TWI778528B - 微型裝置的無遮罩並行取放轉印 - Google Patents

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曼尼梵南 索薩迪
羅伯特詹 維瑟爾
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

表面安裝微型裝置的方法包含以下步驟：將供體基板上之第一複數個微型裝置黏附至具有黏合劑層的轉印表面上；在第一複數個微型裝置保持黏附在轉印表面上時自供體基板移除第一複數個微型裝置；相對於目標基板定位轉印表面使得轉印表面上的複數個微型裝置之子集鄰接目標基板上之複數個接收位置及該子集係包含一或多個微型裝置(但少於複數個微型裝置中之所有微型裝置)；選擇性地將對應於微型裝置之子集之轉印表面上的黏合劑層的一或多個區域中和至光，以將微型裝置的子集自黏合劑層分離及將轉印表面與目標基板分離，使得微型裝置的子集保留於目標基板上。

Description

微型裝置的無遮罩並行取放轉印
本申請案大體上與自供體基板轉印微型裝置至目標基板相關。
各種產品包含在基板上之各個裝置的陣列，其中裝置可由基板上的電路來定址或控制。當各個裝置處於微米級(例如小於100微米)時，可將裝置視為微型裝置。通常來說，可使用一系列的微製造技術(如沉積、光刻及蝕刻)來製造微型裝置以沉積及圖案化一系列的層。
用於製造包含各個微型裝置陣列之裝置的一種方法為在基板上直接製造將形成產品之部分的各個微型裝置。已使用此種技術以(例如)製造主動式矩陣液晶顯示器(LCD)的TFT面板及濾色器面板。
一種經提議的顯示面板技術使用LED陣列，其中各個LED提供單獨可控制的像素元件。 此種LED面板可用於計算機、觸控面板裝置、個人數位助理(PDA)、蜂巢式電話，電視螢幕及諸如此類。
儘管係使用有機發光二極體(OLED)面板，但使用基於III-V半導體技術的微米級LED(也稱為微型LED)的LED面板面臨另外的問題。具體來說，將III-V半導體微型LED直接沉積在最終的顯示基板上引發技術及製造障礙。此外，微型LED面板難以在彎曲或可彎曲的顯示器中製造。
本申請案大體上係關於用於在大面積上表面安裝微型裝置之系統及方法。
在一態樣中，一種用於在目標基板上定位微型裝置的設備包含：保持目標基板的第一支撐件、提供或保持具有用於接收黏合劑層之表面的轉印主體的第二支撐件、經配置為提供該第一支撐件和該第二支撐件之間的相對移動的一或多個致動器、經配置為選擇性地且無遮罩地曝光該轉印主體上之該黏合劑層的區域的照明系統及控制器。控制器經配置為：使一或多個致動器產生相對移動使得附接至黏合劑層的複數個微型裝置接觸目標基板、使照明系統選擇性地曝光黏合劑層之一或多個部分以產生一或多個中和部分，及使一或多個致動器產生相對移動，使得表面及目標基板彼此遠離，及對應於黏合劑層之一或多個中和部分的一或多個微型裝置保留在目標基板上。
實施可包含一或多個下列特徵。
第三支撐件可保持供體基板。一或多個致動器可經配置成在第一支撐件及第三支撐件之間提供相對移動。控制器可經配置成使一或多個致動器在供體基板及轉印主體之間產生相對移動，使得當複數個微型裝置在供體基板上時，轉印基板之表面上的黏合劑層接觸複數個微型裝置，使得複數個微型裝置黏附至轉印主體上之黏合劑層。第二支撐件可包含用於保持轉印主體的機械手臂。機械手臂可為可操作的以在第三支撐件及第一支撐件之間移動轉印主體。機械手臂可為可操作的以相對於第一支撐件及第三支撐件垂直移動轉印主體。
轉印主體可為可自第二支撐件移除的轉印基板。第二支撐件可包含具有端效器以可釋放地保持轉印基板的機械手臂。
照明系統可包含具有一陣列之可單獨致動的鏡的數位鏡裝置。數位鏡裝置可包含二維陣列的鏡。照明系統的視野可僅跨越轉印主體的一部分，及致動器可引起二維陣列線性陣列及一或多個支撐件之間的相對移動。數位鏡裝置可為線性陣列之鏡，及致動器可引起線性陣列及一或多個支撐件之間的相對移動。
在另一態樣中，一種表面安裝微型裝置的方法包含以下步驟：將供體基板上之第一複數個微型裝置黏附至具有黏合劑層的轉印表面上；在該第一複數個微型裝置保持黏附在該轉印表面上時自供體基板移除該第一複數個微型裝置；相對於目標基板定位該轉印表面使得該轉印表面上的該複數個微型裝置之子集鄰接該目標基板上之複數個接收位置(該子集包含多個微型裝置但少於該複數個微型裝置中之所有微型裝置)、選擇性地及無遮罩地將對應於微型裝置之該子集之該轉印表面上的該黏合劑層的複數個區域曝光以將微型裝置的該子集自該黏合劑層分離，及將該轉印表面與該目標基板分離，使得微型裝置的該子集保留於該目標基板上。
實施可包含一或多個下列特徵。
第一複數個微型裝置可包含供體基板上的所有微型裝置。供體基板可為其上製造複數個微型裝置的供體基板。
