一种微电子元器件的大规模转移装置及其转移方法

本发明涉及微电子元器件的转移技术领域，特别是涉及一种微电子元器件的大规模转移装置及其转移方法。

背景技术：

近年来，随着微机电系统技术的发展，一些产品的尺寸越来越小且排列越来越紧凑，传统的转移方法已经不能满足其批量和高精度转移的需求，如平板显示(fpd)设备中的驱动器和显示单元、led芯片进行高密度对位组装、微型控制系统、光电子灵巧阵列传感器等都需要大批量微电子元器件的重复精密组装。目前已有一些针对微电子元器件的转移技术，如精确抓取技术中的静电力技术，其采用双极结构的转移头，在抓取和释放过程中，分别对转移头施加正负电压，完成相应微电子元器件的转移，但该方法转移效率较低，且静电力可能会对微电子元器件造成损害；范德华力技术，其是采用范德华力让微电子元器件粘附在弹性转移头上，然后放置到目标衬底上，其转移效率高，且在转移过程中不会损坏微电子元器件，但其转移头抓取一侧为平面，无法有选择性的抓取需要转移的微电子元器件，且不能对不同种类的微电子元器件进行定序排列。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种微电子元器件的大规模转移装置及其转移方法，解决了现有技术中微电子元器件的转移技术可能出现静电力损害微电子元器件和无法实现对不同种类微电子元器件在带电路结构的基板上实现定序排列的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供了一种微电子元器件的大规模转移装置，其包括支撑平台，支撑平台上设置有y轴直线运动平台，y轴直线运动平台上活动设置有z轴直线运动平台，z轴直线运动平台的底端设置有转移头，转移头的下表面设置有一层用于粘接微电子元器件的粘性薄膜，粘性薄膜上设置有多个粘黏凸起；

支撑平台上设置有位于z轴直线运动平台下方的初始平台，初始平台的顶面设置有用于承载微电子元器件的源基底板，初始平台的一侧设置有目标平台，目标平台的顶面设置有带电路结构的接收基板。

进一步地，转移头与z轴直线运动平台的底端可拆卸连接。

进一步地，多个粘黏凸起的直径均为1微米-1000微米，高度为10微米-1000微米。

进一步地，粘性薄膜的材料为改性聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯或聚乙酸乙烯酯。

进一步地，粘性薄膜的材料为改性聚二甲基硅氧烷，粘性薄膜的制备方法为：

s1：根据微电子元器件的规格确定粘黏凸起的凸起形状、尺寸、排列方式及排列间距；

s2：通过光刻工艺将粘黏凸起的凸起形状、尺寸、排列方式及排列间距转印到硅片上形成带有微结构的硅阳膜；

s3：将硅阳膜上的微结构转印到聚二甲基硅氧烷上，成为聚二甲基硅氧烷阴膜；

s4：通过稀释剂对改性聚二甲基硅氧烷进行稀释，将稀释后的改性聚二甲基硅氧烷均匀喷涂在聚二甲基硅氧烷阴膜上；

s5：在90℃温度下，加热聚二甲基硅氧烷阴膜20min-30min，改性聚二甲基硅氧烷为半凝固状态；

s6：在半凝固的改性聚二甲基硅氧烷表面加玻璃片，在90℃温度下，加热10-20min至改性的聚二甲基硅氧烷凝固，从聚二甲基硅氧烷阴膜取下凝固的薄膜，得到含粘黏凸起的粘性薄膜。

进一步地，改性聚二甲基硅氧烷的制备方法为：将聚二甲基硅氧烷与乙氧基化的聚乙烯亚胺溶液按照10g:20-50ul的比例搅拌均匀后，抽真空得到改性聚二甲基硅氧烷；

进一步地，稀释剂为有机溶剂，包括正已烷、正十六烷、环己烷、甲苯、二甲苯或醋酸丁脂。

本方案还提供一种微电子元器件的大规模转移装置的转移方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：y轴直线运动台水平运动将转移头运动至初始平台上方，转移头与源基底板对齐，z轴直线运动台向下移动，直到转移头上粘性薄膜的粘黏凸起与微电子元器件接触后，z轴直线运动台停止，微电子元器件粘附在粘性薄膜上；

