TWI666759B - 複合微組裝方法、裝置及設備 - Google Patents

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Abstract

所揭示技術大體上係關於利用複合微組裝來組裝裝置之設計及方法。功能元件經微組裝以在一中間基板上形成個別微型系統之一陣列，接著該等微型系統經轉移(一次一或多個)至一目的地基板或裝置基板。舉例而言，對於一顯示裝置，各微型系統可為含有紅色、藍色及綠色微型LED及一矽驅動電路之一個別像素。可藉由將功能元件微轉移至該中間基板上且經由精密微影術電連接其等而形成一像素陣列，接著可將該等個別像素微轉移至該目的地基板上。

Description

複合微組裝方法、裝置及設備 相關申請案
本申請案主張2015年8月10日申請之標題為「Compound Micro-Assembly Strategies and Devices」之美國專利申請案第14/822,868號及2014年9月25日申請之標題為「Compound Micro-Assembly Strategies and Devices」之美國臨時專利申請案第62/055,472號之優先權及權益，該等案之各者之全部內容以引用的方式併入本文中。
通常使用分佈遍及一平坦基板表面之光發射器之一陣列建構平板顯示器。除電漿電視以外，發射平板顯示器通常依靠：(i)具有藉由液晶及彩色濾光器提供之像素光控制之一背光(例如，液晶顯示器)；(ii)有機彩色光發射器(例如，有機發光二極體顯示器)；或(iii)具有彩色濾光器之有機白光發射器(例如，白色有機發光二極體顯示器)。重要地，此等平板顯示器技術之所有三者皆係區域發射器，即，各像素之整個區域經填充有光發射器或光控制器。
通常使用需要使用各種化學材料之一半導體製程製造發光二極體(LED)。此等製造方法需要使用一剛性基板，諸如一藍寶石基板或一矽基板，其在高溫製程期間不熔化。在剛性基板上製造LED之後，通常分割晶圓以形成個別LED，該等個別LED可接著用於顯示器中。
顯示器中之早期LED應用包含具有數字LED顯示器之手持式計算器。最近，LED已經整合為用於顯示器之背光。將LED整合於較大顯 示器(諸如顯示面板)中涉及至顯示面板中之各個別LED之複雜接線。LED在顯示器(諸如RGB LED顯示器)中的使用繼續提出數種挑戰，包含增大的複雜性、受限的顯示格式、增大的製造成本及減小的製造良率。
因此，存在對為系統提供低成本製造、改良良率及改良可靠性之製造顯示器以及其他裝置(諸如光伏打陣列及雷達陣列)之系統及方法之一需求。
所揭示技術大體上係關於利用複合微組裝來組裝裝置之設計及方法。複合微組裝係其中微組裝(例如，在美國專利第7,622,367號及第8,506,867號中描述之微轉移程序，該等案之各者之全部內容以引用的方式併入本文中)首先用於將功能元件組裝至一中間基板上以形成一功能(例如，可測試)微型系統之一程序。接著，新產生之微型系統經微組裝至目的地基板或裝置基板上以形成一操作巨集系統(例如，最終裝置)。微型系統之一陣列可大規模並行產生且接著微組裝至該目的地基板上。
舉例而言，對於採用複合微組裝之一顯示裝置之製造而言，各微型系統可形成一個別像素。複數個像素經形成且接著微組裝至該目的地基板上。舉例而言，裝置元件(例如，紅色、綠色及藍色微型LED及一矽驅動電路)可大規模並行形成在對應原生基板上，接著作為個別微型系統之一矩陣微組裝(例如，經由微轉移)至一中間基板上，其中各微型系統係含有LED(例如，紅色、綠色及藍色微型LED)及一矽驅動電路之一像素。可密集地封裝該中間基板上之微型系統之該矩陣，藉此允許針對一更小區域內之所有微型系統進行必要的精密微影術，從而導致較低組裝成本及一改良產品。此外，該中間基板上之微型系統之該矩陣係功能性的，從而允許在組裝至巨集系統(例 如，最終顯示器)上之前測試、識別不良(faulty)像素及/或修復不良像素，從而進一步改良該產品。已知良好微型系統(例如，像素)接著自該中間基板轉移至一目的地基板(例如，經由微轉移)以形成一或多個巨集系統(例如，最終裝置)。
微組裝係用於將不同材料之功能性組合至異質整合系統中之一有利策略。所得微型系統及巨集系統可歸因於異質性之精密尺度而具有一單片單元之外觀及性質，且其等可展現無法另外自成分材料類型或藉由習知方法組裝之成分的組合獲得之性質。
此外，該複合微組裝程序產生多功能異質整合微尺度元件(微型系統)，其等提供一微組裝系統之陣列(巨集系統)之功能單元。
尤其該等所揭示複合微組裝技術允許微影術之最佳化組合。特定言之，在某些實施例中，微型系統製造在一晶圓上且使用最新技術之晶圓級微影術(精密微影術)互連，例如，具有小於或等於10微米、小於或等於5微米、小於或等於2微米或小於一微米之特徵尺寸。相比之下，粗製微影術可用於在微型系統已經微組裝至該目的地基板上之後電連接至該等微型系統，例如，具有大於10微米、大於或等於50微米、大於或等於100微米或大於一毫米之特徵尺寸。
再者，可在一晶圓上密集地形成該等微型系統，使得該等微型系統在該晶圓上之密度大於當該等微型系統經微組裝於該目的地基板上時之密度。因此，當該等微型系統在該晶圓上時使用精密微影術歸因於該等微型系統之該高密度而係更具有成本效益的，且粗製微影術可在該等微型系統經印刷至該目的地基板之後使用。此外，針對一給定裝置依巨集層級(即，在將該微型系統轉移至該目的地基板之後)形成之輸入/輸出線之數目相對於習知非複合組裝技術減小。
在某些實施例中，將該等微型系統接線於該中間基板上，使得該等微型系統在經轉移至該目的地基板之前係全功能裝置。此允許在 將該等微型系統微組裝至該目的地基板之前測試該等微型系統。在某些實施例中，移除或輻照(例如，使用一雷射)缺陷微型系統，使得僅功能微型系統經轉移至該目的地基板。在某些實施例中，將輸入/輸出線佈線在該中間基板之錨固件及繫栓件上以促進該測試。在其他實施例中，各微型系統包含促進該微型系統之測試之一天線及/或太陽能電池。
因此，所揭示之複合微組裝之系統及方法之益處包含(但不限於)減小組裝成本及增大產量、巨集系統處之減小的I/O計數、改良透明度及改良效能。
在一項態樣中，所揭示技術包含一種複合微組裝之方法，該方法包含：提供具有其中一微型系統臨時附接至其之一接觸表面之一轉移裝置，其中該微型系統包含：一中間基板；複數個微型裝置，其等安置於該中間基板上；及一或多個精密互連件，其等電連接至該複數個微型裝置之至少一部分，藉此電耦合該等微型裝置之該部分；使安置於該轉移表面上之該微型系統與一目的地基板之一接收表面接觸；及使該轉移裝置之該接觸表面自與微型系統分離，藉此將該微型系統轉移至該目的地基板之該接收表面上。
在某些實施例中，該方法包含，在將該微型系統轉移至該目的地基板之該接收表面上之後，利用具有自10μm至2mm之一寬度之粗製互連件將該微型系統電連接至該目的地基板上之一或多個額外微型系統，藉此形成一巨集系統。
在某些實施例中，提供具有其中該微型系統支撐於其上及/或臨時附接至其之該接觸表面之該轉移裝置包含：在一第一原生基板上形成該複數個微型裝置之一第一微型裝置；在一第二原生基板上形成該複數個微型裝置之一第二微型裝置；將該第一微型裝置及該第二微型裝置自該等各自原生基板轉移至該中間基板上；及使用該一或多個精 密互連件電連接該第一微型裝置與該第二微型裝置，該等精密互連件具有100nm至10μm之一寬度，藉此形成該微型系統。
在某些實施例中，該方法包含，在使用精密互連件電連接該第一微型裝置與該第二微型裝置之後，在該微型系統處於該中間基板上時測試該微型系統。
在某些實施例中，該方法包含，在將該第一微型裝置及該第二微型裝置轉移至該中間基板上之後，自該塊體中間基板部分釋放該微型系統，使得藉由一繫栓件將該微型系統連接至該塊體中間基板以促進該微型系統自該塊體中間基板受控制分離至該轉移裝置之該接觸表面。
