專利名稱：定位微元件于基板上的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位微元件于基板上的裝置及其方法，尤指一種利用一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)來定位微元件于基板上的裝置及其方法。
背景技術(shù)：
目前常見的射頻識別電子標(biāo)簽(Radio Frequency Identification Tag，即RFID Tag)及發(fā)光二極管(Light Emitter diode，即LED)是兩種使用微小晶粒的代表產(chǎn)品，由于此類產(chǎn)品的特色是其晶粒的尺寸都很微小，并且價格低、用量高，在整個產(chǎn)品的成本結(jié)構(gòu)中，傳統(tǒng)的封裝成本占有很高的比例(約占20％以上)，因此如何既降低封裝成本，又能大量生產(chǎn)便成為最重要的研究課題之一。請參閱圖1，圖1顯示出RVB System group(RVB系群)所生產(chǎn)的一種RFID Tag 10，其具有一微小晶粒11、以及一組由內(nèi)向外逐漸擴大的弧方形天線12。請參閱圖2，圖2顯示出Roithner Light Technik所生產(chǎn)的一種近紅外線(near-IR)的LED 20，其具有一晶粒(Die)21、一束制導(dǎo)線及導(dǎo)線(Wire bond & wire)22、一硅基板23、一印刷電路板24及一反射器(Reflector)25等。
傳統(tǒng)的IC晶粒封裝技術(shù)為一種選取及放置(Pick and Place)的方式，西屋電子(Westinghouse electric corp.)在1983年就已經(jīng)擁有關(guān)于選取及放置方式的相關(guān)專利。其工作原理如同字面上的意思是以一只機械手臂作為晶粒的擷取、傳送與定位的功能，其從已切割晶片上擷取晶粒，而后將晶粒傳送到基板的特定位置上。在傳統(tǒng)的IC封裝的制作過程中，雖然如果將錫球作為一個信號接點，錫球在回流(reflow)時會由于表面張力的關(guān)系而具有自主對準(zhǔn)的功能，但是通常錫球的大小遠(yuǎn)小于IC晶粒，而且其位于晶粒的邊緣，所以還是需要通過該機械手臂將晶粒精確地放置于正確的位置，以使讓每一顆錫球都接觸到接點，由于該機械手臂對精確度的要求極高，最多只能一次放置五個微元件，因此仍局限在一維的線性布局而已，而無法擴大到進(jìn)行整個面的放置型式。再由于制作過程中對其移動與位置定位的精確度的要求，該機械手臂的設(shè)計通常需要非常復(fù)雜的設(shè)計才能達(dá)到要求，或者需要用一個反饋控制系統(tǒng)來微調(diào)晶粒，使之置于基板的正確位置。至于GDSI公司已經(jīng)批量生產(chǎn)且在市面上銷售的選取及放置的設(shè)備機器，則如圖3中的附圖標(biāo)記30所示。
請參閱圖4，圖4顯示出另一種運用于微晶粒的封裝技術(shù)，其為Prof.Smith所提出的一種流體自組裝技術(shù)(Fluidic SelfAssembly，即FSA)，主要是將此技術(shù)運用于LED封裝的過程，LED需要先以特殊的制作過程蝕刻出背面結(jié)構(gòu)，而在一硅基板41上蝕刻多組具有相對應(yīng)外型的多個凹槽42，然后將硅基板41置于溶液中，并且將大量的LED晶粒40丟入溶液中，利用水流帶動LED晶粒40運動，由于硅基板41上蝕刻出與晶粒40形狀相對應(yīng)的凹槽42，LED晶粒40會掉落至凹槽42內(nèi)而達(dá)到快速大量地將晶粒40放置于基板41上的效果。而后續(xù)相關(guān)的專利，諸如美國專利第4,398,863、5,961,168、5,783,856、5,824,186、5,904,545、6,527,964、6,623,579、6,864,570等，主要是專注于如何改善LED晶粒的設(shè)計，以增加定位的準(zhǔn)確度以及簡化后續(xù)的封裝程序，如基板41與微晶粒40特定區(qū)域的表面特性被改質(zhì)成為一種斥水性，以提高精確度與優(yōu)良率。而Alien也于RFID Tag的大量封裝制作過程上利用了此方法。
綜上所述，微小芯片放置于基板上的正確位置的現(xiàn)有技術(shù)中有選取及放置方式和流體自組裝技術(shù)，其各有如下所述的缺點一、選取及放置方式1.需以機械控制的方式來達(dá)到對位的功能，需要有完整的位置感測系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)及位置調(diào)整系統(tǒng)等復(fù)雜的設(shè)計來達(dá)到芯片對位的功能；2.由于需要采用機械控制的方式，所以需要較長的時間來定位微小晶粒于正確位置；3.由于以機械手臂作為調(diào)整位置的方式，其調(diào)整精度有限，對于更高精度的定位要求需要設(shè)計更為復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)與電控系統(tǒng)，當(dāng)晶粒越小時，其單位成本就越高；4.由于以機械手臂作為調(diào)整位置的方式，所以一次僅能放置一顆，因此難以提高單位時間的產(chǎn)出；以及
