一种用于超薄、柔性电子器件转移的装置、方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电子封装与制造领域，具体涉及一种针对不同大小和厚度的电子器 件转移的装置、方法与应用。
【背景技术】
[0002] 目前，电子器件在极大的市场需求下发展迅速。柔性电子技术开拓了更为广阔的 应用区域，如智能皮肤、电子纸、柔性显示器等。柔性电子要求电子器件如1C芯片、电子结 构、集成微器件等具备一定的曲面适应能力，驱使电子器件变的越来越薄，目前实验用的1C 芯片其厚度已经达到10ym。然而，超薄器件极易弯曲和碎裂，不易承受极大的冲击力，这就 给目前器件从供体转移至接收基板或者电路上的转移技术带来极大的挑战。如何快速有效 的转移薄/超薄电子器件是当前电子封装领域中亟待解决的难题之一。
[0003] 传统的方式是利用自动半自动机械转移装置进行转移，其通过利用一个/组顶针 并辅助真空吸附等来分离器件和承载体。其具体工艺过程包括利用顶针顶起从承载体上剥 离器件，然后利用真空吸附转移并放置器件至合适的位置。这种转移方式采用机械强制分 离，会影响器件碎裂、分离成功率和效率，特别是面对越来越薄的器件，这种技术已经不能 满足目前的需求。
[0004] 为克服上述转移方式的缺陷，后来陆续出现了一些优化的技术方案，比如真空吸 附式（CN1669119A、CN1768422A)、采用刮取式分离器件的方法（CN101383274A)等。然而， 这些虽然从力学角度上缓解了器件破碎的问题，但是却降低了效率，工艺参数调节也十分 的不方便，面对日益发展的器件轻薄化，亟需更为先进的技术手段以提高器件转移效率和 可靠性。
[0005] 尽管使用激光等热剥离电子器件技术是最近备受关注的器件转移技术之一，其利 用激光对粘胶粘性的破坏从而使得器件脱离粘性束缚，这种方法剥离速度快，但激光作用 属于破坏性的剥离方式，产生热量也可能影响邻近的器件附着和定位；并且，由于基板或者 薄膜一般属于有机聚合物，热作用下产生的气体会对环境产生污染。
[0006] 专利US7943491B2中披露了 一种利用粘弹性胶体拾取并放置电子器件的方案。粘 取时，移动的方向和速度是关键的技术参数，该方案利用不同速度下的粘接强度来从承载 体上取走电子器件；放置器件则相反，利用粘弹性材料本身的低速运动时粘接强度松弛，从 而丧失粘弹性印章对器件的粘附。但是，由于粘接强度松弛过程是需要时间的，不同的材 料，性能上也大有差别，因此存在转移效率的问题。
[0007] 为克服上述转移效率的问题，近年，专利US2013/0069275A1中公开了一种可以提 高粘弹性印章放置效率的方法，其粘接表面采用犄角式的印章形式。其中的犄角结构采用 多层的PDMs微结构搭建而成，布置在粘胶表面的四个边角处。这种粘接表面布局可以在器 件放置时，依靠犄角层叠结构的弹性来顶起电子器件，从而加快芯片脱离粘接印章。然而， 这种多层的微结构依然需要依靠PDMs本身的松弛特性，犄角设计和特殊层叠结构起到加 快粘接力松弛的效果，但是顶起时间仍旧取决材质本身特性，其依然存在芯片脱粘时间相 对较长，无法适应目前对电子器件快速转移需求，而且其中的微结构由于其特殊的结构，使 得其制造成形过程复杂，对制备工艺要求较高。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于超薄/柔性电子器 件的转移装置、方法及应用，其通过对放置方式和原理的优化设计，从而显著降低器件脱粘 时间，使得电子器件的放置速度大为提高，其结构简单可靠，电子器件转移效率可以得到明 显提尚。
[0009] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种用于电子器件转移的装置，实 现电子器件从供体基板至受体基板的转移，该装置包括：
[0010] 上电极层和下电极层，其对置间隔布置，通电后在两者之间可产生电场；
[0011] 粘性层，其固结在下电极层的下表面，用于粘接待转移的电子器件以将其从供体 基板上拾取并从而可转移；
[0012] 其特征在于，还包括设置在上电极层和下电极层之间的电活性层，当电子器件被 移动到受体基板上方后，其可在两电极层通电而产生的电场作用下被挤压而产生纵向以及 横向的变形，该变形驱动电极层和粘性层产生变形，从而产生剪力和/或凹凸顶起力，作用 在附着于粘性层表面的电子器件上，使其被脱粘并放置于受体基板上。
[0013] 作为本发明的改进，所述电活性层材料可以为电致伸缩聚合物 (Electrostrictivepolymers)如PVDF类材料、或者介电弹性体（dielectric elastomers)如娃烧基类聚合物（silicone)。
[0014] 作为本发明的改进，所述电活性层根据具体的工艺的不同，其厚度可以在数十微 米到百微米之间。
