CN1792128A - 用于制造电子器件的转移装配 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于装配器件的方法。该方法包括将功能元件放置在形成在模板衬底中的第一开口内,并将功能元件转移到其中形成有第二开口的器件衬底上,其中功能元件被保持在第二开口内,并附着到耦合到器件衬底的粘附膜。
Description
相关申请
本发明与2003年5月16日提交的美国临时专利申请序列号60/471,422有关并要求其优先权,这里通过引用并入其全部内容。
技术领域
本发明一般地涉及以沉积在各种衬底的小功能元件来制作电子器件的领域,以及涉及包括这些电子器件的装置。
背景技术
为了制作许多电子器件,如显示器或射频识别(RFID)标签,需要将诸如集成电路芯片之类的功能元件分布在大面积的衬底上。这些器件的制造正朝着卷轴式(roll-to-roll)处理的趋势前进。许多情况下,衬底面积的大部分并不包含有源电路或功能元件,而功能元件只占据了衬底的有源面积的很小一部分。一般使用拾取-放置或流控自装配工艺将功能元件沉积到衬底中。这些工艺一般是昂贵的。由于功能元件在衬底上相对稀少的数量,将功能元件装配在不同衬底中然后转移到用于器件的衬底上可能是有利的。
发明内容
本发明的实施例涉及将沉积在模板衬底中的功能元件转移到器件衬底上的方法。
在一个方面,一种示例性转移方法包括从第二衬底上取出至少一个功能元件,并将该功能模块转移到第一衬底上。第一衬底包括沉积在第一衬底顶部的粘附层和至少一个开口。功能元件被从第二衬底转移到开口中,并附着所述胶粘剂而被保持在开口中。该方法还包括形成到功能元件的互连。
在另一个方面,另一种示例性方法类似于上述方法,但是粘附层也充当介电层。在另一个方面,该方法类似于上述方法,但是还在粘附层中创建过孔以建立到功能元件的电连接。
在另一个方面,一种示例性方法包括使用FSA沉积多个功能元件到第二衬底中。功能元件以密集封装阵列形式排列,并且从阵列中选择至少一个功能模块,并将其转移到第一衬底上。
第二衬底选自由以下各项组成的组:硅晶片、塑料膜、玻璃薄片或包括这些材料的多层膜。
本发明的另一个方面涉及用于形成电子装配件的示例性系统。一种示例性系统包括包含转移机构的第一转移装配站、支持具有至少一个切透的开口的第一衬底的第一卷材线、支持包括封装在其中的功能元件阵列的第二衬底的第二卷材线和对齐第一卷材线与第二卷材线从而使开口与一个功能元件对齐的定位站。转移机构被配置为将功能元件转移到第一衬底。转移机构包括转移头,其可以是可膨胀气囊、顶针或具有突起的成形板。
在另一个方面,另一种示例性系统还包括处理站,其使用热、化学、光或辐射中的一种方式来激活沉积在第一衬底上的胶粘剂材料,从而使至少一个功能元件能够被从第二衬底转移到第一衬底的开口中。该系统还可以包括用于保持第二衬底的X-Y对齐台。
在另一个方面,一种用于装配器件的示例性方法包括将多个功能元件放置在形成在第一衬底中的相应多个第一开口内,并且只将多个功能元件中的一部分转移到具有至少一个第二开口的第二衬底上。在另一个方面,将多个功能元件放置在相应多个第一开口内的操作是经由流体自装配工艺来实现的。包含功能元件的悬浮液被生成并分散在第一衬底上,并且功能元件被布置到第一开口中。仅仅将多个功能元件中的一部分转移到第二衬底的操作包括防止至少一个功能元件被转移到第二衬底。在另一个方面,该方法还包括将第一衬底与第二衬底对齐从而仅仅使该一部分被转移。在另一个方面,该方法还包括至少两次转移。第一转移发生在第一时间,并且其中该方法还包括将多个功能元件的另外一部分从第一衬底再次转移到第二衬底。
这些示例性方法得到了这样的电子装配件,其中在一个示例性实施例中,功能元件附着粘附膜而被保持在形成在器件衬底中的开口内,其中粘附膜层叠到器件衬底。功能元件首先被沉积在模板衬底中,然后被转移到器件衬底。
附图说明
图1图示了可以是卷材衬底(例如卷轴式处理系统)的穿孔衬底的示例。
图2图示了其上沉积有粘附层的穿孔衬底(例如卷材衬底)的示例。
图3图示了例如使用流控自装配(FSA)工艺在其中沉积有功能元件的可重复使用衬底。
图4图示了将至少一个功能元件从可重复使用衬底转移的示例性实施例(例如,只是将一部分元件从一个衬底转移到另一个衬底)。
图5图示了至少一个功能元件已被转移到图1-2中所示的穿孔卷材衬底的示例性实施例。
图6图示了被转移到穿孔卷材衬底的多个功能元件中的一部分。
图7-13图示了创建到功能元件的电接触的示例性实施例。
图14图示了装配功能元件到穿孔卷材衬底的卷材站的示例性方案。
图15图示了装配功能元件到穿孔卷材衬底的卷材站的另一个示例性方案。
图16-17图示了将功能元件从可重复使用衬底转移到另一个衬底的另一个示例性实施例。
具体实施方式
在某些类型的集成电路制作和应用中,将集成电路元件形成在密集封装阵列中,然后将这些元件转移到另一表面上是有利的,在另一表面上间距和密度可以完全不同于密集封装阵列中的间距和密度。
例如,可以使用流控自装配(FSA)来将诸如集成电路元件之类的功能元件(例如,每个功能元件可以是一集成电路)放置在衬底中的受体位置处。如果功能元件是射频识别标签中的控制元件,则为了使其正确工作每个功能元件必须电连接到天线元件。在一个实施例中,每个功能元件在一侧上小于1毫米,而天线元件的面积为好几个平方厘米。可以在衬底上执行FSA从而使在一个面积为好几个平方厘米的卷材区域上沉积一个功能元件,然后在该卷材上形成天线。然而,这种工艺可能缓慢、效率低下、价格昂贵,使得FSA工艺成为速率受限的步骤。
本发明的某些实施例涉及改进工艺,其包括使用FSA将功能元件放置在面积近似为1平方厘米的区域中,并在接收卷材上提供电接触焊盘。这种被称为带式的更小装配件随后被切单,并附着到天线,天线的面积为好几个平方厘米。在专利申请序列号09/872,985(现在的美国专利6,606,247)中描述了带式装配件,这里通过引用并入其内容。
