TWI682529B

TWI682529B - 微元件轉移設備及其轉移與鍵接的方法

Info

Publication number: TWI682529B
Application number: TW107122215A
Authority: TW
Inventors: 李崇維; 彭信舒
Original assignee: 李崇維; 彭信舒
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-01-11
Also published as: TW202002269A

Abstract

一種微元件轉移設備，適用於連接一抽氣裝置，以將至少一微元件轉移到一電路基板上，該微元件轉移設備包含一吸取設備。該吸取設備可移動地位於該電路基板上方，並包括一本體，及多個彈性體，該本體具有一界定出一空間的外壁、一貫穿該外壁而與該空間連通的抽氣孔，及多個貫穿該外壁同一表面並與該空間連通的通孔，該等彈性體對應該等通孔設置，且每一該彈性體具有與對應的該通孔連通的穿孔，該抽氣裝置連接該抽氣孔進行抽氣，以透過該等穿孔吸取該至少一微元件而轉移到該電路基板上。此外，本發明還提供一種微元件轉移與鍵接的方法。

Description

微元件轉移設備及其轉移與鍵接的方法

本發明是有關於一種微元件轉移設備及其轉移與鍵接方法，特別是指一種微發光二極體轉移設備及微發光二極體巨量轉移與鍵接方法。

微發光二極體(micro LED)具有體積小、薄型化，及自發光等特色，若將其應用於顯示技術中，更能達到無須背光源、低耗電及高解析度等優點，因此，微發光二極體已被視為未來顯示器與穿戴裝置等應用的發展重點。

以現有發展微發光二極體的技術現況而言，因微發光二極體的體積微縮，在應用於顯示技術中時，能更有效縮短彼此的間距，然而，將體積微縮的微發光二極體應用於小間距的顯示技術需要更佳的精密度、轉移準確性與良率等製程技術，其中，又以如何克服微發光二極體的大量轉移以降低製造成本並順利量產，是本領域技術人員所待解決的重要課題。

以現有微發光二極體的轉移技術中的微轉印技術而言，其主要在一晶圓基板上製作多個具有犧牲層(sacrificial layer)的微發光二極體晶粒，以能先移除該等犧牲層進行釋放(release)，使該等微發光二極體晶粒能脫離該晶圓基板上，隨後，透過彈性印膜(stamp)覆蓋該等微發光二極體晶粒上以黏取該等微發光二極體晶粒，再將具有該等微發光二極體晶粒的彈性印膜轉移到一電路基板上，最後再撕離該彈性印膜，以完成該等微發光二極體晶粒的轉移。然而，在撕離該彈性印膜的過程中，仍會有微發光二極體晶粒隨彈性印膜撕離等損耗，且在撕離該彈性印膜後，還須再對該等微發光二極體晶粒進行打線以電連接於該電路基板上，使得製程繁複。

因此，本發明的目的，即在提供一種微元件轉移設備。

於是，本發明微元件轉移設備適用於連接一抽氣裝置，以將至少一微元件轉移到一電路基板上，該微元件轉移設備包含一吸取裝置。

該吸取裝置可移動地位於該電路基板上方，並包括一本體，及多個彈性體，該本體具有一界定出一空間的外壁、一貫穿該外壁而與該空間連通的抽氣孔，及多個貫穿該外壁同一表面並與該空間連通的通孔，該等彈性體對應該等通孔設置，且每一該彈性體具有與對應的該通孔連通的穿孔，該抽氣裝置連接該抽氣孔進行抽氣，以透過該等穿孔吸取該至少一微元件而轉移到該電路基板上。

此外，本發明還提供一種微元件轉移與鍵接的方法，包含一準備步驟、一對準抽氣步驟、一移動壓合步驟，及一鍵接步驟。

該準備步驟是準備如前述的元件轉移設備。

該對準抽氣步驟是移動該吸取裝置並以該彈性體的該穿孔對準該至少一微元件，該抽氣裝置透過該抽氣孔對該空間進行抽氣，以令該至少一微元件固定於該彈性體上。

該移動壓合步驟是移動具有該至少一微元件的該吸取裝置至該電路基板上方，透過該彈性體壓合該至少一微元件至該電路基板的表面。

該鍵接步驟是以非接觸式加熱對該至少一微元件加熱，使該至少一微元件鍵接於該電路基板上。

本發明的功效在於，吸取裝置透過設置具軟質特性的該等彈性體，能同時壓住並吸取高度不同的該至少一微元件，且在該至少一微元件壓合至該電路基板時，透過非接觸式加熱方式對該至少一微元件加熱，使該至少一微元件直接與該電路基板鍵接，無須在吸取裝置移離後還對該至少一微元件進行打線的繁複程序。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明微元件轉移設備的一實施例，包含一吸取設備2，適用於連接一抽氣裝置3，以將多個微元件4轉移到一電路基板5上。具體地說，該吸取裝置2可移動地位於該電路基板5上方，並包括一本體21、多個設置於該本體21同一表面的彈性體22。於本實施例中，該等微元件4是以微發光二極體(micro LED)為例做說明。

