修整微型电子元件的方法与装置与流程

1.本发明涉及一种修整微型电子元件的方法与装置。


背景技术：

2.随着显示技术的进步，时下除了主流的液晶显示器与有机发光二极管显示器之外，更发展出微型发光二极管显示器。
3.微型发光二极管显示器的制作过程通常是在成长基板成长出微型发光二极管芯片后，将微型发光二极管芯片转移至转移基板，而后再将微型发光二极管芯片从转移基板转移至显示背板。然而，有时会发生有质量不良的微型发光二极管芯片被转移至显示背板或转移基板，而需将此质量不良的发光二极管芯片移除。
4.当显示背板为玻璃载板时，通常是用激光打碎发光二极管芯片，再将碎片吹走，而当显示背板为印刷电路板时，通常是用加热解焊后再用吸笔拔走。然而，这种作法效率不高，且利用激光打碎微型发光二极管芯片所需的能量大，容易破坏显示背板的导电线路。对于从基板移除非微型发光二极管芯片的其他微型电子元件，亦有类似的问题产生。


技术实现要素：

5.本发明是针对一种修整微型电子元件的方法与装置，其具有高效率，且可减少对基板的损伤。
6.本发明的一实施例提出一种修整微型电子元件的方法，包括：提供基板，其中基板上配置有至少一微型电子元件；利用第一脉冲激光束对基板与微型电子元件的交界加热，以降低微型电子元件与基板的接合力；以及利用第二脉冲激光束照射于微型电子元件的表层，以于微型电子元件的表层产生因等离子体引起的震波，此震波使微型电子元件脱离基板。
7.本发明的一实施例提出一种修整微型电子元件的装置，适于修整配置有至少一微型电子元件的基板。修整微型电子元件的装置包括第一激光单元及第二激光单元。第一激光单元用以发出第一脉冲激光束对基板与微型电子元件的交界加热，以降低微型电子元件与基板的接合力。第二激光单元用以发出第二脉冲激光束，并使第二脉冲激光束照射于微型电子元件的表层，以于微型电子元件的表层产生因等离子体引起的震波，震波使微型电子元件脱离基板，其中第二脉冲激光束的脉波期间小于第一脉冲激光束的脉波期间。
8.在本发明的实施例的修整微型电子元件的方法与装置中，由于利用第一脉冲激光束来降低微型电子元件与基板的接合力，且利用第二脉冲激光束产生震波，来震飞微型电子元件，因此本发明的实施例的修整微型电子元件的方法具有高效率而能缩短工时。此外，由于不用利用激光将微型电子元件打碎，本发明的实施例的修整微型电子元件的方法与装置所使用的激光能量较低，而可以减少对基板的损伤。
附图说明
9.图1a至图1c为示出本发明的一实施例的修整微型电子元件的方法的流程的剖面示意图；
10.图2示出图1a与图1b中的第一及第二脉冲激光束的时序图；
11.图3为图1a的实施例的另一变化实施例的剖面示意图；
12.图4a与图4b分别示出图1a与图1b的第一脉冲激光束与第二脉冲激光束的涵盖范围；
13.图5是图1c的实施例的另一变化实施例的剖面示意图。
具体实施方式
14.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
15.图1a至图1c为示出本发明的一实施例的修整微型电子元件的方法的流程的剖面示意图。请参照图1a至图1c，本实施例的修整微型电子元件的方法包括下列步骤。首先，如图1a所示出，提供基板100，其中基板100上配置有多个微型电子元件200，基板100例如为显示背板，其上具有多个导电线路110，这些微型电子元件200可排成阵列形成显示像素阵列。在本实施例中，微型电子元件200为微型发光二极管芯片(micro light-emitting diode,micro led)。可然而，在其他实施例中，微型电子元件200亦可以是其他电子元件，例如微型集成电路(micro integrated circuit,micro ic)。在本实施例中，微型电子元件200具有多个接垫210，基板100上配置有微型电子元件200是通过多个凸块70分别焊接这些导电线路110与这些接垫210来达成。凸块是低熔点材料，如锡。此外，在本实施例中，微型电子元件200包括第一型半导体层220、第二型半导体层230及发光层240，其中发光层240位于第一型半导体层220与第二型半导体层230之间，第一型半导体层220电性连接至其中一个接垫210(例如是位于图1a中微型电子元件200的左下角的接垫210)，而第二型半导体层230电性连接至另一个接垫210(例如是位于图1a中微型电子元件200的右下角的接垫210)。第一型半导体层220例如为n型半导体层，而第二型半导体层230例如为p型半导体层。然而，在其他实施例中，也可以是第一型半导体层220为p型半导体层，而第二型半导体层230为n型半导体层。于未示出出的实施例中，基板100也可以是临时的转移基板，基板100上配置有微型电子元件200是通过基板上有多个材料可为高分子材料的缓冲部来配置微型电子元件。
