功能，诸如但不限于用于发光的LED、用于逻辑部件和存储器的硅1C，以及用于射频(RF)通信的砷化镓(GaAs)电路。在一些实施例中，准备好拾取的微型LED器件阵列被描述为具有20 μ mX 20 μ m的节距，或5 μ mX 5 μ m的节距。在这些密度下，例如，6英寸的衬底可以10 μ mX 10 μ m的节距容纳约1.65亿个微型LED器件，或以5 μπιΧ5 μπι的节距容纳约6.6亿个微型LED器件。包括与对应的微型LED器件阵列的节距的整数倍相匹配的静电转移头部阵列的质量转移工具操纵器组件可用于拾取微型LED器件阵列并将其转移到接收衬底。这样，可以高转移速率将微型LED器件集成并装配到异类集成系统中，包括从微型显示器到大面积显示器的范围的任何尺寸的衬底。例如，IcmX Icm的静电转移头部阵列可拾取并转移100，000个以上的微型器件，利用更大的静电转移头部阵列能够转移更多的微型器件。
[0046]参见图1，其示出根据本发明的实施例的质量转移工具的透视图图示。如图所示，质量转移工具100可包括质量转移工具操纵器组件102，该质量转移工具操纵器组件用于从由承载衬底保持器104所保持的承载衬底拾取微型器件阵列并且用于将微型器件阵列转移并释放到由接收衬底保持器106所保持的接收衬底上。质量转移工具100和质量转移工具操纵器组件102的操作可至少部分地由计算机系统108来控制。在一个实施例中，如下进一步详述的，计算机系统108可基于从位于与质量转移工具操纵器组件102耦接的微型拾取阵列支座上的各种传感器接收的反馈信号来控制质量转移工具操纵器组件102的操作。
[0047]在一个实施例中，质量转移工具100和质量转移工具操纵器组件102的部件和子组件可相对于彼此移动。例如，质量转移工具100和质量转移工具操纵器组件102可调整部件之间的空间关系以有助于利用静电转移头部阵列来转移微型器件阵列。此类调整可能需要多个自由度的精确移动。例如，质量转移工具操纵器组件102可包括用于以至少三个自由度(例如，翻转、倾斜和在z方向上移动)调整微型拾取阵列支座的致动器组件。类似地，承载衬底保持器104可由质量转移工具100的具有例如沿水平面内的正交轴的至少两个自由度的x_y板110来移动。因此，在一个实施例中，由质量转移工具操纵器组件102支撑的静电转移头部阵列和由承载衬底保持器104所保持的承载衬底支撑的微型器件阵列可以五个自由度相对于彼此精确移动。然而，质量转移工具100和质量转移工具操纵器组件102可包括在微型器件阵列和静电转移头部阵列之间或在系统的其他部件之间提供更多自由度的附加致动器。例如，质量转移工具操纵器组件102可安装在相对于χ-y板110移动的x_y板上，在由质量转移工具操纵器组件102支撑的静电转移头部阵列和由承载衬底保持器104所保持的承载衬底支撑的微型器件阵列之间创建另外两个自由度。
[0048]参见图2，其示出根据本发明的实施例的保持微型拾取阵列的质量转移工具操纵器组件的透视图图示。图2呈现质量转移工具操纵器组件102的实施例的结构部件的概述。质量转移工具操纵器组件102可包括与质量转移工具100的质量转移工具支座200耦接的外壳210。外壳210可具有与翻转-倾斜-Z致动器组件220可完全地或部分地包含在外壳210内，并且致动器组件220可通过分布板240与翻转-倾斜_z挠曲部230耦接。分布板240还可与微型拾取阵列支座250耦接。在一个实施例中，微型拾取阵列支座250可通过绝缘板260与分布板240耦接，例如通过使微型拾取阵列支座250直接保持在绝缘板260上。在一个实施例中，微型拾取阵列支座250可与中间部件例如保持板270接合，该中间部件通过保持环280保持紧贴绝缘板260。此外，支撑静电转移头部阵列的微型拾取阵列290可与微型拾取阵列支座250集成。
[0049]参见图3，其示出根据本发明的实施例的相对于图2的剖面线A-A获取的质量转移工具操纵器组件的横截面透视图图示。图3呈现质量转移工具操纵器组件102的实施例的结构组件之间的机械相互作用的更多细节。例如，致动器组件220可包括一个或多个致动器310，该一个或多个致动器具有可与外壳210和/或质量转移工具支座200固定地耦接的第一致动器附接件312。致动器310可进一步包括能够相对于第一致动器附接件312移动的第二致动器附接件314。如上所述，第二致动器附接件314可进一步与分布板240紧固在一起。因此，对致动器310进行致动可引起分布板240和外壳210之间的相对移动。
[0050]因此，对致动器310进行致动可具有至少两个结果。第一，由于微型拾取阵列支座250可与分布板240直接地或间接地耦接，因此对致动器310进行致动可改变微型拾取阵列支座250或与微型拾取阵列支座250接合的微型拾取阵列290和外壳210之间的空间关系。第二，由于分布板240和外壳210可与翻转-倾斜-Z挠曲部230的相对端耦接，因此在分布板240相对于外壳210移动时对致动器310进行致动可向翻转-倾斜-Z挠曲部230施加拉伸负载、压缩负载和/或扭转负载。
