DE102021118957A1

DE102021118957A1 - Verfahren zum transfer eines bauelements

Info

Publication number: DE102021118957A1
Application number: DE102021118957.8A
Authority: DE
Inventors: Jens Ebbecke
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-07-22
Filing date: 2021-07-22
Publication date: 2023-01-26
Also published as: KR20240034242A; DE112022003648A5; CN117678080A; WO2023001921A1; JP2024526801A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transfer eines Bauelements, insbesondere eines optoelektronischen Bauelements, bei dem wenigstens ein Bauelement bereitgestellt wird, welches über eine Stützhalterung an einem ersten Träger befestigt ist, wobei das Bauelement auf einer dem ersten Träger abgewandten Seite einen Transferbereich aufweist. Ein lichtleitendes Abhebeelement wird mit einem Lichtaustrittsbereich gegenüber dem Transferbereich positioniert und ein erster Laserlichtpuls erzeugt. Dadurch wird ein Transfermaterial zwischen dem Lichtaustrittsbereich und Transferbereich aufgeschmolzen, so dass der Lichtaustrittsbereich mit dem Transferbereich durch das aufgeschmolzene Transfermaterial verbunden wird. Das Bauelement wird abgehoben und über einem Ablegebereich positioniert. Dann wird ein zweiter Laserlichtpuls erzeugt, so dass das Transfermaterial erneut aufgeschmolzen wird und das Abhebeelement von dem Transferbereich vor einem Erstarren des Transfermaterials wegbewegt, so dass das Bauelement auf dem Ablegebereich verbleibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transfer eines elektronischen Bauelements sowie eine Transferanordnung.
HINTERGRUND
Für den Transfer von elektronischen Komponenten und Bauelementen von einem Wachstumsträger auf einen Hilfsträger oder ein Zielsubstrat bzw. eine Leiterplatte sind verschiedene Verfahren bekannt. Die immer kleiner werdenden Bauelemente, insbesondere kleine optoelektronische Bauelemente erschweren jedoch aufgrund verschiedener Effekte einen fehlerfreien Transfer. So lassen sich die einzelnen Haftkräfte bei kleinen Bauelementen nur noch schwer kontrollieren, sodass bei einem Transfer eventuell nicht alle Bauelemente vollständig übertragen werden. So kann es möglich sein, dass beim Absetzen der Bauelemente diese an einem konventionellen Stempelkissen noch haften bleiben, oder auch nicht korrekt platziert werden.
Beispielsweise lassen sich optoelektronische Bauelemente, sogenannte Leuchtdioden oder auch p-Leuchtdioden mit einer sehr kleinen Kantenlänge mit einer Art Gummistempel transferieren. Jedoch sind hier verschieden große Anziehungskräfte zu berücksichtigen, sodass der Transfer mitunter fehlerhaft oder nicht vollständig erfolgt. Kritisch ist vor allem, dass die Anziehungskräfte zwischen dem Stempel und den einzelnen Bauelementen größer sein muss als eine Haftkraft der Bauelemente auf einem Träger und wiederum kleiner sein sollte als die Haftkraft zwischen den Bauelementen und dem jeweiligen Ablegebereich.
Es besteht daher weiterhin das Bedürfnis nach einem Verfahren zum Transfer von elektronischen Bauelementen, das eine möglichst sichere Handhabung und einen korrekten Transfer gewährleistet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zur Lösung dieses und weiterer Probleme wird ein Verfahren zum Transfer eines Bauelements insbesondere eines optoelektronischen Bauelements vorgeschlagen.
Dabei wird wenigstens ein Bauelement bereitgestellt, welches über eine Stützhalterung an einem ersten Träger befestigt ist. Das Bauelement weist ferner einen Transferbereich auf, der auf einer dem ersten Träger abgewandten Seite des Bauelements angeordnet ist. Der erste Träger kann in diesem Zusammenhang das Wachstumssubstrat, ein Hilfsträger oder ähnliches sein, an dem das Bauelement über noch eine vorhandene Stützhalterung gehalten wird.
In einem zweiten Schritt wird ein lichtleitendes Abhebeelement vorgesehen, welches einen Lichtaustrittsbereich aufweist. Dieser wird gegenüber dem Transferbereich des wenigstens einen Bauelements positioniert. Anschließend wird ein erster Laserlichtpuls erzeugt, der durch den Lichtaustrittsbereich führt. Der Laserlichtpuls besitzt dabei einen Energieeintrag, der ein lokales Aufschmelzen eines Transfermaterials bewirkt, welches zwischen dem Lichtaustrittsbereich und dem Transferbereich angeordnet ist. Durch das lokale Aufschmelzen des Transfermaterials wird der Lichtaustrittsbereich mit dem Transferbereich verbunden und somit das Bauelement an dem Abhebeelement befestigt.
Diese innige Verbindung erlaubt es, nun in einem folgenden Schritt das wenigstens eine Bauelement abzuheben, sodass dieses von der Stützhalterung separiert wird. Durch das lokale Aufschmelzen ist die Haftkraft durch das Transfermaterial zwischen dem Lichtaustrittsbereich des Abhebeelements und dem Transferbereich des Bauelementes so groß, dass das Bauelement von der Stützhalterung separiert, beispielsweise abgebrochen oder auch weggerissen werden kann. Nach einem Abheben wird das nun an dem Abhebeelement befestigte Bauelement über einem Ablegebereich erneut positioniert. Dieser Ablegebereich kann Teil eines Endträgers aber auch ein PCB, eine Ablagefläche eines weiteren Bauelementes o. ä. sein.
Nach einer Positionierung des wenigstens einen Bauelements über dem Ablegebereich wird nun ein zweiter Laserlichtpuls durch den Lichtaustrittsbereich erzeugt. Durch die von dem Laserlichtpuls eingebrachte Energie wird nun das Transfermaterial erneut lokal aufgeschmolzen. Dadurch verringert sich die Haftkraft zwischen dem wenigstens einen Bauelement auf dem Transferbereich und dem Transfermaterial, so dass dieses entweder auf den Ablegebereich hinunterfällt bzw. von diesem nun gehalten wird. In dem flüssigen Zustand des Transfermaterials kann das lichtleitende Abhebeelement erneut wegbewegt werden, sodass das Bauelement auf dem Ablegebereich verbleibt. Diese letzte Bewegung erfolgt vor einem erneuten Erstarren des Transfermaterials.
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird im Gegensatz zu konventionellen Techniken mittels eines Stempelkissens eine sehr starke und innige Verbindung zwischen dem Abhebeelement und dem zu transferierenden Bauelement erzeugt. Durch den eingebrachten Lichtpuls lässt sich zum einen diese Verbindung erzeugen als auch durch einen weiteren Lichtpuls erneut trennen, sodass das Bauelement auf der Zielposition verbleibt bzw. dort abgelegt werden kann.