第一複數個微型裝置可經設置在轉印表面上的第一陣列中，及複數個接收位置可經設置在目標基板上的第二陣列中。第一陣列的空間密度可大於第二陣列的空間密度。第一陣列可為第一矩形陣列，其中複數個微型裝置的單元經設置在沿著第一軸的第一間距PX1處，及沿著垂直於該第一軸的第二軸的第二間距PY1處，及第二陣列可為第二矩形陣列，其中接收位置經設置在沿著該第一軸的第三間距PX2處及沿著垂直於該第一軸的該第二軸的第四間距PY2處。第三間距PX2可為第一間距PX1的整數倍及第四間距PY2為第二間距PY1的整數倍。
微型裝置可包含微型LED。可在目標基板上之微型裝置的子集上設置鈍化層。
選擇性地曝光複數個區域之步驟可包含以下步驟：將光引導至數位鏡裝置並致動該數位鏡裝置的所選鏡以將光反射至複數個區域。
在另一態樣中，一種用於在目標基板上定位微型裝置的設備，該設備包含：保持目標基板的第一支撐件、提供或保持具有用於接收黏合劑層的表面的轉印主體的第二支撐件、經配置為提供該轉印主體及該第一支撐件之間的相對移動的一或多個致動器、產生光束的光源、經配置以可調節地定位準直光束於該轉印主體上的該黏合劑層上的鏡，及控制器。控制器經配置為：使一或多個致動器產生相對移動，使得附接至轉印主體上之黏合劑層的複數個微型裝置接觸目標基板；使光源產生光束及調整鏡以定位光束於黏合劑層上以便選擇性地曝光黏合劑層的一或多個部分以產生一或多個中和部分；及使一或多個致動器產生相對移動，使得表面及目標基板彼此遠離，及對應於黏合劑層之一或多個中和部分的一或多個微型裝置保留在目標基板上。
實施可包含一或多個下列特徵。
轉印主體可為可移除轉印基板。第二支撐件可包含用於保持轉印主體的機械手臂。機械手臂可為可操作的以至少橫向移動該主體於保持供體基板之第三支撐件及保持目標基板之第一支撐件之間。
鏡可為檢流計鏡掃描器中之鏡。光源可為雷射及光束可為雷射光束。
在另一態樣中，一種表面安裝微型裝置的方法包含以下步驟：將第一複數個微型裝置自供體基板轉印至第一轉印表面，其中轉印步驟包含將該第一複數個微型裝置黏附至該第一轉印表面上的第一黏合劑層，將該第一複數個微型裝置自該第一轉印表面轉印至第二轉印表面，其中轉印步驟包含將該第一複數個微型裝置黏附至該第二轉印表面上的第二黏合劑層，藉由選擇性地中和該等第一黏合劑層的區域來每次自該第一轉印表面釋放該複數個微型裝置之一行的微型裝置，以自該第一黏合劑層分離該行的微型裝置，及在轉印每行之間相對於該第二轉印表面來移動該第一轉印表面，以便以第一間距建立該等行，及將該第一複數個微型裝置自該第二轉印表面轉印至目標基板，其中轉印步驟包含藉由選擇性地中和該等第二黏合劑層的區域來每次自該第二轉印表面釋放該複數個微型裝置之列的微型裝置，以自該第一黏合劑層分離該列的微型裝置，及在轉印每列之間相對於該目標基板來移動該第二轉印表面，以便以第二間距建立該等列。
實施可包含一或多個下列特徵。
將第一複數個微型裝置自供體基板轉印至第一轉印表面之步驟可包含以下步驟：將供體基板上的所有微型裝置轉印至第一轉印表面。第一複數個微型裝置可小於供體基板上的所有微型裝置。將第一複數個微型裝置自第一轉印表面轉印至第二轉印表面之步驟可包含以下步驟：僅轉印第一複數個微型裝置。
複數個微型裝置可經佈置在第一轉印表面上之第一陣列中，及複數個接收位置可經佈置在目標基板上之第二陣列中。第一陣列的空間密度大於第二陣列的空間密度。
供體基板可為其上製造該複數個微型裝置的供體基板。微型裝置可為微型LED。可在目標基板上之微型裝置的子集上設置鈍化層。
選擇性地中和區域之步驟可包含以下步驟：選擇性地曝光區域。選擇性地曝光複數個區域之步驟可包含以下步驟：將光引導至數位鏡裝置及致動該數位鏡裝置之所選的鏡以將光反射至該複數個區域。
實施可可選地提供(及非限制性地)一或多個下列優勢。供體基板上的微型裝置可用比目標基板所需之更高的空間密度來構建，從而在構建微型裝置時增加產量及節省晶圓空間。可從供體基板平行地轉印大量的微型裝置至目標基板。可高精度地執行轉印。因此，可提高產量，且可減少製造時間及成本。可識別及自轉印中排除供體基板上之有缺陷的微型裝置。若微型裝置以與供體基板不同的間距排列在目標基板上，則相對於現有技術而言可減少轉印步驟的數量。
若微型裝置為微型LED，則可使用技術以製造多色顯示器(如具有三個或更多個色彩子像素的顯示器)。可更容易地製造可撓性及/或可拉伸的顯示器。
其他態樣、特徵及優點將自敘述、附圖及申請專利範圍中變得顯而易見。
下文描述各種實施。可設想到一實施的元件及特徵可有益地併入至其它實施中而無需進一步的敘述。
為了製造一些裝置，需要新技術來精確地且經濟地提供如大面積基板或可撓性基板之基板上的微型裝置。舉例而言，希望提供一種基於III-V半導體技術的LED面板，因微型LED具有比有機發光二極體(OLED)裝置顯著的亮度、壽命及效率優勢。
