TWI777684B

TWI777684B - 轉移電子元件的方法

Info

Publication number: TWI777684B
Application number: TW110127169A
Authority: TW
Inventors: 黃育民; 黃聖哲; 林清儒; 王瑋豪
Original assignee: 斯託克精密科技股份有限公司
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2022-09-11
Also published as: TW202245563A

Abstract

一種轉移電子元件的方法，其包括以下步驟：提供可撓性載體，其一面上載有多個電子元件；提供目標基板，使其與可撓性載體之該面對應配置；提供頂針，以頂針之頂抵端部頂抵可撓性載體非載有電子元件的該面之另一面上，使可撓性載體產生形變，致至少一個電子元件向目標基板移動，並接觸目標基板；提供光束，使其通過頂針之至少一部份，並自頂抵端部射出，以熔融焊料，藉由焊料將電子元件焊固於目標基板上；以及移動頂針，使可撓性載體回復原狀，而使焊固之電子元件脫離載體。

Description

轉移電子元件的方法

本發明是有關於一種轉移元件的方法，且特別是有關於一種轉移電子元件的方法。

在電子產品的製造過程中，常會有相關的電子元件轉移步驟。舉例而言，在發光二極體顯示面板（LED display）的製造過程中，常會先藉由取放裝置（Pick-and-place apparatus）將發光二極體置於薄膜電晶體陣列基板（TFT array substrate）上，然後才將位於薄膜電晶體陣列基板上的發光二極體固定且電性連接於薄膜電晶體陣列基板。然而，在藉由上述的方式中，若在發光二極體置於薄膜電晶體陣列基板上之後且在使發光二極體固定於薄膜電晶體陣列基板之前，環境或設備稍有震動，則可能導致未固定的發光二極體有偏移的可能。並且，上述方式的生產率（throughput）可能較低。

本發明提供一種轉移電子元件的方法。

本發明的轉移電子元件的方法包括以下步驟：提供可撓性載體，其上載有多個電子元件；提供目標基板，使其與可撓性載體設有多數個電子元件之一面相對配置；提供頂針，以頂針之頂抵端部頂抵可撓性載體未載有多數個電子元件之另一面上，使可撓性載體產生形變，致多個電子元件中之一個電子元件向目標基板移動，並接觸目標基板；提供能量光束，使能量光束通過頂針之至少一部份，並自頂針之頂抵端部射出，熔融相對於接觸目標基板之電子元件所設置之焊料，藉由焊料將電子元件焊固於目標基板上；以及移動頂針，使可撓性載體回復原狀，而使焊固之電子元件脫離載體。

基於上述，可以藉由轉移電子元件的方法將可撓性載體上的電子元件轉移並焊固於目標基板上。

以下實施例的內容是為了說明而非限制。並且，可省略對熟知裝置、方法及材料之描述以免模糊對本發明之各種原理之描述。本文所使用之方向術語（例如，上、下、頂部、底部）僅參看所繪圖式使用或對應之習慣用語，且不意欲暗示絕對定向。另外，除非內容清楚地指示，否則單數形式「一」、「一個」、「該」或未特別表示數量的形式可以包括一個或多數個的形式，即，包括「至少一個」。

在部分的附圖中，為了清楚起見，可能放大、縮小或省略繪示了部分的元件或膜層。類似的構件以相同的標號表示，且具有類似的功能、材質或形成方式，並省略描述。本發明所屬技術領域中具有通常知識者將顯而易見的是，藉由實施例的內容及對應的圖示說明，可以在脫離本文所揭示特定細節的其他實施例中實踐本發明。

請參照圖1，提供可撓性載體300。可撓性載體上300可以載有多數個電子元件400。值得注意的是，於圖1中，配置於可撓性載體300上的電子元件400的數量及/或配置方式僅為示例性地繪示，於本發明並不加以限定。

在本實施例中，可撓性載體300可以包括紫外線膠帶（UV tape）或藍膜（blue tape），但本發明不限於此。在一實施例中，可撓性載體300可以被載體框310固定，但本發明不限於此。在一實施例中，載體框310可以被稱為藍膜框，但本發明不限於此。

在一實施例中，可撓性載體300可以是複合材料。舉例而言，可撓性載體300可以具有膠層覆蓋於其上的高分子薄膜或超薄玻璃。

在本實施例中，電子元件400可以包括晶粒430及配置於晶粒430上的導電連接件450，但本發明不限於此。晶粒430可以包括發光晶粒（如：發光二極體晶粒；但不限）或積體電路（integrated circuit；IC），但本發明不限於此。光源140所投射的至少一種光束可以適於熔融至少部分的導電連接件450。在一實施例中，導電連接件450例如包括焊料，但本發明不限於此。