在一个实施例中,我们执行FSA以创建功能元件的密集封装阵列,其中所述功能元件被放置在第二衬底上间距非常近的受体中。每个功能元件可以是形成在半导体衬底中的集成电路,例如形成射频(RF)识别标签或“RFID”的一部分的集成电路(IC)。第二衬底可以是塑料膜或薄片,其也可以由昂贵的、可重复使用的、提供用于FSA的优越性能的材料(如硅晶片)来构造。然后,我们执行至少一个转移步骤,其将每个单独的功能元件转移到第一衬底上。在第一衬底中,功能元件的间距更大,并且其排列不同于第二衬底上初始密集封装阵列中的排列。第一衬底不必如同第二衬底那样,具有高质量并且昂贵以对于FSA是最优的(因而,第一衬底不必如同第二衬底那样贵)。
转移工艺允许非常高效地使用FSA,来将小的集成电路元件装配在第二衬底中,然后高效地将其转移到第一衬底。第二衬底被优化来提供高效的FSA,而第一衬底被优化用于最后形成应用。第一衬底可以是包含IC元件的器件的衬底。这种工艺优于传统的拾取放置方法,在传统方法中由机器手转运单独的集成电路元件以将其放置在一个衬底上。另外,这些示例性实施例也允许并行处理多个功能元件(而不是拾取放置中的串行方法),并且可以高效地转运范围从一边10微米到一边10毫米的功能元件。该工艺应当能够将现有FSA制造工艺线的产量提高多达一个数量级。
在一个实施例中,以两步工艺将功能元件沉积在衬底上:首先,使用FSA将功能元件(例如模块)沉积在第二衬底中,然后,将模块从第二衬底转移出来以将模块沉积在第一衬底中。如上所述,第二衬底一般(但是不是在所有实施例中都必须如此)具有以密集封装阵列排列的功能元件。第一衬底具有以最终形式排列的功能元件,该最终形式实用于具体电子器件或应用(如RFID标签或电子显示器)。
在图3中,功能元件102被装配在第二衬底104上,第二衬底104可被称为包含受体位置106的“可重复使用衬底”,受体位置106的间距比最终产品要求的间距更为密集。许多个功能元件102被一次转移到第一衬底108上,第一衬底108可以具有卷材(基本连续)格式,例如经常用于造纸等的卷轴式卷材格式。第一衬底108可以具有塑料卷材的形式,在该塑料卷材上可发生进一步的层叠和金属化。或者,功能元件102可以直接来自其上形成有集成电路的晶片,如下所述。
如图1所示,第一衬底108包括开口或孔110的阵列,这种开口或孔110“穿透”了形成第一衬底的卷材或材料。在本讨论的许多实例中,第一衬底108可被称为“穿孔卷材”。在该示例中,孔110完全(而不是部分开口)透过第一衬底。孔110的排列即是最终产品要求的排列。在转移工艺前,粘附膜112(在一个实施例中是可用作介电材料的粘附膜112)被层叠到穿孔卷材上。在转移工艺期间,层叠的穿孔卷材位于填充后的可重复使用衬底上,且粘附膜位于顶部,具有粘性的一侧朝下,从而使穿孔卷材位于叠层上的胶粘剂和填充后的可重复使用衬底之间,除了在卷材中有穿孔存在的部分之外,如图2所示。胶粘剂可以是压敏胶粘剂(PSA)、热激活胶粘剂、化学激活胶粘剂、微波或射频激活胶粘剂、光化学激活胶粘剂、辐射激活胶粘剂或其他类型的合适胶粘剂。
在一个实施例中,第二衬底104中的受体位置106排列为一个或多个规则图案,这一个或多个规则图案被设计为与第一衬底108中的开口110的图案相匹配。在一个实施例中,第二衬底104中的受体位置106为一个或多个阵列的形式,这一个或多个阵列被设计为与第一衬底108中的开口110的阵列图案相匹配。在另一个实施例中,第二衬底104中的受体位置106为阵列的形式,在该阵列中,沿两个正交方向中任意一个的开口之间的间隔等于开口110的相应间隔除以整数后的值。
在图4中,使用机械转移装置114(顶针、可变形气囊或其他设备,如下所述)来拾取功能元件102,并将其转移到第一衬底108。粘附膜112可以是可经由热、光或其他常规方法局部激活的类型。如图4所示,在一个时间点只转移了某些功能元件(而不是同时转移所有的功能元件),另外的转移可以随后执行。
卷材相对于第二衬底104的位置可以使得第一衬底108上的每个孔110位于填充后的可重复使用衬底104的功能元件102上方。在图4中,为了进行转移工艺,压下粘附膜112,使之透过第一衬底108上的孔110,以与至少一个功能元件102形成接触。当移去粘附膜112上的压力时,膜返回到其相对于穿孔卷材或第一衬底108的原始位置,并且转移后的功能元件102位于穿孔卷材或第一衬底108中的孔110内,如图5所示。利用该工艺,可以一次转移一整个构架或多个构架的功能元件102。图6图示了转移到第一衬底108后的一构架的功能元件102中的一部分。
一旦完成了转移工艺,第一衬底108被相对于第二衬底104,向前朝向下一构架的可用(未填充的)穿孔移位。同时,可以移位填充后的可重复使用衬底104,使得准备好转移另一个构架的功能元件102。在目前包含功能元件102的穿孔卷材108上,在孔110中孔110的侧壁和功能元件102之间存在有间隙116,如图5-6所示。间隙116可以被填充,也可以不被填充。如果需要的话,间隙116可被填充以UV环氧树脂或其他热固性树脂。此外,如果需要的话,可以第一衬底108的背面涂敷叠层,以将功能元件102锁定在适当位置处。或者,也可以根本不必填充间隙116。
在某些实施例中,间隙116被填充,第一衬底108不包括将功能元件102锁定在适当位置处的背面叠层。在某些实施例中,间隙116不被填充,第一衬底108包括将功能元件102锁定在适当位置处的可由PSA或热材料制成的背面叠层(未示出)。在其他的某些实施例中,间隙116被填充,第一衬底108包括将功能元件102锁定在适当位置处的背面叠层。
一旦功能元件102被转移到可以为接收卷材的第一衬底,如果功能元件包括要求外部连接的电路的话,则通常就有必要提供到功能元件102上的一个或多个接触焊盘的电接触。出于讨论的目的,在功能元件102已被沉积(例如利用FSA工艺)到可重复使用的、密集填充的衬底104中后,我们定义功能元件102的“顶部”为面朝上方的一侧,即侧面118(图3)。然后,转移胶粘剂112粘附到该功能元件102的顶表面118。
