CN114597151A - 用于将微芯片从源基板集体转移到目标基板的工具 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于将微芯片从源基板集体转移到目标基板的工具(100)，所述工具包括板(101)，该板具有相对的第一面(101a)和第二面(101b)，并且在第一面一侧上具有多个微芯片接收区域，板(101)包括与每个接收区域相对的贯穿开口(103)。
Description
技术领域
本公开总体上涉及在基板上组装微芯片的领域，着眼于生产发射型发光二极管(LED)图像显示装置，例如电视屏幕、计算机屏幕、智能手机、数字平板电脑等。
背景技术
在专利申请EP3381060中已经提出了一种用于制造图像显示装置的方法，该图像显示装置包括在单个转移基板上以矩阵形式排列的多个基本电子微芯片。根据该方法，微芯片和转移基板被分开制造。每个微芯片包括LED堆叠和LED驱动器电路。驱动器电路包括与LED相对的连接面，该连接面包括旨在连接到转移基板的电连接衬垫，以控制微芯片。转移基板包括连接面，该连接面包括用于每个微芯片的电连接衬垫，旨在连接到微芯片的各个电连接衬垫。然后将芯片安装在转移基板上，使它们的连接面面向转移基板的连接面，并将芯片附接到转移基板，以便将每个微芯片的电连接衬垫连接到转移基板的相应电连接衬垫。
由于微芯片的尺寸相对较小，因此它们在转移基板上的组装很难实现。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于将微芯片从源基板集体转移到目标基板的工具，所述工具包括板，该板具有相对的第一面和第二面，并且在第一面一侧上具有多个微芯片接收区域，该板包括面向每个接收区域的贯穿开口。
根据一个实施例，每个贯穿开口适于引导在板的第二面一侧上产生的抽吸流，从而保持微芯片压紧抵靠每个接收区域。
根据一个实施例，该板在其第一面一侧上在每个接收区域中包括至少部分地围绕开口的凸台。
根据一个实施例，在每个接收区域中，凸台形成完全围绕贯穿开口并且在横向上界定空腔的框架，贯穿开口通向所述空腔。
根据一个实施例，该板在其第一面一侧上包括一个或更多个支撑柱，在每个接收区域中，所述一个或更多个支撑柱延伸到在横向上由凸台界定的空腔中。
根据一个实施例，该板在其第一面一侧面上具有在10至50nm之间的粗糙度。
根据一个实施例，该板在其第二面一侧上包括公共空腔，贯穿开口通向该公共空腔，所述空腔旨在连接到抽吸源。
根据一个实施例，该板在其第二面一侧上包括延伸到公共空腔中的一个或更多个支撑柱。
根据一个实施例，该板包括半导体材料的基板、电介质层和半导体层的堆叠。
根据一个实施例，每个贯通开口包括延伸穿过基板和电介质层的第一部分以及延伸穿过半导体层的第二部分，第一部分具有的横向尺寸大于第二部分的横向尺寸。
另一个实施例提供了一种用于将微芯片从源基板集体转移到目标基板的装置，该装置包括如上定义的转移工具和用于保持该工具的支撑件，该支撑件适于将贯穿开口集体连接到抽吸源。
根据一个实施例，转移工具借助第二抽吸源通过抽吸保持附接到支撑件。
另一个实施例提供了一种借助如上定义的转移工具将微芯片从源基板转移到目标基板的方法，其中，每个微芯片包括LED和LED驱动器电路。
附图说明
前述特征和优点以及其他特征和优点将在具体实施例的以下描述中详细地描述，具体实施例参考附图以说明而非限制性的方式给出，其中：
图1A是从下方看的视图，示意性地示出了根据一个实施例的用于将微芯片从源基板转移到目标基板的工具的示例；
图1B是图1A的工具的剖视图；
图1C是图1A的工具的另一剖视图；
图1D是从上方看图1A的工具的视图；
图2是剖视图，示意性地示出了转移装置，该转移装置包括结合图1A、1B、1C和1D描述的类型的转移工具；
图3是从下方看的视图，示意性地示出了图2的装置的工具支撑件；
图4是剖视图，示意性地示出了根据一个实施例的用于将微芯片从源基板转移到目标基板的工具的另一示例；
图5A是剖视图，示意性地且部分地示出了图1A、1B、1C和1D的转移工具的变型实施例；