詳細地說，該本體21具有一界定出一空間210的外壁211、一貫穿該外壁211而與該空間210連通的抽氣孔213、一與該抽氣孔213位於相反側的襯墊部212，及多個貫穿該襯墊部212同一表面並與該空間210連通的通孔214。該等彈性體22對應該等通孔214設置，且每一該彈性體214具有與對應的該通孔214連通的穿孔220。

透過該抽氣裝置3連接該抽氣孔213，以對該空間210進行抽氣，從而也一併對該等通孔214及該等穿孔220進行抽氣，以透過該等穿孔220吸取該等微元件4而轉移到該電路基板5上，其該等微元件4的轉移與鍵接的相關步驟容後說明。

透過設置該襯墊部212，能藉由該襯墊部212讓該空間210產生負壓狀態；透過對應該等通孔214設置該等彈性體22，藉由該等彈性體22吸取該等微元件4而轉移到該電路基板5上時，能因該等彈性體22軟質的特性同時壓住高度不同的微發光二極體(微元件4)以順利的轉移到同樣具有不同高度的該電路基板5的鍵接點51上。適用於構成本實施例的襯墊部212的材料可選自玻璃(glass)、藍寶石(Sapphire，Al ₂O ₃)、石英(quartz，SiO ₂)、工具鋼(tool steel)、矽(Si)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate)，PMMA)，或聚甲醛(polyoxymethylene，POM)；構成該等彈性體22的材料可選自聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(thermoplastic polyurethane，TPU)、玻璃纖維(glass fiber，GF)、聚氨酯(polyurethane，PU)、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(TPU)與玻璃纖維(GF)相互組成，或聚氨酯(PU)與玻璃纖維(GF)相互組成等材料。

參閱圖2，本發明微元件轉移與鍵接的方法的一實施例包含一準備步驟600、一對準抽氣步驟700、一移動壓合步驟800，及一鍵接步驟900。

具體地說，該準備步驟600是準備如圖1所示的該微元件轉移設備中的該吸取裝置2被搭配連接該抽氣裝置3。較佳地，還先對一晶圓基板(圖未示)上的多個微元件4(本實施例是以多個微發光二極體為例)的上表面進行處理而形成微結構。

該對準抽氣步驟700將該吸取裝置2移動到該晶圓基板(圖未示)上方，並以該等彈性體22的該等穿孔220分別對準該等微元件4，隨後以該抽氣裝置3透過該抽氣孔213對該空間210進行抽氣，從而一併對該等通孔214與該等穿孔220抽氣，以令該等微元件4固定在該等彈性體22上，使該吸取裝置2順利地吸取該等微元件4；其中，在該準備步驟600中先行對該等微元件4的上表面形成微結構的原因在於，當以該等彈性體22吸取該等微元件4時，能因為微結構的存在使得該等微元件4更穩固的被該等彈性體22的該穿孔200吸取，此外，因該等彈性體22具有軟質的特性而能同時壓住具有不同高度的該等微元件4，以順利同時吸取具有不同高度的該等微元件4。要說明的是，移動該吸取裝置2的方式與使用的裝置均是本領域技術人員所周知，且也非本發明之重點，於此不加以贅述。

該移動壓合步驟800是該吸取裝置2吸取該等微元件4而與該晶圓基板分離後，移動具有該等微元件4的該吸取裝置2至該電路基板2上方，並將該等微元件4壓合到該電路基板2的表面以進行電連接。

詳細地說，於本發明中，該等微元件4是以微發光二極體(micro LED)為例，因此，每一該微元件4具有二電極41，因此，該等微元件4壓合到該電路基板2上時，是讓該等微元件4的該等電極41與該電路基板2上的鍵接點51貼合。透過該等彈性體22軟質的特性，不僅能同時壓住具有不同高度的該等微元件4，也能順利的移到具有不同表面高度的該電路基板5上。要說明的是，在該晶圓基板上形成該等微元件4時一併先形成一犧牲層(圖未示)，以便後須先移除犧牲層讓該等微元件4更易於分離該晶圓基板的方式是本發明領域人員所周知，於此不加以贅述。