步骤2：启动z轴直线运动台，z轴直线运动台带动转移头上移；粘性薄膜带动微电子元器件脱离源基底板；

步骤3：y轴直线运动台带动转移头和z轴直线运动台运动至目标平台正上方，z轴直线运动台带动转移头向下运动，直到粘性薄膜上的微电子元器件与带电路结构的接收基板接触时，z轴直线运动台停止；

步骤4：将微电子元器件焊接固定在带电路结构的接收基板上，微电子元器件完成后，启动z轴直线运动台带动转移头脱离带电路结构的接收基板；

步骤5：重复步骤1～步骤4，实现微电子元器件从源基底板大规模转移固定至带电路结构的接收基板上。

本发明的有益效果为：1、本方案中的粘性薄膜可通过光刻等工艺形成，粘性薄膜上的粘黏凸起的形状、尺寸、排列方式以及排列间距可以根据源基底板上的微电子器件的形状、尺寸、排列方式及排列间距进行相对应加工制作，粘性薄膜可以有选择性地粘附不同种类的微电子元器件，并通过y轴直线运动平台和z轴直线运动平台，定序排列在的带电路结构的接收基板上。

2、本方案中的粘性薄膜对微电子元器件的粘附作用，依靠的是自生的粘连力，在对微电子元器件的粘附过程中，不会对微电子元器件进行损伤，可以无损伤的大规模转移微电子元器件。

3、本方案中的粘性薄膜的主要材料为改性聚二甲基硅氧烷，改性聚二甲基硅氧烷制作粘性薄膜，使得粘性薄膜的性能稳定，粘附力强，粘性薄膜的粘性不会随转移次数的增加而发生明显变化。

4、本方案中的一种微电子元器件转移装置，转移过程简单，便于自动化控制，转移效率高，且方便移植在不同的设备上，提高了转移装置的使用范围。

附图说明

图1为本发明中一种微电子元器件的大规模转移装置的结构示意图。

图2为本发明中转移头的结构示意图。

其中，1、y轴直线运动台；2、z轴直线运动台；3、转移头；4、粘性薄膜；5、带电路结构的接收基板；6、目标平台；7、支撑平台；8、初始平台；9、源基底板；10、微电子元器件。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1～2所示，本发明提供了一种微电子元器件的大规模转移装置，其包括支撑平台7，支撑平台7上设置有y轴直线运动平台，y轴直线运动平台上活动设置有z轴直线运动平台，z轴直线运动平台的底端设置有转移头3，转移头3的下表面设置有一层用于粘接微电子元器件10的粘性薄膜4，粘性薄膜4上设置有多个粘黏凸起；多个粘黏凸起的直径均为1微米-1000微米，高度为10微米-1000微米，本方案中的粘性薄膜4对微电子元器件10的粘附作用，依靠的是自生的粘连力，在对微电子元器件10的粘附过程中，由于材料自身具有柔性，不会对微电子元器件10进行损伤，可以无损伤的大规模转移微电子元器件10。

转移头3与z轴直线运动平台的底端可拆卸连接。可以根据转移不同的微电子元器件10的种类，对转移头3的更换，以提高整个转移装置的适用性。

支撑平台7上设置有位于z轴直线运动平台下方的初始平台8，初始平台8的顶面设置有用于承载微电子元器件10的源基底板9，初始平台8的一侧设置有目标平台6，目标平台6的顶面设置有带电路结构的接收基板5。

本方案中的微电子元器件10包括mems器件、集成电路器件、micro-led、光伏器件、纳米器件等。

粘性薄膜4上的粘黏凸起的形状、尺寸、排列方式以及排列间距可以根据源基底板9上的微电子器件的形状、尺寸、排列方式及排列间距进行相对应加工制作，粘性薄膜4可以有选择性地粘附不同种类的微电子元器件10，并通过y轴直线运动平台和z轴直线运动平台，定序排列在的带电路结构的接收基板5上。

粘性薄膜4的材料为改性聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯等，本方案中粘性薄膜4的材料优选为改性聚二甲基硅氧烷。