在功能元件102中的所有触点都在顶表面118上的情形中,一旦转移到第一衬底或接收卷材上的操作已经发生,就有必要提供一种形成到触点的电接触的方式。一种提供这种接触的方式是在功能元件102上的接触焊盘122上的粘附层112中形成过孔120,紧接着通过金属化工艺(形成导电迹线124)来形成互连,如图7-8所示。过孔120的形成可以通过若干种传统方法进行,包括激光钻孔或光刻刻蚀。合适的导体可以包括金属膜、导电聚合物或填充有导电粒子的油墨。
金属化124可以是在金属膜上进行的负性工艺(使用刻蚀/光刻术或激光烧蚀),也可以是正性工艺的金属迹线(如印刷)。
过孔120的形成和金属化124可以在转移工艺后发生。
或者,过孔120可以在转移功能元件102和形成金属化124之前形成在粘附层112中。
在另一个实施例中,过孔120可以在粘附层112已经拾取了功能元件102之后,但是在实际转移到第一衬底108之前形成在粘附层112中。金属化124的形成可以在转移到第一衬底108之后发生。
在另一个实施例中,一个或多个接触焊盘126位于功能元件102的底部,如图9所示。在这种情况下,由于电接触将暴露在衬底108的表面上,所以可以在转移之后将电接触直接形成到功能元件102上。
或者,可以将薄的聚合物层层叠或以其他方式形成在包含功能元件102的第一衬底108的顶部,其目的是将功能元件102锁定在第一衬底108上,或者以其他方式保护功能元件102。在该实施例中,可以随后形成过孔120以允许形成到功能元件102的底部的接触,如上所述。
在另一个实施例中,功能元件102既包含顶部触点,又包含底部触点(122和126),如图10所示。这种情况下,可以使用上述工艺的混合来形成接触。
在另一个实施例中,粘附膜112可以包括各向异性导电胶粘剂,其提供了通过粘附膜的电接触,其与功能元件102上的接触焊盘基本自对齐。然后可以在各向异性导电粘附膜112的相反一侧上形成后续的电互连。
对于某些应用(如射频识别标签)来说,没有必要提供直接的电阻性电接触,而完全可以提供到功能元件102的接触焊盘的电容性或电感性电接触。这种情况下,可以设置胶粘剂厚度和后续的导体布置以允许这些类型的连接。
在一个实施例中,可以在转移功能元件102之前使过孔120钻透顶层。
本发明方法的示例性实施例可以被应用到一种或多种不同类型的功能元件102上。例如,可以对一种类型的功能元件102进行上述的转移工艺。然后可以将第一衬底或卷材向前移位到第二转移站,第二转移站可以将更多个第一类型的器件或者第二类型的器件转移到第二组位置中。可以按需要多次重复这种标记和转移工艺,以将所有期望的器件放置到其各自位置处。这种能够重复移位和转移工艺的能力解决了至少两个潜在的问题。首先,出于产品功能或工艺经济性的原因,可能有必要将相同器件以一定的图案放置在卷材上,该图案不可在一个转移工艺步骤中完成。其次,产品可能需要具有不同功能和/或不同材料的功能元件102。再次,产品可能要求功能元件102具有不同形状或尺寸。例如,第一转移步骤可以转移具有数字电路的功能元件102,而下一个转移步骤可以转移具有模拟电路的器件。或者,第一转移步骤可以转移具有RF通信能力的功能元件102,而第二转移步骤可以转移具有传感能力的功能元件102。有可能地,附加的转移步骤可以转移具有能量存储和传递能力的器件。在另一个实施例中,第一转移步骤可以转移用于显示器的各个像素驱动器,而第二转移步骤可以转移驱动和控制像素驱动器的显示驱动器芯片IC。或者,第一转移步骤可以转移GaAs IC,而第二转移步骤可以转移硅IC。有许多关于具有两个或多个器件如何有利的附加示例。最后一个示例确实指出该工艺的一个重要特征,就是其可以工作于以任何材料制作的器件,包括但不限于硅、蓝宝石上硅、绝缘体上硅、砷化镓、碳化硅、硅上氮化镓等等。
在另一个实施例中,转移后的材料是柔性衬底(如金属箔或高温塑料)或刚性衬底(如玻璃或石英)上的划片后或其他方式切单后的薄膜晶体管(TFT)电路。
无论在工艺中有一个还是多个转移步骤,在转移器件后,如果需要外部电连接以用于器件的工作,则都需要形成用于电连接到器件顶部上的焊盘的开口(被称为“过孔”)。这些开口可以在转移工艺前形成,也可以在转移工艺后形成。在转移工艺前,过孔可以通过在适当的位置处对粘附膜进行激光钻孔、湿法刻蚀、等离子体刻蚀、冲压打孔形成,也可以通过机械钻孔形成,以在转移器件后与器件形成接触。过孔也可以在转移工艺后形成,在这种情况下,用在转移工艺中的粘附膜优选地是可激光钻孔的或可刻蚀的。
在另一个实施例中,粘附膜112可以是暂时胶粘剂。一旦间隙被填充以UV固化的聚合物或热固性聚合物或热塑性树脂,就可以剥离粘附膜。然后可以通过直接丝网印刷银油墨到功能元件102的接触焊盘上的方式来形成功能元件102的连接。这种暂时胶粘剂可以是UV释放带。这种工艺可以消除对过孔的需要。在有必要减小由功能元件上的金属互连引起的电容的情况下,可以使用功能元件上的高(5-25um)凸起的互连焊盘。粘附膜将形成与这些凸起焊盘的接触。间隙填充物(UV固化的聚合物、热固性或热塑性树脂)底层填充(underfill)粘附膜和器件顶部之间的空隙。再一次地,当移去粘附膜时,留下了凸起的金属焊盘,其被厚膜电介质包围,从而消除了形成过孔的必要。
对于过孔的可选项包括没有过孔、具有叠层的光过孔和具有叠层的激光过孔。
示例性实施例的装配件也可以用这样的功能元件102(如IC芯片)来创建,该功能元件102被减薄并划片为晶片格式(例如,被刻蚀并耦合到转运衬底),并被临时保持在划片带或其他胶粘剂上的适当位置处。层叠有胶粘剂并被穿孔的卷材可以在放置在晶片上,并且可以一次转移整个构架。在一个实施例中,具有开口110和层叠在衬底108上的粘附膜140的衬底108被放置在具有被减薄并划片为晶片格式的功能元件102的晶片上。随后压下粘附膜140使之透过开口,以使功能元件102转移到衬底108上。为了减小划片带的粘性,可以使用UV释放式的划片带,并且UV曝光可以是全曝光,也可以透过模版或掩模进行,从而使只有接触要转移的芯片的胶粘剂被UV处理。