5.由于以機械手臂作為調(diào)整位置的方式，所以目前以真空吸筆擷取晶粒的方式越來越困難，難以用于小于毫米等級以下的晶粒。
二、流體自組裝技術(shù)1.流體自組裝技術(shù)將微小晶粒置于基板的方式要求微小晶粒的背面要先蝕刻出特殊的造型，以利于后續(xù)的制作過程的需要；2.流體自組裝技術(shù)將微小晶粒置于基板的方式，除了要求于微小晶粒背面蝕刻出特殊形狀之外，還需要作表面改質(zhì)處理，將晶粒的背面從親水性變更為斥水性，以利于后續(xù)的制作過程的需要；3.流體自組裝技術(shù)將微小晶粒置于基板的方式，是將大量的微小晶粒置于水溶液內(nèi)，再輔以震動等方式來加速微小晶粒掉入基板凹槽內(nèi)，其仍需要設(shè)計一個晶粒回收系統(tǒng)、一個水溶液控制系統(tǒng)、以及一個干燥系統(tǒng)等等，故其整體的系統(tǒng)是極為龐大的；4.流體自組裝技術(shù)將微小晶粒置于基板的方式，是將大量的微小晶粒置于水溶液內(nèi)，并且回收未置入的晶粒，由于其晶粒要長時間置于水溶液內(nèi)，因此造成了晶粒損壞的風(fēng)險；以及5.流體自組裝技術(shù)將微小晶粒置于基板的方式需要準(zhǔn)備遠(yuǎn)高于原定目標(biāo)封裝的微小晶粒的數(shù)量，由此提高晶粒40掉入凹槽42的機率，以保持封裝的產(chǎn)出速率與優(yōu)良率，還要避免存有一些尚未填滿的凹槽以及部分未能填到正確位置等不良率，所以諸如此類有缺陷的定位裝置，實在很不理想。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于改善機械手臂定位微晶粒過于緩慢及FSA尚需設(shè)計晶粒回收系統(tǒng)的問題，在實驗、測試及研究后，本發(fā)明提出一種定位微元件于基板上的裝置及其方法，其除了有效解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點之外，還可獲得微元件能迅速在基板上完成定位的便利性。亦即本發(fā)明所欲解決的課題為如何克服微元件在基板上不容易定位的問題；如何克服在不采用其它的材質(zhì)作為輔助的前提下，也可以在一平坦的基板上形成凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的問題；以及如何克服在基板上能夠迅速而大量地形成多個凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的問題等。
本發(fā)明涉及一種定位微元件于基板上的方法，其包含下述步驟提供一基板；于該基板上形成一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)；形成一微液珠于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)上；提供一微元件；以及使該微元件接觸該微液珠，以利用該微液珠的表面張力來移動該微元件至該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的表面。
優(yōu)選地，該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)形成方法還包含在該基板上利用蝕刻方式、或利用加壓機構(gòu)的沖?；蛑亓_印的沖模來形成一環(huán)繞凹槽，該環(huán)繞凹槽即為一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)周邊，以形成高于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)周邊的該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)形成方法還包含利用網(wǎng)版印刷方式、膠帶黏附方式、或形成薄膜的方式，而在該基板上制作該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。
當(dāng)然，該形成微液珠方法還可以包含利用一噴嘴或一滴管噴出或滴出該微液珠。
當(dāng)然，該形成微液珠方法還可以包含于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)中裝設(shè)一輸水管，以形成該微液珠。
優(yōu)選地，該方法中的提供一微元件的步驟是利用一震動裝置、一機械裝置、一具有單一或多根頂針的機械裝置、一托盤裝置、一氣體吹送裝置或一整個面的真空吸放裝置，來分別拋出、撥送、頂出、快速移開該托盤裝置而使微元件依本身重力自然落下、吹送或整個面吸放，來置放該微元件。