[0015] 作为本发明的改进，所述电活性层可以为堆叠式互连结构，该互连结构中的电活 性层厚度应控制在数个微米。
[0016] 作为本发明的改进，所述电活性层尺寸可以根据变形公式=/w^t///VAP)2 来确定，式中，n是堆叠的电活性层层数，kJPk^分别代表电活性材料本身的介电常数和 真空介电常数，电压U施加在厚度为hEAP的电活性层上。
[0017] 作为本发明的改进，电极表面优选具有一定图案，其可实现在电场作用下电活性 层在图案的空隙中产生凸起，该凸起产生的顶起力耦合横向产生的剪力可实现电气器件更 好的脱粘。该图案的存在，使得在电极电场作用下将对电活性层产生挤压，从而电活性层将 在图案的空隙中产生凸起，进而使得所述的粘性层表面呈现凹凸状。器件放置时，利用凸起 产生的顶起力耦合横向产生的剪力可以更好的适应大薄类型的电子器件剥离。
[0018] 作为本发明的改进，所述电极表面的图案优选为多个小孔或凹槽。
[0019] 作为本发明的改进，上述电子器件的横向尺寸要小于粘结层的尺寸，便于电子器 件在粘结层变形的作用下主动脱粘。
[0020] 作为本发明的改进，所述粘性层的材料可为PDMs，其具备粘弹性能力。
[0021] 作为本发明的改进，上电极顶部附着具有一定弹性的有机材料用于连接该装置与 动力装置。
[0022] 作为本发明的改进，所述的装置可以结合真空吸附作用力，从而更好的完成电子 器件的拾取与放置。
[0023] 本发明的用于电子器件转移的装置、方法与工艺，其可以完成电子器件完好无损 地从供体基板转移至受体基板。该过程一般可以分解为从供体基板拾取电子器件，和通过 该拾取头转移到受体基板合适位置上并放置电子器件。
[0024] 本发明采用的拾取方法是利用粘弹性材料或者对剪力敏感的粘性材料作为粘取 器件的粘性层，通过合理的控制接触压力、拾取速度等参数来完成电子器件的拾取。同时利 用电活性材料在电场作用下的变形来完成电子器件的主动脱附和放置。
[0025] 本发明采用的电子器件转移装置包括一层或者多层电活性材料构成的电活性驱 动层；包括用于构建电场的上、下电极层；包括具有一定粘性的粘性层。具体特征包括所述 的上电极层和下电极层分别固结在电活性层的上下表面；所述的粘性层固结在下电极层的 下表面。
[0026] 进一步的，在所述的电活性层，根据具体的工艺的不同，其厚度可以在数十微 米到百微米之间，进一步的，如果需要减小所需电场大小，可以制造成堆叠式互连结构， 该互连结构中的电活性层厚度应控制在数个微米。具体制作尺寸可以根据变形公式 广「=%%(^///?|.^2来确定，式中，n是堆叠的电活性层层数，\和k汾别代表电活性 材料本身的介电常数和真空介电常数，电压U施加在厚度为hEAP的电活性层上，为变形 量。根据此公式，当单个电活性层可以控制在微米级，同样变形下，电极电压可以降低到百 伏左右，从而实现低压控制。所述的电活性层可以使用电致伸缩聚合物（Electrostrictive polymers)如PVDF类材料、或者介电弹性体（dielectricelastomers)如娃烧基类聚合物 (silicone)，如polydimethylsiloxane等具备一定机械性能的材料。
[0027] 进一步的，所述的电极材料为延展性较好的导电聚合物或者金属材料，如聚乙炔 (掺杂碘或溴）、聚苯胺、金等。所述的导电聚合物电极可以在微米级；所述的金属电极厚度 一般在数十纳米级。
[0028] 进一步的，所述的电极可以具有一定图案，在电极电场作用下，电极将对电活性层 产生挤压，从而点活性层将在图案的空隙中产生凸起，进而使得所述的粘性层表面呈现凹 凸状。器件放置时，利用凸起产生的顶起力耦合横向产生的剪力可以更好的适应大薄类型 的电子器件剥离。无图案的电极同样可以对粘性层产生剪力，也可以剥离一定规格的电子 器件。
[0029] 进一步的，上电极顶部附着具有一定弹性的有机材料用于连接该装置与动力设 备，涉及的动力装置包括电机或者气缸，提供所需压力和位移。
[0030] 进一步的，所述的装置可以结合真空吸附作用力，从而更好的完成电子器件的拾 取与放置。
[0031] 按照本发明的另一方面，提供一种利用上述装置进行电子器件转移的方法，以将 电子器件从供体基板转移至受体基板，其特征在于，该方法包括：
[0032] (1)所述的转移装置中的粘性层下表面充分接触电子器件上表面，并施加一定的 压力，从而使得粘性层充分粘接器件；
[0033] (2)所述的转移装置充分接触器件表面后，电子器件的供体基板固定后，所述的转 移装置带动电子器件以一定的速度完成器件与供体基板的剥离。
[0034] (3)电子器件被转移至靠近受体基板目标位置上方，在所述的上下电极施加电场， 使得电活性层产生变形，带动粘性层产生变形，进而完成器