DE112022001235T5 - Transfer von mikrobauelementen - Google Patents

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Gholamreza Chaji
Ehsanollah Fathi
Hossein Zamani Siboni
Dana Saud Yousef Ayyash
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Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Transfer eines ausgewählten Satzes von Mikrobauelementen von einem Spendersubstrat zu einem Empfänger-/Systemsubstrat, während es bereits Mikrobauelemente geben kann, die in das Systemsubstrat transferiert wurden. Insbesondere befasst sich diese Erfindung mit Pads mit einer Basis aus hartem Material und einer weichen Hülle. Zudem wird die Verwendung einer Ebene zur Erleichterung des Mikrobauelement-Transfers ausführlich beschrieben.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Transfer eines ausgewählten Satzes von Mikrobauelementen von einem Spendersubstrat zu einem Empfänger-/Systemsubstrat, während es bereits Mikrobauelemente geben kann, die in das Systemsubstrat transferiert wurden.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer der Ausführungsformen gibt es ein Verfahren zum Transfer von Mikrobauelementen, das Verfahren umfassend das Bilden einer Pufferschicht auf einem Spendersubstrat, Bereitstellen von Mikrobauelementen auf einer Oberseite der Pufferschicht, Bereitstellen eines Systemsubstrats mit transferierten Mikrobauelementen auf Pads aus einem weichen Material; Bereitstellen weiterer Pads aus dem weichen Material auf dem Systemsubstrat ohne Mikrobauelemente und Annähern des Spendersubstrats und des Systemsubstrats aneinander derart, dass ausgewählte Mikrobauelemente, die transferiert werden sollen, nahe an zugeordneten Pads auf dem Systemsubstrat liegen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform gibt es ein Verfahren zum Transfer von Mikrobauelementen, das Verfahren umfassend das Bilden einer Pufferschicht auf einem Spendersubstrat, Bereitstellen von Mikrobauelementen auf einer Oberseite der Pufferschicht, Bereitstellen eines Systemsubstrats mit transferierten Mikrobauelementen auf Pads, wobei die Pads eine Basis aus hartem Material und eine weiche Hülle aufweisen, Bereitstellen weiterer Pads mit einer Basis aus hartem Material und einer weichen Hülle auf dem Systemsubstrat ohne Mikrobauelemente, und Annähern des Spendersubstrats und des Systemsubstrats aneinander derart, dass ausgewählte Mikrobauelemente, die transferiert werden sollen, nahe an zugeordneten Pads auf dem Systemsubstrat liegen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden und andere Vorteile der Offenbarung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offensichtlich.
    • 1A zeigt eine Nicht-Ebenheit des Spender-/Kartuschensubstrats oder des Systemsubstrats.
    • 1B zeigt ausgewählte Mikrobauelemente, die die ausgewählten Pads berühren oder nahe an sie herankommen.
    • 2A zeigt das Spendersubstrat mit einer Pufferschicht.
    • 2B zeigt eine Pad-Struktur mit hartem Kern 152-a und weicher Hülle.
    • 2C zeigt einen Zapfen auf der Rückwand, der den ungleichmäßigen Druck weiter verhindern soll.
    • 2D zeigt, dass auch auf dem Spendersubstrat Zapfen ausgebildet sein können.
    • 3A und 3B zeigen, wie die Pads auf dem Systemsubstrat auf einer Ebene ausgebildet sind.
  • Während die vorliegende Offenbarung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen in Frage kommt, wurden spezifische Ausführungsformen oder Implementierungen beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Offenbarung nicht auf die besonderen offenbarten Formen beschränkt sein soll. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen einschließen, die in den Grundgedanken und Schutzumfang fallen, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf den Transfer eines ausgewählten Satzes von Mikrobauelementen von einem Spendersubstrat zu einem Empfänger-/Systemsubstrat, während es bereits Mikrobauelemente geben kann, die in das Systemsubstrat transferiert wurden. Oder in einem anderen Fall existieren andere Strukturen in dem Empfängersubstrat, die den Transfer stören können. In dieser Erfindung verwenden wir das zuvor transferierte Mikrobauelement zum Erläutern der Erfindung, wobei jedoch ähnliche Themen auf die anderen Strukturen angewendet werden können.
