DE102019121672A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufnehmen und ablegen von optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips (11) umfasst, dass Elektron-Loch-Paare in optoelektronischen Halbleiterchips (11) erzeugt werden und dadurch in der Umgebung des jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips (11) ein elektrisches Dipolfeld erzeugt wird, ein Aufnahmewerkzeug (13) ein elektrisches Feld erzeugt und die optoelektronischen Halbleiterchips (11) während oder nach der Erzeugung der Elektron-Loch-Paare mit dem Aufnahmewerkzeug (13) aufgenommen und an vorgegebenen Stellen abgelegt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips.
  • Optoelektronische Halbleiterchips, insbesondere LEDs (englisch: light emitting diodes), werden bei einigen herkömmlichen Montageprozessen getestet und gegebenenfalls aussortiert, bevor sie auf eine Platine montiert werden. Für kleine optoelektronische Halbleiterchips, insbesondere µLED, die laterale Abmessungen im µm-Bereich aufweisen, sind derartige Verfahren nicht wirtschaftlich durchführbar.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem optoelektronische Halbleiterchips mit insbesondere kleinen Abmessungen aufgenommen und abgelegt und gleichzeitig diejenigen optoelektronischen Halbleiterchips, die bestimmte Defekte aufweisen, aussortiert werden können. Ferner soll eine entsprechende Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips geschaffen werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine weitere Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips umfasst, dass Elektron-Loch-Paare in den optoelektronischen Halbleiterchips erzeugt werden.
  • Die optoelektronischen Halbleiterchips können jeweils eine Halbleiterschicht mit einem photosensitiven Bereich aufweisen, der auch als optisch aktiver Bereich bezeichnet werden kann. Dieser Bereich kann beispielsweise die aktive Zone einer Leuchtdiode sein. In dem photosensitiven Bereich können Ladungsträger bzw. Elektron-Loch-Paare durch eine entsprechende Anregung, insbesondere durch einfallendes Licht, erzeugt werden.
  • Ein Elektron-Loch-Paar besteht aus einem Defektelektron und einem Elektron, das durch die Absorption von Energie aus seinem Grundzustand im Kristall in einen angeregten Zustand versetzt wurde.
  • Durch geeignete Eigenschaften des Halbleitermaterials, wie beispielsweise zwei Bereiche mit unterschiedlichen Konzentrationen von Dotierstoffen, wie einem p-n-Übergang, können die Elektron-Loch-Paare voneinander getrennt werden. Dadurch werden in den jeweiligen Halbleiterchips Ladungen erzeugt, die außerhalb der Halbleiterchips ein Dipolfeld erzeugen. Dieser Vorgang ist auch als photovoltaischer Effekt bekannt.
  • Die Höhe des von einem jeweiligen Halbleiterchip erzeugten Dipolfelds hängt von Eigenschaften des Halbleiterchips ab. Halbleiterchips können Defekte, wie zum Beispiel Kurzschlüsse, Nebenschlüsse oder geringere Effizienz, aufweisen, die typischerweise zu einem beschleunigten Abfließen der durch die Anregung erzeugten Ladungen und damit zu einem verringerten Dipolfeld führen.
  • Weiterhin wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Aufnahmewerkzeug bereitgestellt, welches dazu dient, die optoelektronischen Halbleiterchips aufzunehmen und an vorgegebenen Stellen bzw. Orten abzusetzen, beispielsweise auf einer Platine, auf welche die optoelektronischen Halbleiterchips montiert werden sollen. Dieser Vorgang wird in der englischsprachigen Fachliteratur auch als „pick and place“ bezeichnet.
  • Erfindungsgemäß erzeugt das Aufnahmewerkzeug zumindest an bestimmten Stellen ein elektrisches Feld, beispielsweise indem es an diesen Stellen elektrisch geladen wird. Die optoelektronischen Halbleiterchips werden während oder nach der Erzeugung der Elektron-Loch-Paare von dem Aufnahmewerkzeug aufgenommen.
  • Das von dem Aufnahmewerkzeug generierte elektrische Feld wechselwirkt mit den Dipolfeldern der optoelektronischen Halbleiterchips, wodurch eine anziehende oder auch abstoßende Kraft zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den optoelektronischen Halbleiterchips erzeugt wird. Die elektrostatische Wechselwirkung bzw. Kraft kann eine Wechselwirkung bzw. Kraft, die zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den optoelektronischen Halbleiterchips auch ohne die durch die Elektron-Loch-Paare bewirkten elektrischen Dipolfelder herrscht, überlagern. Beispielsweise kann zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips eine van der Waals-Anziehung oder eine elektrostatische Anziehung auch ohne die durch die Anregung erzeugte Dipolladung bestehen. Durch die zusätzliche elektrostatische Anziehung kann eine Schwelle überwunden werden, oberhalb derer die optoelektronischen Halbleiterchips von einem Träger, auf dem die optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet sind, gelöst werden und von dem Aufnahmewerkzeug aufgenommen werden.