在可替换实施例中,一个或多个功能元件102被从具有被减薄并划片为晶片格式(例如,被刻蚀并放置在或耦合到转运衬底)的功能元件102的晶片转移到模板衬底(例如第二衬底104)上。在一个实施例中,功能元件102在被形成为其特定形状(例如被减薄)后被切单、隔离或分离。功能元件102也耦合到或以其他方式放置到转运衬底上,然后被转移到模板衬底上。功能元件102然后被再次转移到器件衬底(例如第一衬底108)上。在一个实施例中,模板衬底制造有受体位置图案,该图案与形成在晶片上的功能元件102的图案相匹配。在一个实施例中,模板衬底随后被相对对齐地放置到晶片上,从而使功能元件102随后被释放到模板衬底上。为了减小划片带的粘性,可以使用UV释放式的划片带,并且UV曝光可以是全曝光,也可以透过模版或掩模进行,从而仅仅使接触要转移的芯片的胶粘剂被UV处理。随着划片带释放功能元件102,元件102被释放到模板衬底上。
包含功能元件102的晶片布图是重要的。为了一次转移许多个器件,优选地将功能元件102在晶片上进行布图使得x轴上的每i个功能元件102和y轴上的每j个功能元件102之间的间距与器件要转移到的穿孔卷材108上的孔之间的x和y间距相匹配。如果这种布图是不方便或不实际的话,则功能元件102的转移可能要多于一步才能完成,如上所述。类似地,两个或更多个不同的功能元件102的转移可以以顺序的移位和转移工艺完成,如上所述。
另一个可选项是首先将晶片切割为平铺在一起(拾取并放置)的方形管芯以形成适合于转移的方形区域,然后一起划片方形区域中的功能元件102。这允许利用圆形晶片的最大面积。也可以避免需要以特殊方式对晶片布图以进行转移。
实现从晶片的转移工艺或从填充后的模板的转移工艺的设备是相对类似的。首先,该设备需要适当的卷材转运设备以将卷材平滑地移入或移出转移工艺区域。如上所述,转移工艺区域包括一个或多个转移工艺装配单元。每个转移工艺装配单元包含以下基本组成:1.可移动台上的模板或晶片夹具;2.引入的层叠卷材;3.一种用于将卷材和模板或晶片彼此相对定位的方法;和4.用于使粘附叠层变形透过卷材从而接触到晶片上或模板中的器件的转移头。
图14图示出该设备可以包括第一衬底108的卷材线、用于保持第二衬底104的模板128和具有转移头136的转移机构130,该机构130允许将功能元件102从第二衬底104转移到第一衬底108上。该设备还可以包括一个或多个定位站132,其允许第一衬底108和第二衬底104之间的相对定位。可以使用真空站134来将第二衬底104保持在适当位置处。也可以包括存储器136,其保持可以转移到卷材线128上的第二衬底104。
用于保持晶片或模板的台可以是简单的x、y台,其利用真空保持模板或衬底。该台可以在每次转移步骤后自动平移,从而使另一组器件作好转移准备。可以从晶片盒或模板盒向该台自动供应新的晶片或模板。
或者,转移模板可以是带状的填充后的FSA卷材(其例如在辊子之间移动),该卷材前进到层叠有胶粘剂的转移卷材下方,从而使一组IC器件总是作好了转移的准备,如图15所示。图15中的设备类似于图14中的设备,区别在于包括FSA站135。
卷材可以由定位站132(例如可视系统)相对于转移模板或IC晶片定位,从而使模板或晶片上的参考标记与卷材上的互补参考标记对齐。或者,可视系统可以对齐到器件自身,或叠层卷材上的穿孔,或者上述两者。
转移头136可以采用多种形式。其可以是一组顶针,该组顶针的布局排列与衬底104的卷材中的穿孔的布图相匹配。或者,其可以是由塑料或金属制成的成形板,板上有突起,突起与衬底104的卷材中的穿孔的布图相匹配。在另一种形式中,其可以仅仅是可变形气囊,该气囊可以在空气压力下变形从而使胶粘剂叠层变形。
对于转移头136,优选地不使第一衬底108的卷材接触IC晶片或模板,除了在转移步骤自身期间外。这可以通过使模板或晶片台具有z向运动能力来实现,从而使其可以在移位第一衬底108的卷材之前从转移位置向下移动。或者,卷材可以被保持在转移台上。其可以被保持在永久高度,该高度高于,但是接近于模板或晶片台,或者其可以有z向运动,从而使其可以与模板或晶片台相接触或紧邻模板或晶片台。或者可以在卷材和转移模板或晶片之间放置单独的金属或塑料薄片或薄膜,以确保滑动的卷材不会与台上的模板或晶片相接触。
在可替换实施例中,图14或图15(或其可替换实施例)中所示的任何设备都可以包括填充站(未示出)。填充站可用来填充间隙,该间隙可以在转移功能元件后形成在第一衬底的开口中。填充站可以配备有填充物材料,如UV固化的聚合物或热固性聚合物或热塑性树脂。另外,该设备可包括胶粘剂去除站,在胶粘剂去除站可剥离粘附膜(其可以是暂时粘附膜)。在一个实施例中,暂时胶粘剂是UV释放式的胶带。在这些实施例中,可以通过直接丝网印刷银油墨到功能元件的接触焊盘上的方式来形成到功能元件的互连。具有暂时粘附膜的一个优点是其消除了用过孔来建立到功能元件的互连的必要。
图16-17图示出在另一个可替换实施例中第二衬底104是柔性的。功能元件102可以通过FSA工艺填充的塑料模板或柔性划片带上的器件沉积到第二衬底104上。取决于应用,功能元件102转移到的第一衬底108可以是刚性的,也可以是柔性的。在该实施例中,功能元件102可以转移到第一衬底108上,该第一衬底108在一个实施例中是刚性的,如大的或小的IC器件、硅晶片、IC器件的晶片、玻璃等等。可以使用共晶焊料或其他倒装芯片互连方法、或者如上所述的衬底或器件上的粘附层、或者这些技术的组合将转移后的功能元件102附着到第一衬底108。在转移工艺期间,刚性的第一衬底108被紧邻柔性的第二衬底104的功能元件102保持一侧定位,并面对该侧。通过使柔性的第二衬底104的若干部分弯曲将功能元件102转移到第一衬底108上,使得所选的功能元件102与第一衬底108形成接触,并附着到第一衬底108上。