在某些實施例中，該等精密互連件至少部分在該繫栓件上或在該繫栓件中。
在某些實施例中，該繫栓件連接至該中間基板上之一錨固件。
在某些實施例中，該一或多個精密互連件之各者至少部分在該錨固件上或在該錨固件中。
在某些實施例中，將該等微型裝置轉移至一中間基板上包含：使該第一微型裝置與一保形轉移裝置接觸，藉此將該第一微型裝置連結至該保形轉移裝置；使安置於該保形轉移裝置上之該第一微型裝置與該中間基板接觸；使該保形轉移裝置自該第一微型裝置分離，藉此將該第一微型裝置轉移至該中間基板上；使一第二微型裝置與該保形轉移裝置接觸，藉此將該第二微型裝置連結至該保形轉移裝置；使安置於該保形轉移裝置上之該第二微型裝置與該中間基板接觸；及使該保形轉移裝置自該第二微型裝置分離，藉此將該第二微型裝置轉移至該中間基板上。
在某些實施例中，該中間基板非原生於該第一微型裝置及該第二微型裝置。
在某些實施例中，該等接觸及分離步驟各執行至少100次以形成一顯示器。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包含：一紅色微型無機發光二極體、一綠色微型無機發光二極體及一藍色微型無機發光二極體。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包括一微型積體電路。
在某些實施例中，該中間基板包括從由以下項目構成之群組選擇之至少一個構件：聚合物薄膜、聚合物、樹脂固化樹脂、環氧樹脂、玻璃強化環氧樹脂、FR4、玻璃、藍寶石、透明介電載體薄膜、介電載體薄膜。
在某些實施例中，該轉移裝置係一彈性體印模。
在某些實施例中，該方法包含該複數個微型裝置，其等包含：一功率放大器(例如，GaN)、一移相器(例如，GaAs)及一微型積體電路(例如，矽控制電路)。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包括從由以下項目構成之群組選擇之至少一個構件：一低雜訊放大器(例如，InP)、一功率放大器、一類比數位轉換器、一發射/接收切換器、一移相器及一頻率轉換器。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包含：一偵測器(例如，光電二極體、光導體)；及一微型積體電路(例如，控制/讀出電路，例如，矽控制電路)。
在某些實施例中，該目的地基板係從由以下項目構成之群組選擇之一構件：聚合物、塑膠、樹脂、聚酰亞胺、PEN、PET、金屬、金屬箔、玻璃、一半導體及藍寶石。
在某些實施例中，該目的地基板非原生於該複數個微型裝置。
在某些實施例中，目的地基板具有針對可見光之大於或等於 50%、80%、90%或95%之一透明度(例如，1-不透明度)。
在某些實施例中，該目的地基板具有一連續基板面積，該複數個微型裝置各具有一裝置面積，且該複數個微型裝置之組合裝置面積小於或等於該連續基板面積之四分之一。
在某些實施例中，該複數個微型裝置之該組合裝置面積小於或等於該連續基板面積之八分之一、十分之一、二十分之一、五十分之一、百分之一、五百分之一、千分之一、兩千分之一或萬分之一。
在某些實施例中，該複數個微型裝置之各者具有自2μm至5μm、5μm至10μm、10μm至20μm或20μm至50μm之一長度、寬度及高度之至少一者。
在某些實施例中，該目的地基板具有自5微米至10微米、10微米至50微米、50微米至100微米、100微米至200微米、200微米至500微米、500微米至0.5mm、0.5mm至1mm、1mm至5mm、5mm至10mm或10mm至20mm之一厚度。
在某些實施例中，該複數個微型裝置分佈遍及該連續基板面積(例如，成一陣列)。
在另一態樣中，所揭示技術包含一種複合微組裝裝置，其包含：一目的地非原生基板上之複數個印刷微型系統，其中該複數個印刷微型系統之各微型系統包含：複數個微型裝置，其等安置於一中間、非原生基板上，及一或多個精密互連件，其等具有100nm至1μm之一寬度，其等電連接該複數個微型裝置；及一或多個粗製微影術互連件，其等具有自2μm至2mm之一寬度，其中各粗製微影術互連件電連接至該非原生基板上之該複數個微型系統之至少一者。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包含：一紅色微型無機發光二極體、一綠色微型無機發光二極體、一藍色微型無機發光二極體及一微型積體電路。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包括一第二紅色微型無機發光二極體、一第二藍色微型無機發光二極體及一第二綠色微型無機發光二極體。
在某些實施例中，各微型系統形成一像素。
在某些實施例中，存在超過300,000個微型無機發光二極體。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包含：一功率放大器(例如，GaN)、一移相器(例如，GaAs)及一微型積體電路(例如，矽控制電路)。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包括從由以下項目構成之群組選擇之至少一個構件：一低雜訊放大器(例如，InP)、功率放大器、類比數位轉換器、發射/接收切換器、移相器及頻率轉換器。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包含：一偵測器(例如，光電二極體、光導體)，及一微型積體電路(例如，控制/讀出電路，例如，矽控制電路)。
在某些實施例中，該目的地非原生基板非原生於該複數個微型裝置之一者。
在某些實施例中，該目的地非原生基板係從由以下項目構成之群組選擇之一構件：聚合物、塑膠、樹脂、聚酰亞胺、PEN、PET、金屬、金屬箔、玻璃、一半導體及藍寶石。
在某些實施例中，該裝置包括該目的地基板上之至少50,000個微型系統之一矩陣。
在某些實施例中，目的地非原生基板具有針對可見光之大於或等於50%、80%、90%或95%之一透明度。
在某些實施例中，該目的地基板具有一連續基板面積，該複數個微型裝置各具有一裝置面積，且該複數個微型裝置之組合裝置面積小於或等於該連續基板面積之四分之一。
在某些實施例中，該複數個微型裝置之該組合裝置面積小於或等於該連續基板面積之八分之一、十分之一、二十分之一、五十分之一、百分之一、五百分之一、千分之一、兩千分之一或萬分之一。
在某些實施例中，該複數個微型裝置之各者具有自2μm至5μm、5μm至10μm、10μm至20μm或20μm至50μm之一長度、寬度及高度之至少一者。
在某些實施例中，該目的地基板具有自5微米至10微米、10微米至50微米、50微米至100微米、100微米至200微米、200微米至500微米、500微米至0.5mm、0.5mm至1mm、1mm至5mm、5mm至10mm或10mm至20mm之一厚度。
在某些實施例中，該複數個微型裝置分佈遍及該連續基板面積(例如，成一陣列)。
在另一態樣中，所揭示技術包含一種設備，其包含：複數個印刷微型系統，其中該複數個印刷微型系統之各微型系統包含：複數個微型裝置，其等安置於一中間基板上，該中間基板非原生於該微型系統之該等各自微型裝置，及一或多個精密互連件，其等具有100nm至2μm之一寬度，各精密微影術互連件電連接至該複數個微型裝置之至少一者，其中自該塊體中間基板部分釋放該複數個微型系統之各微型系統，使得藉由一繫栓件將該複數個微型系統之各微型系統連接至該塊體中間基板。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包含：一紅色微型無機發光二極體、一綠色微型無機發光二極體及一藍色微型無機發光二極體。