用於製造包含各個微型裝置之陣列之裝置的方法為在初始基板上大量製造微型裝置，然後將微型裝置轉印至將形成產品一部分的接收或目標基板。在初始基板上構建微型裝置的一個原因為目標基板可為與製造處理(例如形成微型裝置所需的蝕刻和沉積)不兼容的材料。舉例而言，在LED的情況下，LED的沉積為其中單晶氮化鎵(GaN)膜在藍寶石晶圓上生長的磊晶生長處理(與其他晶圓材料相較之下，主要係由於GaN生長的小晶格失配而使用藍寶石晶圓)。在初始基板上構建微型裝置的另一個原因為可用比目標基板所需之更高的空間密度來製造微型裝置，從而在構建微型裝置時提高產量並節省晶圓空間，從而降低成本。
將微型裝置自初始基板轉印至目標基板的一種技術是取放機器(例如，一次傳送一個微型裝置的機器人)。然而，因此方法有低生產量的問題(特別是考慮到需要轉印之大量的微型裝置)，故此方法是不具生產價值的。
如上所述，需要一種用於製造微型裝置的改善方法。如下所述，本文揭露一種在大面積上表面安裝微型裝置的方法。方法包含以下步驟：將具有黏合劑層的轉印基板放置在供體基板上的微型裝置上；將黏合劑層黏附至微型裝置；在將微型裝置黏附至黏合劑層的同時自供體基板移除微型裝置；將微型裝置與目標基板上的靶位置對齊；放置微型裝置；將轉印基板暴露於光源以將微型裝置與轉印基板分離；及將轉印基板移動遠離微型裝置且同時微型裝置保留在轉印基板上。可將利用此方法的微型裝置轉印至聚合物光層，接著使用無遮罩微影術將多種圖案轉印至目標基板及可轉印至各種基板上。
此外，可使用無遮罩微影技術自黏合劑層選擇性地釋放微型裝置。與黏合劑層上之光的遮罩投影相對，無遮罩技術可適於不同的釋放模式而具有較低的成本(因為不需要為每個釋放策略製作新遮罩)，且該無遮罩技術較快速(因為不須製造遮罩的時間)。
圖1示出了具有微型裝置110陣列的供體基板100。微型裝置110為例如發光二極體(LED)的小型電子元件、如邏輯IC的積體電路晶片、處理器、記憶體及控制器等。微型裝置110為微米級裝置(例如，最大橫向尺寸為約1至100微米)。舉例而言，裝置可具有約1-50微米(例如5-50微米及例如10-30微米)的橫向尺寸。微型裝置110可以是相同的；即，相同尺寸的電路圖案和層結構。
儘管圖1示出了具有平行於供體基板之面的兩個垂直方向上的間距PX1和PY1的規則矩形陣列中的微型裝置110，但其他陣列配置係可能的，例如交錯列。
可在供體基板100上直接製造微型裝置110，或已在另一基板(例如，裝置基板)上製造微型裝置110及接著將該等微型裝置110轉印至供體基板100而不改變該等微型裝置110的間距。舉例而言，可在裝置基板上以相對高的密度製造微型裝置，且供體基板100可為與裝置接觸放置的膠帶。接著，可移除或分離裝置基板使得每個微型裝置110單獨附接至供體基板(例如，帶)。
圖2示出了具有單元205陣列的目標基板200，每個單元205皆具有用於接收微型裝置110的光斑210。因此，光斑210亦排列成陣列。然而，目標基板200上之光斑210陣列的間隔可不同於供體基板100上之微型裝置110的間隔。通常來說，光斑210之間的間隔大於供體基板100上之微型裝置110之間的間隔。舉例而言，圖2圖示出了具有平行於目標基板200之面之兩個垂直方向的間距PX2和PY2之矩形陣列中的光斑210。因此，間距PX2可大於間距PX1，及間距PY2可大於間距PY1。如上所述，其他陣列配置(例如，交錯列)是可能的。由於光斑210之間的間隔與微型裝置110之間的間隔不同，故供體基板100不能簡單地放置於鄰近目標基板200的位置來大量轉印微型裝置。
儘管圖2中未示出，目標基板100(特別是若它為將形成產品一部分的基板)可包含電路及其它組件，用於在將微型裝置110正確地固定在光斑210中時將功率傳遞至及/或定址及/或控制微型裝置110。舉例而言，每個光斑210可包含一或多個焊墊，該一或多個悍墊將電連接至微型裝置110上之一或多個焊墊。
圖11A為用於將微型裝置自供體基板轉印至目標基板之系統的示意性橫截面側視圖。圖11A示出了用於將微型裝置自供體基板100轉印至目標基板200的系統600。為了討論目的，Z軸係垂直於基板100、200之平面的方向，及X軸及Y軸是平行於基板400之平面的兩個垂直方向。通常來說，Z軸將為垂直軸(即，將與重力對齊)，但並非必要。
設備600包含支撐供體基板100的台610、支撐目標基板200的台510及轉印裝置630。轉印裝置630包含表面632，黏合劑層420可放置在該表面632上。轉移裝置630可包括其上形成黏合劑層420之可替換的轉印基板420。或者，表面632可為傳送裝置630的組成部分。
表面632可為平面的(例如，平板的底部)及可平行於台610、台510的頂表面。或者，表面632可為圓柱形的(例如，可旋轉圓筒的外表面)。