  • Die Kraft zum Abnehmen der optoelektronischen Halbleiterchips vom Träger kann größer sein als die Kraft, die zum Halten der abgenommenen optoelektronischen Halbleiterchips durch das Aufnahmewerkzeug benötigt wird. Unter Umständen kann daher die elektrostatische Kraft nur zum Abnehmen und nicht zum Halten der optoelektronischen Halbleiterchips erforderlich sein. Folglich ist das Vorhandensein der elektrischen Dipolfelder nur zum Abnehmen der optoelektronischen Halbleiterchips, aber nicht unbedingt danach zum Halten der optoelektronischen Halbleiterchips notwendig.
  • Optoelektronische Halbleiterchips mit bestimmten Defekten, zum Beispiel Kurzschlüssen, Nebenschlüssen, geringer Effizienz oder anderen Defekten, haben bei einer Anregung ein geringeres Dipolfeld als optoelektronische Halbleiterchips ohne derartige Defekte. Dementsprechend ist die elektrostatische Wechselwirkung zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den defekten optoelektronischen Halbleiterchips derart gering, dass diese von dem Aufnahmewerkzeug nicht aufgenommen werden und auf dem Träger zurückbleiben. Die Erfindung ermöglicht es daher, dass defekte optoelektronische Halbleiterchips nicht aufgenommen und dementsprechend auch nicht montiert werden, wodurch der Reparaturaufwand, der durch die Montage defekter optoelektronischer Halbleiterchips verursacht wird, erheblich reduziert werden kann.
  • Durch eine geeignete Ausgestaltung kann alternativ bewirkt werden, dass optoelektronische Halbleiterchips mit bestimmten Defekten, die das Dipolfeld verringern, von dem Aufnahmewerkzeug aufgenommen werden und „gute“ optoelektronische Halbleiterchips mit höheren Dipolfeldern von dem Aufnahmewerkzeug abgestoßen werden und auf dem Träger zurückbleiben. Auch diese Ausgestaltung bewirkt eine Trennung von guten und defekten optoelektronischen Halbleiterchips.
  • Das Aufnahmewerkzeug kann aus einem geeigneten Material gefertigt sein, um ein elektrisches Feld zu erzeugen. Beispielsweise kann das Aufnahmewerkzeug Polydimethylsiloxan (kurz: PDMS) aufweisen, in welches Metallkontakte eingebettet sind. Die Metallkontakte können an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen sein, um das PDMS-Material zur Erzeugung des elektrischen Felds entsprechend zu laden.
  • Weiterhin kann das Aufnahmewerkzeug aus einem geeigneten elektrisch geladenen Material gefertigt sein, welches von sich aus ein elektrisches Feld erzeugt.
  • Eine weitere Option zur Erzeugung des elektrischen Felds besteht darin, das elektrische Feld zum Beispiel durch Kontakte innerhalb oder an der Oberfläche des Aufnahmewerkzeugs und eine elektrische Spannung zu generieren.
  • Das elektrische Feld kann sich auch zwischen dem Aufnahmewerkzeug und einem elektrischen Kontakt erstrecken, wobei sich die optoelektronischen Halbleiterchips zwischen dem Aufnahmewerkzeug und dem elektrischen Kontakt befinden. Der elektrische Kontakt kann beispielsweise der Träger sein, auf dem die optoelektronischen Halbleiterchips abgelegt sind, oder in diesen integriert sein.
  • Die optoelektronischen Halbleiterchips können auf einem Halbleiterwafer hergestellt und anschließend, beispielsweise durch Sägen, vereinzelt werden. Nach dem Vereinzeln können die optoelektronischen Halbleiterchips mit Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens auf eine Platine oder einen anderen Träger montiert werden.
  • Die von den optoelektronischen Halbleiterchips emittierte elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, Ultraviolett (UV)-Licht und/oder InfrarotLicht sein.
  • Die optoelektronischen Halbleiterchips können beispielsweise als Licht emittierende Dioden (englisch: light emitting diode; kurz: LED), als organische Licht emittierende Dioden (englisch: organic light emitting diode; kurz: OLED), als Licht emittierende Transistoren oder als organische Licht emittierende Transistoren ausgebildet sein. Die optoelektronischen Halbleiterchips können in verschiedenen Ausführungsformen Teil einer integrierten Schaltung sein.