16.接着，当经检测发现基板100上有部分的微型电子元件200(例如图1a右方的微型电子元件)为质量不良而欲移除时，利用第一脉冲激光束50对基板100与欲移除的微型电子元件200的交界加热，以降低微型电子元件200与基板100的接合力。也就是对于交界所在的多个凸块70、这些导电线路110和这些接垫210的区域加热来达成。在本实施例中，利用第一脉冲激光束50对基板100与微型电子元件200的交界加热是指对这些凸块70与这些导电线路110的交界加热，以使这些凸块70位于交界处的部分熔融。
17.此外，如图1b所示出，在这些凸块70位于交界处的部分熔融的情况下，利用第二脉冲激光束60照射于欲移除的微型电子元件200的表层202(例如是靠近表面的半导体磊晶层)，以于微型电子元件200的表层202产生等离子体(例如高密度等离子体)，等离子体撞击微型电子元件200相对于表层202的底层204而产生震波，而如图1c所示出，震波会震飞微型
电子元件200，使微型电子元件脱离基板100。
18.图2示出图1a与图1b中的第一及第二脉冲激光束的时序图。请参照图1a至图1c及图2，在本实施例中，第二脉冲激光束60的脉波期间τ2小于第一脉冲激光束50的脉波期间τ1，其中脉波期间是以半高宽来计算，也就是光强度在最大光强度的一半以上所持续的时间。举例而言，第一脉冲激光束50的脉波的最大光强度为i，则第一脉冲激光束50的脉波期间τ1则为光强度i/2以上的持续时间。在本实施例中，第二脉冲激光束60的脉波期间τ2落在第一脉冲激光束50的脉波期间τ1的后半段之后，以便在利用第二脉冲激光束60震飞微型电子元件200时，这些凸块70位于交界处的部分有足够时间充分地被第一脉冲激光束50加热而处于熔融的状态下，而较易于使微型电子元件200被震飞。更具体而言，第二脉冲激光束60的脉波期间τ2落在第一脉冲激光束50的脉波期间τ1的后半段之内，第二脉冲激光束60的起始时间点t2在第一脉冲激光束50的脉波期间τ1的中点t0与该第一脉冲激光束50的结束时间点t1之间的中点t3之后，其中t3＝(t0 t1)/2。也就是说，在时间点t1是凸块70开始冷却的时间，而第二脉冲激光束60较好的起始时间在第一脉冲激光束50存在的时间的末段。在本实施例中，第一脉冲激光束50的脉波期间τ1与第二脉冲激光束60的脉波期间τ2的比值大于等于106。此处，第一脉冲激光束50的脉波期间τ1的数量级是μs等级，即约为10-6
秒，而第二脉冲激光束60的脉波期间τ2的数量级是ps等级，即约为10-12
秒。
19.在本实施例中，第二脉冲激光束60的波长小于第一脉冲激光束50的波长。在一实施例中，第二脉冲激光束60的波长与第一脉冲激光束50的波长的比值大于0.3。举例而言，第一脉冲激光束50的波长例如是1064奈米(nanometer,nm)，第一脉冲激光束50为红外光，其易于被凸块70的材质所吸收，而第二脉冲激光束60的波长范围例如是150nm到355nm，第二脉冲激光束60为紫外光，其易于被微型电子元件200的半导体层所吸收，而可使第二脉冲激光束60不易照射到微型电子元件200下方的导电线路110而伤及导电线路110。
20.图1a至图1c的修整微型电子元件的方法可利用本实施例的一种修整微型电子元件的装置20来执行。修整微型电子元件的装置20适于修整配置有至少一微型电子元件200的基板100。修整微型电子元件的装置20包括第一激光单元30及第二激光单元40。第一激光单元30用以发出第一脉冲激光束50对基板100与欲移除的微型电子元件200的交界加热，以降低微型电子元件200与基板100的接合力。第二激光单元40用以发出第二脉冲激光束60，并使第二脉冲激光束60照射于微型电子元件200的表层202，以于微型电子元件200的表层202产生因等离子体引起的震波，此震波使微型电子元件200脱离基板100。其中，第二脉冲激光束60的脉波期间τ2小于第一脉冲激光束50的脉波期间τ1。第一脉冲激光束50与第二脉冲激光束60的其他细节可参照对于图1a至图1c与图2的实施例的说明，在此不再重述。
21.在本实施例中，第一激光单元30及第二激光单元40可以是各种形式的激光发射器。此外，修整微型电子元件的装置20可还包括控制器，电性连接至第一激光单元30及第二激光单元40，以控制第一激光单元30及第二激光单元40的发光时机、发光强度及作动。
22.在本实施例中，第一脉冲激光束50与第二脉冲激光束60皆从微型电子元件200远离基板100的一侧照射(即从图1a与图1b的上方往下方照射)。然而，在另一实施例中，第一脉冲激光束50从基板100远离微型电子元件200的一侧照射(如图3所示，由图3的下方往上方照射)，且第二脉冲激光束60从微型电子元件200远离基板100的一侧照射(即从图1b的上方往下方照射)，可让基板100与微型电子元件的交界加热更快，以更快降低微型电子元件
200与基板100的接合力。