  • Mikrobauelemente können Mikro-LED, OLED, Mikrosensoren, MEMs und jede andere Art von Bauelementen sein.
  • In einem Fall weist das Mikrobauelement einen Funktionskörper und Kontakte auf. Die Kontakte können elektrische, optische oder mechanische Kontakte sein.
  • Im Falle von optoelektronischen Mikrobauelementen kann das Mikrobauelement Funktionsschichten und Ladungstransportschichten aufweisen. Wobei Ladungstransportschichten (dotierte Schichten, ohmsche Schichten und Kontakte) die Ladungen (Elektron eines Lochs) zwischen den Funktionsschichten und Kontakten außerhalb des Bauelements übertragen. Die Funktionsschichten können elektromagnetische Signale erzeugen (z. B. Leuchten) oder elektromagnetische Signale absorbieren.
  • Systemsubstrate können Pixel und Pixelschaltungen aufweisen, bei denen jedes Pixel mindestens ein Mikrobauelement steuert. Pixelschaltungen können aus Elektroden, Transistoren oder anderen Komponenten hergestellt sein. Die Transistoren können mit einem Dünnfilmprozess, CMOS oder organischen Materialien hergestellt sein.
  • 1A zeigt eine Ausführungsform zum Transferieren von Mikrobauelementen von dem Spendersubstrat 102 zu dem Empfängersubstrat 150. Hier kann eine Pufferschicht 104 auf dem Spendersubstrat 102 gebildet werden und die Mikrobauelemente 106 befinden sich oben auf der Pufferschicht. Die Pufferschicht kann durch Strukturierungs- oder Ätzprozesse gebildet werden. Sie kann aus Polymeren, Dielektrika oder anderen Materialien wie Metallen hergestellt sein. Durch die Verwendung von Halbleiterprozessen zum Entwickeln der Pufferschicht kann diese auf den Rand der letzten Mikrobauelemente auf dem Substrat ausgerichtet werden. Das Systemsubstrat 150 weist Pads 152 auf, die den aktuellen Mikrobauelementen zugeordnet sind, die von dem Spendersubstrat 102 zu dem Systemsubstrat 150 transferiert werden sollen. Das Systemsubstrat 150 weist auch Pads 154 auf, die bereits mit Mikrobauelementen 156 bestückt sind, und einige dieser Pads können angrenzend an den aktuellen Standort für den Transfer liegen.
  • Wie in 1B gezeigt, berühren die ausgewählten Mikrobauelemente, wenn sich das Spendersubstrat 102 und das Systemsubstrat 152 einander nähern, die ausgewählten Pads 152 (oder nähern sich diesen). Die Pads 152 können aus weichen Materialien hergestellt sein (Klebstoff, Polymere, Indium und so weiter). Dadurch können sich die Pads unter Druck verformen. Wenn der Druck nicht gleichmäßig ist, können sich die Pads unterschiedlich verformen und somit einige der vorhandenen Mikrobauelemente auf der Rückwandplatine beschädigen. In einem anderen Fall sind die Pads 152 aus hartem Material hergestellt. Infolgedessen verformen sich die Pads nicht. Dies kann dazu führen, dass einige Vorrichtungen aufgrund von Ungleichmäßigkeiten in der Oberfläche oder parallelen Abweichungen zwischen zwei Substraten weniger gut verbunden sind.