Durch die Verwendung mehrerer derartiger Abhebeelemente lässt sich ein Massentransfer auf eine einfache Weise bewerkstelligen. Zudem ist es möglich, auch selektiv die einzelnen Abhebeelemente mit einem Laserlichtpuls zu beaufschlagen, sodass eine selektive Verbindung des Bauelements an dem Abhebeelement bzw. auch ein selektives Lösen eines derartigen Bauelements möglich ist. Auf diese Weise lassen sich Bauelemente selektiv transferieren bzw. noch offene Stellen bei einer Platzierung selektiv mit Bauelementen bestücken.
Das hier vorgeschlagene Verfahren kann damit besonders bei der Herstellung von Displays bzw. Anzeigevorrichtungen und dem Transfer von sehr kleinen optoelektronischen Bauelementen, sogenannten p-LEDs mit einer Kantenlänge im Bereich weniger um eingesetzt werden.
In einigen Aspekten ist das lichtleitende Abhebeelement als Glasfaser ausgebildet, wobei der Lichtpuls durch die Glasfaser abgegeben wird. Die Lichtaustrittsfläche der Glasfaser bildet somit auch den Bereich, an dem das Bauelement mittels des Transfermaterials befestigt wird. Durch die Verwendung eines Laserlichtpulses lässt sich der einzubringende Energieeintrag steuern, sodass ein Aufschmelzen lediglich lokal erfolgt und auf das Transfermaterial beschränkt wird. Ein sehr kurzer Laserimpuls im Bereich von wenigen Nanosekunden beispielsweise im Bereich von 5 ns bis 20 ns erzeugt ausreichend Energie für das lokale Aufschmelzen, und ist dabei so kurz, dass eine Wärmeleitung in die umliegenden Bereiche vermieden wird. Dadurch wird eine Beschädigung des Bauelementes aufgrund einer zu großen thermischen Entwicklung verhindert.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Positionierung des lichtleitenden Abhebeelements über bzw. auf dem Transferbereich. In einigen Aspekten ist vorgesehen, dass das lichtleitende Abhebeelement auf dem Transferbereich aufgesetzt wird, sodass das Transfermaterial sowohl den Lichtaustrittsbereich des Abhebeelements als auch den Transferbereich des Bauelementes berührt. In diesem Zusammenhang kann zudem vorgesehen sein, dass während des auf Schmelzvorgangs eine leichte Kraft durch das Abhebeelement auf den Transferbereich ausgeübt wird, sodass das Transfermaterial eine innige Verbindung mit beiden eingeht.
Alternativ lässt sich das lichtleitende Abhebeelement auch in einer vorbestimmten Höhe oberhalb des Transferbereichs positionieren. Der Abstand zwischen den Transferbereich des Bauelements und dem Abhebeelement bzw. dem Transfermaterial ist dabei so gewählt, dass während des Aufschmelzvorgangs das Transfermaterial eine Formänderung erfährt, sodass es mit dem Transferbereich in Kontakt tritt. Beispielsweise kann sich das Transfermaterial während des Schmelzvorgangs tropfenförmig verändern, sodass es nunmehr eine größere Länge aufweist und so den Transferbereich berührt, sodass es nach einem erneuten Erstarren diesen mit dem Abhebeelement verbindet.
In einigen Aspekten ist der Bereich des lokalen Aufschmelzens kleiner als eine Fläche des Lichtaustrittsbereichs. Mit anderen Worten erfolgt das lokale Aufschmelzen damit vor allem in dem Bereich, in dem der Lichtpuls auf das Transfermaterial trifft, jedoch ist der Energieeintrag so gering, dass Gebiete außerhalb des Bereichs des Lichtpulses nicht oder nur geringfügig aufschmelzen. Um diesen Effekt besonders zu berücksichtigen und dessen Vorteile zu realisieren, ist in einigen Aspekten eine besondere Form des Lichtaustrittsbereichs des Abhebeelementes implementiert.
So kann der Austrittsbereich flach ausgestaltet sein, sodass das Transfermaterial auf dieser flachen Fläche sich innig mit dem Lichtaustrittsbereich verbindet. In einer alternativen Ausgestaltung ist das Abhebeelement jedoch mit einer zulaufenden Spitze ausgeführt, an dessen Ende das Transfermaterial aufgebracht ist. In diesem Zusammenhang kann der Lichtpuls derart ausgestaltet sein, dass der Puls das Transfermaterial vollständig am unteren Ende der Spitze aufschmilzt, sodass dieses im geschmolzenen Zustand eine tropfenförmige Struktur ausbildet. Mit diesem Tropfen wird das Bauteil im Transferbereich erfasst und nach einem erneuten Erstarren verbindet das tropfenförmige Transfermaterial das Bauelement mit dem Abhebeelement.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die Lichtaustrittsseite des Abhebeelementes auch konisch oder halbkugelförmig ausgebildet sein. Weitere Möglichkeiten wären eine kegelförmig zulaufende Spitze, eine pyramidenförmige zulaufende Spitze oder auch eine abgeschrägte Fläche. In einigen Aspekten ist die Fläche der Lichtaustrittseite bzw. generell die Fläche der Spitze des Abhebeelementes kleiner als eine Fläche des Transferbereichs.
In einigen Ausgestaltungen wird das lichtleitende Abhebeelement in einer vorbestimmten Höhe oberhalb des Transferbereichs positioniert und anschließend der Lichtpuls erzeugt. Während des Erzeugens des Lichtpulses wird das lichtleitende Abhebeelement weiter in Richtung auf den Transferbereich des Bauelementes geführt, bis sich das flüssige Transfermaterial mit dem Transferbereich verbindet. Diese Bewegung kann während des Lichtpulses aber auch kurze Zeit nach dem Lichtpuls erfolgen, wobei das Transfermaterial zu diesem Zeitpunkt noch flüssig bzw. halbflüssig ist, sodass eine Kontaktierung und Benetzung mit dem Transferbereich und eine Verbindung erfolgen kann.
Nach dem Erstarren des Transfermaterials ist eine Haftkraft des Transfermaterials an dem Transferbereich bzw. auch eine Haftkraft des Transfermaterials an der Lichtaustrittsseite des Abhebeelementes größer als eine entsprechende Haltekraft, die durch die Stützhalterungen an dem Bauelement ausgeübt wird. Dadurch lässt sich das Bauelement von dem Stützelement separieren beispielsweise wegbrechen oder abreißen, ohne dass das Bauelement von dem Abhebeelement abgelöst wird.
