用于转移微元件的转置头及微元件的转移方法与流程

本发明涉及用于显示的微元件，更具体地，涉及一种用于转移微元件的转置头及微元件的转移方法。

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。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种用于转移微元件的转置头及微元件的转移方法。

根据本发明的第一个方面，用于转移微元件的转置头，包括：腔体；若干真空路径，分别与所述腔体相通，在相通处分别设置可开/关的阀门；若干个吸嘴，分别与所述真空路径相通，所述吸嘴使用真空压力吸附微元件或释放微元件，所述真空压力经由各真空路径传送；开关组件，用于控制各真空路径的阀门的开或关，从而控制所述吸嘴使用真空压力吸附或释放所需的微元件。

优选地，所述开关组件包括CMOS存储电路及与所述CMOS存储电路连接的地址电极阵列，各个所述真空路径的阀门与所述地址电极阵列对应。

优选地，所述阀门为一可动的构件，所述地址电极阵列由所述CMOS存储电路用电压电位选择性激励以产生致使相应的可动的构件朝向相应的地址电极偏斜或靠近的静电吸引力，以控制各真空路径的开或关。

优选地，所述可动的构件位于所述地址电极阵列的下方，且相互间隔开，两者之间具有空间以使所述可动的构件在静电吸引力的作用下朝向相应的地址电极偏斜或靠近。

优选地，采用牺牲层在所述地址电极与可动的构件形成空间，以使所述可动的构件在静电吸引力的作用下朝向相应的地址电极偏斜或靠近。

优选地，还包括一具有两个相对表面的板材结构，其中第一表面邻近所述腔体，第二表面远离所述腔体，所述真空路径为一系列贯穿所述板材的微孔结构，其一端与所述腔体连通，一端与所述吸嘴连接。

优选地，所述板材之第一表面与所述微孔相接的部分部位具有低于所述第一表面的第三表面，所述可动的构件放置于板材结构的第一表面上，横跨所述微孔结构，且其中一个端部位于所述板材的第三表面对应的位置，呈悬空状态，使得所述可动的构件的其中一个端部可在静电吸引力作用下向所述地址电极偏斜，从而关闭或打开对应的真空路径。

优选地，所述板材的第一表面与所述微孔相接的位置具有台阶，该台阶的表面低于所述第一表面，其宽度等于所述微孔的宽度。

优选地，所述可动的构件设置于所述板材的第一表面上，其至少一个端部固定于所述板材的第一表面上，并向所述微孔结构延伸，覆盖所述微孔结构的开口，且所述可动的构件的一个端部在具有静电吸引力的作用下朝向相应的地址电极偏斜。

优选地，所述板材的第一表面上设有一金属层，其在所述板材的微孔结构对应的位置被配制成金属片结构作为可动的构件，该金属片至少一个端部与所述金属层连接，另一个端部与该金属层分离，可在静电吸引力作用下向所述地址电极偏斜。

优选地，所述可动的构件的第一个端部固定于所述板材的第一表面上，与所述第一个端部对角的第二个端部位于对应地址电极的下方，并在在具有静电吸引力的作用下朝向相应的地址电极偏斜。

优选地，所述可动的构件通过一枢轴结构固定于所述板材的第一表面上，并以该枢轴为中心可发生偏转，在具有静电吸引力的作用下朝向相应的地址电极偏斜。

优选地，所述板材为硅基板、陶瓷基板、金属基板、蓝宝石基板或半导体材料基板。

优选地，所述吸嘴的尺寸为100微米以下。

优选地，所述微孔结构通过激光打孔、微穿孔技术（TSV）或拉丝形成。

优选地，所述若干个吸嘴呈阵列式分布，各个吸嘴之间的间距为200微米以下。

优选地，所述微孔结构的截面为梯形或矩形。

根据本发明的第二个方面，微元件的转移方法，包含以下步骤：（1）在第一基板上放置至少一个微元件；（2）采用前述任意一种转置头，朝向并接触所述微元件，所述吸嘴使用真空压力吸附所述微元件，藉由开关组件控制各真空路径的阀门进而控制真空路径的开或关，以提取所需的微元件；以及（3）将前述已有提取微元件的转置头朝向一第二基板，所述吸嘴使用真空压力释放微元件，藉由开关组件控制各真空路径的阀门进而控制真空路径的开或关，以释放所提取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，所述第一基板为生长基板或者承载基板。

