CN117334796A - 一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，具体包括：制备微型发光二极管作为Micro LED芯片，以磁性材料制作N型电极，P型电极不做处理；制备具有磁吸附性的驱动电路板，以磁性材料制作N型电极的固定块，P型电极的固定位置不做处理；驱动电路板定位，将驱动电路板、微型磁针和微型发光二极管一同放入流体装置内；芯片下落姿态控制，通过流体装置外的螺线管施加磁场，使电极侧朝向驱动电路板下落；利用磁场使N型电极吸附在固定块上：通过流场冲击使P型电极位置调正。本发明采用上述步骤的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，通过流场和磁场的共同作用实现芯片与驱动电路板的精准定位，提高转移效率和良品率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电技术领域，尤其是涉及一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法。
背景技术
微型发光二极管(简称：Micro LED)是大小达到微米级的LED芯片，是一种可以将电能转化成光能的半导体二极管，具有发光效率高、功耗低、对比度高、响应速度快和寿命长等优点，广泛应用在显示和照明领域。Micro LED芯片在制作完成后，需要将数百万颗甚至千万颗Micro LED芯片转移到驱动电路板上，转移芯片数目巨大，准确度要求极高。巨量转移环节是Mini/Micro LED封装工艺中限制产能的关键环节，直接影响到Mini/Micro LED显示屏的生产速度。
目前，巨量转移存在技术难度高、转移成本昂贵的缺点，工艺路线有精准拾取-释放技术、激光剥离技术、滚轴转印技术和自组装转移技术。目前使用最多的是精准拾取-释放技术，可分为微转印技术、摆臂式转移技术、针刺式转移技术和静电力转移技术，但是碍于自身结构，产能被限制，无法大幅度提升。滚轴转印技术是将印章置于滚轮表面，利用印章与芯片间的粘力完成拾取和释放，但是转移过程中压力均匀性难以保证。自组装技术采用流体力或磁力驱动芯片完成转移，与其他三种技术相比，可转移尺寸更小、结构更复杂的芯片，具有成本低、效率高的优势，是目前最有前景转移方式。
现有的技术中，申请专利201811268052.1所述的Micro LED阵列器件、巨量转移装置及相关方法，通过在Micro LED阵列器件的外延衬底上形成磁性纳米薄膜层，使薄膜层作为一个电极，同时转移接收装置设置有凹槽，内部有多个磁力吸附孔，利用静电吸附孔的吸附力使阵列器件被吸附在吸附孔中。由于微型发光二极管的电极一侧形成了磁性纳米薄膜层，在静电力吸附的作用下，芯片落入接收装置的凹槽后，芯片的发光侧与吸附孔贴合，无法完成焊接，影响转移的效率和良率。
申请专利201911046591.5所述的一种发光二极管显示器，通过对微型发光二极管的磁性电极层进行图案化处理，同时也对驱动发光二极管的电路基板进行图案化的处理，通过相同形状间的磁力吸附进行转移，由于磁性电极层的面积在1um2左右，电极上的图案形状区别很小，难以通过磁力吸附实现精确的转移，另外，芯片在电路基板的吸引下会出现偏转的现象，影响转移效率和良率。
申请专利201710561814.6所述一种微型发光二级光芯片巨量转移的方法，制作具有P型电极和N型电极的Micro LED芯片，同时在驱动电路板上也设置P型电极和N型电极的固定块，将其全部置于溶液中，在磁力的作用下固定安装在驱动电路板上实现巨量转移。在转移过程中，会出现芯片的N型电极与驱动电路板的P型固定块吸附，P型电极与驱动电路板的N型固定块没有吸附在一起，另外还会出现芯片的N型电极与其他芯片的P型电极吸附在一起，不能准确落在驱动电路板指定位置，导致转移失败，影响转移效率和良率。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，通过流场和磁场的共同作用实现芯片与驱动电路板的精准定位，提高转移效率和良品率。
为实现上述目的，本发明提供了一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，具体步骤如下：
S1、制备微型发光二极管作为Micro LED芯片：微型发光二极管包括P型层、发光层、N型层、P型电极、N型电极，发光层堆叠于P型层的一端，N型层堆叠于发光层的表面，N型层的表面以磁性材料镀膜形成N型电极，N型电极在磁场中具有磁性，P型电极设置于P型层的另外一端；