  • Die optoelektronischen Halbleiterchips können beispielsweise Solarzellen sein.
  • Gemäß einer Ausgestaltung sind die optoelektronischen Halbleiterchips als µLEDs, d. h. Mikro-LEDs, ausgeführt. Eine µLED kann über ein sehr dünnes Substrat oder gar kein Substrat verfügen. µLEDs sind LEDs mit kleinen lateralen Ausdehnungen, insbesondere im µm-Bereich. Insbesondere können die pLEDs Kantenlängen kleiner oder gleich 70 µm oder kleiner oder gleich 20 µm oder kleiner oder gleich 10 µm aufweisen.
  • Für pLEDs können aufgrund ihrer geringen Abmessungen und gegebenenfalls großen Anzahl keine herkömmlichen Verfahren wirtschaftlich eingesetzt werden, bei denen die LEDs zunächst getestet und dann auf eine Platine montiert werden. Das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Verfahren ermöglicht es im Unterschied zu herkömmlichen Verfahren, defekte pLEDs vor der Montage auszusortieren.
  • Die Anregung der optoelektronischen Halbleiterchips zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare kann durch die Bestrahlung der optoelektronischen Halbleiterchips mit Licht, insbesondere UV-Licht, erfolgen. Das Lichtspektrum muss eine Wellenlänge oder einen Wellenlängenbereich aufweisen, der eine Anregung, insbesondere eine Photolumineszenzanregung, ermöglicht. Insbesondere muss die Anregungsstrahlung eine höhere Energie als die von den optoelektronischen Halbleiterchips emittierte Strahlung aufweisen. Folglich muss die Wellenlänge der Anregungsstrahlung kürzer sein als die Wellenlänge der von den optoelektronischen Halbleiterchips emittierten Strahlung. Beispielsweise emittieren blaue pLEDs Licht bei ca. 460 nm. Die Anregungsstrahlung sollte in diesem Fall eine Wellenlänge von 440 nm oder kürzer aufweisen, beispielsweise eine Wellenlänge von ca. 420 nm.
  • Das zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare verwendete Licht kann durch das Aufnahmewerkzeug auf die optoelektronischen Halbleiterchips fallen. Um dies zu ermöglichen, kann das Aufnahmewerkzeug zumindest teilweise aus einem Material bestehen, das für das Licht zumindest teilweise transparent bzw. durchlässig ist. Weiterhin können Öffnungen oder Lichtleiter in das Aufnahmewerkzeug integriert sein, durch die das Licht zu den optoelektronischen Halbleiterchips gelangt.
  • Die optoelektronischen Halbleiterchips können vor dem Aufnehmen durch das Aufnahmewerkzeug auf einem Träger bzw. einem Substrat angeordnet sein. Das zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare verwendete Licht kann durch den Träger bzw. das Substrat auf die optoelektronischen Halbleiterchips fallen. Zu diesem Zweck kann der Träger bzw. das Substrat zumindest teilweise aus einem Material gefertigt sein, das für das Licht zumindest teilweise transparent bzw. durchlässig ist, oder aber es können Öffnungen oder Lichtleiter in den Träger bzw. das Substrat integriert sein.
  • Alternativ kann das Licht seitlich oder schräg auf die optoelektronischen Halbleiterchips gestrahlt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass nicht in allen optoelektronischen Halbleiterchips, sondern nur selektiv in einigen der optoelektronischen Halbleiterchips Elektron-Loch-Paare erzeugt werden.
  • Beispielsweise kann eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips bereitgestellt werden und die Elektron-Loch-Paare werden nur in ausgewählten optoelektronischen Halbleiterchips der Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips erzeugt. Dann werden bis auf die defekten optoelektronischen Halbleiterchips auch nur diese optoelektronischen Halbleiterchips von dem Aufnahmewerkzeug aufgenommen. Das selektive Anregen der optoelektronischen Halbleiterchips kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Licht zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare durch eine Maske geführt wird.
  • Eine weitere Möglichkeit, um nur eine Auswahl der optoelektronischen Halbleiterchips aufzunehmen, besteht darin, dass das Aufnahmewerkzeug nur in vorgegebenen Bereichen ein elektrisches Feld erzeugt. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, indem die in das Aufnahmewerkzeug eingebetteten Metallkontakte zumindest teilweise individuell ansteuerbar sind.