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。

本发明公开一种具有多个吸嘴的转置头，各个吸嘴通过真空路径连接至同一个腔体并通过开关组件控制各路真空路径的开/关，从而实现一次性选择性转移多个微元件。进一步地，开关组件可采用CMOS存储电路及与所述CMOS存储电路连接的地址电极阵列，实现微开关阵列。

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1-8为本发明的第一个实施例的示意图。其中，图1为本实例之转置头的结构剖面图；图2为转置头的部分结构剖面图；图3为图1所示的转置头的真空路径的平面图，该真空路径为设置于板材结构上的微孔阵列；图4为在图3所示的微孔阵列上设置阀门的平面图；图5-6分别为单路真空路径的结构示意图、平面图；图7-8为所述转置头的单个转置吸嘴的侧面剖示图，其中图7为真空路径关闭状态，图8为真空路径开启状态。

图9-15为本发明的第二个实施例的示意图。其中，图9为本实施例之转置头的结构剖面图；图10为在微孔阵列上设置阀门的平面图；图11为本实施例之转置头的真空路径的分解图；图12为真空路径的平面图；图13为沿附图12的线A-A剖开的剖面图，图14-15为沿图12的线B-B剖开的剖面图，其中图14为真空路径关闭状态，图15为真空路径开启状态。

图16-21为本发明的第三个实施例的示意图。其中，图16为本实例之转置头的结构剖面图；图17为图16所示的转置头的真空路径的平面图，该真空路径为设置于板材结构上的微孔阵列，该板材在与微孔相接的位置设置成台阶式；图18为图17所示转置头之开关组件的分解图；图19-21为该转置头的单个吸嘴的剖面图，其中图19为未上电的状态，图20为真空路径关闭状态；图21为真空路径开启状态。

图22为根据本发明实施的一种微元件的转移方法的流程图。

图23-27为根据本发明实施例的微元件的转移方法的过程示意图。

具体实施方式

本发明的实施例描述了用于转移微元件的转置头及采用该转置头进行转移微元件阵列的方法。其中，微元件阵列可以是微型LED器件、二极管、晶体管、集成电路(IC) 芯片等，其尺寸可为1~100μm，但并不一定限于此，并且实施例的某些方面可适用于更大和更小的尺寸。

下面各实施例公开了一种具有吸嘴阵列的转置头，具有吸嘴阵列，各个吸嘴通过真空路径连通至同一腔体内，各个真空路径具有开关元件控制该真空路径的开/关。各个吸嘴的尺寸（例如长度或宽度）为1~100μm 。在一个实施例中，每个吸嘴的尺寸为1~20μm。在一个实施例中，吸嘴阵列的节距为(1μm ~100μm)×(1μm ~100μm)，例如10μm×10μm 或50μm×100μm的节距。为达到该尺寸，各路真空路径可为一系列形成于板材（例如Si基板）微孔结构。相应的，每个吸嘴对应一路真空路径和一个开关元件，为达到微小尺寸的开关阵列，可采用CMOS储存电路和地址电极阵列实现。

数字微反射镜（DMD）系基于微机电系统（MEMS）技术的单片半导体装置，通常包括形成图片元素(像素) 的双稳态可移动微反射镜的区域阵列，微反射镜制作于对应寻址存储器单元的区域阵列及安置于微反射镜下方的相关联地址电极上方，地址电极由控制电路用电压电位选择性激励以形成致使相应微反射镜朝向相应地址电极偏斜的静电吸引力。下面实施例利用DMD芯片的原理，在各真空路径与共用腔体连通的位置设置类似DMD芯片之微反射镜的可动的构件作为阀门，并在可动的构件上方制作相关联的地址电极，该地址电极由控制电路用电压电位选择性激励以形成致使相应可动的构件朝向相应地址电极偏斜的静电吸引力，致使该可动的构件向相应的地址电极偏移或偏斜，从而关闭或开启该真空路径，从而藉由开关组件控制各真空路径的阀门进而控制真空路径的开或关，以提取所需的微元件。