S2、制备具有磁吸附性的驱动电路板：驱动电路板的表面设置有若干通孔，通孔内填充磁性材料制作N型电极的固定块，固定块的位置与N电极相对应，P型电极的固定位置不作处理，具体步骤包括：
S2.1、采用光刻技术在驱动电路板上形成具有图案的光刻胶掩层，将通孔暴露出来；
S2.2、在光刻胶掩层及光刻胶掩层未覆盖的驱动电路板上铺设磁性材料，磁性材料注入通孔内；
S2.3、去除光刻胶掩层，留在驱动电路板上的磁性材料形成N型电极的固定块；
S3、驱动电路板定位：将驱动电路板、带微型磁针的针板、微型发光二极管一同放入流体装置中，针板位于驱动电路板的下方，微型磁针的位置与驱动电路板上固定块的位置对应，流体装置内充盈流场溶液，流体装置的一端设置有若干进水管，进水管上设置有控制阀门，流体装置的另一端设置有若干出水管，流体装置外部缠绕螺线管线圈；
S4、芯片下落姿态控制：微型发光二极管在流场溶液中下落的过程中，开启螺线管线圈的控制器开关，螺线管线圈通电后带有磁性，使下降的微型发光二极管在自身重力和磁力的影响下保持P型层远离驱动电路板、N型电极和P型电极靠近驱动电路板的姿态，同时保持N型电极低于P型电极；
S5、N型电极位置吸附：在重力作用和微型磁针磁力的吸附下，微型发光二极管的N型电极落在驱动电路板上的固定块上，此时关闭螺线管线圈的电源，螺线管线圈失去磁性；
S6、流场冲击P型电极位置调正：开启通水管上的控制阀门，调控通入流体装置的溶液流量大小和流动速度，微型发光二极管的安装方向与流场溶液的流动方向一致，微型发光二极管的N型电极被微型磁针的磁场作用固定，P型电极在流场溶液的冲击下旋转至摆正，完成巨量转移。
优选的，S1中制备微型发光二极管作为Micro LED芯片的具体过程包括：
S1.1、在衬底上依次生长P型层、发光层、N型层；
S1.2、采用光刻技术在N型层表面形成具有图案的光刻胶掩层；
S1.3、在光刻胶掩层的保护下刻蚀N型层和发光层，直至暴露出P型层；
S1.4、去除光刻胶掩层，在N型层表面铺设磁性材料形成N型电极，在P型层表面的另一端生长P型电极。
优选的，微型发光二极管的衬底为蓝宝石或碳化硅，N型层和P型层采用GaN，发光层采用多个GaN层堆叠形成。
优选的，磁性材料为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料或者复合永磁材料中的一种。
优选的，微型发光二极管的表面设置透明导电层，透明导电层和发光层分别位于P型层的两侧，透明电导电层的厚度为500纳米。
优选的，流场溶液为丙酮、乙醇、异丙醇、酒精或纯净水中的一种。
优选的，微型磁针的直径小于20微米，微型磁针采用磁性恒定的永磁材料。
优选的，流体装置的高度为50-100厘米，流体装置的进水管和出水管的材料为PVC、PE、PS或ABS中的一种，进水管的直径最大为500微米，若干进水管紧密排列。
因此，本发明采用上述结构的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，实现了对芯片高效率和高良率的柔性接触巨量转移，与专利201811268052.1相比，避免了微型发光二极管反向落入驱动电路板的问题；与专利201911046591.5相比，避免了芯片下落过程中出现偏转的问题；与201710561814.6相比，避免了芯片下落过程中出现大范围聚集的问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的微型发光二极管结构示意图；
图3为本发明实施例的流体装置和螺线管线圈结构示意图；
图4为本发明实施例的驱动电路板放置于流体装置内部结构示意图；
图5为本发明实施例的N型电极在磁场作用下的吸附过程示意图；
图6为本发明实施例的P型电极在流场作用下的调正过程示意图。
附图标记
10、微型发光二极管；11、发光层；12、N型层；13、N型电极；14、P型层；15、P型电极；20、驱动电路板；21、固定块；22、微型磁针；30、流体装置；31、螺线管线圈；32、进水管；33、控制阀门；34、出水管。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，具体步骤如下：