在某些實施例中，各微型系統包括一第二紅色微型無機發光二極體、第二綠色微型無機發光二極體及一第二藍色微型無機發光二極體。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包括一微型積體電路。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包含：一功率放大器(例如，GaN)、一移相器(例如，GaAs)及一微型積體電路(例如，矽控制電路)。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包括從由以下項目構成之群組選擇之至少一個構件：一低雜訊放大器(例如，InP)、功率放大器、類比數位轉換器、發射/接收切換器、移相器及頻率轉換器。
在某些實施例中，該複數個微型裝置包含：一偵測器(例如，光電二極體、光導體)，及一微型積體電路(例如，控制/讀出電路，例如，矽控制電路)。
在某些實施例中，該一或多個精密互連件之各者至少部分在該繫栓件上。
在某些實施例中，各繫栓件連接至該中間基板上之一錨固件。
在某些實施例中，該一或多個精密互連件之各者至少部分在該錨固件上。
在某些實施例中，該複數個微型系統之各微型系統係全功能的，使得其可經測試。
在某些實施例中，該中間基板包括一玻璃晶圓、一藍寶石晶圓、具有一聚合物薄膜之一玻璃晶圓、一聚合物晶圓、一透明介電載體薄膜。
在某些實施例中，該設備包含該中間基板上之至少50,000個微型系統之一矩陣。
在某些實施例中，該設備包含該中間基板上之每平方公分至少一百、一千、一萬、十萬或一百萬個微型系統。
100‧‧‧可印刷半導體元件
105‧‧‧母基板
110‧‧‧第一圖案
115‧‧‧保形轉移裝置
120‧‧‧接觸表面
125‧‧‧連結區
130‧‧‧接收表面
135‧‧‧基板
140‧‧‧第二圖案
145‧‧‧第三圖案
210‧‧‧印模
220‧‧‧可印刷半導體元件
230‧‧‧接收基板/接收表面
235‧‧‧氣壓/箭頭
240‧‧‧頂表面
250‧‧‧剪切力/位移
265‧‧‧位移偏移/剪力偏移
270‧‧‧印刷柱
272‧‧‧印刷表面
274‧‧‧凸起特徵
280‧‧‧垂直方向/箭頭
300‧‧‧方法
302‧‧‧步驟
304‧‧‧步驟
306‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
400‧‧‧方法
402‧‧‧步驟
404‧‧‧步驟
406‧‧‧步驟
408‧‧‧步驟
410‧‧‧步驟
412‧‧‧步驟
502a‧‧‧藍色LED
502b‧‧‧綠色LED
502c‧‧‧紅色LED
504‧‧‧積體電路
506‧‧‧玻璃或塑膠基板
508‧‧‧顯示器/系統
602‧‧‧矽上絕緣體基板
604‧‧‧RGB LED
606‧‧‧多功能元件
608‧‧‧顯示裝置基板
610‧‧‧顯示器
702‧‧‧基板
704‧‧‧RGB LED
706‧‧‧多功能元件/微型系統
708‧‧‧顯示裝置基板
710‧‧‧顯示器
802‧‧‧支撐基板
804‧‧‧微型LED及微型IC
806‧‧‧多功能整合可轉移元件
808‧‧‧顯示裝置基板
810‧‧‧LED顯示器
1300‧‧‧微組裝微型系統
1602‧‧‧微型系統/微型裝置
1604‧‧‧基板
1606a‧‧‧終端
1606b‧‧‧終端
1608a‧‧‧線
1608b‧‧‧線
1702‧‧‧微型系統/微型裝置
1704‧‧‧基板
1706a‧‧‧終端
1706b‧‧‧終端
1708a‧‧‧互連線
1708b‧‧‧互連線
1710a‧‧‧連接襯墊
1710b‧‧‧連接襯墊
1802‧‧‧微型系統/微型裝置
1804‧‧‧基板
1806a‧‧‧終端
1806b‧‧‧終端
1808a‧‧‧互連線
1808b‧‧‧互連線
1902‧‧‧中間基板
1904‧‧‧晶圓
1906‧‧‧井
1908‧‧‧連接襯墊
1910a‧‧‧微型裝置
1910b‧‧‧微型裝置
1912‧‧‧導電線
1914‧‧‧囊封層
1916‧‧‧部分
藉由參考結合隨附圖式進行之以下描述將變得更明白且更好地 理解本發明之前述及其他目標、態樣、特徵及優勢，在圖式中：圖1係用於將可印刷半導體元件組裝於一基板之一接收表面上之一例示性選擇性亁轉移接觸印刷方法之一圖解；圖2A至圖2D圖解說明一例示性流程圖，其中橫截面示意圖圖解說明使用一剪力偏移之微轉移；圖3係根據本發明之一實施例之複合微組裝之一例示性方法之一圖解；圖4係根據本發明之一實施例之複合微組裝之一例示性方法之一圖解；圖5係根據本發明之一實施例之用於微組裝一微型LED顯示器之一方法之一圖；圖6A至圖6B係根據本發明之一實施例之一微型LED顯示器之複合微組裝之一圖解；圖7A至圖7B係根據本發明之一實施例之一微型LED顯示器之複合微組裝之一圖解；圖8A至圖8B圖解說明根據本發明之一實施例之微組裝一微型無機LED(ILED)顯示器之一例示性方法；圖9圖解說明根據本發明之一實施例之用於一微型LED顯示器之微型系統；圖10係根據本發明之一實施例之複合微組裝微型裝置以形成一多功能系統之一例示性方法之一圖解；圖11A至圖11B係根據本發明之一實施例之例示性微型系統之圖解；圖12係根據本發明之一實施例之將複合微組裝用於相控陣列應用之一圖解；圖13係根據本發明之一實施例之作為一顯示像素之一例示性微 組裝微型系統之一圖解；圖14係根據本發明之一實施例之已在微型系統下方蝕刻且藉由一可斷開繫栓件保持附接至一錨固件之一例示性微型系統之一圖解；圖15A至圖15B係根據本發明之一實施例之已經印刷至一目的地基板之微型系統之一實例；圖16A係根據本發明之一實施例之一微型系統之一圖解；圖16B係根據本發明之一實施例之微組裝於一基板上之微型系統之一圖解；圖17A係根據本發明之一實施例之一微型系統之一圖解；圖17B係根據本發明之一實施例之微組裝於一基板上之微型系統之一圖解；圖18A係根據本發明之一實施例之一微型系統之一圖解；圖18B係根據本發明之一實施例之微組裝於一基板上之微型系統之一圖解；及圖19A至19G圖解說明根據本發明之一實施例之用於產生一微型系統之一例示性程序。
當結合圖式時將從下文闡述之實施方式變得更明白本發明之特徵及優勢，其中貫穿全文相同元件符號識別對應元件。在圖式中，相同元件符號大體上指示相同、功能上類似及/或結構上類似之元件。
「印刷」係指將一特徵(諸如一半導體元件)自一第一表面轉移至一第二表面之一程序。在一態樣中，第一表面係一施體表面且第二表面係一接收表面，且轉移由諸如具有一轉移表面之一印模之一中間表面居間。在一態樣中，第一表面係一印模上之一轉移表面(其上支撐一或多個半導體元件)，且印模能夠將元件釋放至一目標基板上之一接收表面，藉此使半導體元件自印模之轉移表面轉移至目標基板上之 接收表面。在一態樣中，印刷係可印刷半導體之亁轉移，其中一立體物與印模表面之間的一黏合力對速度靈敏。
如在本文中使用，字詞「半導體元件」及「半導體結構」同義地且廣泛地用來指一半導體材料、結構、裝置或一裝置之組件。半導體元件包含高品質單晶及多晶半導體、經由高溫處理製造之半導體材料、經摻雜半導體材料、有機及無機半導體及具有一或多個額外半導體組件或非半導體組件(諸如介電層或材料或導電層或材料)之複合半導體材料及結構。半導體元件包含半導體裝置及裝置組件，包含(但不限於)電晶體、包含太陽能電池之光伏打器件、二極體、發光二極體、雷射、p-n接面、光電二極體、積體電路及感測器。另外，半導體元件係指形成一最終功能半導體之一零件或部分。