进一步地，可以采用牺牲层在地址电极与可动的构件形成空间，以使可动的构件在静电吸引力的作用下朝向相应的地址电极偏斜或靠近。

具体实施例

图1显示了本发明的第一个较佳实施例，用于转移微元件的转置头300包括：腔体330，开关组件阵列、真空路径阵列350和吸嘴阵列360。其中，开关组件阵列设置于该腔体330的上侧，真空路径阵列350设置于该腔体330的下侧，两者具有空间以形成腔体。该真空路径阵列与腔体330连通，并通过阀门控制352各路真空路径350的开/关，藉由开关组件控制各真空路径的阀门进而控制真空路径的开或关，以提取所需的微元件。

请参看图2，该开关组件阵列由CMOS储存电路层310和位于其下方面的地址电极层320构成，地址电极层320上设置有地址电极阵列，一个地址电极322对应于一路真空路径350。

请参看图3，真空路径为形成于板材340的微孔阵列350，该板材340位于腔体330的下方，可为硅基板、陶瓷基板、金属基板、蓝宝石基板或半导体材料基板，该微孔阵列350可通过激光打孔、微穿孔技术（TSV）或拉丝形成，其尺寸为1μm~100μm，可为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、梯形或正多边形成等。在本实施例中，采用正方形，尺寸为10~20μm。图4显示了阀门阵列352形成在板材340的上表面的平面图，阀门阵列为形成于板材340表面上的金属层354，其在微孔阵列对应的位置被部分蚀刻或切割从而分开，保留至少一个端部保持连接，如图5所示，在各个微孔对应的位置形成至少一端部352a与金属层354连接，而与另一个端部352b未连接的金属片结构352，其中端部352a作为根部与金属层354保持连接，与端部352a对角的端部352b作为可动区，与金属层354公开。较佳的，该金属片352只有一个端部352a连接区与金属层354连接，其他非连接区域（即除连接部352a以外的区域，诸如与端部352a相对的端部352b）与金属层354之间具有极小的缝隙，该缝隙一方面保证当该金属片352未发生斜偏时，可基本关闭对应的微孔350，另一方面使该金属片352的第二个端部352b在静电吸引力的作用下向上发生偏斜，从而开启对应的微孔。图6显示了图5所示的平面图。在本实施例，缝隙的尺寸一般为1μm以下或为该微孔尺寸的十分之一以下为佳。

图7-8显示了该转置头300的单个吸嘴的侧面剖示图，其为沿图6的线A-A剖开，在本实施例中，金属片352与地址电极322之间具有间隙，以使该金属片352可向地址电极322发生偏斜，地址电极322按靠近金属片352的第二个端部352b进行布置。通过CMOS储存电路控制地址电极322的开/关状态，当地址电极322处于关闭状态（OFF），此时未向地址电极322激励电压电位，不会产生静电吸引力，金属片352的第二端部352b未发生偏斜，关闭该真空路径350，如图7所示；当地址电极322处于开启状态（ON），此时向地址电极322激励电压电位，形成静电吸引力，金属片352的第二端部352b在地址电极322的静电吸引力的作用下向地址电极322发生偏斜，开启真空路径350，如图8所示。

图9显示了本发明的第二个较佳实施例，其与第一个实施例的区别在于：用于控制真空路径350开/关的阀门352的结构不一样。请参看图10，在本实施例中，阀门为一可在微孔结构的开口处发生偏转的构件352，该构件的边缘未连接至微孔的边沿，而是通过枢轴356b与板材340连接，该构件352在地极电极322的静电吸引力的作用下，以该轴承为中心发生偏转，其中一个端部352b向地址电极322发生偏斜。

图11和12显示了单路真空路径350的结构分解图及平面图，该真空路径包括形成于板材340上的微孔350，位于该板材340第一表面上的承接层356，及位于承接层356上的可动的构件352。具体的，承接层356包括框架356a、枢轴356b及开口356c，枢轴356b架于框架356a上并横跨开口356c，可动的构件352通过孔352支撑于枢轴356b上，并可以枢轴356b为中心发生偏转或偏斜。板材340上的微孔350、开口356c及可动的构件352呈对应关系，其中微孔350、开口356c的形状、尺寸基本相同，可动的构件352的尺寸为略小为佳，一方面保证该构件352未发生斜偏时，可基本关闭对应的微孔350，另一方面使该构件352发生偏斜时，可开启对应的微孔350。较佳的，枢轴356b位于开口356c的对角线上，其上表面低于框架356a的上表面，当构件352安装于该枢轴356b且未发生偏斜时，其上表面低于与框架356a的上表面或保持基本齐平，如此当该可动的构件处于关闭真空路径时，可封闭性较佳。当然，枢轴356b也可位于非对角线上，只需位于开口356c的对称轴上即上，其上表面也可与框架356a的上表面保持一致高度，一般只要构件352的下表面不高于框架356a的上表面即可。