如图16所示,第二衬底104有多个以密集封装阵列形式排列的功能元件102。与以上相类似,每个功能元件102包括接触焊盘122。第二衬底104是柔性的。可以使用诸如FSA之类的方法将功能元件102耦合到第二衬底104。第一衬底108在一个实施例中是刚性的,其包括图案化的导电线138。在一个示例中,图案化的导电线可以是天线引入线。第一衬底108可以是柔性的。在一个示例中,第一衬底108是可以支持天线的衬底,如用于RF ID标签的衬底。从而第一衬底108可以包括形成在其上的天线引入线。天线引入线的至少一部分可以是图16中所示的导电线138。
如图16所示,粘附层140布置在图案化的导电线138上。当功能元件102转移到第一衬底108上时,接触焊盘122将通过形成在粘附层140中的过孔或粘附层140的导电特性与导电线138形成电接触。粘附层140可以是导电的和/或各向异性导电的,从而使其只沿一个方向(例如Z向)导电。这样,粘附层140将允许在第一衬底上的导电线138和功能元件102上的接触焊盘140之间形成电连接。
在图16中,包括至少一个转移顶针144的转移机构142被放置在第二衬底104下方。第二衬底104被放置或保持在真空站146上,以将第二衬底104保持在适当位置处。转移机构142驱动转移顶针144进入到第二衬底104中,第二衬底104是柔性的。转移顶针144能够向上朝着第一衬底108推动功能元件102,以将功能元件102转移到第一衬底108上。图17图示了已转移到第一衬底108上的功能元件102。
在可替换实施例中,导电线138具有粘附特性使得可以消除粘附层140。在该实施例中,与接触焊盘122形成接触的导电线138的至少一部分具有粘性材料,从而使其可以粘附到接触焊盘122并且允许机械以及电耦合。
尽管前面的讨论关注于用于FSA装配的诸如集成电路之类的功能元件102的转移方法,但是本领域的技术人员很清楚,这种转移工艺也可用来装配其他类型的功能元件,这些功能元件以阵列形式形成在一衬底上,然后被转移到另一个衬底。
例如,在柔性衬底的大面积上形成薄膜晶体管是困难且代价昂贵的。一般来说,用于大面积处理的处理设备非常昂贵,并且很少有衬底能承受形成薄膜晶体管所必需的处理温度和条件。人们可以在标准的小到中等尺寸的衬底上以并不昂贵的方式形成小的电路元件,将电路元件切单,然后使用该转移工艺将器件分散到大面积上,或者将其放置到柔性衬底上。
作为一个示例,可以在不锈钢箔片上形成无定形或多晶硅TFT。这种器件在目前可以利用标准的半导体或平板显示处理设备以相对并不昂贵的方式形成。例如,普林斯顿大学的一个研究组按常规方式在四英寸的钢“晶片”(或平板)上形成了无定形硅TFT。然而,在1米见方的衬底上形成类似的TFT阵列其设备成本是无法忍受的。
然而,使用在此所述的转移方法的一个方案,可以在一个衬底上在晶片、平板或带上形成TFT,然后以简单方式将TFT转移到另一个上。例如,TFT带可以附着到载体衬底上,然后被切单。这里的目的仅仅是将切单后的晶体管元件保持在适当位置处。然后,这里所述的转移工具可以选择剥离该密集封装带的TFT,并将其转移到最终衬底上,将这些TFT放置为任意图案和间距。如果这里的粘附层是各向异性导电胶粘剂,则通过胶粘剂容易地实现了到TFT的互连(钢底层仍然在其位置处)。或者,可以使用透过非导电胶粘剂的过孔。
转移方法在刚才已进行了描述,该方法一般是通过在主衬底上提供某类牺牲底层,然后刻蚀掉牺牲层以释放薄的、易碎的有源电路元件来实现的。这种情况下,我们利用了切口、划片或以其他方式切单钢箔然后将元件作为一个整体转移的能力。
类似地,该方法也可以扩展到可以被切单的其他衬底。可以转移的其他电路元件(除了集成电路外)还包括有源元件、无源元件、或者甚至是其他的功能系统,如传感器(例如化学或生物传感器)、MEMS、VCSELS、光电二极管、机械元件、薄膜晶体管、无源电元件、电容器、电感器、电阻器、二极管、光学元件、光电二极管、光发射器、微处理器、存储器结构、射频收发器、通信元件、电源、能量存储元件、电磁辐射发射元件、电磁辐射反射元件和显示元件(例如,显示像素元件和显示驱动器)等等。
应当理解,许多实施例讨论了将功能元件从卷材格式的一个衬底(例如衬底104)转移到另一个衬底(例如衬底108)的情形。但是,这些实施例也可类似地应用于诸如薄片格式之类的其他格式。从而,衬底104和衬底108可以不是卷材格式(例如卷轴式),而是薄片形式。
这里所述的某些实施例可用来形成在专利申请09/872,985(现在是美国专利6,606,247)中所描述的带式装配件,这里通过引用并入其内容。
Claims (109)
1.一种用于装配器件的方法,包括:
将功能元件放置在形成在模板衬底中的第一开口内;以及
将所述功能元件转移到其中形成有第二开口的器件衬底上,其中所述功能元件被保持在所述第二开口内,并附着到耦合到所述器件衬底的粘附膜。
2.如权利要求1所述的方法,还包括:
形成至少一个到所述功能元件的互连。
3.如权利要求1所述的方法,其中,所述粘附膜是介电膜、压敏胶粘剂、热激活胶粘剂、化学激活胶粘剂、微波频率激活胶粘剂、射频激活胶粘剂、辐射激活胶粘剂、可激光烧蚀胶粘剂和各向异性导电胶粘剂中的至少一种,并且所述粘附膜放置在所述器件衬底上,所述第二开口完全透过所述器件衬底而形成。
4.如权利要求3所述的方法,还包括:
形成透过所述介电膜的过孔,以允许形成到所述功能元件的电连接。
5.如权利要求4所述的方法,还包括:
形成到所述功能元件的电连接。
6.如权利要求1所述的方法,还包括:
在所述器件衬底的表面上形成导电迹线;以及
将所述导电迹线互连到所述功能元件。
7.如权利要求1所述的方法,其中,所述导电迹线形成在所述粘附膜的顶部。
8.如权利要求6所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连通过在所述粘附膜中创建的过孔来实现。
9.如权利要求6所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连通过所述粘附膜来实现,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