  • 2A zeigt eine Ausführungsform zum Transferieren von Mikrobauelementen von dem Spendersubstrat 102 zu dem Empfängersubstrat 150. Hier kann eine Pufferschicht 104 auf dem Spendersubstrat 102 gebildet werden und die Mikrobauelemente 106 befinden sich oben auf der Pufferschicht. Die Pufferschicht kann durch Strukturierungs- oder Ätzprozesse gebildet werden. Sie kann aus Polymeren, Dielektrika oder anderen Materialien wie Metallen hergestellt sein. Durch die Verwendung von Halbleiterprozessen zum Entwickeln der Pufferschicht kann diese auf den Rand der letzten Mikrobauelemente auf dem Substrat ausgerichtet werden. Das Systemsubstrat 150 weist Pads 152 auf, die den aktuellen Mikrobauelementen zugeordnet sind, die von dem Spendersubstrat 102 zu dem Systemsubstrat 150 transferiert werden sollen. Das Systemsubstrat 150 weist auch Pads 154 auf, die bereits mit Mikrobauelementen 156 bestückt sind, und einige dieser Pads können angrenzend an den aktuellen Standort für den Transfer liegen. Wenn sich das Spendersubstrat 102 und das Systemsubstrat 152 einander nähern, berühren die ausgewählten Mikrobauelemente die ausgewählten Pads 152 (oder nähern sich diesen). In einem verwandten Fall weisen die Pads eine Basis aus hartem Material 152-a und eine weiche Hülle 152-b auf. Wie zu sehen ist, können die transferierten Bauelemente 156 das weiche Material 154-b verformen.
  • 2B zeigt eine Pad-Struktur mit hartem Kern 152-a und weicher Hülle 152-b. Die Hülle 152-b kann nur die Oberseite des Kerns 152-a oder mindestens auch eine Seitenwand abdecken. Hier können Elektroden 202 vorhanden sein, die die Pads mit dem Systemsubstrat/der Rückwandplatine 150 verbinden. Die Pads können unterschiedliche Formen aufweisen. Der harte Kern kann aus harten Metallen wie Al, Gold oder einem Dielektrikum wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder aus Polymeren wie BCB, SU8 usw. hergestellt sein, während die Hülle aus Indium oder anderen weichen Metallen oder weichem Klebstoff (wie PI, PMMA, PSA) hergestellt sein kann. Der Klebstoff kann darin eingebettete leitfähige Partikel aufweisen. Die Höhe des harten Kerns ist so ausgelegt, dass sie größer ist als die Oberflächendifferenz zwischen dem höchsten Punkt in dem Systemsubstrat und der Stelle der Pads in dem Systemsubstrat. Andere Parameter wie die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche der beiden Substrate und der Fehler in der Parallelität zwischen dem Spendersubstrat und dem Systemsubstrat können verwendet werden, um die Höhe des harten Kerns des Pads anzupassen. In diesem Fall ist die Höhe so ausgelegt, dass sie verhindert, dass die Mikrobauelemente die unerwünschten Bereiche des Systemsubstrats berühren, da sie das Bewegen des Spendersubstrats in Richtung Systemsubstrat verhindert. Die Höhe der weichen Hülle ist so ausgelegt, dass sie eine ausreichende Haftfestigkeit bereitstellt und die Pads mit dem Spendersubstrat verbindet. Um dies zu erreichen, sollte die Höhe des weichen Materials größer sein als die Abstandsdifferenz zwischen Pads auf dem Systemsubstrat und Mikrobauelementen auf dem Spendersubstrat. Die Abstandsdifferenz kann durch den Fehler in der Parallelität zwischen zwei Substraten und die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche des Systemsubstrats und des Spendersubstrats verursacht werden.
  • In einer weiteren verwandten Ausführungsform, die in 2C gezeigt ist, kann zur weiteren Verhinderung des ungleichmäßigen Drucks ein Zapfen 154 auf der Rückwandplatine 150 entwickelt werden. Hier kommt der Zapfen während des Transfers mit dem Spendersubstrat 102 in Kontakt, sodass Schäden an den Pads, Mikrobauelementen und der Rückwandplatine vermieden werden.
  • In einer weiteren verwandten Ausführungsform können die Zapfen 120 auch auf dem Spendersubstrat gebildet werden (2D). Der Zapfen kann aus Metall, einem Dielektrikum oder Polymer hergestellt sein.