图5B是从下方看图5A的工具的视图；
图6A是剖视图，示意性地且部分地示出了图1A、1B、1C和1D的转移工具的另一变型实施例；以及
图6B是从下方看图6A工具的视图。
具体实施方式
在各个附图中，相同的特征由相同的附图标记表示。具体而言，各个实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。
为了清楚起见，仅详细示出和描述对理解本文描述的实施例有用的操作和元件。具体而言，没有详细描述能够从所描述的转移工具中受益的各种应用。
除非另有说明，否则当提到两个元件连接在一起时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，而当提到两个元件联接在一起时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以经由一个或更多个其他元件联接。
在以下公开内容中，除非另有说明，否则当提到绝对位置限定词时，例如术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等，或者提到相对位置限定词时，例如术语“在……之上”、“在……之下”、“比……更高”、“比……更低”等，或者提到方位的限定词时，例如“水平”、“竖直”等，参考图中所示的方位。
除非另有说明，否则表述“约”、“大约”、“基本上”和“左右”表示在10％以内，优选在5％以内。
这里，制造用于将多个独立微芯片从源基板集体地(同时)转移到目标基板的转移工具特别令人感兴趣。
举例来说，微芯片由单个半导体板形成。例如，在制造分散体中，微芯片都是相同的。源基板可以是载体膜，例如粘合膜，微芯片在单个化步骤之后放置在载体膜上。举例来说，微芯片可以是显示屏的基本像素。例如，每个微芯片可以仅包括一个LED，或者一个LED和用于控制LED的电路，或者多个LED和用于控制所述多个LED的电路。举例来说，每个微芯片包括LED的堆叠和LED控制电路，如前面提到的专利申请EP3381060中所描述的。
根据所描述的实施例的一个方面，转移工具适于通过抽吸从源基板同时吸取多个微芯片，然后将吸取的微芯片转移到目标基板或转移基板。
转移基板包括连接面，例如，包括用于每个微芯片的一个或更多个电连接衬垫，旨在分别连接到微芯片的相应电连接衬垫。微芯片可以借助转移工具附接到转移基板，连接面面向转移基板的连接面。转移工具可以像衬垫一样贴靠转移基板的连接面，以便将微芯片设置在转移基板上，并将微芯片的连接衬垫电连接到转移基板的相应连接衬垫。然后可以移除转移工具，将微芯片留在转移基板上的适当位置。
在一种变型中，转移工具可以用于执行将微芯片从源基板集体转移到目标基板，而无需将微芯片电连接到目标基板。在这种情况下，微芯片可能在其面向目标基板的一侧上没有电连接衬垫。例如，微芯片可以借助粘合层结合到目标基板。
转移基板上的微芯片的间距(即两个相邻微芯片之间的中心到中心的距离)可以是源基板上的微芯片的间距的倍数，例如大于1。例如，转移工具上的微芯片间距等于转移基板上的微芯片间距。
图1A、1B、1C和1D示意性地示出了根据一个实施例的用于将微芯片从源基板转移到目标基板的工具100的示例。图1A是从下方看转移工具的视图。图1B是沿着图1A的1B-1B平面的剖视图。图1C是沿着图1A的1C-1C平面的剖视图。图1D是从上方看转移工具的视图。
转移工具100包括由半导体材料(例如硅)制成的板101。板101包括相对的第一主面101a和第二主面101b，分别对应于图1B和图1C的剖视图的方位中的下面和上面。板101的厚度例如在300μm和1mm之间，例如725μm左右。板101的横向尺寸例如在1mm和10cm之间。例如，当从上方或下方看时，板101具有大致正方形或矩形的形状。然而，所描述的实施例不限于这种特定情况。