一或多個致動器在轉印裝置630及台610與台620之間提供相對移動。舉例而言，轉印裝置630可包含三軸機器人臂512，該三軸機器人臂512可沿著X軸、Y軸及Z軸移動表面632。 然而，眾多其他安排係可能的。舉例而言，台610及台620可為可垂直移動的，而臂512僅提供Y軸及Y軸移動或台可沿Y軸移動等。假設轉印裝置630包含可替換轉印基板410，則機器人臂512可包含用於保持基板的端效器。端效器可為真空卡盤或邊緣夾緊致動器。
設備600亦包含選擇性地「中和」基板632上之黏合劑層420之部分的系統。在此上下文中，「中和」包含完全去除黏合劑層；例如，藉由溶解或熔化抑或是改變材料的物理性質，使其不再是黏合劑(亦稱為「變性」)。系統可為照明系統530，以選擇性地將來自光源的光引導至提供表面632之主體的背面上。或者，系統可包含嵌入至提供表面632之主體中之單獨可控制的加熱器。
如可程式化電腦的控制器650協調設備之各種元件(例如，致動器及照明系統)的操作。在操作中，表面632上的黏合劑層420降低成與供體基板100上的微型裝置110接觸及用該等微型裝置提起該黏合劑層。黏合劑層420上的微型裝置110在目標基板200上橫向移動並降低至目標基板200上。接著，黏合劑層在所選區域中經中和；將具有剩餘黏合劑層420之表面632提起遠離目標基板200，留下目標基板上的微型裝置於對應於黏合劑層被中和之區域的光斑處。雖然上述描述係描述提供相對移動之表面632，但應當理解台610、台620的移動可提供一些或全部之必要的相對移動。
圖3為用於將多個微型裝置自供體基板轉印至目標基板之方法300的流程圖。圖4-10為示出將多個微型裝置自供體基板轉印至目標基板之方法的示意性橫截面側視圖。
如圖4所示，具有微型裝置陣列110的供體基板100由製造工廠製造或接收(步驟304)。
如圖5所示，供體基板100經定位在轉印裝置630的表面632附近(步驟308)。供體基板經定向成使得微型裝置110位於供體基板100之面向轉印裝置630的一側上。轉印裝置包括黏合劑層420。黏合劑層420可為可移除的轉印基板400的部分。黏合劑層420可為黏合劑聚合物(例如，未固化或部分固化的正性光阻劑)。
黏合劑層420跨越對應於微型裝置110陣列之表面632的至少一部分延伸。在一些實施中，黏合劑層420為跨越所有微型裝置110之連續的單一層。此層的優勢在於不需相對於供體基板100來精確地橫向定位轉印裝置630。在一些實施中，黏合劑層632被分割成複數個單獨的島(island)，每個島對應於微型裝置110中之一者。然而，在此種實施中，將需要橫向定位轉印裝置630，使得島與供體基板100上的微型裝置110接觸。
可藉由旋塗或液滴印刷將黏合劑層420施加至轉印裝置630的表面632。提供表面632的主體(例如，背襯基板410)是對於將用於固化或溶解黏合劑層420之光的波長基本上透明的材料(例如，玻璃或石英)。
儘管圖5示出了黏合劑層420作為連續層，但並非一定如此。舉例而言，可將黏合劑層420施加於對應於供體基板110上之微型裝置110之位置的單獨光斑、或條紋或其它圖案。
如圖6所示，接著將轉印裝置630放置在供體基板100附近，使得微型裝置110黏附至黏合劑層420(步驟312)。
作為圖5及圖6所示之方法的替代方案，黏合劑層420可直接沉積至供體基板100上，使得黏合劑材料至少覆蓋微型裝置110。舉例而言，可跨越至少微型裝置110陣列來沉積黏合劑材料之毯覆連續層420。接著，可將轉印裝置630的表面632降低成與黏合劑層420接觸。
如圖7所示，現在可移除供體基板100(步驟316)，使微型裝置110附接至轉印裝置630上的黏合層420。舉例而言，紅外線熱源(例如，雷射)可用於熔化每個微型裝置110附接至供體基板100的區域，從而將供體基板100自微型裝置100分離。
參考圖8，轉印裝置630可經定位成使微型裝置110與目標基板200接觸(步驟320)。
參考圖8及圖9，中和(例如，移除或變性(步驟324))對應於期望被輸送至目標基板200之微型裝置110的黏合劑層420之選定的區域430。舉例而言，可選擇性地引導光450通過將表面632(例如背襯基板410)提供至區域430的主體。光可熔化或溶解黏合劑層420的區域430，或固化區域430為非黏合劑組合物。在一些實施中，光暴露黏合劑層420，並用顯影劑移除暴露的部分。
圖11B示出了用於將微型裝置自轉印基板400轉印至目標基板200的設備500。為了討論目的，Z軸為垂直於轉印基板400之平面的方向，且X軸及Y軸是平行於轉印基板400之平面的兩個垂直方向。通常，Z軸將為垂直軸(即，與重力對齊)，但並非必要。
設備500包含支撐目標基板200的台510及保持轉印基板400的夾具520(例如，邊緣夾持致動器)。如線性致動器的致動器512可提供台510及夾具520間沿著Z軸的相對移動。如圖所示，致動器512可經耦合至及經配置成沿著Z軸移動台510，同時夾具520保持靜止，或反之亦然。