在本實施例中，可撓性載體300可以被承載於第一框架110上。在一實施例中，第一框架110可以被固定或架設於可動單元上。如此一來，第一框架110可以依據設計上的需求而在對應的方向上移動及/或轉動。可動單元可以包括一般在可動機構設計上常用的可動模組（如：水平移動模組、垂直移動模組、轉動移動模組或上述之組合），其中可以包含對應的硬體或軟體，或是進一步結合輔助件。舉例而言，可動模組可以有供電裝置、馬達、皮帶、齒輪及其他相關元件等，於本發明並不加以限制。前述的相關元件例如包括通訊元件、功率元件等，於本發明並不加以限制。前述的軟體例如包括空間位置運算軟體、錯誤記錄軟體、通訊軟體等，於本發明並不加以限制。前述輔助件例如包括移動軌道、移動軸、減震元件、定位裝置等，於本發明並不加以限制。

在本實施例中，第一框架110的材質可以包括金屬、玻璃或塑膠，但本發明不限於此。在一實施例中，第一框架110可以包括對應的固定件（如：夾具及/或卡件；但不限），而可以適於直接地及/或間接地固定可撓性載體300。舉例而言，第一框架110可以藉由載體框310間接地固定可撓性載體300。又舉例而言，第一框架110與可撓性載體300相接觸之處，可以藉由彼此間的摩擦力或其他適宜的方式直接地固定可撓性載體300。

在一實施例中，第一框架110可以包括對應的傳動件（如：滾輪；但不限），而可以使可撓性載體300沿著適當的方向傳送。值得注意的是，前述的固定件與前述的傳動件可以是相同的構件，也可以是不同的構件。舉例而言，可撓性載體300可以被夾於兩個滾輪之間，而在未轉動滾輪的狀態下，可撓性載體300可以對應地被固定；而在轉動滾輪的狀態下，可撓性載體300可以對應地被傳送。

請繼續參照圖1，提供目標基板。

在本實施例中，目標基板500可以包括對應的線路，其中線路可以包括暴露於外的對應接墊540。在一實施例中，目標基板500可以包括硬質電路板或軟性電路板，但本發明不限於此。在一實施例中，目標基板500可以是更包括主動元件的線路板（如：薄膜電晶體陣列基板（TFT array substrate），但不限）。

在一未繪示的實施例中，電子元件400可以包括類似於晶粒430的晶粒，且目標基板500上可以具有類似於導電連接件450的對應導電連接件。

在本實施例中，目標基板500可以被承載於第二框架120上。在一實施例中，第二框架120可以被固定或架設於可動單元上。如此一來，第二框架120可以依據設計上的需求而在對應的方向上移動及/或轉動。

在本實施例中，第二框架120可以不透光。第二框架120的材質可以包括金屬、塑膠或其他適於支撐或固定目標基板500的材質。

值得注意的是，本發明並未限定提供目標基板500及提供可撓性載體300之間的先後順序。並且，在提供目標基板500及提供可撓性載體300之後，可撓性載體300設有多數個電子元件400之一面可以與目標基板500相對配置。並且，配置於可撓性載體300上的電子元件400與目標基板500面相對且其之間具有一對應距離。值得注意的是，於圖1中，將目標基板500配置於裝置100的第二框架120上的方式及/或將可撓性載體300配置於第一框架110上的方式僅為示例性地繪示，於本發明並不加以限定。

請繼續參照圖1，提供頂針。頂針200的材質可以適於使光源140投射的光束穿透於其。光源140投射的光束對頂針200的材質的穿透率例如：大於或等於50%；大於或等於60%；大於或等於70%；大於或等於75%；大於或等於80%；大於或等於85%；大於或等於90%；大於或等於95%；或大於或等於98%。在一實施例中，頂針200的材質可以為石英，但本發明不限於此。在一實施例中，頂針200的材質可以包括藍寶石（Sapphire；如：人造藍寶石）或鑽石（如：人造鑽石）。

在本實施例中，頂針200可以是均質材料（homogeneous material），且前述的均質材料無法再藉由機械方法（如：破碎、剪、切、鋸、磨等方式）將元件拆離成不同的單一材料。換句話說，在頂針200的內部可以不具有因不同材質、不同製程（如：相黏著）及/或不同物件（如：嵌入物）所形成的界面（interface）。