In den bisherigen Ausführungsformen ist das Transfermaterial an dem Abhebeelement angeordnet, und wird von diesem durch die Erzeugung des Lichtpulses aufgeschmolzen. In einer anderen Ausgestaltungsform ist es jedoch auch möglich, das Transfermaterial vor dem eigentlichen Transferprozess auf den Transferbereich aufzubringen. Ein Aufschmelzen des Transfermaterials erfolgt nach einem Positionieren, insbesondere nach einer Berührung der Lichtaustrittsseite mit dem Transfermaterial, sodass der erzeugte Lichtpuls aus der Lichtaustrittsseite direkt in das Transfermaterial übergeht und dort das lokale Aufschmelzen bewirkt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Transfermaterial bereits auf dem Transferbereich während des Herstellungsprozesses auf verschiedene Weise aufgebracht bzw. abgeschieden werden kann.
Zudem ist es diesbezüglich zweckmäßig, wenn das Transfermaterial auch für weitere Schritte und eine spätere Prozessführung beispielsweise eine Kontaktierung des Bauelements zur Verfügung steht. In diesen Aspekten kann es sinnvoll sein, wenn nach einem erneuten Aufschmelzen und Ablegen des Bauelements auf dem Zielträger nur wenig bis kein Transfermaterial an dem Abhebeelement verbleibt. In diesen Aspekten kann somit der Transferbereich auch gleich einen Teil eines Kontaktes des Bauelementes bilden.
In anderen Aspekten ist das Transfermaterial ein Teil des Abhebeelementes und sollte in einigen Aspekten nicht bzw. kaum nach einem Transfer auf dem Transferbereich des Bauelementes zurückbleiben. In einigen Aspekten verbleibt lediglich ein kleiner Teil des Transfermaterials nach dem Wegbewegen des Abhebeelementes zurück auf dem Transferbereich. Dieser Teil kann weniger als 20 % bezogen auf die ursprüngliche Masse des Transfermaterials, insbesondere weniger als 10 % bzw. auch weniger als 5 % der ursprünglichen Masse betragen. Ein Verlust des Transfermaterials an dem Abhebeelement sollte in einigen Aspekten so gering wie möglich sein, um mehrere Transferprozesse von Bauelementen durchführen zu können, ohne dass Transfermaterial auf dem Abhebeelement erneuern zu müssen.
In einigen Aspekten kann für die Erneuerung des Transfermaterials vorgesehen sein, die Abhebeelemente über einer Versorgungsschicht von Transfermaterial zu positionieren. Dann wird ein energiereicher Lichtpuls erzeugt, um so ein Aufschmelzen des Transfermaterials unterhalb der Lichtaustrittsfläche zu bewirken und dieses an dem Abhebeelement aufzunehmen.
In einigen Aspekten ist es zweckmäßig, nach dem Wegbewegen des Abhebeelementes einen erneuten Lichtimpuls zu erzeugen, um das auf dem Abhebeelement zurückgebliebene Transfermaterial zu schmelzen. Durch das erneute Aufschmelzen lässt sich das Transfermaterial auf der Lichtaustrittsfläche planarisieren bzw. in eine gewünschte Form bringen. Dieser Vorgang ist zweckmäßig, um eine möglichst gleichförmige Oberfläche für einen erneuten Transferprozess zu ermöglichen.
Für das einzusetzende Transfermaterial können verschiedene unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen. Zum einen lassen sich grundsätzlich Materialien verwenden, die auch für die weitere Prozessierung des Bauelements nach dem Transfer notwendig sind. Eine solche Verwendung hat den Vorteil, dass es nicht durch übrig gebliebenes Transfermaterial auf dem Bauelement zu stärkeren Verunreinigungen kommt, die die elektrische Funktionalität beeinträchtigen. In anderen Aspekten kann das Transfermaterial wenigstens ein Material umfassen, aus dem auch der Transferbereich des Bauelementes geformt ist.
Derartige Materialien sind beispielsweise Indium, Gallium, Nickel, Silber, Gold oder auch Zinn. Wird für das Bauelement ein transparenter elektrischer Kontakt verwendet, beispielsweise ITO, so ist es zweckmäßig, als Transfermaterial Zinn oder Indium zu verwenden. Auch Gallium lässt sich gut einsetzen, da Indium und Gallium beide niedrigschmelzende Metalle sind und somit der Energieeintrag und damit auch der Lichtimpuls möglichst kurz sein kann.
In anderen Aspekten kann Gold oder Silber verwendet werden, da vor allem diese Materialien für die Veredelung von Kontaktflächen und die Erzeugung gut lötbarer Kontakte geeignet sind.
Alternativ lässt sich als Transfermaterial auch ein thermoplastischer Kunststoff bzw. auch Silikon verwenden. Diese zeichnen sich durch besonders rückstandsfreie Abhebeverfahren aus, sodass kaum oder nur sehr wenig Transfermaterial auf dem Transferbereich des Bauelementes zurückbleibt. Die Stärke und Länge des Lichtpulses wird dabei auf das zu verwendende Transfermaterial eingestellt, und so gewählt, dass lediglich so viel Transfermaterial aufschmilzt, wie es für das Überwinden der Haftkraft des Bauelements m ersten Träger notwendig ist.
Ein anderer Aspekt betrifft eine Transferanordnung, die eine Vielzahl von Glasfaserleitungen mit an ihren Enden befindlichen Lichtaustrittsflächen aufweist. Jede Glasfaserleitung ist dabei selektiv an eine Lichterzeugungsanordnung angeschlossen, die Laserimpulse von nur wenigen Nanosekunden Dauer erzeugt. Der Abstand sowie die Form der Vielzahl von Glasfaserleitungen ist dabei so gewählt, dass sie für die Aufnahme von Bauelementen besonders geeignet sind. An der Lichtaustrittsfläche der Glasfaserleitungen ist jeweils ein schmelzbares Transfermaterial angeordnet. Zudem umfasst die Transferanordnung eine Bewegungsvorrichtung, mit der die Glasfaserleitungen sowohl in vertikaler Richtung als auch in horizontaler Richtung bewegbar sind. Erfindungsgemäß ist die Transferanordnung ausgestaltet, die Lichtaustrittsfläche der Glasfaserleitungen über jeweilige Transferbereiche einer Vielzahl von Bauelementen zu positionieren und anschließend entweder selektiv oder auch gemeinsam eine Vielzahl von Laserlichtpulsen zum Aufschmelzen des Transfermaterials an den Lichtaustrittsseiten der Glasfaserleitungen zu erzeugen.
In einigen Ausgestaltungen ist die Transferanordnung dabei ausgeführt, während des Erzeugens der Vielzahl von Laserlichtpulsen eine vertikale Bewegung durchzuführen und so eine Kraft auf die Oberfläche des Transferbereichs durch die Glasfaserleitungen auszuüben. Die Kraft ist dabei so gewählt, dass das auf geschmolzene Transfermaterial eine Verbindung zwischen dem Ende der Glasfaserleitungen und den jeweiligen Transferbereichen der Bauelemente bewirkt, ohne die Bauelemente zu beschädigen bzw. von den Stützhalterungen zu entfernen.