  • Gemäß einer Ausgestaltung weist das Aufnahmewerkzeug eine Mehrzahl von Erhebungen bzw. Stempeln an einer Oberfläche auf, die den optoelektronischen Halbleiterchips zugewandt ist. Beim Absenken des Aufnahmewerkzeugs kommen nur die Erhebungen mit den optoelektronischen Halbleiterchips in Kontakt, so dass nur die Erhebungen optoelektronische Halbleiterchips aufnehmen. Die zwischen den Erhebungen sowie die außerhalb der Erhebungen liegenden Bereiche nehmen keine optoelektronischen Halbleiterchips auf.
  • Alternativ kann das Aufnahmewerkzeug zumindest in einem Bereich eine durchgehend ebene Oberfläche aufweisen, die für das Aufnehmen der optoelektronischen Halbleiterchips bestimmt ist. Dies ermöglicht eine höhere Flexibilität, da optoelektronische Halbleiterchips, die in unterschiedlichen Mustern und/oder mit unterschiedlichen Abständen angeordnet sind, aufgenommen werden können.
  • Weiterhin kann das Aufnahmewerkzeug die Form eines Zylinders haben, der zur Aufnahme der optoelektronischen Halbleiterchips über die optoelektronischen Halbleiterchips gerollt wird. Beispielsweise kann das Aufnahmewerkzeug wie die Trommel eines Laserdruckers ausgestaltet sein. Zum Aufnehmen der optoelektronischen Halbleiterchips kann das zylinderförmige Aufnahmewerkzeug über die optoelektronischen Halbleiterchips bewegt werden. Alternativ kann die Drehachse des zylinderförmigen Aufnahmewerkzeugs ortsfest sein und der Träger mit den optoelektronischen Halbleiterchips kann unter dem Aufnahmewerkzeug durchgeschoben werden.
  • Zum Ablegen der optoelektronischen Halbleiterchips kann die elektrische Ladung des Aufnahmewerkzeugs über die Metallkontakte geändert werden. Beispielsweise können die Metallkontakte umgepolt werden. Dies führt zu einer abstoßenden elektrischen Wechselwirkung zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den durch die Elektron-Loch-Paare polarisierten optoelektronischen Halbleiterchips.
  • Weiterhin kann die Ladung auch nur an bestimmten Stellen oder in bestimmten Bereichen des Aufnahmewerkzeugs geändert werden, so dass selektiv bestimmte optoelektronische Halbleiterchips abgelegt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit, um die optoelektronischen Halbleiterchips abzulegen, besteht darin, dass der Träger bzw. das Substrat, auf den die optoelektronischen Halbleiterchips aufgebracht werden, eine Haftkraft erzeugt, welche größer als die anziehende Kraft zwischen dem Aufnahmewerkzeug und den optoelektronischen Halbleiterchips ist. Beispielsweise kann die Oberfläche des Trägers bzw. des Substrats mit einem Klebstoff, einem Lack, einem Lotmaterial oder anderen geeigneten Materialien beschichtet sein.
  • Weiterhin können die optoelektronischen Halbleiterchips mittels mechanischer Kräfte von dem Aufnahmewerkzeug gelöst werden, beispielsweise durch Abscheren oder Beschleunigungskräfte.
  • Gemäß einer Ausgestaltung berührt das Aufnahmewerkzeug die optoelektronischen Halbleiterchips zu deren Aufnahme direkt. Während des Transfers der optoelektronischen Halbleiterchips hält das Aufnahmewerkzeug diese mittels Van-der-Waals-Kräften.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips bestimmt. Die Vorrichtung kann beispielsweise ein Bestückungsautomat sein oder in einen Bestückungsautomaten integriert sein.
  • Die Vorrichtung umfasst ein Anregungselement zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren in optoelektronischen Halbleiterchips und ein Aufnahmewerkzeug zum Aufnehmen und Ablegen der optoelektronischen Halbleiterchips. Durch die Elektron-Loch-Paare werden in der Umgebung der optoelektronischen Halbleiterchips elektrische Dipolfelder generiert. Das Aufnahmewerkzeug ist derart ausgebildet, dass es ein elektrisches Feld erzeugt, welches mit den elektrischen Dipolfeldern der optoelektronischen Halbleiterchips wechselwirkt, um diese aufnehmen zu können. Die aufgenommenen optoelektronischen Halbleiterchips werden zu vorgegebenen Stellen transferiert und dort abgelegt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist das Anregungselement derart ausgebildet, dass es Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge oder einem vorgegebenen Wellenlängenbereich zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare in den optoelektronischen Halbleiterchips erzeugt. Das Anregungselement kann beispielsweise eine Lichtquelle und/oder einen Lichtleiter umfassen.