23.图4a与图4b分别示出图1a与图1b的第一脉冲激光束与第二脉冲激光束的涵盖范围。请参照图1a、图1b、图4a及图4b，在本实施例中，第二脉冲激光束60的照射范围r2小于第一脉冲激光束50的照射范围r1。此外，在本实施例中，第二脉冲激光束60于微型电子元件200的顶面201的照射范围r2重叠且小于等于微型电子元件200的顶面201的面积。在一实施例中，第二脉冲激光束60照射于微型电子元件200的光斑直径d1小于微型电子元件200的最小边长d2(若微型电子元件200的顶面201的上视图为矩形或类似矩形，则最小边长d2为此矩形的短边)。此外，光斑直径d1是定义为光斑的光强度为最大光强度的1/e2以上的范围的直径，其中e为自然底数。第二脉冲激光束60于微型电子元件200的顶面201的照射范围r1重叠且小于等于微型电子元件200的顶面201的面积的设计，可以使第二脉冲激光束60照射于微型电子元件200的表面，以确保激光等离子体震波可以有效地施加力道在微型电子元件200上，且可以使微型电子元件200阻挡第二脉冲激光束60，而不会使基板100及其上的导电线路110受到第二脉冲激光束60的伤害。
24.此外，在本实施例中，利用第一脉冲激光束50对基板100与微型电子元件200的交界加热是指使第一脉冲激光束50照射于基板100与微型电子元件200的交界，而使此交界受热。然而，在另一实施例中，利用第一脉冲激光束50对基板100与微型电子元件200的交界加热也可以是指将第一脉冲激光束50照射于基板100或微型电子元件200以产生热能，而热能透过热传导而传递至基板100与微型电子元件200的交界。
25.在本实施例的修整微型电子元件的方法中，由于利用第一脉冲激光束50来降低微型电子元件200与基板100的接合力(此步骤可称为热工艺)，且利用第二脉冲激光束60产生震波，来震飞微型电子元件200(此步骤可称为剥离工艺)，因此本实施例的修整微型电子元件的方法具有高效率而能缩短工时。此外，由于不用利用激光将微型电子元件200打碎，本实施例的修整微型电子元件的方法所使用的激光能量较低，而可以减少对基板100的损伤。
26.图5是图1c的实施例的另一变化实施例的剖面示意图。请参照图1b及图5，在1c的实施例中，利用第二脉冲激光束60震飞微型电子元件200后，凸块70是随着微型电子元件200被震飞。然而，在图5的实施例中，也可以是第二脉冲激光束60震飞微型电子元件200后，凸块70被分裂为两部分，凸块70的上部74随着微型电子元件200被震飞，而凸块70的下部72则留在导电线路110上。也就是说，至少部分凸块70于与微型电子元件200脱离基板100后，留置于基板100。留在导电线路110上的凸块70的下部72有助于在震飞质量不良的微型电子元件200后，再接合一个质量良好的微型电子元件200于凸块70的下部72上。
27.此外，在图1a至图1c与图5的实施例中，确认第一脉冲激光束50的参数的方法如下。可调整参数为激光尖峰功率以及脉冲长度。可通过凸块70熔融产生的热辐射当作中间产物，然后使用光谱仪量测热辐射光谱仪的强度，作为二维参数扫描(参数例如为功率与脉波期间)的优化方向。或者可在进行二维参数扫描的过程，直接使用高压气体同步向目标微型电子元件200作用。
28.此外，确认第一脉冲激光束50的参数后，即可开始进行第二脉冲激光束60移除微型电子元件200的参数扫描。若使用固定脉冲长度，则可调整的参数为脉冲能量(单发)。另外，尽可能使光斑的直径小于等于微型电子元件200的最小边长。
29.在确定第一脉冲激光束50与第二脉冲激光束60的参数后，接下来调整的参数即为
两脉冲的时间差。
30.此外，凸块70的体积和激光能量之间的关系式为(x y)/a。将凸块70升到目标温度需x焦耳，激光对材料的吸收率为a(扣掉反射跟穿透，此数值小于1)，加热过程损失的能量为y(热传导、对流、辐射等损失)，则真正要输出到欲移除的微型电子元件200的激光能量为(x y)/a。其中，确认凸块70体积及密度，然后就可以算出重量。接着确认其热容值为多少，以及预计要升温多少度，就可以算出需要吸收多少能量(设为x焦耳)，才可以将凸块70升温到目标温度。
31.另一方面，震飞微型电子元件200的关系式为s
×
p》2倍的微型电子元件200的重量。其中，第二脉冲激光束60的光斑尺寸s，而微型电子元件200所受到的震波压力为p。
32.综上所述，在本发明的实施例的修整微型电子元件的方法与装置中，由于利用第一脉冲激光束来降低微型电子元件与基板的接合力，且利用第二脉冲激光束产生震波，来震飞微型电子元件，因此本发明的实施例的修整微型电子元件的方法具有高效率而能缩短工时。此外，由于不用利用激光将微型电子元件打碎，本发明的实施例的修整微型电子元件的方法与装置所使用的激光能量较低，而可以减少对基板的损伤。
33.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。