10.如权利要求1所述的方法,还包括:
在所述器件衬底的表面上形成天线迹线;以及
将所述天线迹线互连到所述功能元件。
11.如权利要求10所述的方法,其中,所述天线迹线形成在所述粘附膜的顶部。
12.如权利要求10所述的方法,其中,所述功能元件是射频控制元件。
13.如权利要求10所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连通过在所述粘附膜中创建的过孔来实现。
14.如权利要求10所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连通过所述粘附膜来实现,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
15.如权利要求1所述的方法,还包括:
使用流控自装配将所述功能元件放置到形成在所述模板衬底中的第一开口内。
16.如权利要求1所述的方法,还包括:
将多个功能元件放置在形成在所述模板衬底中的多个第一开口内;以及
将选自所述多个功能元件中的至少一个功能元件转移到形成在所述器件衬底中的第二开口。
17.如权利要求16所述的方法,其中,所述模板衬底中的所述多个第一开口是一个或多个规则图案,其被设计为与所述器件衬底中的第二开口的图案相匹配。
18.如权利要求16所述的方法,其中,所述模板衬底中的所述多个第一开口是一个或多个阵列,其被设计为与所述器件衬底中的第二开口的阵列图案相匹配。
19.如权利要求16所述的方法,其中,所述模板衬底中的所述多个第一开口是一个阵列,在该阵列中,沿正交方向的第一开口之间的间隔等于所述器件衬底中的第二开口的相应间隔。
20.如权利要求16所述的方法,其中,所述模板衬底中的所述多个第一开口是一个阵列,在该阵列中,沿正交方向的第一开口之间的间隔等于所述第二开口的相应间隔除以整数后的值。
21.如权利要求1所述的方法,其中,所述模板衬底选自由以下各项组成的组:硅晶片、塑料膜、玻璃薄片和包括其组合的多层膜。
22.如权利要求1所述的方法,其中,功能元件是集成电路。
23.如权利要求1所述的方法,还包括:
填充所述器件衬底中的第二开口内的间隙。
24.如权利要求23所述的方法,其中,填充所述器件衬底中的第二开口内的间隙是通过可UV固化的环氧树脂和热固性树脂中的至少一种来实现的。
25.如权利要求1所述的方法,还包括:
在转移所述功能元件之前,将所述粘附膜层叠在所述器件衬底上。
26.如权利要求1所述的方法,还包括:
将附加的膜层叠在所述器件衬底上。
27.如权利要求1所述的方法,还包括:
在所述功能元件上形成顶部触点和底部触点中的至少一个。
28.如权利要求1所述的方法,还包括:
形成到所述功能元件上的顶部触点和底部触点中的至少一个的电互连。
29.如权利要求1所述的方法,还包括:
压下所述粘附膜使之透过所述第二开口,从而所述粘附膜与所述功能元件形成接触,以进行转移。
30.一种用于装配器件的方法,包括:
将第一功能元件转移到其中形成有第一开口的器件衬底上,所述第一功能元件被保持在所述第一开口内,并附着到耦合到所述器件衬底的粘附膜,并且所述第一功能元件被从其中沉积有所述第一功能元件的第一模板衬底转移到所述第一开口;以及
将第二功能元件转移到其中形成有第二开口的所述器件衬底上,所述第二功能元件被保持在所述第二开口内,并附着到耦合到所述器件衬底的所述粘附膜,并且所述第二功能元件被从其中沉积有所述第二功能元件的第二模板衬底转移到所述第二开口。
31.如权利要求30所述的方法,其中,所述第一功能元件和所述第二功能元件满足以下条件中的至少一个:材料彼此不同、功能彼此不同、形状彼此不同和尺寸彼此不同。
32.如权利要求30所述的方法,其中,所述第一功能元件和所述第二功能元件选自由以下各项组成的组:薄膜晶体管、无源电元件、电容器、电感器、电阻器、二极管、光学元件、光电二极管、光发射器、微电子机械系统(MEMS)、微处理器、存储器结构、射频收发器、通信元件、传感器、电源、能量存储元件、电磁辐射发射元件、电磁辐射反射元件、显示驱动器、显示像素元件和显示元件。
33.如权利要求30所述的方法,其中,所述第一功能元件使用流控自装配处理沉积在所述第一模板衬底中。
34.如权利要求30所述的方法,其中,所述第二功能元件使用流控自装配处理沉积在所述第二模板衬底中。
35.如权利要求30所述的方法,还包括:
压下所述粘附膜使之透过所述第一开口,从而所述粘附膜与所述第一功能元件形成接触,以将所述第一功能元件转移到所述器件衬底上;以及
压下所述粘附膜使之透过所述第二开口,从而所述粘附膜与所述第二功能元件形成接触,以将所述第二功能元件转移到所述器件衬底上。
36.一种用于形成器件的系统,包括:
模板衬底卷材线,所述模板衬底卷材线支持包括多个功能元件的模板衬底,所述多个功能元件沉积在形成在所述模板衬底中的多个第一开口内;
器件衬底卷材线,所述器件衬底卷材线支持器件衬底,所述器件衬底包括形成在其中的多个第二开口和耦合到所述器件衬底放置的粘附膜;
转移设备,所述转移设备被配置为将至少一个功能元件从所述模板衬底转移到所述器件衬底中的一个第二开口;和
定位站,所述定位站能够对齐所述模板衬底卷材线和所述器件衬底卷材线,以对齐所述至少一个功能元件和所述第二开口。
37.如权利要求36所述的系统,还包括:
耦合到所述转移设备的转移头,其中所述转移头将所述至少一个功能元件从所述模板衬底转移到所述器件衬底中的所述一个第二开口。
38.如权利要求37所述的系统,其中,所述转移头包括顶针、具有突起的板和可变形气囊中的任何一种。
39.如权利要求36所述的系统,还包括:
布置在所述模板衬底卷材线上的流控自装配站,所述流控自装配站将所述多个功能元件沉积到所述模板衬底中。
40.如权利要求36所述的系统,还包括:
布置在所述器件衬底卷材线上的层叠站,所述层叠站将所述粘附膜层叠在所述器件衬底上。
41.如权利要求36所述的系统,还包括:
布置在所述器件衬底卷材线上的处理站,所述处理站以热、化学、光、微波和射频中的任何一种方式来处理所述粘附膜以激活所述粘附膜。
42.一种用于装配器件的方法,所述方法包括:
将多个功能元件放置在形成在第一衬底中的相应多个第一开口内;
只将所述多个功能元件中的一部分转移到具有至少一个第二开口的第二衬底上。
43.如权利要求42所述的方法,其中,所述放置操作包括流体自装配工艺,其中包括多个功能元件的悬浮液被产生并被分散到第一衬底上,并且所述功能元件被布置到所述第一开口中;并且所述转移操作包括防止至少一个功能元件被转移到所述第二衬底。
44.如权利要求42所述的方法,还包括:
将所述第一衬底与所述第二衬底对齐,从而仅仅使所述部分被转移。
45.如权利要求42所述的方法,其中,所述转移在第一时间发生,并且所述方法还包括将所述多个功能元件的另外一部分从所述第一衬底再次转移到所述第二衬底上。
46.一种装配件,包括:
功能元件,所述功能元件布置在形成在第一衬底中的第一开口内,并由耦合到所述第一衬底的粘附膜保持在所述第一衬底内,其中所述功能元件被从具有第二开口的第二衬底转移到所述第一衬底,其中所述功能元件在被转移到所述第一衬底之前被沉积到所述第二开口中。
47.如权利要求46所述的装配件,还包括连接到所述功能元件的至少一个互连。
48.如权利要求46所述的装配件,其中,所述粘附膜是介电膜、压敏胶粘剂、热激活胶粘剂、化学激活胶粘剂、微波频率激活胶粘剂、射频激活胶粘剂、辐射激活胶粘剂、可激光烧蚀胶粘剂和各向异性导电胶粘剂中的至少一种,并且所述粘附膜放置在所述器件衬底上,所述第一开口完全透过所述第一衬底而形成。
49.如权利要求46所述的装配件,还包括透过所述介电膜的过孔,以允许形成到所述功能元件的电连接。
50.如权利要求49所述的装配件,还包括:
耦合到所述功能元件的电连接。
51.如权利要求46所述的装配件,还包括:
形成在所述第一衬底的表面上并互连到所述功能元件的导电迹线。
52.如权利要求46所述的装配件,还包括:
形成在所述粘附膜的顶部并互连到所述功能元件的导电迹线。
53.如权利要求51所述的装配件,其中,所述导电迹线经由在所述粘附膜中创建的过孔互连到所述功能元件。
54.如权利要求51所述的装配件,其中,所述导电迹线经由所述粘附膜互连到所述功能元件,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
55.如权利要求46所述的装配件,还包括:
形成在所述第一衬底的表面上并互连到所述功能元件的天线迹线。
56.如权利要求55所述的装配件,其中,所述功能元件是射频控制元件。
57.如权利要求46所述的装配件,还包括:
形成在所述粘附膜的顶部并互连到所述功能元件的天线迹线。
58.如权利要求55所述的装配件,其中,所述天线迹线经由在所述粘附膜中创建的过孔互连到所述功能元件。
59.如权利要求55所述的装配件,其中,所述天线迹线经由所述粘附膜互连到所述功能元件,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
60.如权利要求46所述的装配件,其中,使用流控自装配工艺来将所述功能元件放置到形成在所述第二衬底中的第二开口内。
61.如权利要求46所述的装配件,其中,所述第二衬底选自由以下各项的组成的组:硅晶片、塑料膜、玻璃薄片和包括其组合的多层膜。
62.如权利要求46所述的装配件,其中,功能元件选自由以下各项组成的组:集成电路、薄膜晶体管、无源电元件、电容器、电感器、电阻器、二极管、光发射器、光学元件、光电二极管、微电子机械系统(MEMS)、微处理器、存储器结构、射频收发器、通信元件、传感器、电源、能量存储元件、电磁辐射发射元件、电磁辐射反射元件、显示驱动器、显示像素元件和显示元件。
63.如权利要求46所述的装配件,其中,填充所述第一衬底中的间隙。
64.如权利要求61所述的装配件,所述间隙是以可UV固化的环氧树脂和热固性树脂中的至少一种来填充的。
65.如权利要求46所述的装配件,还包括:
层叠在所述第一衬底上的附加膜。
66.如权利要求46所述的装配件,还包括:
所述功能元件上的顶部触点和底部触点中的至少一个。
67.如权利要求64所述的装配件,还包括:
耦合到所述功能元件上的顶部触点和底部触点中的至少一个的电互连。
68.一种用于形成器件的系统,包括:
模板衬底薄片,所述模板衬底薄片支持包括多个功能元件的模板衬底,所述多个功能元件沉积在形成在所述模板衬底中的多个第一开口内;
器件衬底薄片,所述器件衬底薄片支持器件衬底,所述器件衬底包括形成在其中的多个第二开口和耦合到所述器件衬底放置的粘附膜;
转移设备,所述转移设备被配置为将至少一个功能元件从所述模板衬底转移到所述器件衬底中的一个第二开口;和
定位站,所述定位站能够对齐所述模板衬底薄片和所述器件衬底薄片,以对齐所述至少一个功能元件和所述第二开口。
69.如权利要求68所述的系统,还包括:
耦合到所述转移设备的转移头,其中所述转移头将所述至少一个功能元件从所述模板衬底转移到所述器件衬底中的所述一个第二开口。
70.如权利要求69所述的系统,其中,所述转移头包括顶针、具有突起的板和可变形气囊中的任何一种。
71.如权利要求68所述的系统,还包括:
布置在所述模板衬底薄片上方的流控自装配站,所述流控自装配站将所述多个功能元件沉积到所述模板衬底中。
72.如权利要求68所述的系统,还包括:
布置在所述器件衬底薄片上方的层叠站,所述层叠站将所述粘附膜层叠在所述器件衬底上。
73.如权利要求68所述的系统,还包括:
布置在所述器件衬底薄片上方的处理站,所述处理站以热、化学、光、微波和射频中的任何一种方式来处理所述粘附膜以激活所述粘附膜。
74.如权利要求1所述的方法,其中,所述粘附膜是暂时粘附膜。
75.如权利要求74所述的方法,还包括填充所述器件衬底中的第二开口内的间隙并去除所述粘附膜。
76.如权利要求30所述的方法,其中,所述粘附膜是暂时粘附膜。