「半導體」係指作為在一極低溫度下係一絕緣體，但在約300開爾文之一溫度下具有一可感知導電性之一材料之任何材料。在本描述中，術語半導體之使用旨在與此術語在微電子器件及電子裝置之技術中之使用一致。可用於本發明中之半導體可包括元素半導體(諸如矽、鍺及鑽石)及化合物半導體(諸如IV族化合物半導體，諸如SiC及SiGe；III-V族半導體，諸如AlSb、AlAs、Aln、AlP、BN、GaSb、GaAs、GaN、GaP、InSb、InAs、InN及InP；III-V族三元半導體合金，諸如AlxGa1-xAs；II-VI族半導體，諸如CsSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnS及ZnTe；I-VII類半導體CuCl；IV-VI族半導體，諸如PbS、PbTe及SnS；層半導體，諸如PbI2、MoS2及GaSe；氧化物半導體，諸如CuO及Cu2O)。術語半導體包含本質半導體及摻雜有一或多個選定材料之非本質半導體(包含具有p型摻雜材料及n型摻雜材料之半導體)以提供可用於一給定應用或裝置之有益電子性質。術語半導體包含包括半導體及/或摻雜劑之一混合物之複合材料。可用於本發明之一些應用中之特定半導體材料包含(但不限於)Si、Ge、SiC、 AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnO、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、PbS、PbSe、PbTe、AlGaAs、AlInAs、AlInP、GaAsP、GaInAs、GaInP、AlGaAsSb、AlGaInP及GaInAsP。多孔矽半導體材料可用於本發明在感測器及發光材料之領域中之應用(諸如發光二極體(LED)及固態雷射)。半導體材料之雜質係除(諸)半導體材料本身或提供至半導體材料之任何摻雜劑以外的原子、元素、離子及/或分子。雜質係存在於半導體材料中之非所要材料，其等可不利地影響半導體材料之電子性質且包含(但不限於)氧、碳及包含重金屬之金屬。重金屬雜質包含(但不限於)週期表上銅與鉛之間的族元素、鈣、鈉及所有離子、化合物或其等之錯合物。
「基板」係指在其上或其中進行一程序(諸如半導體元件之圖案化、組裝或整合)之一結構或材料。基板包含(但不限於)：(i)其上製造、沈積、轉移或支撐半導體元件之一結構；(ii)一裝置基板，例如，一電子裝置基板；(iii)具有用於後續轉移、組裝或整合之元件(諸如半導體元件)之一施體基板；及(iv)用於接收可印刷結構(諸如半導體元件)之一目標基板。
如在本文中使用之術語「微」及「微型裝置」係指根據本發明之實施例之某些裝置或結構之描述大小。如在本文中使用，術語「微」及「微型裝置」意在指具有1μm至500μm之尺度之尺寸之結構或裝置。特定言之，微型裝置可具有在1微米至500微米、50微米至500微米或10微米至250微米之範圍中之一寬度或長度。微型裝置之厚度通常小於裝置之寬度或長度，例如，小於20微米、小於10微米或小於5微米。然而，應瞭解，本發明之實施例未必如此受限，且實施例之某些態樣可應用於更大或更小之大小尺度。
如在本文中使用之「微型系統」係指配置於一中間基板上以用 於微轉移至一目的地基板上之兩個或兩個以上微型裝置。在一實施例中，兩個或兩個以上微型裝置使用導電體(諸如電線)在中間基板上互連。舉例而言，一微型系統可為配置於一塑膠或玻璃基板上且使用由精密微影術製成之電線互連之一紅色微型LED、一綠色微型LED及一藍色微型LED。微型系統可經組裝(例如，微轉移)至一目的地基板上以形成一巨集系統(例如，一顯示器)。
「中間基板」係指其上配置兩個或兩個以上微型裝置以形成一微型系統之一基板。特定言之，微型裝置經配置於中間基板上，使得整個微型系統(包含微型裝置及中間基板)可經微組裝至一目的地基板上。
如在本文中使用之「目的地」或「目標」基板係指用於接收可印刷結構(諸如半導體元件、微型裝置或微型系統)之一基板。例示性「目的地」或「目標」基板包含各種塑膠、玻璃、藍寶石以及其他透明、半透明、可撓性及半可撓性材料。
如在本文中使用之「精密」互連件及微影術係指根據本發明之實施例之某些裝置、互連件或結構之描述大小。如在本文中使用，術語「精密」意在指(例如)小於或等於10微米、5微米、2微米或一微米之尺度之結構或裝置。然而，應瞭解，本發明之實施例未必如此受限，且實施例之某些態樣可應用於更大或更小之大小尺度。
如在本文中使用之「粗製」互連件及微影術係指根據本發明之實施例之某些裝置、互連件或結構之描述大小。如在本文中使用，術語「粗製」意在指大於10微米、大於100微米或大於500微米之尺度之結構或裝置。然而，應瞭解，本發明之實施例未必如此受限，且實施例之某些態樣可應用於更大或更小之大小尺度。
「介電質」及「介電材料」在本描述中同義地使用且係指高度抗電流之流動之一物質。可用介電材料包含(但不限於)SiO2、Ta2O5、 TiO2、ZrO2、Y2O3、SiN4、STO、BST、PLZT、PMN及PZT。
「聚合物」係指包括複數個重複化學基團之一分子，通常稱為單體。聚合物之特徵通常為高分子質量。可用於本發明中之聚合物可為有機聚合物或無機聚合物且可成非晶、半非晶、結晶或部分結晶狀態。聚合物可包括具有相同化學成分之單體或可包括具有不同化學成分之複數個單體(諸如一共聚物)。具有聯接單體鏈之交聯聚合物尤其可用於本發明之一些應用。可用於本發明之該等方法、裝置及裝置組件中之聚合物包含(但不限於)塑膠、彈性體、熱塑性彈性體、彈性塑膠、恆溫器、熱塑性塑膠及丙烯酸酯。例示性聚合物包含(但不限於)縮醛聚合物、可生物降解聚合物、纖維素聚合物、含氟聚合物、奈倫、聚丙烯腈聚合物、聚酰胺酰亞胺聚合物、聚酰亞胺、聚芳酯、聚苯并咪唑、聚丁烯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚酰亞胺、聚乙烯、聚乙烯共聚物及改性聚乙烯、聚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基戊烯、聚苯醚及聚苯硫、聚鄰苯二甲酰胺、聚丙烯、聚氨酯、苯乙烯樹脂、砜基樹脂、乙烯基樹脂或此等聚合物之任何組合。
圖1提供圖解說明如在美國專利第7,622,367號(該案之全部內容以引用的方式併入本文中)中描述之用於將可印刷半導體元件組裝於一基板之一接收表面上之一選擇性亁轉移接觸印刷方法之一示意圖。在一母基板105上依可印刷半導體元件100之一第一圖案110製造複數個可印刷半導體元件100，其特徵為精確界定之位置及空間定向。使具有含有複數個離散連結區125之一接觸表面120之一保形轉移裝置115與母基板105上之可印刷半導體元件100之至少一部分保形接觸。接觸表面120上之連結區125之特徵為對於可印刷半導體元件100之一親和性且可為化學改性區(此等區具有自一PDMS層之表面延伸之羥基)或塗佈有一或多個黏合層之區。保形接觸轉移可印刷半導體元件100之接觸接觸表面120上之連結區125之至少一部分。使轉移至接觸表面 120之可印刷半導體元件100與基板135之接收表面130接觸，該基板135可為諸如一塑膠基板之一可撓性基板。半導體元件100與接觸表面120之後續分離導致半導體元件100組裝於基板135之接收表面130上，藉此產生可印刷半導體元件100之一第二圖案140，其特徵為不同於可印刷半導體元件100之第一圖案110之精確界定之位置及空間定向。如在圖1中展示，保持於母基板105上之可印刷半導體元件100之特徵為不同於可印刷半導體元件100之第一圖案110及第二圖案140之可印刷半導體元件100之一第三圖案145。隨後可使用本發明之印刷方法(包含選擇性亁轉移方法)將包括第三圖案145之可印刷半導體元件100轉移至及/或組裝至基板135或另一基板上。