按照主要技術(shù)的構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種微元件定位裝置，其包括一微液珠產(chǎn)生器，以及一基板，其臨近該微液珠產(chǎn)生器設(shè)置，一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，形成于該基板上，該微液珠產(chǎn)生器用于在該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面上形成一微液珠，使得一微元件利用該微液珠定位在該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面上。
優(yōu)選地，該裝置的該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一周邊為一定位區(qū)周邊，其低于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的該表面。
當(dāng)然，該裝置的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的尺寸相當(dāng)于該微元件的尺寸。
當(dāng)然，該裝置的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的造型可以與該微元件的造形相配合，以達(dá)到自我對位的效果。
優(yōu)選地，該裝置的微液珠的截面積為該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的截面積的二分之一至四分之一，而該表面張力為一吸附作用力，利用該吸附作用力來獲得一邊緣效應(yīng)，即縮短該微元件的一可動側(cè)邊與該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一不動側(cè)邊之間的距離，以調(diào)整該微液珠至一最小表面勢能的位置。
優(yōu)選地，該裝置的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)由不透水材料制成，其與該微晶粒同樣具有一親水性的表面或一斥水性的表面，其只要能形成微液珠在凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)與材料形成表面張力，均在本專利申請的范圍內(nèi)。
當(dāng)然，該裝置的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)可以與多個凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)共同以數(shù)組的方式作排列。
當(dāng)然，該裝置的微液珠的材料可以為水、油、酒精、液態(tài)膠、汞或液態(tài)錫球。
優(yōu)選地，該裝置的基板為一柔性封裝基板或一剛性封裝基板。
優(yōu)選地，該裝置的基板為一可重復(fù)使用的基板，并作為封裝過程中傳送該微元件的載具。
若是從另一個可行的角度來看，本發(fā)明又提供一種微元件定位裝置，其包括一表面張力來源產(chǎn)生器，以及一基板，其鄰近該表面張力來源產(chǎn)生器設(shè)置，該基板具有一工作區(qū)，該表面張力來源產(chǎn)生器于該工作區(qū)上形成一表面張力來源，使該表面張力來源介于一微元件與該基板之間，以利用該表面張力來源的一表面張力來移動該微元件至該基板上的該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面。
當(dāng)然，該裝置的表面張力來源產(chǎn)生器可以為一液珠產(chǎn)生器，該工作區(qū)包括一定位區(qū)及低于該定位區(qū)的一定位區(qū)周邊，該表面張力來源為一微液珠。
另外從一種相當(dāng)?shù)募夹g(shù)層面來看，本發(fā)明再提供一種微元件定位裝置，其包括一表面張力來源產(chǎn)生器，以及一基板，其鄰近該表面張力來源產(chǎn)生器設(shè)置，該基板具有一定位區(qū)及高于該定位區(qū)的一定位區(qū)周邊，且該微元件被定位于定位區(qū)周邊的一表面。
優(yōu)選地，該裝置的定位區(qū)為一凹狀結(jié)構(gòu)。
若是從另一個可實施的層面來看，本發(fā)明則提供一種定位微元件于基板上的方法，其包含如下步驟提供一基板；于該基板上形成一定位區(qū)及一定位區(qū)周邊；且該定位區(qū)高于該定位區(qū)周邊；形成一微液珠于該定位區(qū)上；提供一微元件；以及使該微元件接觸該微液珠，以利用該微液珠的一表面張力來移動該微元件至該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面。
當(dāng)然，該方法的定位區(qū)也可以為一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面。