在一些實施中，一或多個附加致動器提供台510及夾具520間沿著X軸及Y軸的相對移動。致動器又可經耦接至且經配置成使台510在X-Y平面中移動，同時夾具520保持靜止，或反之亦然。舉例而言，夾具520可經定位於在X-Y平面中提供運動的機器人手臂上。
設備500亦包含照明系統530。照明系統530包含光源532及用於選擇性地將來自光源的光引導至轉印基板400之背側上的機構。在一實施中，照明系統530包含獨立可控制之鏡(例如，數位微鏡裝置(DMD)534)的二維陣列。照明系統530亦可包含將來自光源532的光引導至DMD 534的照明光學器件536及/或將由DMD 534之經啟動的鏡反射的光引導至黏合劑層420上的投影光學器件538。藉由控制DMD 534的哪些鏡被啟動，可選擇性地引導光450至所欲的區域430。
參考圖11C，DMD 534可包含複數個獨立的鏡550。可獨立地在第一位置及第二位置間傾斜每個鏡550，該第一位置例如藉由鏡550a所展示地，其中來自光源532的入射光被反射及被傳遞至投影光學器件538中且照射成像平面(例如，轉印基板400上的黏合劑層)中的特定像素，及該第二位置例如藉由鏡550b所展示地，其中沿著反射光不會到達成像區域(例如，轉印基板400上的黏合劑層)之路徑反射來自光源532的入射光。可將鏡550支撐於電路在其上形成之基板554上方之柱552上，以控制各個鏡550；眾多其他形式的DMD係可能的。
光源532可為弧光燈(例如，水銀弧光燈)或雷射(例如，固態雷射二極體)。經捆綁的一組光纖的一端可經耦合至一或多個雷射二極體；可將來自光纖之另一端的光引導至照明光學器件536或直接發送至DMD 534。
包含DMD之照明系統的進一步討論可在美國專利公開號2006/0282728、2016,0219684及2016/0124316中找到。具體來說，美國專利公開號2016/0124316討論了一種光學系統，該光學系統包含照明投影光束分離器，該照明投影光束分離器可用於將來自光源532的光引導至DMD 534上且分離反射光450。
在一些實施中，投影光學器件538的視野跨越整個轉印基板400。在此種情況下，不需有光450及轉印基板400之間的橫向運動。然而，在一些實施中，投影光學器件538的視野僅跨越轉印基板400的部分。在此種情況下，致動器可在轉印基板400的曝光之間之照明系統530及轉印基板400之間的X-Y平面中提供相對移動。
照明系統530可包含反射線性陣列的鏡(而非二維陣列的鏡)，且致動器可在照明系統530及轉印基板400之間的X-Y平面中提供相對移動，以跨越轉印基板400掃描線性陣列的鏡。或者，照明系統530可包含線性陣列的鏡，且致動器(例如，檢流計)可旋轉線性DMD陣列534以掃描穿過轉印基板400的所得到的反射光。
作為另一實施，可跨越轉印基板400逐線掃描(例如)來自雷射器的光束，及在掃描時該光束經調變以提供與DMD相同的功能。舉例而言，照明系統430可包含2軸鏡萬向架(gimbal)，該兩軸鏡萬向架可圍繞兩個垂直軸旋轉單個鏡，因而沿著轉印基板上的兩個垂直軸掃描光束。作為另一範例，照明系統430可包含(沿著光束的路徑)串聯的兩個檢流計鏡掃描器，其允許沿著轉印基板上的兩個垂直軸掃描光束。
如圖10及圖12-13所示地，一旦已照明所選擇的區域430，便可以將轉印裝置630提起，使選定的微型裝置110a保持在目標基板200上的適當位置(步驟328)。未暴露黏合劑層430之剩餘的微型裝置110b保留在轉印基板400上。
參考圖1至圖2與圖12至圖13，供體基板100上(因而在轉印裝置630上)之微型裝置的初始空間密度大於目標基板200上之光斑210的空間密度。然而，假定光斑210與轉印基板上的特定微型裝置110對準，只有與光斑210相對應的彼等微型裝置110才能被轉印。舉例而言，若間距PX2為間距PX1的整數倍且間距PY1是監距PX2的整數倍，則將轉印每個(PX2*PY2)/(PX1*PY1)微型裝置110中的一個。對於矩形陣列而言，可將經轉印的微型裝置110定位於每個PX2/PX1行及每個PY2/ PY1列。
如圖13所示，所得到的轉印裝置630'將具有缺少微型裝置110b的單元440。然而，轉印裝置630'可重新用於另外的目標基板200。簡而言之，可重複步驟320、324及328，但使用不同的目標基板及使用與轉印裝置630不同組的微型裝置。也就是說，轉印裝置630'可定位成與新的目標基板相鄰，但具有與光斑120對準的不同微型裝置組。舉例而言，轉印裝置630'可針對每個週期移位一個單元。理想情況下，對於矩形陣列而言，此將允許使用轉印裝置630總共(PX2 * PY2)/(PX1 * PY1)次。