板101包括多个贯穿开口103，从板的上侧面101b竖直延伸到下侧面101a。每个开口103在面101a一侧上具有的横向尺寸小于待处理的微芯片的尺寸，例如，横向尺寸比微芯片的横向尺寸小至少两倍，并且优选地小至少5倍。例如，待处理的微芯片具有的横向尺寸在5至500μm之间，例如，在5至100μm之间或者在5至50μm之间。例如，开口103在板101的下侧面101a处的横向尺寸在1至100μm之间或者在5至50μm之间。
开口103形成抽吸孔，用于从源基板吸取微芯片并将它们转移到目标基板。更具体地，在转移操作期间，借助抽吸源(未示出)从板101的上侧面101b通过开口103吸取空气。然后板101被放置成与源基板相对，例如，下面101a朝向微芯片转动，并靠近微芯片，直到与微芯片的同源基板相对的面接触。面向板101的开口103定位的微芯片然后通过抽吸压紧抵靠板101的下面101a。当转移工具移动远离源基板时，以这种方式抽吸的微芯片与源基板分离，并保持压紧抵靠板101的下面。未面向抽吸孔103定位的微芯片保留在源基板上。然后，转移工具借助例如机动臂(未示出)移动到目标基板，然后贴靠目标基板，下面朝向目标基板的接收面或连接面转动。微芯片因此通过微芯片的与板101相对的面与目标基板的接收面接触。然后，抽吸源可以被中断以释放微芯片，因此当转移工具被移除时，微芯片保留在目标基板上。
这种转移模式的一个优点是，它允许将多个微芯片集体转移到目标基板上，这在制造特别是前面提到的专利申请EP3381060中描述的类型的显示屏时是有利的。此外，当将微芯片应用于目标基板时，转移工具允许在微芯片上施加压力。这对于将微芯片附接并电连接到目标基板是有利的。这在微芯片在其连接到目标基板的面的一侧上设置有微插入件(例如微管)的情况下尤其有利，所述微插入件由导电材料(例如钨)制成，通过例如专利申请US2011/094789中描述的类型的方法形成，旨在通过压力插入到目标基板的电连接区域中。在一种变型中，微插入件可以形成在目标基板的连接面上，并通过压力插入到微芯片的电连接衬垫中。
在板的下面一侧上，板101包括多个接收区域105，每个接收区域旨在以1比1的比例接收微芯片(每个接收区域对应一个单个微芯片，并且每个微芯片对应一个单个接收区域)。在该示例中，板101包括与每个对接区域105相对的单个贯穿开口103。对接区域的横向尺寸基本上等于待处理的微芯片的横向尺寸。接收区域的间距(即两个相邻接收区域之间的中心到中心的距离)限定了转移工具上的微芯片间距。例如，该间距等于或基本上等于目标基板上的微芯片间距。转移工具上的微芯片间距在100至500μm之间，例如，大约200μm。例如，微芯片接收区域105以矩阵形式排列成行和列。在所示的示例中，转移工具包括5×5个接收区域105的矩阵，即，同时转移25个微芯片的能力。当然，所描述的实施例不限于这种特定情况。
在图1A至1D的示例中，在每个接收区域105中，板101在其下面101a一侧上具有凸台107，凸台从面101a突出，至少部分地围绕开口103。在所示的示例中，每个凸台107具有正方形形状(当从下方看时)，开口103的中心基本上与正方形的中心重合。然而，凸台107可以具有任何其他形状。此外，每个接收区域105可以具有多个单独的凸台107。例如，凸台107的横向尺寸小于或等于待处理的微芯片的横向尺寸。在一种变型中，凸台107的横向尺寸略大于微芯片的横向尺寸。例如，凸台107的横向尺寸比微芯片的横向尺寸大0.5至5μm。
设置凸台107的一个优点是，当转移工具100与源基板微芯片接触时，只有与开口103相对的微芯片在凸台107的下表面107a处与板101的下表面101a接触。这避免了从源基板意外移除其他微芯片的任何风险(例如，通过静电相互作用、范德华力等)。例如，凸台107的高度(厚度)在100nm和20μm之间。
在一种变型中，凸台107可以省略，于是板101的下表面基本上是平的。