  • Das Anregungselement kann derart angeordnet sein, dass das Licht zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare durch das Aufnahmewerkzeug oder durch einen Träger, auf dem die optoelektronischen Halbleiterchips angeordnet sind, auf die optoelektronischen Halbleiterchips fällt.
  • Das Aufnahmewerkzeug kann an einer den optoelektronischen Halbleiterchips zugewandten Oberfläche eine Mehrzahl von Erhebungen aufweisen. Die optoelektronischen Halbleiterchips können von den Erhebungen des Aufnahmewerkzeugs aufgenommen werden.
  • Alternativ kann zumindest ein Bereich einer den optoelektronischen Halbleiterchips zugewandten Oberfläche des Aufnahmewerkzeugs durchgehend eben sein und dazu ausgebildet sein, die optoelektronischen Halbleiterchips aufzunehmen.
  • Weiterhin kann die Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips die oben beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips aufweisen.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen schematisch:
    • 1A bis 1D Darstellungen eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips;
    • 2 eine Darstellung einer weiteren Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips;
    • 3A und 3B Darstellungen eines Verfahrens zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips mittels eines zylinderförmigen Aufnahmewerkzeugs;
    • 4 eine Darstellung eines Aufnahmewerkzeugs mit Erhebungen zum Aufnehmen von optoelektronischen Halbleiterchips;
    • 5 eine Darstellung eines Aufnahmewerkzeugs mit selektiver Bestrahlung von optoelektronischen Halbleiterchips;
    • 6 eine Darstellung eines Aufnahmewerkzeugs mit einer ebenen Oberfläche zum Aufnehmen von optoelektronischen Halbleiterchips;
    • 7A bis 7C Darstellungen eines Verfahrens zum Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips; und
    • 8A bis 8C Darstellungen verschiedener Ausgestaltungen zur Erzeugung eines elektrischen Felds durch das Aufnahmewerkzeug.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • 1A zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.
  • Die optoelektronischen Halbleiterchips sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als pLEDs 11 ausgebildet und auf einem Träger 12 voneinander beabstandet angeordnet.
  • Die Vorrichtung 10 weist ein Aufnahmewerkzeug 13, ein Anregungselement 14 und eine Spannungsquelle 15 auf.
  • Das Anregungselement 14 emittiert Licht 16, mit welchem die pLEDs 11 bestrahlt werden. Das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 umfasst Wellenlängen, die Elektron-Loch-Paare in dem optisch aktiven Bereich der pLEDs 11 durch Anregung erzeugen. Die Elektron-Loch-Paare bewirken eine elektrostatische Polarisation innerhalb der pLEDs 11, wodurch ein elektrisches Dipolfeld in der Umgebung der jeweiligen µLED 11 erzeugt wird.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Aufnahmewerkzeug 13 zwischen dem Anregungselement 14 und den µLEDs 11 angeordnet. Das Aufnahmewerkzeug 13 ist für das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 zumindest teilweise durchlässig, so dass das Licht 16 zu den pLEDs 11 gelangen kann.
  • Das Aufnahmewerkzeug 13 weist Metallkontakte auf, die beispielsweise in Polydimethylsiloxan (kurz: PDMS) oder ein anderes geeignetes Material eingebettet sind. Die Metallkontakte sind an die Spannungsquelle 15 angeschlossen. Über eine Spannung an den Metallkontakten kann ein elektrostatisches Feld erzeugt werden.
  • Ferner weist das Aufnahmewerkzeug 13 Erhebungen 17 auf, die sich von einer Oberfläche an der Unterseite des Aufnahmewerkzeugs 13 in Richtung der pLEDs 11 erstrecken.
  • Anhand der 1A bis 1D wird im Folgenden ein Verfahren zum Aufnehmen und Ablegen der pLEDs 11 mit Hilfe der Vorrichtung 10 als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 bewirkt eine Anregung und eine dadurch hervorgerufene elektrostatische Polarisation in den µLEDs 11. Gleichzeitig wird das Aufnahmewerkzeug 13 mittels der Spannungsquelle 15 derart geladen, das eine anziehende Wechselwirkung zwischen dem Aufnahmewerkzeug 13 und den pLEDs 11 bewirkt wird.
  • Das Aufnahmewerkzeug 13 wird zu den pLEDs 11 heruntergefahren, bis die Erhebungen 17 mit den darunter befindlichen µLEDs 11 in Kontakt sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede zweite µLED 11 mit einer der Erhebungen 17 in Kontakt.