該鍵接步驟900是當該等微元件4順利移置該電路基板5上後，以非接觸式加熱方式對該等微元件4加熱，使該等微元件4直接鍵接在該電路基板5的鍵接點51上。

具體地說，當該等微元件4的該等電極41分別對應地與該電路基板5的該等鍵接點51貼合後，即會以非接觸式加熱方式對該微元件4的該等電極41與該等鍵接點51進行加熱，使該等微元件4與該電路基板5直接鍵接，隨後將該吸取裝置2移離，即完成該等微元件4的批量轉移與鍵接，無須如先前技術在撕離該彈性印膜還續對每一微元件4進行打線的繁複製程。

此處要特別說明的是，前述的非接觸式加熱方式可選用感應加熱(induction heating)、微波(microwave)或雷射(laser)的方式進行。當以選用微波進行非接觸式加熱時，能直接對該微元件4的該等電極41與該等鍵接點51進行加熱使兩著鍵接在一起；而當要選用雷射進行非接觸式加熱時，會讓該等彈性體22選用透明材質，並以雷射對準該等通孔214與該等穿孔200而對該等微元件4的該等電極41加熱。

綜上所述，本發明微元件轉移設備及其轉移與鍵接的方法，透過在吸取裝置2上設置該等彈性體22，透過該等彈性體22軟質的特性，不僅能同時壓住具有不同高度的該等微元件4，也能順利的移到具有不同表面高度的該電路基板5上；當在該等微元件4的該等電極41壓合至該電路基板5鍵接點51時，透過非接觸式加熱方式對該至少一微元件加熱，以非接觸式加熱方式使該等微元件4與該電路基板5直接鍵接，隨後將該吸取裝置2移離，即完成該等微元件4的批量轉移與鍵接，無須如先前技術在撕離該彈性印膜還續對每一微元件4進行打線的繁複製程，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2	吸取裝置	3	抽氣裝置
21	本體	4	微元件
210	空間	41	電極
211	外壁	5	電路基板
212	襯墊部	51	鍵接點
213	抽氣孔	600	準備步驟
214	通孔	700	對準抽氣步驟
22	彈性體	800	移動壓合步驟
220	穿孔	900	鍵接步驟

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一部分剖面側視示意圖，說明本發明微元件轉移設備的一實施例；及圖2是一流程示意圖，說明本發明微元件轉移與鍵接的方法的一流程步驟。

2	吸取裝置	22	彈性體
21	本體	220	穿孔
210	空間	3	抽氣裝置
211	外壁	4	微元件
212	襯墊部	41	電極
213	抽氣孔	5	電路基板
214	通孔	51	鍵接點

Claims

一種微元件轉移設備，適用於連接一抽氣裝置，以將至少一微元件轉移到一電路基板上，該微元件轉移設備包含：一吸取裝置，可移動地位於該電路基板上方，並包括一本體，及多個彈性體，該本體具有一界定出一空間的外壁、一貫穿該外壁而與該空間連通的抽氣孔、一設置在該外壁的襯墊部，及多個貫穿該外壁與該襯墊部同一表面並與該空間連通的通孔，該等彈性體對應該等通孔設置，且每一該彈性體具有與對應的該通孔連通的穿孔，該抽氣裝置連接該抽氣孔進行抽氣，以透過該等穿孔吸取該至少一微元件而轉移到該電路基板上。
如請求項1所述的微元件轉移設備，其中，該抽氣孔與該等通孔位於相反側，該本體的該襯墊部與該抽氣孔位於相反側，該等通孔形成該襯墊部，且構成該襯墊部的材料可選自玻璃、藍寶石、石英、工具鋼、矽、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯，或聚甲醛。
如請求項1所述的微元件轉移設備，其中，該等彈性體可為透明或非透明，構成該等彈性體的材料可選自聚二甲基矽氧烷、熱塑性聚氨酯彈性體橡膠、玻璃纖維、聚氨酯，或由前述材料構成之組合。
一種微元件轉移與鍵接的方法，包含：一準備步驟，準備如請求項1所述的微元件轉移設備；一對準抽氣步驟，移動該吸取裝置並以該彈性體的該穿孔對準該至少一微元件，該抽氣裝置透過該抽氣孔對該空間進行抽氣，以令該至少一微元件固定於該彈性體上；一移動壓合步驟，移動具有該至少一微元件的該吸取裝置至該電路基板上方，透過該彈性體壓合該至少一微元件至該電路基板的表面；及一鍵接步驟，以非接觸式加熱對該至少一微元件加熱，使該至少一微元件鍵接於該電路基板上。
如請求項4所述的微元件轉移與鍵接的方法，其中，該準備步驟還進一步在該至少一微元件的上表面形成微結構。
如請求項4所述的微元件轉移與鍵接的方法，其中，於該鍵接步驟中是以微波方式對該至少一微元件加熱。
如請求項4所述的微元件轉移與鍵接的方法，其中，該等彈性體為透明，於該鍵接步驟中，是以雷射對準該通孔與該穿孔對該至少一微元件加熱。