图13~15显示了该转置头单个吸嘴单元的剖面图。其中，图13为沿图12的线A-A切开的示意图，从该图可看出，在本实施例中，枢轴356b的上表面低于框架356a，构件352悬吊于枢轴356b上。图14~15为沿图12的线A-A切开的示意图，从图中可看出，在构件352的上方设置地址电极322，该地址电极322位于非构件的中心位置，通过CMOS储存电路控制地址电极322的开/关状态，当地址电极322处于关闭状态（OFF），此时未向地址电极322激励电压电位，不会产生静电吸引力，构件352未发生偏斜，关闭该真空路径350，如图14所示；当地址电极322处于开启状态（ON），此时向地址电极322激励电压电位，形成静电吸引力，构件的边缘在地址电极322的静电吸引力的作用下在枢轴356b上发生扭转，进而向地址电极322发生偏斜，开启真空路径350，如图15所示。

较佳地，可以地址电极322的外侧设置一落地垫324，在开启状态时，当构件352发生扭转，其边缘与落地垫324接触时，停止扭转并保持偏斜的状态，如图15所示。

图16显示了本发明的第三个较佳实施例。在本实施例中，在板材340的第一表面340a表面与微孔350相接的地方形成台阶342，该台阶的表面342a低于板材的第一表面340a，其宽度a等于微孔350的宽度，如图17所示。

图18显示了单个开关组件的分解图，该开关组件由CMOS储存电路层310和位于其下方面的地址电极层320构成，地址电极层320上设置有地址电极阵列，每组地址电极包括一对相互隔离的第一电极322a和第二电极322b，对应于一路真空路径350。下面结合图19-21进行详细说明。在本实施例中，可动的构件352放置在板材340的第一表面340a上，并横跨微孔350，且其中的一个端部位352a位于台阶342对应的位置，该可动的构件352可为矩形的金属片，其宽度与微孔350的宽度相同，长度大于微孔350的长度。金属片352的第一个端部352a位于台阶的上方，呈悬空状态，第二个端部352b位于板材的第一表面340a，每个金属片对应一个微孔结构和一对地址电极322，其中金属片352的第一个端部位于地址电极322a下方，金属片352的第二个端部位于地址电极322b下方。

通过CMOS储存电路310控制地址电极322的开/关状态，当地址电极322a处于关闭状态（OFF），地址电极322b处于开启状态（ON）时，此时向地址电极322b激励电压电位，产生静电吸引力，金属片352的第二个端部352b在地址电极322b的静电吸引力的作用下向地址电极322b发生偏斜，关闭该真空路径350，如图20所示；当地址电极322a处于开启状态（ON），地址电极322b处于关闭状态（OFF）时，此时向地址电极322a激励电压电位，形成静电吸引力，金属片352的第一个端部352a在地址电极322a的静电吸引力的作用下向地址电极322a发生偏斜，开启真空路径350，如图21所示。

图22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23~27进行说明。

如图23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）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（Acrylonitrile Butadiene Styrene）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阵列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24和25所示，提供一转置头300，朝向并接触位于第一基板100上的微元件200。转置头300可以为前述任意一种结构，在本实施例以图16所示的转置头进行简要说明。如上所述，转置头300朝向并接触位于第一基板100上的微元件200，吸嘴使用真空压力吸附微元件，藉由开关组件控制各通路中的真空路径的开或关，以提取所需的微元件。

如图26和27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。吸嘴360使用真空压力释放微元件200，藉由开关组件控制各真空路径的开或关，以释放所需的微元件于第二基板400上。

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。

需要说明的是，上述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效率与良率。

本实施例的微元件转移方法可以用于制作电子装置，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。

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。