CN106057723A - 微元件的转移方法、装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微元件的转移方法、装置及电子设备，包含步骤：在第一基板上放置至少一个微元件；采用仿生壁虎材料制作而成的转置头，朝向并接触所述微元件，藉由仿生壁虎材料的粘附能力吸附所述微元件，以提取所需的微元件；以及转置头朝向一第二基板，藉由仿生壁虎材料的脱附能力脱附所述微元件，以释放所需的微元件于所述第二基板上。

Description

微元件的转移方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及用于显示的微元件，更具体地，涉及一种用于微元件的转移方法、一种微元件装置以及一种包含微元件装置的电子设备。
背景技术
微元件技术是指在衬底上以高密度集成的微小尺寸的元件阵列。目前，微间距发光二极管（Micro LED）技术逐渐成为研究热门，工业界期待有高品质的微元件产品进入市场。高品质微间距发光二极管产品会对市场上已有的诸如LCD/OLED的传统显示产品产生深刻影响。
在制造微元件的过程中，首先在施体基板上形成微元件，接着将微元件转移到接收基板上。接收基板例如是显示屏。在制造微元件过程中的一个困难在于：如何将微元件从施体基板上转移到接收基板上。
传统转移微元件的方法为借由基板接合（Wafer Bonding）将微元件自转移基板转移至接收基板。转移方法的其中一种实施方法为直接转移，也就是直接将微元件阵列自转移基板接合至接收基板，之后再将转移基板移除。另一种实施方法为间接转移。此方法包含两次接合/ 剥离的步骤，首先，转移基板自施体基板提取微元件阵列，接着转移基板再将微元件阵列接合至接收基板，最后再把转移基板移除。其中，提取微元件阵列一般通过静电拾取的方式来执行。在静电拾取的过程中需要使用转移头阵列。转移头阵列的结构相对复杂，并需要考虑它的可靠性。制造转移头阵列需要额外的成本。在利用转移头阵列的拾取之前需要产生相位改变。另外，在使用转移头阵列的制造过程中，微元件用于相位改变的热预算受到限制，通常小于350℃，或者更具体地，小于200℃；否则，微元件的性能会劣化。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种微元件的转移方法、装置及电子设备。
根据本发明的第一个方面，一种微元件的转移方法，其特征在于：所述微元件的转移方法包含步骤：
（1）在第一基板上放置至少一个微元件；
（2）采用仿生壁虎材料制作而成的转置头，朝向并接触所述微元件，藉由仿生壁虎材料的粘附能力吸附所述微元件，以提取所需的微元件；以及
（3）转置头朝向一第二基板，藉由仿生壁虎材料的脱附能力脱附所述微元件，以释放所需的微元件于所述第二基板上。
优选地，所述微元件的数量为多个，其中步骤（2）仅将部分所述微元件吸附，以提取所需的微元件。
优选地，所述微元件的数量为多个，其中步骤（3）仅将部分所述微元件脱附，以释放所需的微元件。
优选地，所述转置头表面包括微纳米复合的刚绒毛结构。
优选地，所述脱附通过改变刚绒毛结构与微元件的夹角实现。
优选地，所述刚绒毛结构与微元件的夹角超过得以脱附的最小临界角。
优选地，所述转置头在其表面上具有范围为1×105至1×1014个突起每cm2的突起密度。
优选地，所述仿生壁虎材料选用硅橡胶或聚亚胺酯或聚酯树脂或聚酰亚胺或人造橡胶或环氧树脂或聚二甲基硅氧烷或聚氨酯与对苯二甲酸乙二酯或聚甲基丙烯酸甲酯或多壁碳纳米管或前述任意组合。
优选地，所述第一基板为生长基板或者承载基板。
优选地，所述微元件为尚未进行晶片切割工艺的晶圆或者发光二极管或者激光二极管。
优选地，所述第二基板为主动元件阵列基板或被动元件阵列基板。
根据本发明的第二个方面，提供了一种使用根据本发明的转移方法制造的微元件装置。
根据本发明的第三个方面，提供了一种电子设备，包含根据本发明的微元件装置。
另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或权利要求的技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为根据本发明实施的一种微元件装置制作方法的流程图。
图2~图8为根据本发明实施例1的一种微元件装置制作方法的过程示意图，其中图5为图4刚绒毛结构301的SEM图。
图9为根据本发明实施例2的另一种微元件装置制作方法的中间步骤示意图。
图10~12为根据本发明实施例3的具有二维阵列式微间距RGB LED芯片的显示屏示意图，其中图11为图10的局部LED芯片放大示意图，图12为图11的LED芯片剖视示意图。
图13~15为根据本发明实施例3的制作具有二维阵列式微间距RGB LED芯片的显示屏的工艺步骤示意图。
图中标示：100：第一基板；200：微元件；201：芯片区；220：切割道区；300：转置头；301：刚绒毛结构；400：第二基板。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
实施例1
图1显示了一种微元件的转移方法，其主要包括了工艺步骤S100~S300，下面结合图2~8进行说明。
