以包覆Micro-LED器件10。预定时间后，对电磁板70进行通电，使磁流变液粘度升高，进而固定Micro-LED器件10。
剥离供给基板20，将转移头与Micro-LED器件10贴合后；将电磁板断电，电磁板磁性消失，磁流变液粘度降低，实现Micro-LED器件10的拾取。
以上方案，通过选用粘度可变的固定剂，能够方便的实现Micro-LED的键合和解键合，且具有第一粘度的固定剂呈液态。通过使用液态的固定剂，在压合固定Micro-LED时，能够使固定剂很好的包覆Micro-LED，填平Micro-LED表面的不平整，同时能够排空Micro-LED底部的气泡，使Micro-LED与转移基板的结合更稳定。能够防止剥离供给基板的冲击力对Micro-LED造成损坏断裂、缺角等问题。同时不再选用热敏性固定剂，以避免加热/制冷操作对Micro-LED及转移设备带来的影响。
请参阅图9，图9是本申请一实施方式中微元件的转移基板的结构示意图。基于上述微元件的转移方法，本申请还提供一种转移基板，转移基板30包括板体301和粘结层40，粘结层40设置于板体301一侧表面上，粘结层40包括粘度可变的固定剂，且具有第一粘度的所述固定剂呈液态。通过选用粘度可变的固定剂，能够方便的实现微元件的键合和解键合，且具有第一粘度的固定剂呈液态。通过使用液态的固定剂，在压合固定微元件时，能够使固定剂很好的包覆微元件，填平微元件表面的不平整，同时能够排空微元件底部的气泡，使微元件与转移基板的结合更稳定。能够防止剥离供给基板的冲击力对微元件造成损坏断裂、缺角等问题，进而提高转移良率。具体请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。
在一实施方式中，转移基板的一侧表面上设置有多个阻挡柱(具体请参见图3中的阻挡柱302)，固定剂设置在相邻两个所述阻挡柱之间的间隔内。通过设置阻挡柱，能够限制固定剂只在阻挡柱的间隔内流动，避免影响相邻微元件。另外，阻挡柱也在一定程度上起到定位作用，可以缓解固定剂融化对于微元件Pitch的影响，提高转移良率。具体请参阅上述实施方式的描述，在此不再赘述。
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基板，其特征在于，包括：
板体；
粘结层，设置于所述板体一侧表面上，包括粘度可变的固定剂，且具有第一粘度的所述固定剂呈液态。
2.根据权利要求1所述的微元件的转移基板，其特征在于，所述粘度可变的固定剂包括光敏键合胶或磁流变液。
3.根据权利要求2所述的微元件的转移基板，其特征在于，所述光敏键合胶包括紫外粘度可逆型键合胶；
可选地，所述紫外粘度可逆型键合胶包括含二硫键聚合官能团的聚合物和/或含螺吡喃基团的凝胶。
4.根据权利要求1-3任一项所述的微元件的转移基板，其特征在于，所述转移基板的一侧表面上设置有多个阻挡柱，所述固定剂设置在相邻两个所述阻挡柱之间的间隔内。
5.一种微元件的转移方法，其特征在于，包括：
将具有微元件的供给基板与转移基板对位，所述转移基板的一侧表面上设置有粘度可变的固定剂；
对所述转移基板进行第一操作，使所述固定剂具有第一粘度并包覆所述微元件，其中具有第一粘度的所述固定剂呈液态；
对所述转移基板进行第二操作，使所述固定剂具有第二粘度，所述第二粘度的粘性大于所述第一粘度，以使所述固定剂固定所述微元件；
去除所述供给基板；
对所述转移基板进行第一操作，使所述固定剂具有第一粘度，以使所述固定剂解除对所述微元件的固定；
利用转移头对所述转移基板上的所述微元件进行转移。
6.根据权利要求5所述的微元件转移方法，其特征在于，所述固定剂包括光敏键合胶，
所述对转移基板进行第一操作包括：
使用预设波长的光对所述转移基板进行光照，使所述光敏键合胶具有第一粘度，具有第一粘度的所述光敏键合胶呈液态；
所述对转移基板进行第二操作包括：
去除光照，使所述光敏键合胶具有第二粘度，具有第二粘度的所述光敏键合胶呈固态或凝胶。
7.根据权利要求5所述的微元件转移方法，其特征在于，所述固定剂为磁流变液，所述转移基板远离所述固定剂的一侧设置有电磁板，
所述对转移基板进行第一操作包括：
将所述电磁板断电，使所述磁流变液粘度降低；
所述对转移基板进行第二操作包括：
给所述电磁板通电，使所述磁流变液粘度升高。
8.根据权利要求5-7任一项所述的微元件转移方法，其特征在于，所述将具有微元件的供给基板与转移基板对位之前包括：
在所述转移基板的一侧表面上涂覆光刻胶；
图案化所述光刻胶，形成阻挡柱，所述固定剂设置在相邻两个所述阻挡柱之间的间隔内。
9.根据权利要求8所述的微元件转移方法，其特征在于，所述将具有微元件的供给基板与转移基板对位之前包括：
利用喷墨打印或旋涂的方式在所述转移基板的一侧表面上形成所述粘度可变的固定剂。
10.根据权利要求5所述的微元件转移方法，其特征在于，
所述对转移基板进行第一操作，使所述固定剂具有第一粘度，以使所述固定剂解除对所述微元件的固定包括：
选择性对所述转移基板的局部进行第一操作，以使所述固定剂选择性解除对部分所述微元件的固定；和/或，
所述利用转移头对所述转移基板上的所述微元件进行转移包括：
利用所述转移头选择性的对所述转移基板上的所述微元件进行转移。
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