圖2A至圖2D圖解說明如在美國專利第8,506,867號(該案之全部內容以引用的方式併入本文中)中論述之用於控制一轉移印模之脫離之一方法。首先，使用如在公開之亁轉移文獻(見例如，Khang等人之美國專利第7,622,367號)中描述之標準程序以可印刷半導體元件220之一陣列填充印模210。在一態樣中，可印刷半導體元件220在對應於凸起特徵274之一三維圖案之一外表面之一印刷表面272上。使印模緊鄰(即，在小於或等於100μm內)一接收基板表面230(圖2A)。在印模210精確光學對準至接收基板230之後，藉由施加均勻氣壓235至印模背襯頂表面240上而使印模210與接收基板230保形接觸(圖2B)。接著，藉由使工具頭設備(固持印模210)移動達一精確位移偏移(背離對準位置)265而將一平面內剪切力250(例如，在實質上平行於x-y平面之一方向上施加)施加至印模，或藉由接收基板230之一精確位移而施加至接收基板230(圖2C)。在此態樣中，剪切力或位移250可經施加至印模210、接收表面230或兩者，只要結果係印模210與接收表面230之間的一平面內位移或剪力偏移265，而不過早地完全斷開經塗墨印模210與接收表面230之間的保形接觸，如在圖2C中展示。此剪切力經傳輸 至印模底表面，從而導致印模印刷柱270之一些彈性機械變形。最後，藉由在相對於接收表面230之垂直(Z)方向280上移動印模210且同時減小施加於印模背襯上之氣壓235而使印模210自接收基板230脫離(圖2D)。垂直運動由垂直方向上之箭頭280指示，其中可藉由移動印模210、移動接收基板230或使兩者相對於彼此移動來控制垂直運動。氣壓之減小由如與圖2B相比之箭頭235之量值之減小表示。
圖3係複合微組裝之一例示性方法300之一圖解。在一些實施方案中，在原生基板上形成裝置(302)。此可包含在一第一原生基板上形成複數個第一微型裝置且在一第二原生基板(例如，不同於第一原生基板)上形成複數個第二微型裝置。接著將微型裝置微組裝至一中間基板上(304)。舉例而言，可將複數個第一微型裝置及複數個第二微型裝置微組裝於中間基板上。
將中間基板上之微型裝置互連以形成微型系統(306)。一整組不同微型裝置組成一個別微型系統。舉例而言，可使用精密微影術(例如，具有100nm至10μm之一寬度之精密互連件)將各第一微型裝置與一各自第二微型裝置電連接/耦合，藉此形成複數個微型系統。額外微型裝置可印刷至中間基板且形成微型系統之零件。裝置可按列、按行或按微型系統操作所需之其他方式連接至彼此或連接至一電源、連接至一資料線。在此實例中，各微型系統包含中間基板之一部分、一第一微型裝置、一第二微型裝置及將各自第一微型裝置及第二微型裝置電耦合(例如，至彼此或至其他裝置、源、線及類似物)之一或多個精密互連件。
接著，將微型系統微組裝至目的地基板上(308)且使用粗製微影術(例如，具有自10μm至2mm之一寬度之互連件)依適當組態(例如，特定於所生產之應用/裝置)電連接，藉此形成一巨集系統(310)。
在一個實例中，複合微組裝技術可用於形成一微型LED顯示器。 在此實例中，微型裝置包含紅色、綠色及藍色LED。微型裝置亦可包含黃色LED、積體電路(例如，驅動電路，諸如矽驅動電路)、感測器、天線及/或太陽能電池。積體電路、感測器及太陽能電池通常提供在矽基板中，而光發射器通常提供在其他半導體材料中，例如，氮化鎵、氮化鋁鎵、砷化鎵、砷磷化鎵、磷化鎵、氮化銦鎵或磷化銦鎵。在此實例中，微型系統經組裝以形成一顯示器。在一些實施方案中，微型系統係在將適當數目個像素轉移至目的地基板之後互連之個別像素。
在另一實例中，複合微組裝技術可用於形成相控陣列天線(例如，波束成形雷達)。在此實例中，微型裝置可包含功率放大器(例如，基於GaN)、低雜訊放大器(例如，基於InP)、移相器(例如，基於GaAs)或矽控制電路。在此實例中，各微型系統係用於一個別天線或天線叢集之一控制系統。所得巨集系統係一天線陣列及相關聯控制系統，其等共同形成一波束成形相控陣列。
在另一實例中，複合微組裝技術可用於形成偵測器陣列(例如，x射線偵測器)。在此實例中，微型裝置包含偵測器(諸如光電二極體、光導體等等)及通常提供在矽基板中之控制/讀出電路(例如，矽基電路)。微型系統係包含接線在一起之偵測器及控制/讀出元件之偵測器像素。巨集系統係由互連像素之一陣列形成之一大面積偵測器。
圖4係複合微組裝之一例示性方法400之一圖解。在一些實施方案中，在原生基板上形成裝置(402)。此可包含在一第一原生基板上形成複數個第一微型裝置且在一第二原生基板(例如，不同於第一原生基板)上形成複數個第二微型裝置。接著將微型裝置微組裝至一中間基板上(404)。舉例而言，可將複數個第一微型裝置及複數個第二微型裝置微組裝至中間基板上。
將中間基板上之微型裝置互連以形成微型系統(406)。微型系統 可經互連，使得各微型系統係全功能的。接著，測試微型系統以驗證其等適當地運作(408)。在使用複合微組裝形成之一顯示器之實例中，可測試各個別像素以在將像素轉移至目的地基板(例如，玻璃、藍寶石、塑膠)之前識別不良像素。任何缺陷微型系統可被識別且移除或輻照(例如，使用一雷射)或藉由真空夾體、彈性體印模或拾取工具機械移除，使得其等不被一轉移裝置拾取。
可將已知良好微型系統微組裝至目的地基板上(410)。接著，可使用粗製微影術將微型系統電連接(例如，至彼此及/或至其他裝置、源、線及類似物)，藉此形成一巨集系統(412)。在一些實施方案中，粗製微影術提供具有自10μm至2mm之一寬度之互連件。
圖5係用於微組裝一微型LED顯示器之一方法之一圖。微組裝係用於將不同材料之功能性組合至異質整合系統中之一有利策略。所得系統可歸因於微組裝單元之精密尺度而具有一單片單元之外觀及性質，且其等可展現無法另外自成分材料類型或藉由習知方法組裝之一成分組合獲得之性質。
圖5圖解說明積體電路504(例如，矽)、一紅色LED 502c、綠色LED 502b及藍色LED 502a(例如，由III-V LED材料形成之RGB LED)及一玻璃或塑膠基板506之微組裝以形成一高功能顯示器508。所得系統展現矽積體電路(IC)504之控制及邏輯能力、III-V LED 502之高效光產生及玻璃(或塑膠)之透明度。微組裝藉由提供一實務手段以在非原生基板(例如，玻璃或塑膠)上製備足夠小以有效地不可見之組件之一陣列而獨特地保留透明度之外觀。因此，所得系統508具有像一單片系統之一均勻外觀。
可電子操縱天線(例如，相控陣列)表示受益於微組裝之另一類型之系統，其將RGB LED(例如，III-IV族RGB LED)與其他高頻裝置之不同組合與低成本、大面積、視情況可撓性基板組合以產生具有無法 藉由習知方法實際地獲得之特性之一陣列。
圖6A至圖6B係一微型LED顯示器之複合微組裝之圖解。使用不同功能性或材料之微組裝之一些應用受益於一複合微組裝程序。複合微組裝程序產生多功能異質整合微尺度元件(微型系統)，其等提供一微組裝系統之陣列(巨集系統)之功能單元。
在顯示器應用中，如在圖6A中展示之微組裝技術藉由加入RGB LED 604(例如，III-V族RGB微型無機發光二極體)而在包含積體電路功能性之一矽上絕緣體基板602上形成多功能元件(微型系統)606。如在圖6B中展示之一第二微組裝程序使多功能元件606之一陣列形成至顯示裝置基板608上，藉此藉由複合微組裝形成一顯示器(巨集系統)610。複合微組裝之益處包含(但不限於)減小的組裝成本及增大的產量、巨集系統處之減小的I/O計數、改良的透明度及增大的效能。再者，微型系統可製造在一晶圓上且可使用最新技術之晶圓級微影術(例如，具有小於或等於10微米、小於或等於5微米、小於或等於2微米或小於或等於一微米之尺寸之精密微影術)互連。精密微影術出於各種原因對於微型系統具有成本效益，包含因為微型系統在經轉移至目的地基板之前成晶圓上之一密集組態。具有大於10微米、大於100微米或大於1000微米之尺寸之粗製微影術可用於在微型系統經轉移至目的地基板之後接線微型系統。此變得可能，此係因為尤其較大導電線可在目的地基板上使用以連接至各微型裝置且可在將微型系統轉移至目的地基板之前形成。