  • Wie 1B zeigt, wird das Aufnahmewerkzeug 13 anschließend zusammen mit den an den Erhebungen 17 haftenden LEDs 11 angehoben. In 1C ist ein vergrößerter Ausschnitt aus 1B dargestellt. 1C zeigt die elektrostatische Ladung des Aufnahmewerkzeugs 13 sowie die Polarisation der pLEDs 11. Aus Gründen der Einfachheit sind in 1B und allen folgenden Figuren das Anregungselement 14 und die Spannungsquelle 15 nicht dargestellt.
  • Die zwischen den Erhebungen 13 liegenden pLEDs 11 werden von dem Aufnahmewerkzeug 13 nicht angehoben. Ferner werden µLEDs 11 nicht angehoben, bei denen das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 aufgrund von Defekten in den µLEDs 11 nur eine geringe oder keine Polarisation verursacht. Diese µLEDs 11 sind in 1A bis 1C dunkel hinterlegt. Die geringere Polarisation im Vergleich zu intakten µLEDs 11 ermöglicht es, pLEDs 11 mit entsprechenden Defekten auszusortieren, ohne die pLEDs 11 vorher testen zu müssen.
  • Anschließend werden die pLEDs 11, wie 1D zeigt, mittels des Aufnahmewerkzeugs 13 zu einem gewünschten Ort transferiert und dort abgelegt.
  • 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 20 zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips als ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Die in 2 dargestellte Vorrichtung 20 ist weitgehend identisch mit der Vorrichtung 10 aus 1A. Der Unterschied besteht darin, dass das Anregungselement 14 in 2 unterhalb des Trägers 12, auf dem sich die pLEDs 11 befinden, angeordnet ist. In diesem Fall muss der Träger 14 zumindest teilweise durchlässig für das von dem Anregungselement 14 emittierte Licht 16 sein, damit eine Photolumineszenzanregung in den pLEDs 11 erfolgen kann.
  • 3A zeigt schematisch ein zylinderförmig ausgebildetes Aufnahmewerkzeug 13, das wie die Trommel eines Laserdruckers ausgestaltet sein kann. Das Aufnahmewerkzeug 13 ist elektrostatisch derart geladen, dass zwischen der Oberfläche des Aufnahmewerkzeugs 13 und den darunter befindlichen µLEDs 11 aufgrund der durch die Photolumineszenzanregung verursachten Polarisation eine attraktive Wechselwirkung besteht.
  • Wie in 3B gezeigt ist, wird das zylinderförmige Aufnahmewerkzeug 13 über den Träger 12 gerollt und dabei werden diejenigen µLEDs 11 aufgenommen, in denen durch das einfallende Licht 16 eine ausreichende Polarisation erzeugt wurde.
  • 4 zeigt schematisch ein Aufnahmewerkzeug 13 mit Erhebungen 17 an seiner Unterseite, die sich in Richtung der unterhalb des Aufnahmewerkzeugs 13 angeordneten pLEDs 11 erstrecken. Das von dem in 4 nicht dargestellten Anregungselement 14 emittierte Licht 16 fällt durch das Aufnahmewerkzeug 13 hindurch auf die pLEDs 11.
  • Um den Durchgang des Lichts 16 zu ermöglichen, kann das Aufnahmewerkzeug 13 aus einem für das Licht 16 zumindest teilweise durchlässigen Material gefertigt sein oder es können entsprechende Durchgangsöffnungen oder Lichtleiter in das Aufnahmewerkzeug 13 integriert sein.
  • 5 zeigt das Aufnahmewerkzeug 13 aus 4, jedoch werden in 5 selektiv nur bestimmte pLEDs 11 mit dem Licht 16 bestrahlt, beispielsweise jede zweite µLED 11. Um dies zu ermöglichen, können entsprechende Durchgangsöffnungen oder Lichtleiter in das Aufnahmewerkzeug 13 integriert sein oder aber es kann eine entsprechende abschattende Maske vorgesehen sein, die das Licht 16 nur auf die vorgegebenen pLEDs 11 fallen lässt. Im Ergebnis werden nur die mit dem Licht 16 bestrahlten pLEDs 11 zur Photolumineszenz angeregt und nur diese pLEDs 11 können von dem Aufnahmewerkzeug 13 aufgenommen werden, sofern sie durch die Photolumineszenzanregung eine ausreichende Polarisation ausbilden.
  • 6 zeigt schematisch eine Aufnahmewerkzeug 13, das an seiner Unterseite eine durchgehend ebene Oberfläche 21 aufweist. Die ebene Oberfläche 21 ermöglicht es, in unterschiedlichen Mustern und/oder mit unterschiedlichen Abständen angeordnete pLEDs 11 aufzunehmen.