[0051]在一个实施例中，绝缘板260可用于以加热方式使微型拾取阵列支座250与质量转移工具操纵器组件102的其他部件隔离。例如，可将绝缘板260置于微型拾取阵列支座250和致动器组件220或质量转移工具操纵器组件102的其他部件之间。此外，可通过限制部件之间的接触区域来将绝缘板260和微型拾取阵列支座250或质量转移工具操纵器组件102的其他部件之间的接触最小化。例如，绝缘板260可使用利用紧固件连接至部件的绝缘柱来与分布板240耦接，而不是使用导电耦接件诸如焊缝与部件耦接。
[0052]在一个实施例中，绝缘板260可由在被加热至200°C时表现出低热导率例如低于约1.5W/m*°C的热导率的材料形成。例如，绝缘板260可由不透明恪融石英材料或具有绝缘特性的其他材料形成。在一个实施例中，绝缘板260由包含均匀分布的小于约20微米的微小气泡的高纯度不透明恪融石英材料形成，例如由总部设在Mentor, OH的PyromaticsCorp.制造的“Pyro-LD80”。因此，如下进一步详述的，绝缘板260可作为隔热层来以加热方式使质量转移工具操纵器组件102的部件诸如致动器310(例如，压电致动器)和感测模块316与用于加热支撑静电转移头部阵列的微型拾取阵列290的加热元件隔离。
[0053]在一个实施例中，保持板270和微型拾取阵列支座250可由具有类似热膨胀系数的材料形成。例如，微型拾取阵列支座250可由硅形成并且保持板270可由受控膨胀镍合金例如低膨胀“合金39”形成。合金39为受控膨胀合金，在一个实施例中，该受控膨胀合金包括0.05C、0.40Μη、0.25S1、39.0ON1、BalFe的化学组成。通过比较，合金39在25°C附近表现出约2(X10-6/°C)的热膨胀系数，而硅在相同温度附近表现出约3(X10-6/°C)的线性热膨胀系数。因此，微型拾取阵列支座250和保持板270不必具有相同的热膨胀特性，但这些部件在经受温度变化时可在相同的数量级内伸展和收缩。
[0054]在一个实施例中，保持环280可使用夹具、螺纹紧固件或其他已知的紧固机构紧固在绝缘板260上或直接紧固在分布板240上。此外，保持环280可包括紧压微型拾取阵列290或保持板270的一个或多个插片或唇缘以使保持板270紧贴夹持绝缘板260并且使微型拾取阵列支座250与分布板240耦接。也可使用用于保持微型拾取阵列支座250的其他方式。例如，保持板270可使用已知的粘合或热键合技术例如熔接或焊接直接键合至绝缘板260。
[0055]参见图4A，其示出根据本发明的实施例的具有致动器和挠曲附接件的致动器组件的侧视图图示。在一个实施例中，致动器组件220包括在第一致动器附接件312和第二致动器附接件314之间产生运动的至少一个致动器310。例如，致动器组件220可包括三个线性致动器，每个线性致动器在单个线性方向上相对于第二致动器附接件314移动第一致动器附接件312。因此，致动器组件220可在与第一致动器附接件312耦接的质量转移工具支座200和与第二致动器附接件314耦接的分布板240之间创建至少两个自由度的总和。更具体地，致动器组件220可使分布板240相对于质量转移工具支座200翻转并倾斜。可改变致动器组件220中的致动器310的数量和类型以改变质量转移工具支座200和分布板240之间的自由度和/或运动范围，例如致动器310可为旋转致动器而不是线性致动器。因此，在一个实施例中，致动器组件220可通过同时延伸三个线性致动器中的每个线性致动器来在z方向上提供第三自由度。然而，在另一个实施例中，另外的自由度可由质量转移工具操纵器组件102之外的致动器来提供，例如由质量转移工具100的可在z方向上移动质量转移工具支座200的单个线性致动器来提供。类似地，如上所述，χ-y板110可在质量转移工具100和质量转移工具操纵器组件102的部件之间提供附加自由度。因此，在一个实施例中，致动分布板240可不仅仅依赖于致动器组件220的移动，还可依赖于外部致动器。
[0056]在一个实施例中，致动器310可为压电致动器。尽管可使用其他线性致动器，例如液压致动器、气动致动器或机电致动器，但压电致动器在由通过致动器引线404传送的信号控制时通过相对较短的移动可表现出精定位分辨率。在一个实施例中，致动器310可为具有约30微米运动范围的压电致动器。