如图2所示，提供一第一基板100，该基板可以是生长基板或者承载基板，本实施例优选承载基板，承载基板的材质可为玻璃、硅、聚碳酸酯（Polycarbonate，PC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile Butadiene Styrene，ABS）或其任意组合。应该了解到，以上所举的承载基板的具体实施方式仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，应视实际需要，灵活选择第一基板100的具体实施方式。在第一基板100上放置若干个微元件200，微元件可以是尚未进行晶片切割工艺的晶圆或者发光二极管或者激光二极管，本实施例优选微元件为薄膜发光二极管（Thin Light-emitting Diode），厚度可为约0.5μm至约100μm。微元件200的形状可为圆柱体，且圆柱体的半径可为约0.5μm至约500μm，但并不限于此，微元件200还可以为三角柱体、立方体、长方体、六角柱体、八角柱体或者其他多角柱体。
如图3所示，提供一转置头300，采用仿生壁虎材料制作而成，朝向位于第一基板上的微元件200。仿生壁虎材料可以选用硅橡胶或聚亚胺酯或聚酯树脂或聚酰亚胺或人造橡胶或环氧树脂或聚二甲基硅氧烷或聚氨酯与对苯二甲酸乙二酯或聚甲基丙烯酸甲酯或多壁碳纳米管或前述任意组合。
如图4所示，转置头300接触位于第一基板上的微元件200，施加于预压力，比如80~100nN。转置头300的表面包括微纳米复合的刚绒毛结构301（如图5所示），比如是具有范围为1×105至1×1014个突起每cm2的突起密度。藉由仿生壁虎材料制作而成的刚绒毛结构接触微元件表面产生范德华力，具有粘附作用，从而吸附微元件，以提取所需微元件200，如图6所示。刚绒毛结构的表面优选具有憎水性，可以阻止接触面上水层的形成，尽可能地减小毛细力的可能作用，对减小间隙，提供范德华力起着重要的作用。微元件可以一次性全部提取，也可以根据需要仅部分提取。进一步地，可以部分提取合格微元件转移，留下剩余的不合格微元件；也可以提取不合格微元件，而在第一基板上留下合格微元件，如此可以提升微元件转移过程中的良率。
如图7所示，提供一第二基板400，转置头300朝向该第二基板400。第二基板作为接收基板，可以选用汽车玻璃、玻璃片、柔性电子基底诸如有电路的柔性膜、显示器背板、太阳能玻璃、金属、聚合物、聚合物复合物，以及玻璃纤维。
如图8所示，藉由仿生壁虎材料的脱附能力脱附微元件200，以释放所需微元件于第二基板400上。转置头300释放微元件200的脱附过程可以通过一定距离的滑移（如5~10μm），改变刚绒毛结构与微元件的夹角实现，优选夹角α超过得以脱附的最小临界角（不同材料临界值不一样，本实施例以30°为例）容易产生脱附。第二基板400可以是主动元件阵列基板或被动元件阵列基板，在本实施方式中，优选主动元件阵列基板，因此第二基板400与微元件200将形成主动显示面板，但并不限于此。第二基板400与微元件200也可以形成发光装置。微元件可以一次性全部释放，也可以根据需要部分释放。进一步地，可以部分释放合格微元件，留下剩余的不合格微元件；也可以释放不合格微元件，而在第一基板上留下合格微元件，如此可以提升微元件转移过程中的良率。
采用本实施例的微元件转移方法制作的装置，可以广泛用于电子设备中，该电子设备可以是手机、平板电脑等。
实施例2
如图9所示，与实施例1不同的是，实施例1所述的微元件为已经进行晶片切割工艺得到的发光二极管，而本实施例的微元件200为尚未进行晶片切割工艺的晶圆，该晶圆包括芯片区210和切割道区220。由于藉由仿生壁虎材料制作而成的转置头刚绒毛结构对于微元件具有强吸附作用，因此转置头无需制作成与晶圆相匹配的尺寸大小或者形状，从而可以充分发挥转置头300的适应性，而不需要特别加工制作。
实施例3
如图10所示，以制作尺寸为138.1mm*67mm的显示屏为例，其具有1334×750颗二维阵列式微间距RGB三基色LED芯片，其中LED芯片的横向线宽（X）为103μm，纵向线宽（Y）为89μm，LED芯片的横向尺寸（X）为93μm，纵向尺寸（Y）为80μm，横向间距（X）为10μm，纵向间距（Y）为9μm；LED芯片的横向线宽（X）= LED芯片的横向尺寸（X）+横向间距（X）；LED芯片的横向线宽（Y）= LED芯片的横向尺寸（Y）+横向间距（Y）。
如图11~12所示，二维阵列式微间距RGB三基色LED芯片的上表面通过透明电极（如ITO）作为导线，实现各LED芯片电性连接，避免吸光或遮光现象；RGB三基色 LED芯片的下表面可以设置ITO或者蓝宝石（Al2O3）或金属（Metal）。
上述阵列式微间距LED显示屏的制作方法，包括以下工艺步骤：
如图13所示，提供分别具有R-LED、G-LED、B-LED芯片的蓝膜片，该蓝膜片不需扩膜，作为第一基板，用于承载LED芯片；并提供一接收基板，作为第二基板。