圖7A至圖7B係一微型LED顯示器之複合微組裝之圖解。如在圖7A中展示之第一微組裝藉由添加RGB LED 704(例如，III-V族RGB微型無機發光二極體)而在包含積體電路功能性之一基板702(例如，矽上絕緣體或玻璃)上形成多功能元件(微型系統)706。
在此實例中，第一微組裝在中間晶圓上產生一工作的極高解析 度顯示器，如在圖7A中展示。偵測缺陷微組裝像素(微型系統)且執行諸如移除或輻照(例如，使用一雷射)或藉由真空夾體、彈性體印模或拾取工具機械移除等程序，以防止缺陷像素組裝至最終基板(例如，顯示器)上。
如在圖7B中展示之一第二微組裝程序在顯示裝置基板708(例如，玻璃、塑膠或藍寶石)上形成多功能元件706之一陣列，藉此藉由複合微組裝形成一顯示器(巨集系統)710。在一些實施方案中，第二微組裝程序將已知良好微型系統轉移至最終裝置基板，如在圖7B中展示。因此，複合微組裝允許應用像素測試以達成高良率顯示器之新方式。
圖8A至圖8B圖解說明微組裝一微型無機LED(微型LED)顯示器之一例示性方法。在此實例中，藉由複合微組裝形成一單片多功能系統(LED顯示器810)。微組裝用於藉由將諸如微型LED及微型IC 804之不同微尺度組件放置至一支撐基板802(諸如具有一聚合物薄膜之一玻璃晶圓或一聚合物晶圓)上而產生多功能整合小型化元件(微型系統)。舉例而言，隨後可藉由支撐基板上之不同微尺度組件之互連而在支撐基板上形成多功能整合可轉移元件806。舉例而言，可藉由繫栓及釋放可轉移元件(微型系統)，藉此產生一無機發光二極體顯示器(巨集系統)之功能單元而製備微型系統用於微組裝。在一些實施方案中，繫栓及釋放微型系統包含蝕刻支撐微型系統之材料之至少一部分，使得藉由一繫栓件維持微型系統位置或微型系統之定向。如在圖8B中展示之一第二微組裝程序藉由複合微組裝(例如，藉由使彈性體印模接觸至微型系統之頂部)而在一微型LED顯示器(巨集系統)810之形成期間將多功能整合元件之陣列(微型系統)806自支撐基板轉移至顯示裝置基板808(例如，玻璃或聚合物)。
圖9圖解說明用於一微型LED顯示器之微型系統。在一些實施方 案中，各微型系統形成用於一顯示器之一像素。各像素可含有一紅色微型LED、綠色微型LED及藍色微型LED。在一些實施方案中，各像素可含有一黃色或其他額外顏色之微型LED。在一些實施方案中，各像素亦包含冗餘微型LED(例如，用於一RGB顯示器之總共6個微型LED)。另外，在一些實施方案中，各微型系統可包含控制電路(例如，矽基控制電路)，諸如非揮發性記憶體、記憶體、功率管理、輸入/輸出終端、資料線、功率線及/或調變/解調變系統。在一些實施方案中，可在一微型系統中提供額外組件，諸如感測器、光學I/O、顏色轉換器及/或III-V功率管理組件。
圖10係複合微組裝微型裝置以形成一多功能系統之一例示性方法之一圖解。在一些實施方案中，製備不同微型組件用於在原生基板上微組裝。舉例而言，藉由形成諸如電線或接觸襯墊之互連件、穿過基板之互連件(通孔)或提供黏性、可固化或絕緣塗層或在支撐基板上提供被動組件或結構而製備多功能支撐基板及賦予功能性至多功能支撐基板。藉由將不同微型組件微組裝至多功能支撐基板上而形成多功能元件(即，微型系統)。接著，製備多功能元件用於第二微組裝程序。在系統裝置基板上形成多功能元件之陣列。在一些實施方案中，在形成陣列之後，執行應用特定處理，諸如互連及單一化。接著，藉由複合微組裝形成完整的單片多功能系統。
圖11A至圖11B係例示性微型系統之圖解。圖11A係一原始微型系統之一圖解且圖11B係一不同微型系統之一圖解。如在圖11A中展示，一微型系統可包含一單一主動組件，該單一主動組件包含一支撐結構以及互連特徵，諸如穿過基板之互連件。相比之下，如在圖11B中展示，一微型系統可包含多個主動組件及一支撐結構。舉例而言，一不同微型系統可包含以下項目之一或多者：微型LED、電容器、天線、積體電路、記憶體、光伏打電池、雷射、RF I/O、光電二極體、 濾光器及顏色轉換器。在一些實施方案中，不同微型系統提供微型LED顯示器之像素之非接觸線內及場內診斷之能力(例如，在各微型系統中利用一天線或太陽能感測器)。另外，相同特徵提供無線I/O及功率I/O。
圖12係用於相控陣列應用之複合微組裝之一圖解。複合微組裝有益於相控陣列應用之製造流程。在此等實施例中，微組裝技術由從功率放大器、低雜訊放大器、類比數位轉換器、發射/接收切換器、移相器及頻率轉換器選擇之不同微型組件形成微型系統。一第二微組裝程序在一相控陣列裝置基板上形成微型系統之陣列以用於與相控陣列之輻射元件(天線)整合。
圖13係作為一顯示像素之一例示性微組裝微型系統1300之一圖解。在此實例中，微型系統包含一紅色微型LED、一綠色微型LED、一藍色微型LED及一微型積體電路(例如，驅動器電路)。在一些實施方案中，用於顯示器之微型系統可包含一黃色微型LED、感測器或冗餘微型LED。使用精密微影術形成互連件(例如，具有100nm至10μm之一寬度之精密互連件)。微型系統可包含用於在測試期間或在微型系統轉移至目的地之後的最終顯示器中輸入/輸出之連接襯墊。在微型系統經印刷至目的地基板(例如，玻璃、塑膠、藍寶石、樹脂、環氧樹脂、玻璃強化環氧樹脂積層或FR4)之後，粗製微影術(例如，具有大於10微米之特徵大小)用於接線微型系統以形成一顯示器(例如，具有自10μm至2mm之一寬度之粗製微影術互連件)。
顯示器可為(例如)四分之一VGA、4K及/或HD顯示器。顯示器(及因此微型系統)中之像素數目可依所產生顯示器之類型而變化。舉例而言，顯示器可包含76,800個像素、9,437,184個像素或在標準顯示器大小(諸如NTSC或各種高清晰度標準)中發現之其他像素量。微型LED之數目亦將基於顯示器之大小及是否存在冗餘微型LED而變化， 然而，例示性顯示器可包含460,800個微型LED或56,623,104個微型LED或包含全彩色冗餘像素之其他標準顯示器大小。各像素可具有10μm至1,000μm之一寬度或高度。
圖14係已在微型系統下方被蝕刻且藉由一可斷開繫栓件保持附接至一錨固件之一例示性微型系統之一平面圖圖解。可斷開繫栓件經設計以在藉由一轉移裝置拾取微型系統時斷開。在一些實施方案中，微型系統使用多個可斷開繫栓件連接至錨固件。在其他實施方案中，一單一繫栓件(例如，單一偏心繫栓件)將微型系統連接至錨固件。在一些實施方案中，微型系統連接至多個錨固件。
圖15A至圖15B係已經印刷至一目的地基板之微型系統之一實例。使用寬鬆的金屬化特徵(例如，粗製微影術)接線微型系統。相比之下，微型系統利用如上文論述之精密得多的晶圓級互連件(例如，100nm至10μm)。藉由此複合微組裝策略實現精密(晶圓級)互連特徵與較大面板級互連特徵之此組合。舉例而言，在一些實施方案中，精密微影術用於接線各微型系統且接著粗製微影術用於在微型系統經印刷至目的地基板(例如，巨集系統基板)之後接線微型系統。如在圖15B中展示，微型系統可配置成一冗餘配置。可同時接線所有微型系統(包含冗餘微型系統)。在一些實施方案中，可在測試缺陷微型系統之後接線冗餘微型系統。可藉由接線一相鄰冗餘微型系統而修復缺陷微型系統。