如圖14所示，一些產品可能需要在每個單元205中具有不同類型的多個微型裝置110i、110j及110k。舉例而言，對於彩色LED顯示器來說，可能需要三個微型LED，其中一者用於紅色、一者用於藍色及一者用於綠色。每個微型LED可提供子像素。對於子像素來說，各種圖案是可能的。舉例而言，不同的彩色子像素可簡單地排列於單個列或行中。或者，舉例而言，單元內的子像素可用具有兩種顏色的兩個子像素(例如，紅色及綠色)及第三種顏色的單個子像素(例如，藍色) 的梅花形圖案佈置；此種模式亦稱為PenTile矩陣。可使用轉印技術以形成具有三個以上彩色子像素的顯示器(例如，具有紅色、綠色、藍色及黃色微型LED的顯示器)。
不同顏色的LED可為具有發射不同顏色的光的磷光層的LED、或該等不同顏色的LED可為具有不同彩色濾光片層的LED、或該等不同顏色的LED可為發射白光的LED但亦可包含吸收白光及再發射不同顏色的光的重疊螢光體材料(此材料可為量子點)。
可用比目標基板所需之更高的空間密度來在不同的供體基板上製造不同的微型裝置(例如，不同的彩色微型LED)。 接著可對每個供體基板執行轉印處理。也就是說，可將來自每個特定供體基板的微型裝置轉印至其自身的轉印基板。舉例而言，可存在具有藍色微型LED的轉印基板、具有紅色微型LED的轉印基板及具有綠色微型LED的轉印基板。對於每個轉印基板來說，可對每個單元轉印微型裝置至目標基板。
如圖15所示，在一些實施中，目標基板200為可撓性基板。舉例而言，目標基板200可為撓性電路及微型裝置110可為微型LED，從而提供可撓性的顯示螢幕。或者或另外，目標基板200可為可拉伸的基板。
上述討論已假定供體基板(以及因此目標基板)具有與用於目標基板上的每個單元的目標光斑適當對準的微型裝置。此允許所有的微型裝置在單次釋放操作中(即，同時暴露黏合劑層的所有相應區域)自轉印基板轉印至目標基板。
然而，可能的情況是，供體基板上的微型裝置之間的間隔使得在單次釋放操作中不可能將所有微型裝置轉印至目標光斑。舉例而言，間距PX2可能不是間距PX1的整數倍，及/或間距PY1可能不是間距PX2的整數倍。
儘管如此，至少與必須取放各個微型裝置相比，仍可實現製造產量的顯著提高。參考圖16，修改的方法允許將微型裝置放置在具有任意間隔(相對於供體基板上之微型裝置的原始間隔而言)的矩形陣列中。
最初，微型裝置110自供體基板轉印至第一轉印裝置的第一表面，例如第一轉印基板400a。微型裝置110以沿X軸的間距PX1及沿著Y軸的間距PY1佈置在第一轉印基板110上。接著將第一轉印基板400a定位成鄰近第二轉印裝置的第二表面，例如第二轉印基板400b。並非一次將所有微型裝置轉印至第二轉印基板，而是一次傳送單行(column)，其中第一轉印基板在每個轉印之間經歷橫向重新定位，以在其中一方向中提供適當的間隔。接著，微型裝置一次從第二轉印基板轉印至目標基板，其中第一轉印基板在每次轉印之間經歷橫向重新定位，以在另一方向中提供適當的間隔。
舉例而言，假設目標基板具有N列和M行的單元以接收微型裝置110。將第一轉印基板400a定位成與第二基板400b相鄰，且將控制照明系統以照明對應於單一行內之N個微型裝置110的區域。因此，將含有N個微型裝置110的單行轉移至第二轉印基板400b。接著，第一轉印基板400a相對於第二轉印基板400b沿著X軸移動，及控制照明系統以照明對應於另一單一行內之另一N個微型裝置100的區域，從而放置另一行的N個微型裝置。此種移位和放置過程重複M-1次，直到M行N列的微型裝置經轉印至第二轉印基板400b。第一轉印基板400a相對於第二轉印基板400b的偏移量使得沿著第二轉印基板400b上之X軸的微型裝置的間距與目標基板的期望間距PX2匹配。沿著Y軸之微型裝置的間距可為PY1，或可為PY1的整數倍。
一旦M行N列陣列的微型裝置經轉印至第二轉印基板400b，則可將微型裝置110轉印至目標基板200。第二轉印基板400b位於第二基板400b附近，及照明系統經控制以照明對應於單列中之M個微型裝置110的區域。因此，將包含M個微型裝置110的單列轉印至目標基板200。接著，第二轉印基板400b相對於目標基板400b沿著Y軸移動，及控制照明系統以照明對應於在另一單列內之另M個微型裝置100的區域，因而放置另一列的M個微型裝置。此種移位及放置過程重複N-1次，直到N列M行的微型裝置經轉印至目標基板200。第二轉印基板400b相對於目標基板200的移位量使得沿著目標基板200上之Y軸的微型裝置的間距與目標基板200的期望間距PY2匹配。因此，目標基板上之微型裝置的間距現在為沿著X軸的PX2及沿著Y軸的PY2，其中PX1和PX2之間及PY1和PY2之間具有任意關係。
此種多步驟轉印過程的優點在於傳送步驟的總數約為M+N。儘管對於高解析度顯示器而言，此M+ N總數可仍為大數字，但此總數仍遠小於單個取放所需之轉印步驟的數量(即，M*N)。