在本實施例中，光源140可以投射一種或多種光束。前述的多種光束所指的可以是不同的光束間具有不同的主波長；或是，不同的光束間具有相同的主波長，但具有不同的總能量或能量密度；或是，不同的光束間具有不同的主波長，且具有不同的總能量或能量密度。光源140所投射的光束可以從相對於頂抵端部230的另一端部220射入頂針200，並從頂針200的頂抵端部230射出。也就是說，光束可以通過頂針200之至少一部分，並由頂針200之頂抵端部230射向可撓性載體300。

在本實施例中，光源140所投射的光束可以更穿透可撓性載體300。舉例而言，可撓性載體300可以具有第一表面300a及第二表面300b。第二表面300b相對於第一表面300a。電子元件400位於第二表面300b上。光源140所投射的光束可以由從第一表面300a向第二表面300b的方向穿透可撓性載體300。

在一實施例中，光源140所投射的光束可以是雷射光束。在一實施例中，光源140所投射的光束可以是紅外線光束（如：波長約為1064奈米（nanometer；nm）的光束；但不限）。舉例而言，光源140所投射的光束可以是紅外線雷射光束。

在本實施例中，頂針200可以藉由致動機構130而被直接地或間接地致動，以向可撓性載體300之方向相對地移動。致動機構130可以包括一般在可動機構設計上常用的可動模組（如：水平移動模組、垂直移動模組、轉動移動模組或上述之組合），其中可以包含對應的硬體或軟體，或是進一步結合輔助件。舉例而言，可動模組可以有供電裝置、馬達、皮帶、齒輪及其他相關元件等，於本發明並不加以限制。前述的相關元件例如包括通訊元件、功率元件等，於本發明並不加以限制。前述的軟體例如包括空間位置運算軟體、錯誤記錄軟體、通訊軟體等，於本發明並不加以限制。前述輔助件例如包括移動軌道、移動軸、減震元件、定位裝置等，於本發明並不加以限制。如此一來，可以使直接地或間接地固定於致動機構130的頂針200可以依據設計上的需求而在對應的方向上移動及/或轉動。

在一實施例中，如圖9A或圖9B所示地，頂針200可以被間接地固定於致動機構130，其中圖9B可以是對應於圖9A的上視示意圖。並且，為清楚表示，於圖9B中省略繪示了如圖9A中的扣件630。

如圖9A或圖9B所示，載件620可以具有對應於頂針200的承載面620b，且扣件630對應於載件620設置，其中承載面620b可以是斜面。如此一來，可以使頂針200可以被直接地或間接地容置於載件620內。舉例而言，扣件630與頂針200之間可以具有對應的彈性體610，扣件630可以藉由彈性體610間接地抵扣頂針200。

在一實施例中，扣件630與載件620之間、扣件630與致動機構130之間及/或致動機構130與載件620之間可以藉由常用的固定件（未繪示；如：螺絲、扣環、黏膠及/或兩構件之間對應的螺紋；但不限）而相互固定，但本發明不限於此。彈性體610例如是常用的O型環（O-ring），但本發明不限於此。

請參照圖1及圖9A，在一實施例中，頂針200可以與載件620的承載面620b相接觸。

在一實施例中，於將具有至少一個電子元件400配置於其上的可撓性載體300及目標基板500配置在對應處之後，可以選擇性地藉由光源140對可撓性載體300上的電子元件400投射光束L1。光束L1可以是預熱光束，但本發明不限於此。在一可能的實施例中，光束L1可以是對位光束或掃描光束。

另外，於圖1或其他類似的圖式中，對於光束的光徑僅為示意性地繪示。在一未繪示的實施例中，在光束的光徑上，可以設置適宜的光學元件（如：光反射元件、透鏡、濾光片、光圈等；但不限）。

請參照圖1至圖2（如：對應於圖8中的時序t1至t2），頂針200與可撓性載體300在頂抵方向D1上相靠近，以進一步地使頂針200的頂抵端部230頂抵可撓性載體300未載有電子元件400之一面（如：第一表面300a）上。

請參照圖2至圖3，可以使頂針200更進一步地頂抵可撓性載體300，以使可撓性載體300產生對應的形變（即：使可撓性載體300向目標基板500的方向彎曲）。並且，可以藉由頂針200與目標基板500相靠近的方式，以致使頂針200所對應的一個電子元件401（多個電子元件400中的其中之一）與目標基板500相接近。如此一來，可以如圖4所繪示地，使頂針200在頂抵可撓性載體300處所對應的電子元件401接觸目標基板500。