同样为了限制不期望的微芯片粘附的风险，板101的下面可以具有受控的粗糙度，例如10至50nm左右的粗糙度。在接收区域105之外，这种粗糙度使得可以限制从源基板意外移除微芯片的风险。在接收区域内(特别是，在凸台107存在的情况下，在凸台的接触面107a上)，这种粗糙度使得更容易释放微芯片(特别是，通过限制具有残余范德华力的风险，这种残余范德华力将保持待释放的微芯片)并在抽吸中断时将微芯片沉积在目标基板上。板101下侧的粗糙度可以通过光刻和蚀刻实现，例如通过化学处理，或者通过沉积可控粗糙度的附加层(未示出)。
在图1A至1D的示例中，板101在其上面101b一侧上具有空腔109，贯穿开口103通向该空腔。空腔109允许抽吸流分布到各个开口103。空腔109在横向上由外围壁111界定，确保抽吸的密封。在一种变型中，空腔109可以由分配抽吸流的通道网络代替，通道网络将板101的上面101b一侧上的贯穿开口103相互连接。例如，空腔109的深度在10至300μm之间。
转移工具100旨在安装在装载器或支撑件200上，所述装载器或支撑件用于保持和操纵工具，尤其是用于将空腔109连接到抽吸源。
图2是示意性地示出安装在支撑件200上的转移工具100的剖视图，进一步示出了经由开口103和空腔109通过抽吸保持平坦抵靠接收区域105的凸台107的微芯片150。
在该示例中，支撑件200包括封闭空腔109(其上侧)的板201。更具体地，在所示的示例中，板201以其下侧支撑抵靠转移工具100的外围壁111的上侧。
转移工具100可以通过任何合适的固定方式固定到支撑件200，例如通过磁化、抽吸、借助夹具或夹子等。
在所示的示例中，转移工具100适于通过抽吸固接到支撑件200。为此，转移工具100在板101的上面101b一侧上包括非贯穿外围通道113，该非贯穿外围通道在横向上一方面由外围壁111界定，另一方面由与壁111相同高度的第二外围壁115界定。
在该示例中，支撑件200的板201封闭外围通道113(其上面)。更具体地，在所示的示例中，板201以其下面支撑抵靠转移工具100的外围壁111和115的上面。
支撑件200的板201包括面向工具100的外围通道113的一个或更多个贯穿开口203(在所示的示例中有若干个)。每个开口203旨在连接到第一抽吸源(未示出)，使得可以在外围通道113中产生真空，从而保持转移工具100压紧抵靠支撑件200的下面。可以提供导管(未示出)来将每个开口203连接到第一抽吸源。
支撑件200的板201进一步包括面向工具100的空腔109的一个或更多个贯穿开口205(在所示的示例中有若干个)。每个开口205旨在连接到第二抽吸源(未示出)，使得可以在空腔109中产生真空，从而保持面向开口103的微芯片150压紧抵靠转移工具的下面。可以提供导管(未示出)来将每个开口205连接到第二抽吸源。
图3是从下方看图2的支撑件200的视图。例如，图2的横截面对应于图3中的平面2-2。
在图1A至1D所示的示例中，转移工具包括一个或更多个柱或支柱117(在所示的示例中有若干个)，用于在板101的上表面101b一侧上支撑板101。柱117从空腔109的下方竖直延伸到空腔109的上侧。换句话说，在该示例中，柱117的上面基本上与在横向上界定空腔109的外围壁111的上面齐平(共面)。因此，当转移工具100安装在支撑件200上时，柱117的上面与板201的下面接触。这使得可以支撑转移工具的板101，并防止其在抽吸作用下弯曲。柱117优选地均匀分布在板101的上表面上。在所示的示例中，柱117从上方看是方形形状的，并且以矩阵形式排列成行和列。更一般地，柱117可以具有任何其他形状和/或排列，以在抽吸期间支撑板101。在一种变型中，支撑柱117可以省略。在空腔109被用于分配抽吸流的通道网络代替的情况下，支撑柱117可以对应于横向分隔各通道的侧壁。
图4是更详细地示出图1A至1D的转移工具100的变型实施例的剖视图。
在该变型中，板101是绝缘体上半导体(SOI)结构，包括例如单晶硅(singlecrystal silicon)的固体半导体基板101-1、例如氧化硅的电介质101-2、以及例如单晶硅(monocrystalline silicon)的半导体层101-3的堆叠。在该示例中，电介质层101-2以其上侧与基板101-1的下侧接触，并且半导体层101-3以其上侧与电介质层101-2的下侧接触。基板101-1具有例如在250μm至1mm之间的厚度，例如725μm左右。电介质层101-2具有的厚度例如在0.4至4μm之间。半导体层101-3具有的厚度例如在20至200μm之间。