S1、制备微型发光二极管10作为Micro LED芯片：微型发光二极管10包括P型层14、发光层11、N型层12、P型电极15、N型电极13，发光层11堆叠于P型层14的一端，N型层12堆叠于发光层11的表面，N型层12的表面以磁性材料镀膜形成N型电极13，N型电极13在磁场中具有磁性，P型电极15设置于P型层14的另外一端。
具体过程如下：
S1.1、在衬底上依次生长P型层14、发光层11、N型层12；衬底为蓝宝石或碳化硅，衬底的厚度为400微米，N型层12和P型层14采用GaN，发光层11采用多个GaN层堆叠形成，最大不超过16层；N型层12、发光层11、P型层14的厚度之和不大于5微米。
S1.2、采用光刻技术在N型层12表面形成具有图案的光刻胶掩层；
S1.3、在光刻胶掩层的保护下刻蚀N型层12和发光层11，直至暴露出P型层14；
S1.4、去除光刻胶掩层，通过物理气相沉积技术在N型层12表面铺设磁性材料形成N型电极13，在P型层14表面的另一端生长P型电极15。
磁性材料中分有很多微小的区域，每个微小的区域都存在磁场，一般情况下，磁场互相抵消，整体对外不显示磁性，当磁性材料放入磁场中时，受到磁场的作用，整个磁场材料才会对外显示出磁性，变成磁体。
微型发光二极管10的表面还可以设置透明导电层，透明导电层和发光层11分别位于P型层14的两侧，在制作时先生成透明导电层，再依次生长P型层14、发光层11、N型层12，透明电导电层的厚度为500纳米。
S2、制备具有磁吸附性的驱动电路板20：驱动电路板20的表面设置有若干通孔，通孔内填充磁性材料制作N型电极13的固定块21，固定块21的位置与N电极相对应，P型电极15的固定位置不作处理，具体步骤包括：
S2.1、采用光刻技术在驱动电路板20上形成具有图案的光刻胶掩层，将通孔暴露出来；
S2.2、在光刻胶掩层及光刻胶掩层未覆盖的驱动电路板20上铺设磁性材料，磁性材料注入通孔内；
S2.3、去除光刻胶掩层，留在驱动电路板20上的磁性材料形成N型电极13的固定块21；N型电极13和固定块21选用的磁性材料为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料或者复合永磁材料中的一种。
S3、驱动电路板20定位：将驱动电路板20、带微型磁针22的针板、微型发光二极管10一同放入流体装置30中，流体装置30的高度为50-100厘米，流体装置30内充盈流场溶液，流场溶液为丙酮、乙醇、异丙醇、酒精或纯净水中的一种。
流体装置30的一端设置有若干进水管32，进水管32上设置有控制阀门33，流体装置30的另一端设置有若干出水管34，流体装置30外部缠绕螺线管线圈31；流体装置30的进水管32和出水管34的材料为PVC、PE、PS或ABS中的一种，进水管32的直径最大为500微米，若干进水管32紧密排列。
使针板位于驱动电路板20的下方，微型磁针22的位置与驱动电路板20上固定块21的位置对应，微型磁针22的直径小于20微米，采用磁性恒定的永磁材料，确保微型发光二极管10可以一直固定在驱动电路板20上。
S4、芯片下落姿态控制：微型发光二极管10在流场溶液中下落的过程中，开启螺线管线圈31的控制器开关，并停止为静电控制电路通电，螺线管线圈31通电后带有磁性，使下降的微型发光二极管10在自身重力和磁力的影响下保持P型层14远离驱动电路板20、N型电极13和P型电极15靠近驱动电路板20的姿态，同时保持N型电极13低于P型电极15。
S5、N型电极13位置吸附：在重力作用和微型磁针22磁力的吸附下，微型发光二极管10的N型电极13落在驱动电路板20上的固定块21上，此时关闭螺线管线圈31的电源，螺线管线圈31失去磁性。
S6、流场冲击P型电极15位置调正：开启通水管上的控制阀门33，调控通入流体装置30的溶液流量大小和流动速度，微型发光二极管10的安装方向与流场溶液的流动方向一致，微型发光二极管10的N型电极13被微型磁针22的磁场作用固定，P型电极15在流场溶液的冲击下旋转至摆正，完成巨量转移。
本发明实施例制作N型电极13为磁体的微型发光二极管10，在驱动电路板20的下方放置微型磁针22，并且在驱动电路板20上设置N型电极13固定块21，最后将驱动电路板20、微型磁针22和微型发光二极管10放入同一流体装置30中，通过将螺线管缠绕在流体装置30上，微型发光二极管10在磁力的吸附下与固定块21固定，随后在流场中利用流体冲击摆正将P型电极15。可以实现巨量转移，简单方便迅速，极大提高了生产效率，降低了生产成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1、制备微型发光二极管作为Micro LED芯片：微型发光二极管包括P型层、发光层、N型层、P型电极、N型电极，发光层堆叠于P型层的一端，N型层堆叠于发光层的表面，N型层的表面以磁性材料镀膜形成N型电极，N型电极在磁场中具有磁性，P型电极设置于P型层的另外一端；