如图14所示，步骤(a)：通过高分辨的芯片分选装置，采用仿生壁虎材料制作而成的转置头，朝向并接触具有R-LED芯片的蓝膜片，藉由仿生壁虎材料的粘附能力吸附R-LED芯片，从而抓取一连续的R-LED芯片串，并藉由仿生壁虎材料的脱附能力脱附R-LED芯片串，从而将R-LED芯片串释放至第二基板（接收基板），即实现所需的R-LED芯片串从第一基板转移至第二基板上，如遇具有缺陷的芯片则跳过，直至抓取符合连续的光电参数合格的R-LED芯片串；步骤(b)：通过高分辨的芯片分选装置，采用仿生壁虎材料制作而成的转置头，朝向并接触具有G-LED芯片的蓝膜片，藉由仿生壁虎材料的粘附能力吸附G-LED芯片，从而抓取一连续的G-LED芯片串，并藉由仿生壁虎材料的脱附能力脱附G-LED芯片串，从而将G-LED芯片串释放至第二基板（接收基板），即实现所需的G-LED芯片串从第一基板转移至第二基板上，如遇具有缺陷的芯片则跳过，直至抓取符合连续的光电参数合格的G-LED芯片串；步骤(c)：通过高分辨的芯片分选装置，采用仿生壁虎材料制作而成的转置头，朝向并接触具有B-LED芯片的蓝膜片，藉由仿生壁虎材料的粘附能力吸附B-LED芯片，从而抓取一连续的B-LED芯片串，并藉由仿生壁虎材料的脱附能力脱附B-LED芯片串，从而将B-LED芯片串释放至第二基板（接收基板），即实现所需的B-LED芯片串从第一基板转移至第二基板上，如遇具有缺陷的芯片则跳过，直至抓取符合连续的光电参数合格的B-LED芯片串。
如图15所示，重复步骤(a)~(c)若干次，直至LED芯片串布满第二基板（接收基板）；R-LED、G-LED、B-LED芯片串依次相邻排列，并通过透明电极（ITO）作为电性连接导线，从而制得阵列式微间距发光二极管（Micro LED）显示器件。
进一步地，每次抓取的LED芯片串颗的数目可以视显示装置的尺寸、LED芯片尺寸大小进行调整，本实施例以每次抓取50~60颗为佳。
本实施例通过高分辨的芯片分选装置，并采用选择性区域转印技术（SelectiveArea Bonding），将第一基板（蓝膜片）上的芯片以整串形式转移至第二基板（接收基板），速度快，成本低，精度高（误差≤2μm）；此外由于第一基板（蓝膜片）不需要扩膜，转移效率高。
本发明提供的微元件转移方法，在用于制作装置过程中，以发光二极管作为微元件为例，可以仅转移一次，制作单色发光二极管，也可以转移多次，比如制作RGB三基色混合发出白光的发光二极管，适用于显示屏组件等电子设备（如实施例3）。
尽管已经描述本发明的示例性实施例，但是理解的是，本发明不应限于这些示例性实施例而是本领域的技术人员能够在如下文的权利要求所要求的本发明的精神和范围内进行各种变化和修改。

Claims (13)

1.一种微元件的转移方法，其特征在于：所述微元件的转移方法包含步骤：
（1）在第一基板上放置至少一个微元件；
（2）采用仿生壁虎材料制作而成的转置头，朝向并接触所述微元件，藉由仿生壁虎材料的粘附能力吸附所述微元件，以提取所需的微元件；以及
（3）转置头朝向一第二基板，藉由仿生壁虎材料的脱附能力脱附所述微元件，以释放所需的微元件于所述第二基板上。
2.根据权利要求1所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述微元件的数量为多个，其中步骤（2）仅将部分所述微元件吸附，以提取所需的微元件。
3.根据权利要求1所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述微元件的数量为多个，其中步骤（3）仅将部分所述微元件脱附，以释放所需的微元件。
4.根据权利要求1所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述转置头表面包括微纳米复合的刚绒毛结构。
5.根据权利要求4所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述脱附通过改变刚绒毛结构与微元件的夹角实现。
6.根据权利要求5所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述刚绒毛结构与微元件的夹角超过得以脱附的最小临界角。
7.根据权利要求1所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述转置头在其表面上具有范围为1×105至1×1014个突起每cm2的突起密度。
8.根据权利要求1所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述仿生壁虎材料选用硅橡胶或聚亚胺酯或聚酯树脂或聚酰亚胺或人造橡胶或环氧树脂或聚二甲基硅氧烷或聚氨酯与对苯二甲酸乙二酯或聚甲基丙烯酸甲酯或多壁碳纳米管或前述任意组合。
9.根据权利要求1所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述第一基板为生长基板或者承载基板。
10.根据权利要求1所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述微元件为尚未进行晶片切割工艺的晶圆或者发光二极管或者激光二极管。
11.根据权利要求1所述的一种微元件的转移方法，其特征在于：所述第二基板为主动元件阵列基板或被动元件阵列基板。
12.一种使用根据权利要求1~11所述的转移方法制造的微元件装置。
13.一种电子设备，包含根据权利要求12所述的微元件装置。
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