經(jīng)由上述構(gòu)想的解說，即能看出本發(fā)明所運用的定位微元件于基板上的裝置及其方法，能利用一微液珠形成于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)上，而通過其表面張力移動該微元件到該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面，并具有運用蝕刻技術(shù)于該基板上形成一環(huán)繞凹槽來獲得一個相比該環(huán)繞凹槽更高的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的特色。為了便于說明，本發(fā)明通過下述的優(yōu)選實施例及圖示來進(jìn)行進(jìn)一步解釋。


圖1是公知的RFID Tag的平面示意圖；圖2是公知的LED的平面示意圖；圖3是公知的選取及放置設(shè)備機器的立體示意圖；圖4是公知的流體自組裝技術(shù)的封裝過程的微晶粒置放方式的示意圖；圖5(A)-5(G)是本發(fā)明的定位微元件于基板上的方法的優(yōu)選實施例的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的平面示意圖與側(cè)視示意圖、微液珠形成的平面示意圖與側(cè)視示意圖、其與微元件接觸的平面示意圖與側(cè)視示意圖、及微元件已經(jīng)對準(zhǔn)完成的側(cè)視示意圖；圖6(A)-6(C)是本發(fā)明的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)另一形成方式的平面示意圖、縱向剖面示意圖及橫向剖面示意圖；圖7(A)-7(C)是圖5中的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)又一形成方式的平面示意圖、縱向剖面示意圖及橫向剖面示意圖；圖8(A)-8(B)是形成圖5中的微液珠的動作示意圖；圖9是另一形成圖5中的微液珠的動作示意圖；圖10是輕拋出圖5中的微元件的震動裝置的立體示意圖；圖11(A)-11(C)是微液珠的截面積小于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的截面積的二分之一的移動結(jié)果側(cè)視示意圖、其介于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的截面積的二分之一與一之間的移動結(jié)果側(cè)視示意圖、及其相當(dāng)于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的截面積的移動結(jié)果側(cè)視示意圖；圖12是微液珠的位移與表面勢能的關(guān)系曲線示意圖；以及圖13是相對于圖5中的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的另一種凹狀結(jié)構(gòu)的形成方式的縱向剖面示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下10RFID Tag11 晶粒12天線20 LED21晶粒22 束制導(dǎo)線及導(dǎo)線23硅基板 24 印刷電路板25反射器 30 選取及放置設(shè)備機器
40晶粒41 硅基板42凹槽41 硅基板50基板51 凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)52微液珠 53 微元件54凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的表面 60 基板61環(huán)繞凹槽/凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)周邊/定位區(qū)周邊62凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)70 基板71凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)80 微液珠產(chǎn)生器81微液珠 82 凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)90凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)91 輸水管92微液珠 100 震動裝置101 微元件 110，111微液珠131 基板131 工作區(qū)132 定位區(qū) 133 定位區(qū)周邊134 微液珠 135 微元件136 定位區(qū)周邊的表面具體實施方式
請參閱圖5(A)-5(G)，圖5(A)-5(G)顯示出一種所發(fā)展出的、新式的定位微元件于基板上的方法，其包含如下步驟提供一基板50；于基板50上形成一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51；形成一微液珠52于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51上；提供一微元件53；以及使微元件53接觸微液珠52，以利用微液珠52的表面張力來移動微元件53至凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的如圖5(B)所示的表面54上。