圖16A係一微型系統1602之一圖解且圖16B係微組裝於一基板1604(例如，背板；例如，玻璃、塑膠、藍寶石)上之微型系統1602之一圖解。在此實例中，微型裝置1602包含終端1606a至1606b，其等曝露於微型系統1602之頂部上，使得在微型裝置1602經轉移至基板1604之後藉由線1608a至1608b互連微型裝置1602。可使用精密微影術形成終端1606a至1606b且可藉由如上文描述之粗製微影術形成線1608a至 1608b。
圖17A係一微型系統1702之一圖解且圖17B係微組裝於一基板1704(例如，背板；例如，玻璃、塑膠、藍寶石)上之微型系統1702之一圖解。在此實例中，微型裝置1702包含電耦合至微型系統1702之頂部上之連接襯墊1710a至1710b之終端1706a至1706b。在基板1704上微組裝微型系統1702之前使互連線1708a至1708b形成於基板1704上。微型裝置1702經翻轉且轉移至基板1704，使得連接襯墊1710a至1710b電耦合至互連線1708a至1708b。此組態允許在轉移微型系統1702之前首先執行大面積/粗製微影術。另外，一旦微型系統1702經轉移至基板1704，即可測試在圖17B中展示之巨集系統。再者，在一些實施方案中，若存在面板級之一故障，則可拉除且替換微型系統。
圖18A係一微型系統1802之一圖解且圖18B係微組裝於一基板1804(例如，背板；例如，玻璃、塑膠、藍寶石)上之微型系統1802之一圖解。在此實例中，微型裝置1802包含曝露於微型系統1802之底表面上之終端1806a至1806b。在基板1804上微組裝微型系統1802之前使互連線1808a至1808b形成於基板1804上。微型裝置1802經轉移至基板1804，使得終端1806a至1806b電耦合至互連線1808a至1808b。
圖19A至圖19G圖解說明用於產生一微型系統之一例示性程序。晶圓1904可具備形成於其上之一中間基板1902(例如，玻璃、塑膠、一聚合物薄膜或一聚合物晶圓)，如在圖19A中展示。在一些實施方案中，中間基板1902及晶圓1904由相同材料形成。中間基板1902及晶圓1904之一部分經移除(如在圖19B中展示)，藉此留下一井1906。井1906塗佈有一導電材料以形成一連接襯墊1908，如在圖19C中展示。連接襯墊1908可用於在微型系統經轉移至目的地基板之後將微型系統中之一微型裝置連接至巨集系統上之一導電線。如在圖19D中展示，微型裝置1910a至1910b藉由微組裝而放置於中間基板1902上。在此實 例中，微型裝置1910a藉由一精密導電線1912電耦合至連接襯墊1908，如在圖19E中展示。可使用如上文描述之精密微影術形成此線。連接襯墊1908、精密導電線1912及微型裝置1910a至1910b可被一囊封層1914覆蓋(圖19F)。囊封層1914可提供各種功能性，包含保護微型系統或提供促進微型系統微轉移至目的地基板之一表面。如在圖19G中展示，微型系統下方之區域(例如，晶圓1904之一部分)可經蝕刻，使得微型系統經製備以微組裝於目的地基板上。另外，中間基板1902之一部分1916可經蝕刻，使得微型系統僅藉由一或多個錨固件及一或多個繫栓件(例如，由中間基板之一部分形成)附接至晶圓1904。此外，蝕刻可曝露連接襯墊1908，使得連接襯墊1908可在微型系統經微轉移於目的地基板上時電連接至一接觸襯墊。
在已描述所揭示技術之各種實施例的情況下，熟習此項技術者現將變得明白可使用併入該等概念之其他實施例。因此，感覺到此等實施例不應受限於所揭示實施例，而應僅受限於下文申請專利範圍之精神及範疇。
貫穿描述，在設備及系統經描述為具有、包含或包括特定組件的情況下或在程序及方法經描述為具有、包含或包括特定步驟的情況下，可預期，另外存在本質上由所敘述組件構成或由所敘述組件構成之所揭示技術之設備及系統，且存在本質上由所敘述處理步驟構成或由所敘述處理步驟構成之所揭示技術之程序及方法。
應理解，步驟順序或用於執行某行動之順序係不重要的，只要所揭示技術保持可操作。再者，可同時進行兩個或兩個以上步驟或行動。

Claims (55)

  1. 一種複合微組裝之方法，該方法包括：提供具有其中一微型系統臨時附接至其之一接觸表面之一轉移裝置，其中該微型系統包括：一中間基板，複數個微型裝置，其等安置於該中間基板上，及一或多個精密互連件，其等電連接至該複數個微型裝置之至少一部分，藉此電耦合該等微型裝置之該部分；使安置於該轉移表面上之該微型系統與一目的地基板之一接收表面接觸；使該轉移裝置之該接觸表面與該微型系統分離，藉此將該微型系統轉移至該目的地基板之該接收表面上；及在將該微型系統轉移至該目的地基板之該接收表面上之後，利用具有自10μm至2mm之一寬度之粗製互連件將該微型系統電連接至該目的地基板上之一或多個額外微型系統，藉此形成一巨集系統。
  2. 如請求項1之方法，其中提供具有其中該微型系統支撐於其上及/或臨時附接至其之該接觸表面之該轉移裝置包括：在一第一原生基板上形成該複數個微型裝置之一第一微型裝置；在一第二原生基板上形成該複數個微型裝置之一第二微型裝置；將該第一微型裝置及該第二微型裝置自該等各自原生基板轉移至該中間基板上；及使用該一或多個精密互連件電連接該第一微型裝置與該第二微型裝置，該等精密互連件具有100nm至10μm之一寬度，藉此形成該微型系統。
  3. 如請求項2之方法，其包括：在使用精密互連件電連接該第一微型裝置與該第二微型裝置之後，在該微型系統位於該中間基板上時測試該微型系統。
  4. 如請求項2之方法，其包括：在將該第一微型裝置及該第二微型裝置轉移至該中間基板上之後，自該中間基板部分釋放該微型系統，使得藉由一繫栓件將該微型系統連接至該中間基板以促進該微型系統自該中間基板受控制分離至該轉移裝置之該接觸表面。
  5. 如請求項4之方法，其中該等精密互連件至少部分在該繫栓件上或在該繫栓件中。
  6. 如請求項4之方法，其中該繫栓件連接至該中間基板上之一錨固件。
  7. 如請求項6之方法，其中該一或多個精密互連件之各者至少部分在該錨固件上或在該錨固件中。
  8. 如請求項2之方法，其中將該等微型裝置轉移至一中間基板上包括：使該第一微型裝置與一保形轉移裝置接觸，藉此將該第一微型裝置連結至該保形轉移裝置；使安置於該保形轉移裝置上之該第一微型裝置與該中間基板接觸；使該保形轉移裝置自該第一微型裝置分離，藉此將該第一微型裝置轉移至該中間基板上；使一第二微型裝置與該保形轉移裝置接觸，藉此將該第二微型裝置連結至該保形轉移裝置；使安置於該保形轉移裝置上之該第二微型裝置與該中間基板接觸；及使該保形轉移裝置自該第二微型裝置分離，藉此將該第二微型裝置轉移至該中間基板上。
  9. 如請求項2之方法，其中該中間基板非原生於該第一微型裝置及該第二微型裝置。
  10. 如請求項1之方法，其中該等接觸及分離步驟各執行至少100次以形成一顯示器。
  11. 如請求項1之方法，其中該複數個微型裝置包括：一紅色微型無機發光二極體，一綠色微型無機發光二極體，及一藍色微型無機發光二極體。
  12. 如請求項1之方法，其中該複數個微型裝置包括一微型積體電路。
  13. 如請求項1之方法，其中該中間基板包括從由以下項目構成之群組選擇之至少一個構件：聚合物薄膜、聚合物、樹脂固化樹脂、環氧樹脂、玻璃強化環氧樹脂、FR4、玻璃、藍寶石、透明介電載體薄膜、介電載體薄膜。
  14. 如請求項1之方法，其中該轉移裝置係一彈性體印模。
  15. 如請求項1之方法，其中該複數個微型裝置包括：一功率放大器(例如，GaN)，一移相器(例如，GaAs)，及一微型積體電路(例如，矽控制電路)。
  16. 如請求項1之方法，其中該複數個微型裝置包括從由以下項目構成之群組選擇之至少一個構件：一低雜訊放大器(例如，InP)、一功率放大器、一類比數位轉換器、一發射/接收切換器、一移相器及一頻率轉換器。