S2、制备具有磁吸附性的驱动电路板：驱动电路板的表面设置有若干通孔，通孔内填充磁性材料制作N型电极的固定块，固定块的位置与N电极相对应，P型电极的固定位置不作处理，具体步骤包括：
S2.1、采用光刻技术在驱动电路板上形成具有图案的光刻胶掩层，将通孔暴露出来；
S2.2、在光刻胶掩层及光刻胶掩层未覆盖的驱动电路板上铺设磁性材料，磁性材料注入通孔内；
S2.3、去除光刻胶掩层，留在驱动电路板上的磁性材料形成N型电极的固定块；
S3、驱动电路板定位：将驱动电路板、带微型磁针的针板、微型发光二极管一同放入流体装置中，针板位于驱动电路板的下方，微型磁针的位置与驱动电路板上固定块的位置对应，流体装置内充盈流场溶液，流体装置的一端设置有若干进水管，进水管上设置有控制阀门，流体装置的另一端设置有若干出水管，流体装置外部缠绕螺线管线圈；
S4、芯片下落姿态控制：微型发光二极管在流场溶液中下落的过程中，开启螺线管线圈的控制器开关，螺线管线圈通电后带有磁性，使下降的微型发光二极管在自身重力和磁力的影响下保持P型层远离驱动电路板、N型电极和P型电极靠近驱动电路板的姿态，同时保持N型电极低于P型电极；
S5、N型电极位置吸附：在重力作用和微型磁针磁力的吸附下，微型发光二极管的N型电极落在驱动电路板上的固定块上，此时关闭螺线管线圈的电源，螺线管线圈失去磁性；
S6、流场冲击P型电极位置调正：开启通水管上的控制阀门，调控通入流体装置的溶液流量大小和流动速度，微型发光二极管的安装方向与流场溶液的流动方向一致，微型发光二极管的N型电极被微型磁针的磁场作用固定，P型电极在流场溶液的冲击下旋转至摆正，完成巨量转移。
2.根据权利要求1所述的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，其特征在于：S1中制备微型发光二极管作为Micro LED芯片的具体过程包括：
S1.1、在衬底上依次生长P型层、发光层、N型层；
S1.2、采用光刻技术在N型层表面形成具有图案的光刻胶掩层；
S1.3、在光刻胶掩层的保护下刻蚀N型层和发光层，直至暴露出P型层；
S1.4、去除光刻胶掩层，在N型层表面铺设磁性材料形成N型电极，在P型层表面的另一端生长P型电极。
3.根据权利要求2所述的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，其特征在于：微型发光二极管的衬底为蓝宝石或碳化硅，N型层和P型层采用GaN，发光层采用多个GaN层堆叠形成。
4.根据权利要求1所述的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，其特征在于：磁性材料为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料或者复合永磁材料中的一种。
5.根据权利要求3所述的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，其特征在于：微型发光二极管的表面设置透明导电层，透明导电层和发光层分别位于P型层的两侧，透明电导电层的厚度为500纳米。
6.根据权利要求1所述的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，其特征在于：流场溶液为丙酮、乙醇、异丙醇、酒精或纯净水中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，其特征在于：微型磁针的直径小于20微米，微型磁针采用磁性恒定的永磁材料。
8.根据权利要求1所述的一种磁力摆正、流体顺正的巨量转移方法，其特征在于：流体装置的高度为50-100厘米，流体装置的进水管和出水管的材料为PVC、PE、PS或ABS中的一种，进水管的直径最大为500微米，若干进水管紧密排列。
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