請參閱圖6(A)-6(C)，制造凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的方法還包含在基板60上利用蝕刻方式、或利用加壓機構(gòu)的沖模或重力沖印的沖模來形成一環(huán)繞凹槽61，環(huán)繞凹槽61即為凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)62的周邊61，以形成高于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的周邊61的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)62，其步驟如下先制作掩模，再利用曝光顯影的方式將掩模上的圖案轉(zhuǎn)錄于基板60上的光刻膠上，而后于基板60上蝕刻所需要的形狀，而后將光刻膠去除，即可以于基板60上得到所需的數(shù)組凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)62。請參閱圖7(A)-7(C)，該方法還包含利用網(wǎng)版印刷方式、膠帶轉(zhuǎn)貼以進(jìn)行黏附的方式或形成薄膜的方式，而在基板70上制作凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)71。所以前述圖6(A)-6(C)中的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)62及圖7(A)-7(C)中的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)71的材料分別與相對應(yīng)的基板60，70相同及不同。請參閱圖8(A)-8(B)，該方法還可以包含利用一微液珠產(chǎn)生器80或滴管，以噴灑或滴出微液珠81，并由上方滴落在凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)82上。請參閱圖9，該方法還可以包含于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)90中裝設(shè)一輸水管91(孔洞)，以由下面的孔道擠出并流動形成微液珠92。該方法還包含利用如圖10所示的一震動裝置100，以輕拋(Flip)出微元件101，而此震動裝置100也可以改成一機械裝置、一具有單一或多根頂針的機械裝置、一托盤裝置、一氣體吹送裝置或一整個面的真空吸放裝置，以分別撥送、頂出、快速移開該托盤裝置使微元件依本身重力自然落下、吹送或整個面吸放，來置放微元件101。
按照主要技術(shù)的構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種微元件定位裝置，其包括如圖8所示的一微液珠產(chǎn)生器80(例如一個噴嘴或一根滴管，其可以控制微液珠52的大小，也可以采用一整排噴嘴的方式同時噴出多顆微液珠52)，以及一基板50，其鄰近微液珠產(chǎn)生器80裝設(shè)，并包括一定位區(qū)51，其形成于基板50上，微液珠產(chǎn)生器80用于在定位區(qū)51上形成一微液珠52，一定位區(qū)周邊61，其設(shè)置成低于定位區(qū)51，以利于一微元件53接觸微液珠52，從而利用微液珠52的一表面張力來移動微元件53至凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的一表面54上。
該裝置的微元件53為一微元件53(也可以改為其它具有特殊用途的微小材料)，其于基板50上借助微液珠52來獲得自我對位的效果。其中微元件53會在最小表面勢能的作用下，與凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51產(chǎn)生自我對準(zhǔn)的作用，利用最小表面勢能與邊緣效應(yīng)的綜合作用，精確地將微元件53放置于基板50上的正確位置。因為邊緣效應(yīng)極為強大，所以微液珠52會被緊緊地局限于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51上而不會溢出該范圍內(nèi)，并且由于微液珠52位于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51上，所以微元件53不會與基板50產(chǎn)生接觸，而發(fā)生微液珠52在兩固體51，53表面間的黏著力互相牽制，進(jìn)而影響到自主對準(zhǔn)的準(zhǔn)確度。
不論一開始微元件53與微液珠52的接觸位置如何，微元件53的最后位置會根據(jù)凸起結(jié)構(gòu)51的外型設(shè)計而移動微元件53至凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的表面54，因而達(dá)到微元件53在基板50上的定位效果。在微元件53為極小的元件下，和表面作用力、微元件53表面與液體間的吸附力的大小相比較，可以忽略重力的影響。本發(fā)明可以輕易導(dǎo)入微液珠(微小晶粒)52的封裝過程，并且達(dá)到數(shù)組式快速大量封裝的可行性，以簡化微元件53，例如簡化射頻識別電子標(biāo)簽10的封裝流程并降低成本。又因微液珠(微小晶粒)52能夠于基板50產(chǎn)生自主對準(zhǔn)的功能，所以對于機械手臂的位置控制要求是不高的，并且不需要額外的位置調(diào)整系統(tǒng)，這非常有效的簡化了前面封裝系統(tǒng)設(shè)備的復(fù)雜性。