  17. 如請求項1之方法，其中該複數個微型裝置包括：一偵測器(例如，光電二極體、光導體)；及一微型積體電路(例如，控制/讀出電路，例如，矽控制電路)。
  18. 如請求項1之方法，其中該目的地基板係從由以下項目構成之群組選擇之一構件：聚合物、塑膠、樹脂、聚酰亞胺、PEN、PET、金屬、金屬箔、玻璃、一半導體及藍寶石。
  19. 如請求項1之方法，其中該目的地基板非原生於該複數個微型裝置。
  20. 如請求項1之方法，其中目的地基板具有針對可見光之大於或等於50%、80%、90%或95%之一透明度(例如，1-不透明度)。
  21. 如請求項1之方法，其中該目的地基板具有一連續基板面積，該複數個微型裝置各具有一裝置面積，且該複數個微型裝置之組合裝置面積小於或等於該連續基板面積之四分之一。
  22. 如請求項21之方法，其中該複數個微型裝置之該等組合裝置面積小於或等於該連續基板面積之八分之一、十分之一、二十分之一、五十分之一、百分之一、五百分之一、千分之一、兩千分之一或萬分之一。
  23. 如請求項1之方法，其中該複數個微型裝置之各者具有自2μm至5μm、5μm至10μm、10μm至20μm或20μm至50μm之一長度、寬度及高度之至少一者。
  24. 如請求項1之方法，其中該目的地基板具有自5微米至10微米、10微米至50微米、50微米至100微米、100微米至200微米、200微米至500微米、500微米至0.5mm、0.5mm至1mm、1mm至5mm、5mm至10mm或10mm至20mm之一厚度。
  25. 如請求項21之方法，其中該複數個微型裝置分佈遍及該連續基板面積(例如，成一陣列)。
  26. 一種複合微組裝裝置，其包括：複數個印刷微型系統，其等在一目的地非原生基板上，其中該複數個印刷微型系統之各微型系統包括：複數個微型裝置，其等安置於一中間非原生基板上，及一或多個精密互連件，其等具有100nm至1μm之一寬度，其等電連接該複數個微型裝置；及一或多個粗製微影術互連件，其等具有自2μm至2mm之一寬度，其中各粗製微影術互連件電連接至該非原生基板上之該複數個微型系統之至少一者，其中該目的地非原生基板具有一連續基板面積，該複數個微型裝置各具有一裝置面積，且該複數個微型裝置之組合裝置面積小於或等於該連續基板面積之四分之一。
  27. 如請求項26之裝置，其中該複數個微型裝置包括：一紅色微型無機發光二極體，一綠色微型無機發光二極體，一藍色微型無機發光二極體，及一微型積體電路。
  28. 如請求項27之裝置，其中該複數個微型裝置包括一第二紅色微型無機發光二極體、一第二藍色微型無機發光二極體及一第二綠色微型無機發光二極體。
  29. 如請求項27或28之裝置，其中各微型系統形成一像素。
  30. 如請求項26至28中任一項之裝置，其包括超過300,000個微型無機發光二極體。
  31. 如請求項26之裝置，其中該複數個微型裝置包括：一功率放大器(例如，GaN)，一移相器(例如，GaAs)，及一微型積體電路(例如，矽控制電路)。
  32. 如請求項26之裝置，其中該複數個微型裝置包括從由以下項目構成之群組選擇之至少一個構件：一低雜訊放大器(例如，InP)、功率放大器、類比數位轉換器、發射/接收切換器、移相器及頻率轉換器。
  33. 如請求項26之裝置，其中該複數個微型裝置包括：一偵測器(例如，光電二極體、光導體)，及一微型積體電路(例如，控制/讀出電路，例如，矽控制電路)。
  34. 如請求項26至28中任一項之裝置，其中該目的地非原生基板非原生於該複數個微型裝置之一者。
  35. 如請求項26至28中任一項之裝置，其中該目的地非原生基板係從由以下項目構成之群組選擇之一構件：聚合物、塑膠、樹脂、聚酰亞胺、PEN、PET、金屬、金屬箔、玻璃、一半導體及藍寶石。
  36. 如請求項26至28中任一項之裝置，其中該裝置包括該目的地非原生基板上之至少50,000個微型系統之一矩陣。
  37. 如請求項26至28中任一項之裝置，其中目的地非原生基板具有針對可見光之大於或等於50%、80%、90%或95%之一透明度。
  38. 如請求項26之裝置，其中該複數個微型裝置之該組合裝置面積小於或等於該連續基板面積之八分之一、十分之一、二十分之一、五十分之一、百分之一、五百分之一、千分之一、兩千分之一或萬分之一。
  39. 如請求項26至28中任一項之裝置，其中該複數個微型裝置之各者具有自2μm至5μm、5μm至10μm、10μm至20μm或20μm至50μm之一長度、寬度及高度之至少一者。
  40. 如請求項26至28中任一項之裝置，其中該目的地非原生基板具有自5微米至10微米、10微米至50微米、50微米至100微米、100微米至200微米、200微米至500微米、500微米至0.5mm、0.5mm至1mm、1mm至5mm、5mm至10mm或10mm至20mm之一厚度。
  41. 如請求項26之裝置，其中該複數個微型裝置分佈遍及該連續基板面積(例如，成一陣列)。
  42. 一種複合微組裝設備，其包括：複數個印刷微型系統，其中該複數個印刷微型系統之各微型系統包括：複數個微型裝置，其等安置於一中間基板上，該中間基板非原生於該微型系統之該等各自微型裝置，及一或多個精密互連件，其等具有100nm至2μm之一寬度，各精密微影術互連件電連接至該複數個微型裝置之至少一者，其中自該中間基板部分釋放該複數個微型系統之各微型系統，使得藉由一繫栓件將該複數個微型系統之各微型系統連接至該中間基板。
  43. 如請求項42之複合微組裝設備，其中該複數個微型裝置包括：一紅色微型無機發光二極體，一綠色微型無機發光二極體，及一藍色微型無機發光二極體。
  44. 如請求項43之複合微組裝設備，其中各微型系統包括一第二紅色微型無機發光二極體、第二綠色微型無機發光二極體及一第二藍色微型無機發光二極體。
  45. 如請求項43之複合微組裝設備，其中該複數個微型裝置包括一微型積體電路。
  46. 如請求項42之複合微組裝設備，其中該複數個微型裝置包括：一功率放大器(例如，GaN)，一移相器(例如，GaAs)，及一微型積體電路(例如，矽控制電路)。
  47. 如請求項46之複合微組裝設備，其中該複數個微型裝置包括從由以下項目構成之群組選擇之至少一個構件：一低雜訊放大器(例如，InP)、功率放大器、類比數位轉換器、發射/接收切換器、移相器及頻率轉換器。
  48. 如請求項42之複合微組裝設備，其中該複數個微型裝置包括：一偵測器(例如，光電二極體、光導體)，及一微型積體電路(例如，控制/讀出電路，例如，矽控制電路)。
  49. 如請求項42至48中任一項之複合微組裝設備，該一或多個精密互連件之各者至少部分在該繫栓件上。
  50. 如請求項42至48中任一項之複合微組裝設備，其中各繫栓件連接至該中間基板上之一錨固件。
  51. 如請求項50之複合微組裝設備，其中該一或多個精密互連件之各者至少部分在該錨固件上。
  52. 如請求項42至48中任一項之複合微組裝設備，其中該複數個微型系統之各微型系統係全功能的，使得其可經測試。
  53. 如請求項42至48中任一項之複合微組裝設備，其中該中間基板包括一玻璃晶圓、一藍寶石晶圓、具有一聚合物薄膜之一玻璃晶圓、一聚合物晶圓、一透明介電載體薄膜。
  54. 如請求項42至48中任一項之複合微組裝設備，其中該設備包括該中間基板上之至少50,000個微型系統之一矩陣。
  55. 如請求項42至48中任一項之複合微組裝設備，其中該設備包括該中間基板上之每平方公分至少一百、一千、一萬、十萬或一百萬個微型系統。
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