  • In einem weiteren verwandten Fall, der in 3A dargestellt ist, sind die Pads auf dem Systemsubstrat 150 auf einer Ebene 200 ausgebildet. Hier erstreckt sich die Elektrode 202 über die Oberseite der Ebene 200 und das Pad 204 ist oben auf der Elektrode ausgebildet. Infolgedessen wird der Spalt zwischen Spendersubstrat und Systemsubstrat während des Transfers, wie in 1 gezeigt, um die Höhe der Ebene größer. In einem weiteren verwandten Fall kann ein Zapfen 206 oder ein Abstandshalter (wie in 3B gezeigt) auf der Ebene 200 vorhanden sein. Der Abstandshalter 206 kann den Kurzschluss zwischen zwei Pads verhindern, wenn das Mikrobauelement mehr als ein Pad aufweist, außerdem kann er dazu beitragen, dass das Mikrobauelement transferiert wird, wenn es haftet.
  • Verfahrensschritte
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Transfer von Mikrobauelementen, das Verfahren umfassend das Bilden einer Pufferschicht auf einem Spendersubstrat, das Bereitstellen von Mikrobauelementen auf einer Oberseite der Pufferschicht, das Bereitstellen eines Systemsubstrats mit transferierten Mikrobauelementen auf Pads, die aus einem weichen Material hergestellt sind, das Bereitstellen weiterer Pads, die aus dem weichen Material hergestellt sind, auf dem Systemsubstrat ohne Mikrobauelemente, und das Annähern des Spendersubstrats und des Systemsubstrats aneinander derart, dass ausgewählte Mikrobauelemente, die transferiert werden sollen, nahe an zugeordneten Pads auf dem Systemsubstrat liegen.
  • Ferner können in dem Verfahren die Pads und weitere Pads aus einem harten Material hergestellt sein.
  • Ferner kann sich bei dem Verfahren eine Elektrode über eine Ebene erstrecken, und das Pad wird auf der Elektrode ausgebildet.
  • Ferner ist in dem Verfahren ein Zapfen an der Oberseite der Ebene vorhanden und das Pad wird an der Oberseite der Elektrode gebildet.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Transfer von Mikrobauelementen, das Verfahren umfassend das Bilden einer Pufferschicht auf einem Spendersubstrat, das Bereitstellen von Mikrobauelementen auf einer Oberseite der Pufferschicht, das Bereitstellen eines Systemsubstrats mit transferierten Mikrobauelementen auf Pads, wobei die Pads eine Basis aus hartem Material und eine weiche Hülle aufweisen, das Bereitstellen weiterer Pads mit einer Basis aus hartem Material und einer weichen Hülle auf dem Systemsubstrat ohne Mikrobauelemente, und das Annähern des Spendersubstrats und des Systemsubstrats aneinander derart, dass ausgewählte Mikrobauelemente, die transferiert werden sollen, nahe an zugeordneten Pads auf dem Systemsubstrat liegen.
  • Ferner wird bei dem Verfahren die Pufferschicht durch einen Strukturierungs- oder Ätzprozess gebildet und ist ein Polymer, ein Dielektrikum oder ein Metall.
  • Ferner deckt bei dem Verfahren die weiche Hülle des Pads nur die Oberseite der harten Materialbasis oder mindestens eine Seitenwand der Materialbasis ab.
  • Ferner besteht bei dem Verfahren die harte Materialbasis aus Al, Gold oder einem Dielektrikum wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder aus Polymeren wie BCB, SU8 und die weiche Hülle besteht aus Indium oder einem Weichkleber. Hier können die Elektroden ausgebildet werden, um die Pads mit dem Systemsubstrat zu verbinden.
  • Ferner wird in dem Verfahren ein Zapfen auf dem Systemsubstrat entwickelt, sodass er das Spendersubstrat während eines Transfers berührt und Beschädigungen an den Pads, Mikrobauelementen und dem Systemsubstrat verhindert. Hier können auf dem Spendersubstrat ebenfalls Zapfen ausgebildet werden, die aus Metallen, Dielektrikum oder Polymer hergestellt sind.
  • Ferner vergrößert sich bei dem Verfahren der Spalt zwischen Spendersubstrat und Systemsubstrat während des Transfers durch eine Höhe der Ebene.