In einigen Ausgestaltungsform ist für die vertikale Ausrichtung ein Laserinterferometer oder ein anderes Interferometer vorgesehen, welches über eine Kopplung eine vertikale Bewegung der Glasfaserleitungen steuert. Auf diese Weise ist eine besonders genaue Positionierung in vertikaler Richtung oberhalb der Bauelemente möglich. Alternativ kann eine Steuerung auch über eine Kapazitive Messung zwischen dem Bauelement und der Glasfaserleitung erfolgen.
Die Lichterzeugungsanordnung ist dabei zur Erzeugung von Laserlichtpulsen im Bereich von wenigen Nanosekunden beispielsweise im Bereich von 5-30 ns ausgeführt.
Figurenliste
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.

1 zeigt die ersten Schritte a) und b) eines Verfahrens zum Transfer von Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
2 stellt in seinen c) bis e) weitere Aspekte des Verfahrens zum Transfer von Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar;
3 zeigt im Querschnitt verschiedene ausgestaltungsformend von spitzen einer Glasfaserleitung, wie sie zum Transfer von Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip verwendbar ist;
4 zeigt in den Teilfiguren a) bis c) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Transfer von Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip;
5 ist mit seinen Teilansichten a) bis c) eine detaillierte Darstellung eines Abreisvorgangs von Transfermaterial;
6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Transferanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.
Die 1 und 2 zeigen in ihren jeweiligen Teilfiguren a) und b) sowie c) bis e) verschiedene Verfahrensschritte eines Transfers eines elektronischen Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip.
Das Bauelement 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein optoelektronisches Bauelement, als sogenannte µ-Leuchtdiode ausgeführt. Jedoch ist es ohne Schwierigkeiten möglich, auch andere Bauelemente beispielsweise auf Siliziumbasis oder andere optoelektronische Bauelemente mittels dieses Verfahrens zu transferieren. Insofern ist das hier dargestellte optoelektronische Bauelement lediglich als Beispiel zu verstehen.
Das Bauelement umfasst einen Halbleiterschichtenstapel 50 aus verschiedenen Halbleiterschichten 53, 54 und 55 und ist als vertikale Leuchtdiode mit einem rückseitigen Anschlusskontakt 52 und einem oberseitigen Anschlusskontakt 40 ausgeführt. Der oberseitige Anschlusskontakt 40 bildet gleichzeitig auch den Transferbereich 41, mit dem das Bauelement später auf einen Endträger transferiert wird.
In dem vorgestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauelement 2 über eine Stützhalterung 61 mit einem Trägersubstrat 60 verbunden. Wie dargestellt ist der Kontakt 52 an der Unterseite von der Oberfläche des Substratträgers 60 beabstandet, sodass das Bauelement 2 lediglich auf der Stützhalterung 61 ruht. In der hier dargestellten Ausführungsform sind zwei Stützhalterungen 61 vorgesehen. Diese Stützhalterungen an den Kanten des Bauelements sind auch geeignet, weitere daneben angeordnete und hier nicht dargestellte Bauelemente abzustützen.
Es ist jedoch auch möglich, lediglich eine Stützhalterung zentral oder auch versetzt anzugeben, auf dem das Bauelement befestigt ist. In einigen Ausführungsbeispielen kann auf eine derartige Stützhalterung auch verzichtet werden, wenn eine Haftkraft zwischen der untersten Schicht des Bauelements und dem Trägersubstrat 60 geringer ist als die spätere Haftkraft nach dem Aufschmelzen und dem Verbinden des Transfermaterials. Jedoch ist darauf zu achten, dass bei einem späteren Abheben das Bauelement durch diesen Vorgang nicht beschädigt wird und insbesondere die einzelnen Schichten unbeschädigt bleiben, um keine erhöhte Defektdichte und damit eine funktionelle Beeinträchtigung zu riskieren.
Die Transfervorrichtung 1 nach dem vorgeschlagenen Prinzip umfasst eine Lichterzeugungseinrichtung 10 zur Bereitstellung eines Laserpulses mit einer einstellbaren Stärke sowie einer einstellbaren Dauer. An der Lichterzeugungseinrichtung 10 sind eine Vielzahl von Glasfaserleitungen 20 angeschlossen, von denen hier eine beispielhaft dargestellt ist. Die Glasfaserleitung 20 umfasst eine Länge sowie eine breite „d“, die im Ausführungsbeispiel kleiner ist als die korrespondierende Breite des Transferbereichs 41. Bei einer Kantenlänge einer µ-LED im Bereich von 10 um bis 20 um kann die Breite der Spitze der Glasfaserleitung beispielsweise um die 5µm sein. Daraus ergeben sich bestimmte Flächenverhältnisse. So hat es sich als sinnvoll in einigen Anwendungen herausgestellt, wenn die Fläche der Spitze der Glasfaserleitung bzw. des Abhebeelements im Bereich von 20 % bis 40 % der Fläche des Transferbereichs liegt. Zwar ist auch eine größere Fläche möglich, es sollte aber gewährleistet sein, dass dann die Glasfaserleitung nicht durch eine leichte Fehlpositionierung ein benachbartes Bauelement mit berührt.
An der Unterseite und der Spitze der Glasfaserleitung 20 befindet sich die Lichtaustrittsseite 24. Auf der Lichtaustrittsseite ist das Transfermaterial 30 aufgebracht. Die Höhe „h“ des Transfermaterials ist so gewählt, dass es durch einen eingebrachten Lichtimpuls zwar aufschmelzen kann, dabei seine Form aber nicht bzw. lediglich unwesentlich verändert. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kontakt 40 als transparenter leitfähiger Kontakt aus ITO, d. h. in Indiumzinnoxid ausgeführt. Als Transfermaterial 30 ist wiederum Indium vorgesehen, sodass sowohl der Kontaktbereich 40 bzw. der Transferbereich 41 als auch das Transfermaterial 30 das gleiche bzw. ähnliche Materialien aufweisen.
In 1 b) wird nun der erste Schritt des Transferverfahrens näher dargestellt. Dabei wird die Glasfaserleitung 20 mit der Lichtaustrittsseite in Richtung auf das Bauelement geführt, sodass das Transfermaterial 30 den Transferbereich 41 des Bauteils leicht berührt. Während dieses Schrittes erfolgt eine Kontrolle und Steuerung der vertikalen Richtung über eine nicht dargestellte Steuerschaltung der Transfervorrichtung 1, welche die Höhe über eine geeignete Rückkopplungsschleife bestimmt. Beispielsweise kann die Höhe bis zum Berühren des Transfermaterials 30 an den Transferbereich 41 über eine interferometrische Messung bestimmt werden. Alternativ sind auch kapazitive bzw. resistive Messungen zwischen dem Transfermaterial 30 und dem Transferbereich 41 des Bauteils möglich. Auf diese Weise lässt sich der Abstand genau bestimmen und ein zu starkes Absenken und damit eine Beschädigung des Bauelements vermeiden.