77.如权利要求76所述的方法,还包括:
填充所述器件衬底中的第二开口内的间隙并去除所述粘附膜。
78.如权利要求30所述的系统,还包括填充站,所述填充站在所述至少一个功能元件被转移到所述第二开口之一中后,填充形成在所述多个第二开口中的一个或多个间隙。
79.如权利要求78所述的系统,还包括胶粘剂去除站,所述胶粘剂去除站在填充了所述一个或多个间隙后,去除被放置在所述器件衬底上的所述粘附膜。
80.如权利要求46所述的装配件,其中,所述粘附膜是暂时粘附膜。
81.如权利要求80所述的装配件,其中,在所述功能元件被布置后,所述第一开口中的任何间隙都被填充以填充物材料,并且所述粘附膜是暂时粘附膜,其在填充了所述任何间隙后被去除。
82.如权利要求7所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过在所述粘附膜中创建的过孔来实现的。
83.如权利要求7所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过所述粘附膜来实现的,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
84.如权利要求52所述的装配件,其中,所述导电迹线经由在所述粘附膜中创建的过孔互连到所述功能元件。
85.如权利要求52所述的装配件,其中,所述导电迹线经由所述粘附膜互连到所述功能元件,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
86.如权利要求57所述的装配件,其中,所述天线迹线经由在所述粘附膜中创建的过孔互连到所述功能元件。
87.如权利要求57所述的装配件,其中,所述天线迹线经由所述粘附膜互连到所述功能元件,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
88.一种用于装配器件的方法,包括:
将功能元件转移到其中形成有开口的器件衬底上,其中所述功能元件被保持在所述开口内,并附着到耦合到所述器件衬底的粘附膜,并且其中,所述功能元件是从多个功能元件中转移出来的,所述多个功能元件被布置在转运衬底格式上,并且被临时保持在所述转运衬底上的适当位置处。
89.如权利要求88所述的方法,还包括将所述功能元件从所述转运衬底上释放出来。
90.如权利要求88所述的方法,还包括:
将导电迹线互连到所述功能元件。
91.如权利要求90所述的方法,其中,所述导电迹线或者形成在所述粘附膜的顶部,或者形成在所述器件衬底的表面。
92.如权利要求90所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过在所述粘附膜中创建的过孔来实现的。
93.如权利要求90所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过所述粘附膜来实现的,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
94.如权利要求88所述的方法,还包括:
将天线迹线互连到所述功能元件。
95.如权利要求94所述的方法,其中,所述天线迹线或者形成在所述粘附膜的顶部,或者形成在所述器件衬底的表面。
96.如权利要求94所述的方法,其中,所述功能元件是射频控制元件。
97.如权利要求94所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过在所述粘附膜中创建的过孔来实现的。
98.如权利要求94所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过所述粘附膜来实现的,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
99.一种用于装配器件的方法,包括:
将功能元件转移到模板衬底中的第一开口,所述第一开口选自形成在所述模板衬底上的一组开口,所述功能元件选自被布置在转运衬底上并且临时保持在所述转运衬底上的适当位置处的一组功能元件,所述一组开口具有与所述转运衬底上的所述一组功能元件的图案相匹配的图案;以及
将所述功能元件从所述第一开口转移到形成在器件衬底中的第二开口,所述器件衬底具有耦合到其上的粘附膜,所述粘附膜将所述功能元件保持在所述第二开口。
100.如权利要求99所述的方法,还包括将所述功能元件从所述转运衬底中释放出来。
101.如权利要求99所述的方法,还包括:
将导电迹线互连到所述功能元件。
102.如权利要求101所述的方法,其中,所述导电迹线或者形成在所述粘附膜的顶部,或者形成在所述器件衬底的表面。
103.如权利要求101所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过在所述粘附膜中创建的过孔来实现的。
104.如权利要求101所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过所述粘附膜来实现的,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
105.如权利要求99所述的方法,还包括:
将天线迹线互连到所述功能元件。
106.如权利要求105所述的方法,其中,所述天线迹线或者形成在所述粘附膜的顶部,或者形成在所述器件衬底的表面。
107.如权利要求105所述的方法,其中,所述功能元件是射频控制元件。
108.如权利要求105所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过在所述粘附膜中创建的过孔来实现的。
109.如权利要求105所述的方法,其中,所述导电迹线到所述功能元件的互连是通过所述粘附膜来实现的,其中所述粘附膜是各向异性导电胶粘剂。
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