[0057]在一个实施例中，第一致动器附接件312可包括第一挠曲附接件402。第一挠曲附接件402可包括一个或多个挠曲缓解件406。挠曲缓解件406可被配置为在不同于致动器310的运动方向的方向上向第一挠曲附接件402提供挠曲性。例如，挠曲缓解件406可包括在第一挠曲附接件402中加工的通道以在正交于致动器310的长度的方向上提供挠曲性。此外，第一挠曲附接件402可提供无滞后的移动以抵消可能存在于致动器310中的任何反冲。致动器310和第一挠曲附接件402可与耦接轴408耦接，该耦接轴具有对形成于致动器310和第一挠曲附接件402中的孔进行接合的端部。可使用已知的键合和夹持方法，允许耦接轴408浮动于孔内或刚性固定于孔中。
[0058]参见图4B，其示出根据本发明的实施例的质量转移工具操纵器组件的翻转-倾斜-Z挠曲部的透视图。翻转-倾斜-Z挠曲部230可包括顶部挠曲部件410和底部挠曲部件412。在一个实施例中，顶部挠曲部件410和底部挠曲部件412由柔性耦接件414连接。柔性耦接件414可具有多个构型，例如柔性耦接件414可包括具有穿过翻转-倾斜-Z挠曲部230的侧壁的一部分的一个或多个径向槽416的横梁耦接件或螺旋耦接件。在一个实施例中，径向槽416可被一个或多个分隔部418彼此分开。另选地，径向槽416可为穿过翻转-倾斜-Z挠曲部230的单个螺旋形成的槽。
[0059]柔性耦接件414可被配置为允许顶部挠曲部件410和底部挠曲部件412沿z轴420并且围绕翻转轴422和倾斜轴424相对于彼此移动。因此，当顶部挠曲部件410通过刚性外壳210与质量转移工具支座200耦接并且底部挠曲部件412通过刚性分布板240与致动器组件220耦接时，顶部挠曲部件410和底部挠曲部件412之间的运动反映了质量转移工具支座200和分布板240之间的运动。因此，翻转-倾斜-Z挠曲部230允许致动器组件220相对于质量转移工具支座200调整分布板240以及与分布板240耦接的微型拾取阵列支座250和/或微型拾取阵列290。
[0060]除了允许致动与分布板240耦接的微型拾取阵列支座250和/或微型拾取阵列290之外，翻转-倾斜-Z挠曲部230还可以多种方式促成此类致动。例如，可对翻转-倾斜-Z挠曲部230的柔性耦接件414的刚度进行调整以允许微型拾取阵列支座250在接触承载衬底上的微型器件时变形。另外，可对翻转-倾斜-Z挠曲部230的柔性耦接件414的刚度进行调整以使致动器组件220的运动流畅。此外，可对翻转-倾斜-Z挠曲部230的柔性耦接件414的刚度进行调整以提供拾取力，该拾取力回缩由静电转移头部703从承载衬底夹持的微型器件。
[0061]在一个实施例中，柔性耦接件414可比下文进一步详述的微型拾取阵列支座250的柔顺性元件的刚度更强。以这种方式匹配柔性耦接件414和柔顺性元件之间的刚度可允许在静电转移头部阵列接触微型器件阵列时柔顺性元件按需变形。即，接触负载可替代性地由柔顺性元件吸收，而不是接触负载由柔性耦接件414吸收。此外，柔顺性元件可在这种负载下变形并且该变形可由与柔顺性元件集成的位移传感器518来感测并且用作反馈以调整致动器组件220。
[0062]在一个实施例中，在致动器组件220移动分布板240时，柔性親接件414可向分布板240提供无功负载。例如，在由具有三个致动器的致动器组件220使分布板240翻转的情况下，每个致动器的运动学可能略不匹配，从而导致不需要的抖动或扭转，例如分布板240的偏航。可对柔性耦接件414的刚度进行调整以抵消该运动学不匹配并抵抗不需要的移动。例如，在一个实施例中，柔性耦接件414具有如上所述的横梁耦接件，即具有位于径向槽416之间的分隔部418，柔性耦接件414的扭转刚度可高到足以防止围绕z轴420旋转，从而完全限制分布板240的围绕翻转轴422和倾斜轴424翻转并倾斜的运动。
[0063]在一个实施例中，柔性耦接件414在由致动器组件220施加的拉伸负载下可在长度上伸展，但施加于柔性耦接件414上的力可产生存储的势能以在使致动器组件220去激活之后产生恢复性负载。换句话讲，在移除致动器组件220的偏置负载之后，柔性耦接件414可充当拉伸弹簧以拉取分布板240，以及与分布板240耦接的微型拾取阵列支座250。在静电转移头部阵列703静电地夹持附接至承载衬底的微型器件阵列的情况下，由柔性耦接件414产生的恢复性负载可大于从承载衬底拾取微型器件阵列所需的负载，即破坏压力。例如，在一个实施例中，可预期破坏压力为约两个大气压，从而可对柔性耦接件414进行调整以在延伸时产生相当于高于两个大气压的压力的恢复性负载。因此，在使静电转移头部阵列夹持微型器件阵列之后，可使致动器组件220去激活并且可由来自柔性耦接件414的恢复性负载提供拾取压力。
[0064]在一个实施例中，微型拾取阵列支座250包括通过一个或多个电连接件诸如柔性电路318来向位置感测模块316和/或计算机系统108提供反馈信号的传感器。如下所述，反馈可包括来自用于控制回路的位移传感器的模拟信号以调整致动器310的致动，因此调整微型拾取...