Nach einem Berühren des Transfermaterials auf dem Transferbereich 41 wird von der Lichterzeugungsvorrichtung 10 ein Laserlichtpuls erzeugt und damit örtlich begrenzt dem Transfermaterial Energie zugeführt. Der Laserlichtpuls führt zu einer lokalen Erwärmung und einem Aufschmelzen des Transfermaterials 30 im Bereich der Lichtaustrittsfläche. Dabei ist der Laserlichtpuls so kurz gewählt, dass ein längerer Energietransfer und insbesondere auch eine Wärmeleitung in den Transferbereich und das darunterliegende Bauelement weitestgehend vermieden wird. Das lokale Aufschmelzen bewirkt nun eine Verbindung des Transfermaterials 30 mit dem Transferbereich 41 auf der einen Seite und mit der Lichtaustrittsseite der Glasfaserleitung 20 auf der anderen Seite. Mit anderen Worten bildet das geschmolzene Transfermaterial eine Brücke zwischen der Spitze der Glasfaserleitung 20 und dem Transferbereich 41 aus. Nach dem Laserlichtpuls erstarrt das aufgeschmolzene Transfermaterial gleich wieder und erzeugt so eine innige Verbindung zwischen der Spitze der Glasfaserleitung 20 und dem Bauelement 2.
In einem nächsten Schritt des vorgeschlagenen Verfahrens dargestellt in 2 c) wird nun das Bauelement 2 von der Stützhalterung 61 separiert, indem die Glasfaserleitung mit dem daran angeschlossenen Bauelement nach oben wegbewegt wird. Dabei ist die Haftkraft des Transfermaterials 30 an den Transferbereich 41 und an die Glasfaserleitung 20 größer als die entsprechende Haftkraft der Stützhalterung 61 an dem Bauelement.
So dann erfolgt in 2 d) der Transferprozess, bei dem das Bauelement über einem weiteren Träger 70 und einem darauf angeordneten Kontaktbereich 71 positioniert wird. Nach einer Positionierung wird das Bauelement wieder abgesenkt, bis es den Kontaktbereich 71 wiederum mit seinem Kontaktbereich 52 berührt. Zudem kann es nun durch die Transfervorrichtung leicht an dem Kontaktbereich 71 angedrückt werden, sodass bereits eine leichte Kontaktierung besteht. Kontaktbereich 71 kann das gleiche Material wie der Kontaktbereich 52 aufweisen, aber auch mit einer Lotpaste oder einem ähnlichen Material ausgestattet sein. Insbesondere kann es ein weiches Material umfassen, sodass das Bauelement 2 durch die geringe vertikale Bewegung nach unten in den Kontaktbereich 71 eingedrückt und somit schon eine gute Verbindung erreicht wird.
In einem nächsten Schritt wird nun ein weiterer Laserlichtpuls in der Glasfaserleitung 20 erzeugt und das Transfermaterial 30 erneut aufgeschmolzen. Gleichzeitig erfolgt wie in 2 e) dargestellt eine Bewegungsrichtung der Glasfaserleitung 20 und optional der Lichterzeugungsvorrichtung 10 nach oben, sodass die Glasfaserleitung 20 mit dem daran befindlichen Transfermaterial 30 von dem Transferbereich 41 getrennt und abgehoben wird. Dabei ist die Haftkraft zwischen dem nun aufgeschmolzenen Transfermaterial 30 und dem Transferbereich 41 geringer als die entsprechende Haftkraft zwischen dem weichen Kontaktmaterial 71 und dem Kontaktelement 52. Auf diese Weise verbleibt das Bauelement an dem Kontaktbereich 71.
Alternativ kann das Bauelement auch leicht oberhalb der Zielposition ausgerichtet und anschließend der Laserlichtpuls erzeugt werden. Nach dem auf Schmelzvorgang fällt dann das Bauelement leicht auf den Endträger und kann anschließend befestigt werden. In beiden Varianten wird so ein sicherer Transfer des Bauelements auf das Zielsubstrat 70 und den Kontaktbereich 71 gewährleistet.
In 2 e) dargestellt verbleibt das Transfermaterial 30 an der Glasfaserleitung 20. Dabei muss sichergestellt werden, dass die Haftkraft des Transfermaterials 30 im aufgeschmolzenen Zustand an der Lichtaustrittsfläche der Glasfaserleitung 20 größer ist als an dem Transferbereich 41. Auf diese Weise lässt sich das aufgeschmolzene Transfermaterial von dem Transferbereich 41 ablösen, sodass lediglich geringe Reste auf dem Transferbereich zurückbleiben. Bei einer geeigneten Verwendung des Transfermaterials sind diese Reste bei einer weiteren Prozessierung des Transferbereichs 41' nicht problematisch, sondern können je nach verwendetem Transfermaterial sogar für die weitere Prozessierung verwendet werden.
Es ist jedoch zweckmäßig, möglichst wenig Transfermaterial bei diesem Vorgang zu verbrauchen, d. h. auf der Oberfläche des Transferbereichs 41' zurückzulassen, um möglichst viele Transferprozesse mit der gleichen Glasfaserleitung und dem gleichen Transfermaterial zu ermöglichen. Es kann in diesem Zusammenhang somit vorteilhaft sein, die vertikale Bewegung und die Erzeugung des Lichtpulses zu koordinieren, sodass während des lokalen Aufschmelzen gleichzeitig eine Bewegung der Glasfaserleitung 20 nach oben erfolgt.
Die 3 zeigt mögliche Ausgestaltungsformen der Spitze der Glasfaserleitung 20 zum Transferieren von Bauelementen. In der linken Teilfigur a) ist die Glasfaserleitung 20 mit einer halbkugelförmigen Spitze 23 ausgebildet, die im Querschnitt wie dargestellt halbkreisförmig verläuft. Auf diese halbkugelförmigen Spitze 23 ist nun das Transfermaterial 31 aufgebracht. Beim Aufschmelzen bildet das Transfermaterial eine leichte Tropfenform aus, so dass sich durch den Aufschmelzvorgang die Höhe des Transfermaterials geringfügig vergrößert. Dadurch kann die Spitze auch leicht (nur wenige nm) oberhalb des Transferbereichs positioniert werden, und braucht diesen nicht zu berühren. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Spitze während des Aufschmelzvorgangs auch etwas nach unten bewegt werden, so dass die Berührungsfläche des Transfermaterial an den Transferbereich vergrößert wird und das Material im Wesentlichen den Zwischenraum zwischen der halbkugelförmigen spitze und dem Transferbereich ausfüllt.
Neben der kugelförmigen Form der Spitze 23 ist auch eine Linsenform oder eine andere Ausgestaltung, insbesondere ein anderer Verlauf der Oberfläche der Spitze möglich. Dadurch lässt sich das Licht beispielsweise noch fokussieren bzw. auch defokussieren, um den Aufschmelzprozess in einem gewissen Maß steuern zu können.