在一些實施中，在將微型裝置轉印至目標基板前，對該等微型裝置進行檢查或測試。在微型裝置仍在供體基板上的同時，可能進行測試；或者當微型裝置在轉印基板上的同時，可能進行檢查。對於檢查或測試表明微型裝置有缺陷的每個單元來說，轉印系統的照明系統經控制為不照射對應於有缺陷之微型裝置的轉印基板的區域。因此，所識別之有缺陷的微型裝置不轉印至目標基板。目標基板上任何因此缺少微型裝置的單元可在稍後的取放操作中接收功能微型裝置。此可以非常高的產率製造出目標基板及(從而)產品。
對於一些實施來說，取決於需要微型裝置的哪一側接觸目標基板，可能需要將微型裝置轉印至第三轉印基板(其可在第一轉印基板之前、在第二次轉印基板之後，或在第一轉印基板及第二轉印基板之間)，以翻轉微型裝置。
應當理解，雖然上述方法描述了表面安裝單個微型裝置的方法，但該方法可包含多於一個微型裝置。
可實施控制器於數位電子電路、或計算機軟體、韌體或硬體或上述的組合中。控制器可包含一或多個電腦程式產品；即，一或多個有形地體現於資訊載體中(例如，在非暫態的機器可讀取儲存媒體中或傳播信號中)的電腦程式，該等電腦程式係用於執行或控制資料處理設備(例如，可程式化處理器、計算機或多個處理器或電腦)的操作。電腦程式(亦稱為程式、軟體、軟體應用程式或代碼)可用任何形式的程式語言(包含編譯或直譯語言)編寫且可用任何形式(包含作為獨立程式或模組、組件、子常式或適用於計算環境的其他單元)部署。電腦程式可部署於或執行於一台電腦上或多台電腦上，該多台電腦係在一個站點處或分佈於多個站點處並由通訊網絡互連。
本說明書中描述的處理及邏輯流程可由執行一或多個電腦程式的一或多個可程式化處理器執行，以藉由對輸入資料進行操作及產生輸出來執行功能。處理及邏輯流程亦可由專用邏輯電路實施且設備亦可實施為專用邏輯電路，該專用邏輯電路例如為FPGA(現場可程式化閘陣列)或ASIC(特殊應用積體電路)。
已使用了定位(如垂直及橫向)術語。然而，應當理解，此些術語係指相對定位，非為關於重力的絕對定位。舉例而言，橫向為平行於基板表面的方向，而垂直方向為垂直於基板表面的方向。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解，前述實施例係示例性的，而非為限制性的。用意在於讓所有排列、增強、等同物及改善包含於本申請案的真實精神及範疇內，該等所有排列、增強、等同物及改善對於在閱讀本說明書及研究附加圖式後的所屬技術領域中具有通常知識者而言係顯而易見的。因此，用意在於讓下列附加的申請專利範圍包含所有此類修改、排列及等同物落入本案教示的真實精神及範疇內。
100:供體基板 110:微型裝置 110a:微型裝置 110b:微型裝置 110i:微型裝置 110j:微型裝置 110k:微型裝置 200:目標基板 205:單元 210:光斑 304:步驟 308:步驟 312:步驟 316:步驟 320:步驟 324:步驟 328:步驟 400:基板 400a:第一轉印基板 400b:第二轉印基板 410:背襯基板 420:黏合劑層 430:區域 440:單元 450:光 500:設備 510:台 512:三軸機器人臂 520:夾具 530:照明系統 532:光源 534:數位微鏡裝置(DMD) 536:照明光學器件 538:投影光學器件 550:鏡 550a:鏡 550b:鏡 552:柱 554:基板 600:系統 610:台 630:轉印裝置 632:表面 650:控制器
圖1為具有微型裝置陣列之供體基板的示意性透視圖。
圖2為目標基板的示意性透視圖。
圖3為用於將多個微型裝置自供體基板轉印至目標基板之方法的流程圖。
圖4至圖10為示出將多個微型裝置自供體基板轉印至目標基板之方法的示意性橫截面側視圖。
圖11A為用於將微型裝置自供體基板轉印至目標基板之系統的示意性橫截面側視圖。
圖11B為用於照射轉印基板上之黏合劑層的系統的示意性橫截面側視圖。
圖11C為數位微鏡裝置的示意性透視圖。
圖12為其上安裝有微型裝置陣列之目標基板的示意性透視圖。
圖13為在已轉印一些微型裝置後的轉印裝置的示意性透視圖。
圖14為每個單元具有多個微型裝置之目標基板的示意性透視圖。
圖15為其上已安裝微型LED之可撓性基板的示意性透視圖。
圖16為示出多步轉印處理的示意性俯視圖。
各附圖中的相同元件符指示相同的元件。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
304:步驟
308:步驟
312:步驟
316:步驟
320:步驟
324:步驟
328:步驟

Claims (19)