本發(fā)明也可提供運用數(shù)組式機械手臂于微液珠(微小晶粒)52封裝過程的可行性，以提高單位時間的產(chǎn)出數(shù)量，降低封裝成本。本發(fā)明又提供一種可廣泛用于現(xiàn)有的微元件53的封裝技術(shù)，對于微元件53的外型與表面特性沒有特別要求，可以封裝技術(shù)來配合微元件53的特性，而不影響封裝效果。微元件53并不需要很精確地放置于微液珠52上，此步驟僅要求微元件53與微液珠52之間有接觸發(fā)生即可。而后在很短的時間內(nèi)(例如一秒鐘)，在表面最小勢能的作用下，微元件53會被調(diào)整到能夠達(dá)到最小表面勢能的位置，而由于以凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的邊緣效應(yīng)作為邊界條件，在水平面上只有一個最小表面勢能的位置，因此可以快速而正確地將眾多的微元件53自動且精確地調(diào)整到正確的位置。
且凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的尺寸相當(dāng)于微元件53的尺寸。凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的造型可以與微元件53的造形相配合，以達(dá)到自我對位的效果，而就實驗結(jié)果而言，偶數(shù)邊造型的定位效果優(yōu)于奇數(shù)邊造型的定位效果。當(dāng)微液珠52的截面積為凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的截面積的二分之一至四分之一時，便可以獲得最佳的吸附效果，而該表面張力為一吸附作用力，且利用該吸附作用力可以獲得一邊緣效應(yīng)，即縮短微元件53的一可動側(cè)邊531與凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的一不動側(cè)邊511之間的距離，以調(diào)整微液珠52至一最小表面勢能的位置。
請參閱圖11(A)，圖11(A)顯示出微液珠52的截面積小于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的截面積的二分之一時的移動結(jié)果，在圖11(B)-11(C)中顯示出微液珠110的截面積介于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的截面積的二分之一與一之間的移動結(jié)果，此時的吸附效果比圖11(A)中的微液珠52差，另外圖11(C)顯示出微液珠111的截面積相當(dāng)于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的截面積時的移動結(jié)果。至于微液珠52的位移(Displacement)與表面勢能的關(guān)系曲線，如圖12所示，由圖中可見，當(dāng)微液珠52使可動側(cè)邊531與不動側(cè)邊511之間的相對距離位移到零時，可獲得微液珠52的最小表面勢能。
凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51為一不透水材質(zhì)，而且與微元件53同樣具有一親水性的表面或一斥水性的表面，亦即凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51并不一定為親水性或斥水性的表面，只要能形成微液珠52的表面張力即可。凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51可以與多個凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)共同以如圖5(A)所示的一數(shù)組的方式作排列。此微液珠52的材質(zhì)可以為水、油、酒精、液態(tài)膠、汞或液態(tài)錫球(即液態(tài)金屬)，也可采用其它溶劑的液態(tài)物質(zhì)。基板50為一柔性封裝基板或一剛性封裝基板，即本發(fā)明的定位機制可以靈活運用于反轉(zhuǎn)芯片技術(shù)(flip-chip)、柔性基板等封裝技術(shù)，來強化微元件53的封裝效率與減少成本?；?0可以改為一種可重復(fù)使用的基板，其僅作為封裝過程中傳送微元件的載具。至于微液滴52在凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51表面邊緣測量得到的接觸角的允許范圍，如Gibbs所發(fā)表的不等式如下θ0≤θapp≤(180°-φ)+θ0其中的θ0液滴本質(zhì)接觸角，θapp液滴在固體表面邊緣測量得到的接觸角，φ固體邊緣兩平面的夾角。而液滴52的表面能的關(guān)系式如下E＝∫γdA其中的A界面面積，γ液體的表面張力。又各種材質(zhì)與水液滴的接觸角如下表所列