In der mittleren Teilfigur b) ist die Spitze der Glasfaserleitung konisch ausgestaltet, sodass sich das aufgeschmolzene Transfermaterial 31 als Tropfen auf der Spitze der Glasfaserleitung sammelt. Dadurch lässt sich die Menge des Transfermaterials leichter steuern, und durch den Aufschmelzprozess kann die Struktur und Form des Tropfens des Transfermaterials verändert werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht somit, die Spitze der Glasfaserleitung 20 oberhalb des Transferbereichs zu positionieren und anschließend das Transfermaterial 31 aufzuschmelzen, sodass dieses eine Brücke zwischen der Spitze der Glasfaserleitung und dem Transferbereich bildet.
Eine weitere Ausgestaltungsform zeigt die rechte Teilfigur, bei der das Ende 22 der Glasfaserleitung 20 nach innen gewölbt ist. Das Transfermaterial füllt nun diese Vertiefung und bildet eine ebene und glatte Oberfläche aus. Bei einem Transferprozess mit dieser Spitze wird die Glasfaserleitung auf das Bauelement und dem Transferbereich 41 abgesenkt und anschließend das Transfermaterial in der Vertiefung aufgeschmolzen. Dieses verbindet sich nun mit dem Transferbereich, sodass das Bauelement nach einem Erstarren des Transfermaterials abgehoben werden kann. Eine derartige Ausgestaltung der Glasfaserspitze kann von Vorteil sein, wenn sich die Adhäsionskräfte zwischen Glasfaserspitze und Transfermaterial sowie Transfermaterial und Transferbereich in etwa die Waage halten. Durch die größere Oberfläche in der Glasfaserspitze wird auf das Transfermaterial eine größere Kraft ausgeübt, sodass dieses nach einem Abhebeprozess in der Spitze verbleibt.
Je nach Ausgestaltung der verschiedenen Adhäsionskräfte, dem Aufschmelzprozess und dem Vorgang des Wegbewegens können sich unterschiedliche Rückstände auf der Oberfläche des Transferbereiches bilden. Auch kann der Abhebeprozess zu einem abreißen bzw. abschnüren des Transfermaterials führen, so dass gerade in diesen Bereichen eine besondere Kombination und Einstellung der verschiedenen Parameter notwendig ist. Andererseits erlaubt das Verfahren gerade, die verschiedenen Parameter aufeinander abstimmen zu können.
Die Parameter können unter anderem die Temperatur des Transfermaterials, die Viskosität des Transfermaterials durch das Aufschmelzen, sowie die Geschwindigkeit des Wegbewegens, d.h. die vertikale Bewegung bei ersten Aufschmelz- als auch beim zweiten Aufschmelzvorgang sein. Auch die Wahl des Transfermaterials sowie die unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit des Transferbereichs und des Lichtaustrittsbereichs können bei diesem Vorgang eine Rolle spielen. Die 5 a) bis 5 c) zeigen einen derartigen Abhebevorgang in seinen verschiedenen Teilstufen zur Erläuterung einiger Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips.
In 5 a) ist der Ausschnitt aus einem Transferbereich 41 eines Bauelements gezeigt, nachdem dieses transferiert und auf das Zielsubstrat gesetzt wurde. Das Bauelement ist dabei über eine Materialbrücke aus dem Transfermaterial 30 an die Lichtaustrittsfläche 24 der Glasfaserleitung 20 angeschlossen. Wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, ist die Haftfläche des Transfermaterials 30 an dem Transferbereich 41 und die Haftfläche an der Lichtaustrittsfläche 24 in etwa gleich groß. Nach einem Verflüssigen des Transfermaterials 30 durch den zweiten Aufschmelzvorgang wird nun die Glasfaserleitung leicht wegbewegt, wie dies in der 5 b) dargestellt ist. Aufgrund der höheren Adhäsionskräfte zwischen dem Transfermaterial 30 und der Oberfläche der Lichtaustrittsfläche 24 verbleibt ein Großteil des Materials 30 an der Glasfaserleitung, sodass sich zwischen der Oberfläche des Transferbereichs 41 und dem Transfermaterial 30 eine Einschnürung 35 bildet. Die Einschnürung zeichnet sich durch eine geringere Materialmenge aus. In einem nachfolgenden Schritt wird der Kontaktbereich 71 auf dem Zielsubstrat noch mit dem Kontakt 52 verlötet oder anderweitig befestigt. Dieser Schritt kann auch erfolgen, wenn die Verbindung zwischen Glasfaserleitung 20 und Transferbereich 30 noch besteht und hat eventuell den Vorteil, dass das Bauelement von der Glasfaserleitung während des Löt- bzw. Verbindungsvorgangs in Position gehalten wird.
Mit zunehmendem Abstand der Glasfaserleitung von der Oberfläche des Transferbereichs 41 wird die Einschnürung 35 stärker, bis sie schließlich abreißt und sich der erstarrende Tropfen des Transfermaterials 30 an der Lichtaustrittsseite 24 der Glasfaserleitung 20 befindet. Auf der Oberfläche des Transferbereichs 41 bleibt lediglich ein sehr geringer Überrest 36 des Transfermaterials übrig. Dieser spielt für die weitere Prozessierung der Oberfläche des Transferbereichs lediglich eine untergeordnete Rolle und kann zudem durch einen entsprechenden Reinigungsschritt entfernt werden.
Bei einer geeigneten Wahl des Transfermaterials 30 kann der Überrest auch vollständig oder fast vollständig vermieden werden. Ebenso ist es durch eine geeignete Wahl möglich, den Überrest gegebenenfalls in der weiteren Prozessierung zu verwenden. Beispielsweise bietet es sich an, Gold oder Silber als Transfermaterial zu benutzen, wenn diese auch als Material für einen Kontakt auf dem Transferbereich eingesetzt werden soll.
Die 4A bis 4C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Transferieren eines elektronischen Bauelementes nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Im Gegensatz zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel befindet sich in dieser Ausführungsform das Transfermaterial 30 nicht an der Lichtaustrittsseite der Glasfaserleitung 20, sondern auf dem elektronischen Bauelement 2 selbst. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Transfermaterial bereits während der Herstellung des Bauelementes 2 auf den Transferbereich 41 aufgebracht werden kann, und dieses auch nach einem Transfer für weitere Prozessschritte zur Verfügung steht. Das Bauelement 2 ist über eine Stützhalterung 61 mit einem Träger 60 verbunden. Die Stützhalterung 61 ist in diesem Ausführungsbeispiel dezentral angeordnet, sodass das Bauelement im Wesentlichen lediglich unterstützt von der der Halterung 61 an dem Träger 60 gehalten wird. Dabei wurden Opferschichten zwischen dem Bauelement 2 und dem Trägersubstrat 60 entfernt.