  • Weiterhin können abschattende Elemente, zum Beispiel eine Maske, vorgesehen sein, um selektiv nur bestimmte pLEDs 11 zur Photolumineszenz anzuregen.
  • 7A bis 7C zeigt die Vorrichtung 10 während des Ablegens der pLEDs 11. Nach dem in 1A bis 1D dargestellten Aufnehmen der pLEDs 11 wird das Aufnahmewerkzeug 13 zu einer in 7A dargestellten Platine transferiert, auf welche einige der pLEDs 11 montiert werden sollen.
  • Mittels der in 7B dargestellten Spannungsquelle 15 wird die elektrostatische Ladung des Aufnahmewerkzeugs 13 derart geändert, dass die anziehende Wechselwirkung zwischen dem Aufnahmewerkzeug 13 und den pLEDs 11 verringert oder in eine abstoßende Wechselwirkung umgewandelt wird. Mittels der individuell ansteuerbaren Metallkontakte in dem Aufnahmewerkzeug kann die elektrische Ladung in bestimmten Bereichen des Aufnahmewerkzeugs in der gewünschten Weise geändert werden, so dass nur eine vorgegebene Anzahl der pLEDs 11 auf der Platine 22 abgesetzt wird. Anschließend wird das Aufnahmewerkzeug 13 von der Platine 22 entfernt, wie in 7C gezeigt ist. Die an dem Aufnahmewerkzeug 13 verbleibenden pLEDs 11 können an anderer Stelle entfernt oder abgesetzt werden, zum Beispiel an einem Reinigungsklebestreifen.
  • In 8A bis 8C sind verschiedene Optionen schematisch dargestellt, wie durch das Aufnahmewerkzeug 13 ein elektrisches Feld erzeugt werden kann. Die in 8A bis 8C dargestellten Feldlinien 23 geben die Richtung und Stärke des elektrischen Felds an dem jeweiligen Ort an.
  • In der in 8A gezeigten Ausgestaltung befinden sich Ladungen in den Erhebungen 17 des Aufnahmewerkzeugs 13. Die Gegenladungen sich in der Umgebung des Aufnahmewerkzeugs 13 angeordnet. Dadurch ergibt sich ein elektrisches Feld in der Umgebung jeder der Erhebungen 17, das dem Feld einer Punktladung ähnlich ist.
  • In 8B befinden sich Dipolladungen in dem Aufnahmewerkzeug 13, die derart angeordnet sind, dass die elektrische Feldstärke an den Spitzen der Erhebungen 17 besonders groß ist.
  • In 8C sind die Erhebungen 17 des Aufnahmewerkzeugs 13 elektrisch geladen und die Gegenladungen sind unterhalb des Trägers 12 angeordnet, so dass sich die aufzunehmenden pLEDs 11 zwischen dem Aufnahmewerkzeug 13 und den Gegenladungen und damit innerhalb des elektrischen Felds befinden.
  • Die mit Hilfe des Aufnahmewerkzeugs 13 erzeugten elektrischen Felder sollten nicht homogen sein, um eine effektive Kraft auf die Dipole der pLEDs 11 auszuüben, damit diese von dem Träger 12 aufgenommen werden können.