在该示例中，板101的上侧101b对应于基板101-1的上侧，并且板101的下侧对应于半导体层101-3的下侧。
通过例如光刻和蚀刻，或者通过任何其他微加工方法，例如激光蚀刻，在基板101-1的厚度的上部分中形成用于将工具附接到基板200的外围通道113以及空腔109。
在该示例中，每个贯穿开口103包括具有相对较大横向尺寸的上部分103a，例如在30至100μm之间。在该示例中，部分103a从空腔109的底部竖直延伸到基板101-1中，到达半导体层101-3的上表面。例如，通过光刻和蚀刻形成部分103a，部分103a在电介质层101-2的上侧停止，然后去除电介质层101-2的暴露部分。每个开口103进一步包括下部分103b，下部分具有的横向尺寸小于上部分103a的横向尺寸，例如在1至10μm之间。在一种变型(未示出)中，开口103的下部分103b可以包括多个单独的贯穿开口。下部分103b在上部分103a的底部处从半导体层101-3的上侧竖直延伸到半导体层101-3的下侧101a。例如，部分103b通过光刻和蚀刻形成，使用与用于形成部分103a的蚀刻掩模不同的蚀刻掩模。一个优点是，这使得可以在板101的下面101a一侧上形成具有非常小的横向尺寸的开口103，尽管板101的总厚度相对较大。尽管在所示的示例中孔103a和103b是同轴的，但是所描述的实施例不限于这种特定情况。因此，孔103a和103b可以不对齐，只要它们保持连通。
图5A和5B示出了结合图1A至1D描述的转移工具100的变型实施例。图5B是从下方看该工具在微芯片接收区域105处的放大局部视图。图5A是沿着图5B的5A平面的剖视图。在图5A中，微芯片150由虚线示意性示出。
在该变型中，从下方看，在接收区域105处存在于上侧上的凸台107具有围绕开口103的框架的形状。框架107具有的内部横向尺寸大于开口103的横向尺寸。因此，框架107在横向上界定了空腔119，该空腔的横向尺寸大于开口103的横向尺寸，开口103通向该空腔。
例如，框架107的横向尺寸小于或等于待处理的微芯片150的横向尺寸。当微芯片与框架107的下面接触时，框架107的下面封闭空腔119。然后，由于通过开口103施加的抽吸，空腔119被减压。在一种变型中，框架107的外部横向尺寸可以略大于微芯片的横向尺寸，例如比微芯片的横向尺寸大0.5至5μm。
图5A和5B的变型实施例的一个优点是框架107增加了微芯片150经受抽吸的表面积，并因此改善了微芯片的抓持。
图6A和图6B示出了结合图1A至1D描述的转移工具100的另一变型实施例。图6B是从下方看该工具在微芯片接收区域105处的放大局部视图。图6A是沿着图6B的6A平面的剖视图。在图6A中，微芯片150由虚线示意性示出。
在该变型中，如同在图5A和5B的示例中一样，从下方看，在接收区域105处存在于上侧上的凸台107具有围绕开口103的框架的形状。
在图6A和图6B所示的变型中，转移工具进一步包括在框架107内在每个接收区域105处位于板101的下侧上的一个或更多个支撑柱121(在所示的示例中，多于一个)。柱121从空腔119的上侧竖直延伸到空腔119的下侧。换句话说，在该示例中，柱121的下侧基本上与外围框架107的下侧齐平(共面)。因此，当转移工具100与微芯片150接触时，柱121的下侧与微芯片的上侧接触。这支撑微芯片150并防止微芯片在抽吸作用下弯曲。例如，柱121均匀地分布在整个空腔119中。在所示的示例中，当从下方看时，柱121是方形形状的。更一般地，柱121可以具有任何其他形状和/或排列，以在转移期间支撑微芯片150。