Die Transfervorrichtung umfasst wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ebenso eine Lichterzeugungsvorrichtung 10 sowie einer daran angeschlossene Glasfaserleitung 20 mit einer Spitze. Diese ist in dem Ausführungsbeispiel ellipsenförmig ausgebildet. Für den Transferprozess wird die Glasfaserleitung 20 in Richtung auf das Bauelement und das auf dem Transferbereich angeordnete Transfermaterial bewegt, bis die Spitze 24 dieses leicht berührt. Zur genauen Positionierung lässt sich wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel auch eine kapazitive Messung bzw. eine interferometrische Messung verwenden.
Nach der korrekten Positionierung der Glasfaserleitung der Spitze 24 oberhalb des Transfermaterials 30 wird ein Laserlichtpuls erzeugt, und dieser über die Lichtaustrittsseite abgegeben. An dieser Stelle schmilzt das Transfermaterial 30 und wird durch Adhäsionskräfte leicht auf die Spitze der Glasfaserleitung 20 gezogen. Der Laserlichtpuls wird abgeschaltet, sodass das Transfermaterial 30 erstarrt und die in 4B dargestellte kugelförmige Erhebung 36 bildet. Anschließend kann das Bauteil von dem Stützhalterungen 61 abgenommen und auf das Zielsubstrat 70 transferiert werden. Das Bauelement wird wie in 4 c) dargestellt auf den Kontaktbereich 71 des Zielsubstrats 70 abgelegt und leicht in dieses eingedrückt. Anschließend wird ein zweiter Lichtpuls erzeugt und das Transfermaterial erneut aufgeschmolzen. Während des zweiten Aufschmelzvorgangs und zu dem Zeitpunkt, an dem das Transfermaterial noch flüssig ist, wird die Glasfaserleitung 20 leicht nach oben bewegt, sodass das Transfermaterial von der Spitze 24 der Glasfaserleitung abfließt und auf dem Bauelement verbleibt. Lediglich im Bereich 36' kann nach dem vollständigen Erkalten in dem Transfermaterial eine leichte Erhebung zurückbleiben. Durch die Verwendung einer ellipsenförmigen Oberfläche fließt das Transfermaterial während des zweiten Aufschmelzvorgangs wieder zurück auf das Bauelement, so dass an der Oberfläche der Lichtaustrittsseite nur wenig Material verbleibt.
Der hier dargestellte Prozess kann auf eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen angewandt werden und lässt sich in einfacher Weise skalieren. Auf diese Weise kann ein Massentransfer von Bauelementen von einem Wafer erfolgen. Ebenso ist es möglich, während des Transfers nur selektiv Bauelement durch einen zweiten Lichtpuls auf dem Trägersubstrat abzulegen, so dass mittels dieses Verfahrens auch eine Korrekturmöglichkeit geschaffen wird. Beispielsweise lassen sich Bauelemente selektiv auf nicht bestückte Positionen bewegen und auf diese durch den erneuten Laserlichtpuls absetzen.
Die verwendeten Glasfaserleitungen können durch zusätzliche Lichtpulse von überschüssigen Transfermaterial gereinigt werden. Andererseits ist es auch denkbar, erneut ein Transfermaterial gezielt auf die Lichtwellenleiter aufzubringen. Dazu wird die Spitze der Glasfaserleitung über ein Materialreservoir positioniert und anschließend dort lokal Material aufgeschmolzen. Und die Glasfaser in das flüssige Transfermaterial abgesenkt, so dass dort ein Material auf der Spitze und der Lichtaustrittsfläche verbleibt.
Durch die Erzeugung unterschiedlich starker und langer Lichtpulse lässt sich der Energieeintrag in das Transfermaterial steuern. Darüber hinaus ist es denkbar, unterschiedliche Materialien für verschiedene zu transferierenden Bauelemente vorzusehen, sodass insgesamt eine hohe Flexibilität erreicht wird.
6 zeigt eine Ausgestaltungsform einer Transfervorrichtung in schematischer Weise. Die Transfervorrichtung umfasst, wie bereits dargestellt, eine Vielzahl von Glasfaserleitungen 20, deren Abstände so gewählt sind, dass sie Abständen von zu transferieren Bauelementen entsprechen. Wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, lassen sich die Glasfaserleitungen einzelnen, aber auch gemeinsam durch Lichterzeugungsvorrichtungen 10 ansteuern. Insofern ist somit eine selektive Aufnahme und Ablage von Bauelementen möglich. Die Spitzen der Glasfaserleitungen sind in geeigneter Weise ausgeformt. In einigen Aspekten lassen sich die Glasfaserleitung auch austauschen, so dass verschiedene Spitzen abhängig von der Größe der Bauelemente transferiert werden können. Generell ist die Fläche der Spitzen der Glasfaserleitungen kleiner als die Fläche des Transferbereichs, auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Glasfaserleitung auch bei einem leichten Versatz noch auf oder über dem Transferbereich positioniert wird und insbesondere kein benachbartes Bauelement berührt.
Die Transfervorrichtung umfasst eine Bewegungseinheit 60, mittels der die einzelnen Glasfaserleitungen sowohl in ihrer vertikalen Richtung als auch in ihrer horizontalen Richtung bewegt werden können. Die Bewegungseinheit 60 kann diesbezüglich Schrittmotoren oder auch piezoelektrische Elemente für die vertikale und horizontale Bewegung umfassen. Für eine entsprechende Kontrolle ist eine Steuer- und Kontrollschaltung 70 vorgesehen, die sowohl mit der Bewegungsvorrichtung 60 als auch den einzelnen Lichterzeugungsvorrichtungen 10 verbunden sind.
Die Steuer- und Kontrollschaltung 70 kann mehrere Rückkoppeschleifen und Sensorsysteme umfassen, um eine genaue Positionierung und Ausrichtung zu ermöglichen. Eine Positionierung in vertikaler Richtung lässt sich diesbezüglich durch kapazitive, resistive oder auch interferonmetrische Messungen einstellen. Dazu können entsprechende Stütz- und Messpunkte für einen Laser auf dem Wafer mit den zu transferierenden Bauelementen und dem Zielwafer vorgesehen sein. Bei einer Kapazitätsmessung lässt sich der Wafer und die darauf befindlichen elektronischen Bauelemente entweder gemeinsam oder individuell mit einem Potenzial beaufschlagen und so der Abstand der Lichtaustrittsseite zu der Oberfläche des Bauelementes und dem Transferbereich bestimmen.