在本實施例中，於平行於頂抵方向D1的方向上，頂針200可以為動件，且第一框架110及第二框架120不為動件，但本發明不限於此。在一未繪示實施例中，於平行於頂抵方向D1的方向上，第一框架110及第二框架120可以為動件，且頂針200不為動件。在一未繪示實施例中，於平行於頂抵方向D1的方向上，頂針200、第一框架110及第二框架120可以皆為動件。

請參照圖3及圖10，在一實施例中，於頂針200頂抵可撓性載體300且使其產生對應的形變之後，頂針200可以與載件620的承載面620b相分離，且彈性體610可以對應地在平行於頂抵方向D1的方向上被壓縮。

請參照圖4（如：對應於圖8中的時序t3），使頂針200在所對應的電子元件401接觸目標基板500時及/或之後，藉由光源140對可撓性載體300上的電子元件401投射加熱光束L2。加熱光束L2可以通過頂針200之至少一部份，並自頂針200之頂抵端部230射出，以使頂針200所對應的電子元件401的導電連接件450至少部分地被熔融，而使被熔融的至少一部分導電連接件450可以接觸目標基板500上對應的接墊540。然後，可以停止加熱光束L2的投射（如：對應於圖8中的時序t4），並可藉由適宜的方式散熱（如：藉由風扇或其他的主動散熱方式；或是，静置一段時間的被動散熱方式），以使電子元件401焊固於目標基板500上而與目標基板500上對應的線路電性連接。

請參照圖4至圖5及圖8，使頂針200與目標基板500相遠離，以使具有適當彈性/撓度的可撓性載體300可以如圖6（如：對應於圖8中的時序t5之後）所繪示地回復原狀。並且，由於在使電子元件401焊固於目標基板500上之後，電子元件401與目標基板500之間的接合力大於電子元件401與可撓性載體300之間的接合力，而可以使焊固於目標基板500上之電子元件401脫離載體。如此一來，可以藉由前述單一步驟，以完成電子元件401的轉移動作與焊接動作。

藉由上述方式，可以將電子元件401從可撓性載體300上轉移至目標基板500上。因此，轉移電子元件（如：電子元件401或其他類似的電子元件）的方法也可以被稱為轉移焊接製程（transfer bonding process）。

請參照圖6至圖7，在一實施例中，在完成一個電子元件401的轉移之後，可以使第一框架110、第二框架120、致動機構130及/或光源140在適當的方向（如：垂直於頂抵方向D1的一方向）上移動，以藉由相同或相似於前述的方式對另一個電子元件402（電子元件400的其中另一）進行轉移。

在本實施例中，第一框架110、第二框架120、致動機構130以及光源140可以構成一裝置100。換句話說，裝置100可以包括第一框架、第二框架、致動機構以及光源，且裝置100適於使電子元件400藉由焊接的方式從可撓性載體300轉移至目標基板500。也就是說，裝置100可以被稱為轉移焊接裝置。

在本實施例中，裝置100可以更包括控制系統150。控制系統150可以藉由對應的訊號線159而以有線訊號傳輸（wired signal transmission）的方式訊號連接於對應的構件、元件或單元（如：第一框架110、第二框架120、致動機構130及/或光源140，但不限），但本發明不限於此。在一實施例中，控制系統150可以藉由無線訊號傳輸（wireless signal transmission）的方式訊號連接於對應的構件、元件或單元。也就是說，包括控制系統150及訊號連接於其的第一框架110、第二框架120、致動機構130及光源140的裝置100是同一設備或機台。另外，本發明中所提到的訊號連接可以泛指有線訊號傳輸或無線訊號傳輸的連接方式。另外，本發明並未限定所有的訊號連接方式需為相同或不同。

在本實施例中，控制系統150可以包含對應的硬體或軟體。

在一實施例中，控制系統150例如包括輸入單元151、輸出單元152、運算單元153及/或儲存單元154。輸入單元151例如包括鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、訊號接收端（如：對應的資料埠（data port）或天線）及/或其他適於資料輸入的類似單元。輸出單元152例如包括螢幕、印表機、訊號輸出端（如：對應的資料埠或天線）及/或其他適於資料輸出的類似單元。運算單元153例如包括中央處理器（Central Processing Unit；CPU）、圖形處理器（Graphics Processing Unit）、物理處理器（Physics Processing Unit；PPU）或其他適於進行運算、邏輯判斷及/或資料處理的類似單元。儲存單元154例如包括記憶體、硬碟、磁碟陣列、資料庫及/或其他適於進行永久性或暫時性資料儲存的類似單元。