改性聚二甲基硅氧烷的制备方法为：将聚二甲基硅氧烷与乙氧基化的聚乙烯亚胺溶液按照10g:20-50ul的比例搅拌均匀后，抽真空得到改性聚二甲基硅氧烷；粘性薄膜4的材料为改性聚二甲基硅氧烷，粘性薄膜4的制备方法为：

s1：根据微电子元器件10的规格确定粘黏凸起的凸起形状、尺寸、排列方式及排列间距；

s2：通过光刻工艺将粘黏凸起的凸起形状、尺寸、排列方式及排列间距转印到硅片上形成带有微结构的硅阳膜；

s3：将硅阳膜上的微结构转印到聚二甲基硅氧烷上，成为聚二甲基硅氧烷阴膜；聚二甲基硅氧烷阴膜相当于制作粘性薄膜4的模具；

s4：通过稀释剂对改性聚二甲基硅氧烷进行稀释，将稀释后的改性聚二甲基硅氧烷均匀喷涂在聚二甲基硅氧烷阴膜上；稀释剂为正已烷、正十六烷、环己烷、甲苯、二甲苯、醋酸丁脂等有机溶剂；

s5：在90℃温度下，加热聚二甲基硅氧烷阴膜20min-30min，改性聚二甲基硅氧烷为半凝固状态；

s6：在半凝固的改性聚二甲基硅氧烷表面放置玻璃片，在90℃温度下，加热10-20min至改性的聚二甲基硅氧烷凝固，从聚二甲基硅氧烷阴膜取下凝固的薄膜，得到含粘黏凸起的粘性薄膜4。

上述方法中，可以通过光刻、刻蚀等工艺形成硅阳膜；聚二甲基硅氧烷阴膜的设置，便于在粘性薄膜4上形成粘黏凸起，如果改性聚二甲基硅氧烷直接喷涂在硅阳膜上，无法固化形成粘黏凸起的粘性薄膜4；在半凝固的改性聚二甲基硅氧烷表面放置玻璃片，便于取出改性聚二甲基硅氧烷凝固后形成的粘性薄膜4，且在粘性薄膜4的转移过程中，可以避免粘性薄膜4发生形变，可以提高转移精度。

改性聚二甲基硅氧烷可通过稀释喷涂、倾倒、旋涂等方式将其均匀的覆盖在聚二甲基硅氧烷阴膜上。

本方案中的粘性薄膜4的材料优选为改性聚二甲基硅氧烷，改性聚二甲基硅氧烷制作粘性薄膜4，使得粘性薄膜4的性能稳定，粘附力强，粘性薄膜4的粘性不会随转移次数的增加而发生明显变化，延长了粘性薄膜4的使用寿命，提升转移装置的工作稳定性。

本方案还提供一种微电子元器件的大规模转移装置的转移方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：y轴直线运动台1水平运动将转移头3运动至初始平台8上方，转移头3与源基底板9对齐，z轴直线运动台2向下移动，直到转移头3上粘性薄膜4的粘黏凸起与微电子元器件10接触后，z轴直线运动台2停止，微电子元器件10粘附在粘性薄膜4上；

步骤2：启动z轴直线运动台2，z轴直线运动台2带动转移头3上移；粘性薄膜4带动微电子元器件10脱离源基底板9；

步骤3：y轴直线运动台1带动转移头3和z轴直线运动台2运动至目标平台6正上方，z轴直线运动台2带动转移头3向下运动，直到粘性薄膜4上的微电子元器件10与带电路结构的接收基板5接触时，z轴直线运动台2停止；

步骤4：将微电子元器件10焊接固定在带电路结构的接收基板5上，微电子元器件10完成后，启动z轴直线运动台2带动转移头3脱离带电路结构的接收基板5；

步骤5：重复步骤1～步骤4，实现微电子元器件10从源基底板9大规模转移固定至带电路结构的接收基板5上。

可通过有特定间距的凸起结构分批次分别拾取不同种类的微电子元件放至带电路结构的接收基板5的指定位置，实现多种微电子元器件10的定序排列。

本方案中的微电子元器件转移装置，转移过程简单，便于自动化控制，转移效率高，且方便移植在不同的设备上，提高了转移装置的使用范围。