在未示出的变型中，一方面在图5A和5B的示例中，另一方面在图6A和6B的示例中，空腔119的深度，即框架107的内侧边缘的高度，可以不同于例如小于凸台107的突出高度，即框架107的外侧边缘的高度。作为示例，空腔119的深度可以在0.1至2μm之间，并且凸台107的突出高度可以在0.1至20μm之间。
在未示出的变型实施例中，空腔119可以形成在先前沉积在板101的下侧上的一薄层中，例如氧化硅或金属层，其厚度例如在0.1至2μm之间。空腔119然后可以延伸穿过所述薄层的整个厚度，这有助于其实施。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些实施例的某些特征可以组合，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。具体而言，所描述的实施例不限于本说明书中提到的示例材料和尺寸。
此外，所描述的实施例不限于每个微芯片150对应于屏幕上的一个像素的显示屏的实施例，而是更一般地应用于需要将大量微芯片转移到单个基板上的任何装置的实施例。
Claims (12)
1.一种用于将微芯片(150)从源基板集体转移到目标基板的工具(100)，所述工具包括板(101)，所述板具有相对的第一面(101a)和第二面(101b)，并且在所述第一面一侧上具有多个微芯片接收区域(105)，所述板(101)包括面向每个接收区域(105)的贯穿开口(103)，其中，所述板(101)在其第一面一侧上在每个接收区域(105)中包括凸台(107)，所述凸台至少部分地围绕所述开口(103)。
2.根据权利要求1所述的工具(100)，其中，每个贯穿开口(103)适于引导在所述板(101)的第二面(101b)一侧上产生的抽吸流，从而保持微芯片(150)压紧抵靠每个接收区域(105)。
3.根据权利要求1所述的工具(100)，其中，所述凸台(107)在每个接收区域(105)中形成框架，所述框架完全围绕所述贯穿开口(103)并且在横向上界定所述贯穿开口(103)通向的空腔(119)。
4.根据权利要求3所述的工具(100)，其中，所述板(101)在其第一面一侧上包括一个或更多个支撑柱(121)，在每个接收区域(105)中，所述支撑柱延伸到在横向上由所述凸台(107)界定的空腔(119)中。
5.根据权利要求1所述的工具(100)，其中，所述板(101)在其第一面一侧上具有在10至50nm之间的粗糙度。
6.根据权利要求1所述的工具(100)，其中，所述板(101)在其第二面(101b)一侧上包括公共空腔(109)，所述贯穿开口(103)通向所述公共空腔，所述空腔旨在连接到抽吸源。
7.根据权利要求6所述的工具(100)，其中，所述板(101)在其第二面(101b)一侧上包括一个或更多个支撑柱(117)，所述支撑柱延伸到所述公共空腔(109)中。
8.根据权利要求1所述的工具(100)，其中，所述板(101)包括半导体材料的基板(101-1)、电介质层(101-2)和半导体层(101-3)的堆叠。
9.根据权利要求8所述的工具(100)，其中，每个贯穿开口(103)包括延伸穿过基板(101-1)和电介质层(101-2)的第一部分(103a)以及延伸穿过半导体层(101-3)的第二部分(103b)，所述第一部分(103a)具有的横向尺寸大于所述第二部分(103b)的横向尺寸。
10.一种用于将微芯片(150)从源基板集体转移到目标基板的装置，包括根据权利要求1所述的转移工具(100)和用于保持所述工具(100)的支撑件(200)，所述支撑件(200)适于将所述贯穿开口(103)集体连接到抽吸源。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述转移工具(100)借助第二抽吸源通过抽吸保持附接到所述支撑件(200)。
12.一种借助根据权利要求1所述的转移工具(100)将微芯片(150)从源基板转移到目标基板的方法，其中，每个微芯片(150)包括LED和LED驱动器电路。
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