  • Ferner ist in dem Verfahren die Höhe des harten Kerns so ausgelegt, dass sie größer ist als die Oberflächendifferenz zwischen dem höchsten Punkt in dem Systemsubstrat und der Stelle der Pads in dem Systemsubstrat. Andere Parameter wie die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche der beiden Substrate und der Fehler in der Parallelität zwischen dem Spendersubstrat und dem Systemsubstrat können verwendet werden, um die Höhe des harten Kerns des Pads anzupassen. In diesem Fall ist die Höhe so ausgelegt, dass sie verhindert, dass die Mikrobauelemente die unerwünschten Bereiche des Systemsubstrats berühren, da sie das Bewegen des Spendersubstrats in Richtung Systemsubstrat verhindert. Die Höhe der weichen Hülle ist so ausgelegt, dass sie eine ausreichende Haftfestigkeit bereitstellt und die Pads mit dem Spendersubstrat verbindet. Um dies zu erreichen, sollte die Höhe des weichen Materials größer sein als die Abstandsdifferenz zwischen Pads auf dem Systemsubstrat und Mikrobauelementen auf dem Spendersubstrat. Die Abstandsdifferenz kann durch den Fehler in der Parallelität zwischen zwei Substraten und die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche des Systemsubstrats und des Spendersubstrats verursacht werden.
  • Zwar wurden bestimmte Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die genaue(n) hierin offenbarte(n) Konstruktion und Zusammensetzungen beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und Variationen aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sein können, ohne vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Transfer von Mikrobauelementen, das Verfahren umfassend: Bilden einer Pufferschicht auf einem Spendersubstrat; Bereitstellen von Mikrobauelementen auf einer Oberseite der Pufferschicht; Bereitstellen eines Systemsubstrats mit transferierten Mikrobauelementen auf Pads aus einem weichen Material; Bereitstellen weiterer Pads aus dem weichen Material auf dem Systemsubstrat ohne Mikrobauelemente; und Annähern des Spendersubstrats und des Systemsubstrat aneinander derart, dass ausgewählte Mikrobauelemente, die transferiert werden sollen, nahe an zugeordneten Pads auf dem Systemsubstrat liegen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pads und weitere Pads aus einem harten Material hergestellt sind.
  3. Verfahren zum Transfer von Mikrobauelementen, das Verfahren umfassend: Bilden einer Pufferschicht auf einem Spendersubstrat; Bereitstellen von Mikrobauelementen auf einer Oberseite der Pufferschicht; Bereitstellen eines Systemsubstrats mit transferierten Mikrobauelementen auf Pads, wobei die Pads eine Basis aus hartem Material und eine weiche Hülle aufweisen; Bereitstellen weiterer Pads mit einer Basis aus hartem Material und einer weichen Hülle auf dem Systemsubstrat ohne Mikrobauelemente; und Annähern des Spendersubstrats und des Systemsubstrat aneinander derart, dass ausgewählte Mikrobauelemente, die transferiert werden sollen, nahe an zugeordneten Pads auf dem Systemsubstrat liegen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Pufferschicht durch einen Strukturierungs- oder Ätzprozess gebildet wird und ein Polymer, ein Dielektrikum oder ein Metall ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die weiche Hülle des Pads nur eine Oberseite der harten Materialbasis oder mindestens eine Seitenwand der Materialbasis abdeckt.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die harte Materialbasis aus Al, Gold oder einem Dielektrikum wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder aus Polymeren wie BCB, SU8 hergestellt ist und die weiche Hülle aus Indium oder einem Weichkleber besteht.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Zapfen auf dem Systemsubstrat entwickelt wird, sodass er das Spendersubstrat während eines Transfers berührt, wodurch Beschädigungen an den Pads, Mikrobauelementen und dem Systemsubstrat vermieden werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei Elektroden gebildet werden, um die Pads mit dem Systemsubstrat zu verbinden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei Zapfen auch auf dem Spendersubstrat ausgebildet werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Zapfen aus Metallen, einem Dielektrikum oder einem Polymer hergestellt sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich eine Elektrode über eine Ebene erstreckt und das Pad oben auf der Elektrode gebildet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Spalt zwischen Spendersubstrat und Systemsubstrat während des Transfers um die Höhe der Ebene zunimmt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich ein Zapfen oben auf der Ebene befindet und das Pad oben auf der Elektrode gebildet wird.
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