在一實施例中，控制系統150也可以訊號連接於雲端系統160。雲端系統160可以藉由遠端控制（remote control）的方式，而經由控制系統150進行輸入、輸出、運算、儲存、監控、資料蒐集、統計及/或其他適宜的操控。前述的雲端系統160例如包括先進規劃與排程系統（Advanced Planning and Scheduling System；APS system）、廠務監控系統（Facility Monitoring Control System；FMCS system）或其他適宜的工業控制系統（Industrial control system；ICS），但本發明不限於此。

在一實施例中，控制系統150例如包括適於進行邏輯判斷的軟體或適於進行先進製程控制（Advanced Process Control；APC）的平台（platform）及/或可程式化邏輯控制器（programmable logic controller；PLC），但本發明不限於此。

綜上所述，本發明的轉移電子元件的方法可以藉由頂針與光源的搭配，整合頂針的下壓或轉移動作與光源的照射或加熱焊接動作，以直接性地從可撓性載體轉移到目標基板上並進行焊接。如此一來，在電子元件的轉移過程中可以提升對位精度或準度，進而可以提升焊接效果，且/或可以減少製程時間、設備成本及/或耗材（如：臨時載體及膠）的使用，而可以提升生產效率。並且，轉移電子元件的方法可以搭配裝置的使用，而使可用於轉移電子元件之裝置可適於將可撓性載體上的電子元件轉移至目標基板上。

100:裝置 110:第一框架 120:第二框架 130:致動機構 140:光源 150:控制系統 151:輸入單元 152:輸出單元 153:運算單元 154:儲存單元 159:訊號線 160:雲端系統 200:頂針 220、230:端部 300:可撓性載體 300a、300b:表面 310:載體框 400、401、402:電子元件 430:晶粒 450:導電連接件 500:目標基板 540:接墊 610:彈性體 620:載件 620b:承載面 630:扣件 D1:頂抵方向 L1、L2:光束 t1、t2、t3、t4、t5:時序

圖1至圖7是依照本發明的一實施例的一種轉移電子元件之裝置的部分作動方式的部分側視示意圖。圖8是依照本發明的一實施例的一種轉移電子元件之裝置的部分作動方式的對應時序示意圖。圖9A是依照本發明的一實施例的一種轉移電子元件之裝置的於作動時的部分側視示意圖。圖9B是依照本發明的一實施例的一種轉移電子元件之裝置的於作動時的部分上視示意圖。圖10是依照本發明的一實施例的一種轉移電子元件之裝置的於作動時的部分側視示意圖。

100:裝置

110:第一框架

120:第二框架

130:致動機構

140:光源

150:控制系統

151:輸入單元

152:輸出單元

153:運算單元

154:儲存單元

159:訊號線

160:雲端系統

200:頂針

300:可撓性載體

310:載體框

401:電子元件

450:導電連接件

500:目標基板

540:接墊

D1:頂抵方向

L2:光束

Claims

一種轉移電子元件的方法，包括：提供一可撓性載體，其上載有多數個電子元件；提供一目標基板，使其與上述可撓性載體設有多數個電子元件之一面相對配置；提供一頂針，以該頂針之頂抵端部頂抵上述可撓性載體未載有多數個電子元件之一面上，使載體產生形變，致該多數個電子元件中之一個電子元件向目標基板移動，並接觸目標基板；提供一能量光束，使該能量光束通過上述頂針之至少一部份，並自該頂針之頂抵端部射出，熔融相對於該接觸目標基板之電子元件所設置之焊料，藉由該焊料將該電子元件焊固於目標基板上；以及移動該頂針，使載體回復原狀，而使上述焊固之電子元件脫離載體。
如請求項1所述的方法，其中該頂針之材質係為光可透過者。
如請求項2所述的方法，其中該頂針之材質係石英。
如請求項1所述的方法，其中該能量光束係為一雷射光束。
如請求項1所述的方法，其中該能量光束係為一紅外線光束。
如請求項1所述的方法，其中該焊料係設置於電子元件上。
如請求項1所述的方法，其中該焊料係設置於目標基板上。
如請求項1所述的方法，其中該能量光束係於電子元件接觸目標基板前被提供。
如請求項1所述的方法，其中該能量光束係於電子元件接觸目標基板後，移動頂針使載體回復原狀前，停止被提供。