  1. 一種用於在一基板上定位微型裝置的設備，該設備包括：一第一支撐件，該第一支撐件保持具有一第一表面及複數個微型裝置的一第一主體；一第二支撐件，該第二支撐件保持具有一黏合劑第二表面的一第二主體；一第三支撐件，該第三支撐件保持具有一第三表面的一第三主體；一測試或檢查系統，該測試或檢查系統從該第一主體上的複數個微型裝置中決定出一或多個有缺陷的微型裝置；一大量並行轉印裝置，該大量並行轉印裝置經配置以選擇性地從該第一主體平行移除該複數個微型裝置中的多個微型裝置至該第三主體，該大量並行轉印裝置包括一照明系統及一致動器以相對於該第一主體及該第三主體來移動該第二主體；及一控制器，該控制器經配置以：使該照明系統在基於該一或多個有缺陷的微型裝置的位置處選擇性地中和黏合劑；使該致動器產生該第一主體及該第二主體及該第三主體之間的相對移動，使得黏合劑從該第一表面轉印 該多個微型裝置至該第三表面，而未轉印該一或多個有缺陷的微型裝置至該第三表面。
  2. 如請求項1所述之設備，其中該控制器經配置以使該致動器產生該第一主體及該第二主體之間的相對移動，使得該複數個微型裝置從該第一表面平行轉印至該第二表面。
  3. 如請求項2所述之設備，其中該控制器經配置以使該照明系統在該一或多個有缺陷的微型裝置的位置以外的位置處選擇性地中和該第二表面上的黏合劑，使得當產生相對移動以移動該第二主體遠離該第三主體時，該一或多個有缺陷的微型裝置保持黏附至該第二表面。
  4. 如請求項1所述之設備，其中該第二表面包括一平面表面。
  5. 如請求項1所述之設備，其中該照明系統包括一光源及一數位鏡裝置，該數位鏡裝置具有一陣列之可單獨致動的鏡。
  6. 如請求項5所述之設備，其中該數位鏡裝置包括一二維陣列之鏡。
  7. 如請求項5所述之設備，其中該數位鏡裝置包括一線性陣列之鏡及一致動器以致使該線性陣列及該第二及該第三支撐件之其中一或多者之間的相對移動。
  8. 如請求項1所述之設備，其中該照明系統包 括一雷射及一檢流計鏡掃描器。
  9. 如請求項8所述之設備，其中該檢流計鏡掃描器包括一2軸鏡檢流計鏡掃描器。
  10. 如請求項1所述之設備，其中該照明系統經配置以熔化該一或多個有缺陷的微型裝置的位置處的黏合劑以中和該一或多個有缺陷的微型裝置的位置處的黏合劑。
  11. 一種表面安裝微型裝置的方法，包括以下步驟：將一供體基板上之複數個微型裝置黏附至具有一黏合劑層的一轉印表面；在該複數個微型裝置保持黏附至該轉印表面時從該供體基板移除該複數個微型裝置；相對於一目標基板定位該轉印表面，使得該轉印表面上的該複數個微型裝置中的至少一些微型裝置鄰接該目標基板上之複數個接收位置中的至少一些接收位置；選擇性地及無遮罩地將對應於微型裝置之一子集的該轉印表面上的該黏合劑層的複數個區域曝光，以將微型裝置的該子集從該黏合劑層分離，該子集包括多個微型裝置但少於該複數個微型裝置中的所有微型裝置，其中選擇性地曝光該複數個區域之步驟包括以下步驟：將光引導至一數位鏡裝置並致動該數位鏡裝置的所選鏡以將光反射至該複數個區域；及 將該轉印表面與該目標基板分離，使得微型裝置的該子集保留於該目標基板上。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該複數個微型裝置包括該供體基板上的所有該等微型裝置。
  13. 如請求項11所述之方法，其中該複數個微型裝置設置在該轉印表面上的一第一陣列中，且該複數個接收位置設置在該目標基板上的一第二陣列中，且該第一陣列的一空間密度大於該第二陣列的一空間密度。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該第一陣列為第一矩形陣列，該第一矩形陣列具有用於該複數個微型裝置的單元設置在沿著一第一軸的一第一間距PX1處及沿著垂直於該第一軸的一第二軸的一第二間距PY1處，且該第二陣列為一第二矩形陣列，該第二矩形陣列具有該等接收位置設置在沿著該第一軸的一第三間距PX2處及沿著垂直於該第一軸的該第二軸的一第四間距PY2處。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該第三間距PX2為該第一間距PX1的一整數倍且該第四間距PY2為該第二間距PY1的一整數倍。
  16. 如請求項11所述之方法，其中該等微型裝置包括微型LED。
  17. 如請求項11所述之方法，包括以下步驟：曝光該複數個區域的一第一部分，然後相對於該黏合劑 層移動該數位鏡裝置，然後曝光該複數個區域的一第二部分。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該數位鏡裝置包括一線性陣列之鏡。
  19. 如請求項17所述之方法，其中該數位鏡裝置包括一二維陣列之鏡。
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