  • In 8A bis 8C sind außerdem elektrische Feldlinien 24 der pLEDs 11 dargestellt, die durch die Anregung erzeugt werden. Die Wechselwirkung der Feldlinien 24 der µLEDs 11 mit den Feldlinien 23 des Aufnahmewerkzeugs 13 ist zur Vereinfachung nicht dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Vorrichtung
    11
    µLED
    12
    Träger
    13
    Aufnahmewerkzeug
    14
    Anregungselement
    15
    Spannungsquelle
    16
    Licht
    17
    Erhebung
    20
    Vorrichtung
    21
    Oberfläche
    22
    Platine
    23
    Feldlinie des Aufnahmewerkzeugs
    24
    Feldlinie des Halbleiterchips

Claims (18)

  1. Verfahren zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips (11), wobei Elektron-Loch-Paare in optoelektronischen Halbleiterchips (11) erzeugt werden und dadurch in der Umgebung des jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips (11) ein elektrisches Dipolfeld erzeugt wird, ein Aufnahmewerkzeug (13) ein elektrisches Feld erzeugt, und die optoelektronischen Halbleiterchips (11) während oder nach der Erzeugung der Elektron-Loch-Paare mit dem Aufnahmewerkzeug (13) aufgenommen und an vorgegebenen Stellen abgelegt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips µLEDs (11) oder LEDs sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips (11) zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare mit Licht (16), das eine vorgegebene Wellenlänge oder einen vorgegebenen Wellenlängenbereich aufweist, bestrahlt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Licht (16) zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare durch das Aufnahmewerkzeug (13) auf die optoelektronischen Halbleiterchips (11) fällt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die optoelektronischen Halbleiterchips (11) auf einem Träger (12) angeordnet sind und das Licht (16) zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare durch den Träger (12) auf die optoelektronischen Halbleiterchips (11) fällt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips (11) bereitgestellt wird und die elektrischen Dipolfelder nur in ausgewählten optoelektronischen Halbleiterchips (11) der Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterchips (11) erzeugt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufnahmewerkzeug (13) nur in vorgegebenen Bereichen ein elektrisches Feld erzeugt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufnahmewerkzeug (13) an einer den optoelektronischen Halbleiterchips (11) zugewandten Oberfläche eine Mehrzahl von Erhebungen (17) aufweist und die optoelektronischen Halbleiterchips (11) von den Erhebungen (17) des Aufnahmewerkzeugs (13) aufgenommen werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest ein Bereich einer den optoelektronischen Halbleiterchips (11) zugewandten Oberfläche (21) des Aufnahmewerkzeugs (13) eben ist und die optoelektronischen Halbleiterchips (11) mit dem ebenen Bereich des Aufnahmewerkzeugs (13) aufgenommen werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Aufnahmewerkzeug (13) die Form eines Zylinders hat, der zur Aufnahme der optoelektronischen Halbleiterchips (11) über die optoelektronischen Halbleiterchips (11) gerollt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Ablegen der optoelektronischen Halbleiterchips (11) das von dem Aufnahmewerkzeug (13) erzeugte elektrische Feld geändert wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufnahmewerkzeug (13) zur Aufnahme der optoelektronischen Halbleiterchips (11) die optoelektronischen Halbleiterchips (11) direkt berührt und mittels Van-der-Waals-Kräften hält.
  13. Vorrichtung (10, 20) zum Aufnehmen und Ablegen von optoelektronischen Halbleiterchips (11), umfassend: ein Anregungselement (14) zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren in optoelektronischen Halbleiterchips (11), um in der Umgebung des jeweiligen optoelektronischen Halbleiterchips (11) ein elektrisches Dipolfeld zu erzeugen, und ein Aufnahmewerkzeug (13) zum Aufnehmen und Ablegen der optoelektronischen Halbleiterchips (11), wobei das Aufnahmewerkzeug (13) derart ausgestaltet ist, dass es ein elektrisches Feld erzeugt, anschließend die optoelektronischen Halbleiterchips (11) mit den von dem Anregungselement (14) erzeugten Elektron-Loch-Paaren aufnimmt und die optoelektronischen Halbleiterchips (11) an vorgegebenen Stellen ablegt.
  14. Vorrichtung (10, 20) nach Anspruch 13, wobei das Anregungselement (14) derart ausgebildet ist, dass es Licht (16) mit einer vorgegebenen Wellenlänge oder einem vorgegebenen Wellenlängenbereich zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare in den optoelektronischen Halbleiterchips (11) erzeugt.
  15. Vorrichtung (10, 20) nach Anspruch 14, wobei das Anregungselement (14) derart angeordnet ist, dass das Licht (16) zur Erzeugung der Elektron-Loch-Paare durch das Aufnahmewerkzeug (13) oder durch einen Träger (12), auf dem die optoelektronischen Halbleiterchips (11) angeordnet sind, auf die optoelektronischen Halbleiterchips (11) fällt.
  16. Vorrichtung (10, 20) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Aufnahmewerkzeug (13) an einer den optoelektronischen Halbleiterchips (11) zugewandten Oberfläche eine Mehrzahl von Erhebungen (17) aufweist und die optoelektronischen Halbleiterchips (11) von den Erhebungen (17) des Aufnahmewerkzeugs (13) aufgenommen werden.
  17. Vorrichtung (10, 20) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei zumindest ein Bereich einer den optoelektronischen Halbleiterchips (11) zugewandten Oberfläche (21) des Aufnahmewerkzeugs (13) eben ist und die optoelektronischen Halbleiterchips (11) mit dem ebenen Bereich des Aufnahmewerkzeugs (13) aufgenommen werden.
  18. Vorrichtung (10, 20) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Aufnahmewerkzeug (13) die Form eines Zylinders hat, der zur Aufnahme der optoelektronischen Halbleiterchips (11) über die optoelektronischen Halbleiterchips (11) gerollt wird.
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