Bezugszeichenliste

1: Transfervorrichtung
2: Bauelement
10: Lichterzeugungsvorrichtung
21, 22, 23: Spitze
20: Abhebeelement, Glasfaserleitung
24: Lichtaustrittsfläche
30: Transfermaterial
31: Transfermaterial
36, 36': Überrest
37
40: Kontakt
41: Transferbereich
50: Schichtenfolge
53, 54,55: Schichten
52: Kontakt
60: Substrat
61: Stützhalterung
70: Zielsubstrat
71: Kontakt

Claims

Verfahren zum Transfer eines Bauelements, insbesondere eines optoelektronischen Bauelements, umfassend: - Bereitstellen wenigstens eines Bauelements, welches über eine Stützhalterung an einem ersten Träger befestigt ist, wobei das Bauelement auf einer dem ersten Träger abgewandten Seite einen Transferbereich aufweist; - Positionieren eines lichtleitenden Abhebeelement mit einer Lichtaustrittsfläche gegenüber dem Transferbereich; - Erzeugen eines ersten Laserlichtpulses durch den Lichtaustrittsbereich; - durch den ersten Laserlichtpuls bedingtes lokales Aufschmelzen von einem zwischen der Lichtaustrittsfläche und Transferbereich vorhandene Transfermaterial; - Verbinden der Lichtaustrittsfläche mit dem Transferbereich durch das aufgeschmolzene Transfermaterial; - Abheben des wenigstens eines Bauelements, wobei das Bauelement von der Stützhalterung separiert wird; - Positionieren des wenigstens eines Bauelements über einem Ablegebereich; - Erzeugen eines zweiten Laserlichtpulses durch die Lichtaustrittsfläche, so dass das Transfermaterial erneut aufgeschmolzen wird; - Wegbewegen des Abhebeelements von dem Transferbereich vor einem Erstarren des Transfermaterials, so dass das Bauelement auf dem Ablegebereich verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Laserlichtpuls entlang des lichtleitenden Abhebeelement, insbesondere innerhalb des lichtleitenden Abhebeelement erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Dauer des ersten und/oder zweiten Laserlichtpulses im Bereich von 1 ns bis 500 ns, insbesondere im Bereich von 5 ns bis 20 ns liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schritte eines Positionierens umfasst: - Aufsetzen des lichtleitenden Abhebeelement auf dem Transferbereich derart, dass das Transfermaterial sowohl die Lichtaustrittsfläche als auch den Transferbereich berührt; oder - Positionieren des lichtleitenden Abhebeelement in einer vorbestimmten Höhe oberhalb des Transferbereichs derart, dass das Transfermaterial während ersten Laserlichtpulses durch eine durch das lokale Aufschmelzen bedingte Formänderung mit dem Transferbereich in Kontakt tritt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das lokale Aufschmelzen in einem Bereich kleiner als eine Fläche der Lichtaustrittsfläche erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei während des Erzeugens des ersten Lichtpulses von dem lichtleitenden Abhebeelement eine Kraft auf den Transferbereich ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verbinden erfolgt, in dem das aufgeschmolzenen Transfermaterial nach dem Erzeugen des Laserlichtpulses wieder erstarrt, wobei eine Haftkraft des Transfermaterials an dem Transferbereich und/oder an der Lichtaustrittsfläche größer ist als eine durch die Stützhalterung ausgeübte Haltekraft.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schritt des Bereitstellens des wenigstens einen Bauelements ein Aufbringen des Transfermaterials auf dem Transferbereich umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Transfermaterial ein Material aufweist, welches Teil eines Materials des Transferbereichs ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Transferbereich zumindest einen Teil eines Kontakts des Bauelements bildet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem nach einem Wegbewegen des Abhebeelements lediglich ein Teil des Transfermaterials, insbesondere weniger als 20 Masse-% bezogen auf die ursprüngliche Masse auf dem Transferbereich verbleibt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend: - Erneutes Aufschmelzen des Transfermaterial an der Lichtaustrittsfläche durch Erzeugen eines Laserlichtpulses zur Oberflächenformung des Transfermaterial.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Transfermaterial wenigstens eines der folgenden Materialien umfasst: - Indium - Gallium - Nickel - Silber - Gold - Zinn
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem lichtleitende Abhebeelement eine Glasfaser aufweist, dessen Ende die Lichtaustrittsfläche bildet.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Fläche der Lichtaustrittsfläche im Bereich kleiner als 75% einer Fläche des Transferbereichs ist, und insbesondere im Bereich von 10% bis 40% der Fläche des Transferbereichs liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend ein Verbinden, insbesondere Löten eines zweiten Kontakts an den Ablegebereich, wobei während des Lötvorgangs das Abhebeelement über das Transfermaterial mit dem Transferbereich verbunden bleibt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Spitze des lichtleitenden Abhebeelements eine der folgenden Formen aufweist: - eine halbkugelförmige Spitze; - eine konische Spitze; - eine kegelförmige Spitze; - eine nach innen gewölbte Vertiefung.
Transferanordnung, umfassend - eine Lichterzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines ersten und zweiten Laserpulses; - ein lichtleitendes Abhebeelement mit einer Lichtaustrittsfläche; - eine Bewegungsvorrichtung, die ausgestaltet ist, die Lichtaustrittsfläche des lichtleitende Abhebeelement oberhalb eines Transferbereichs eines Bauelements zu positionieren, und das Abhebeelement auch in vertikaler Richtung zu bewegen; wobei die Transferanordnung ausgestaltet ist, das Bauelement mittels eines durch den ersten Laserpuls aufgeschmolzenes Transfermaterial in dem Transferbereich mit dem Abhebeelement zu verbinden; und - nach einem Transferieren die Verbindung durch das Transfermaterial durch den zweiten Laserpuls wieder zu lösen.
Transferanordnung nach Anspruch 18, bei dem eine Dauer des ersten und/oder zweiten Laserlichtpulses im Bereich von 1 ns bis 500 ns, insbesondere im Bereich von 5 ns bis 20 ns liegt.
Transferanordnung nach Anspruch 18 oder 19, bei dem eine Fläche der Lichtaustrittsfläche im Bereich kleiner als 75% einer Fläche des Transferbereichs ist, und insbesondere im Bereich von 10% bis 40% der Fläche des Transferbereichs liegt.
Transferanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei die Transferanordnung ausgestaltet ist, während des Erzeugen des ersten Lichtpulses von dem lichtleitenden Abhebeelement eine Kraft auf den Transferbereich auszuüben.
Transferanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, weiter umfassend: - einen oder mehrere Sensoren zum Erfassen einer Entfernung zwischen dem Ablegebereich und der Lichtaustrittsfläche oder davon abgeleiteten Werten; eine Steuer- und Kontrollschaltung, die mit dem einen oder mehreren Sensoren und der Bewegungsvorrichtung zur Steuerung der vertikalen Bewegung in Antwort auf Signale der einen oder mehrere Sensoren verbunden ist.
Transferanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei eine Spitze des lichtleitenden Abhebeelements eine der folgenden Formen aufweist: - eine halbkugelförmige Spitze; - eine konische Spitze; - eine kegelförmige Spitze; - eine nach innen gewölbte Vertiefung.
Transferanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, bei dem die Lichtaustrittsfläche mit dem Transfermaterial bedeckt ist.
Transferanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, weiter umfassend ein Transfermaterialreservoir zur Zuführung von Transfermaterial an die Lichtaustrittseite.