若是從另一個可行的角度來看，本發(fā)明提供一種微元件定位裝置，其包括一表面張力來源產(chǎn)生器(如微液珠產(chǎn)生器80)，以及一基板50，其鄰近該表面張力來源產(chǎn)生器設(shè)置，基板50具有一工作區(qū)(例如一定位區(qū)51)，該表面張力來源產(chǎn)生器于該工作區(qū)上形成一表面張力來源(如一微液珠52)，使該表面張力來源介于一微元件53與基板50間，以利用該表面張力來源的一表面張力來移動微元件53至基板50上的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的一表面54。當(dāng)然，此時的裝置的該表面張力來源產(chǎn)生器可以為一微液珠產(chǎn)生器80，該工作區(qū)包括一定位區(qū)上的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51及低于該定位區(qū)上的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的一定位區(qū)周邊61，該表面張力來源為一微液珠52。
再從一種相對的技術(shù)層面來看，請參閱圖13，圖13顯示本發(fā)明的一種微元件定位裝置，其包括一表面張力來源產(chǎn)生器(如微液珠產(chǎn)生器80)，以及一基板130，其鄰近該表面張力來源產(chǎn)生器設(shè)置，該基板具有一定位區(qū)132(即一種與圖5中的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51相對的凹狀結(jié)構(gòu))及高于定位區(qū)132的一定位區(qū)周邊133，即一表面136，且此定位區(qū)132的尺寸應(yīng)小于微元件135的尺寸。當(dāng)然，此時的定位區(qū)132可以為一種凹狀結(jié)構(gòu)。
若是從另一個可實施的層面來看，本發(fā)明還提供一種定位微元件于基板上的方法，其包含如下步驟提供一基板50；于基板50上的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的一表面54上形成一定位區(qū)及一定位區(qū)周邊61，且該定位區(qū)高于定位區(qū)周邊61；形成一微液珠52于該定位區(qū)上；提供一微元件53；以及使微元件53接觸微液珠52，以利用微液珠52的一表面張力來移動微元件53至凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的一表面54。此方法的定位區(qū)可以為凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)51的表面54。
綜上所述，本發(fā)明以一種創(chuàng)新的設(shè)計，通過利用一微液珠形成于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)上，即能通過其表面張力來移動該微元件到該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面，并且運用蝕刻技術(shù)于該基板上形成一環(huán)繞凹槽，即能獲得一個相比該環(huán)繞凹槽更高的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。但以上所述，僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，不能以此限制本發(fā)明的范圍，凡屬容易聯(lián)想得到的、諸如使用不同材料的液體、或凸起結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計等等，熟悉此領(lǐng)域技術(shù)者在領(lǐng)悟本發(fā)明的精神后，都可想到并進(jìn)行變化實施，即凡是依本發(fā)明的范圍所做的均等變化及修飾均屬于本發(fā)明的構(gòu)思，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，所以都應(yīng)視為本發(fā)明的進(jìn)一步實施形式，并且本發(fā)明的方法原理與技術(shù)內(nèi)容也確實解決了該領(lǐng)域的問題。所以凡熟悉本技術(shù)的人士所做的諸般修飾，都不脫離如附權(quán)利要求書所要保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種定位微元件于基板上的方法，其包含如下步驟提供一基板；于該基板上形成一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)；形成一微液珠于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)上；提供一微元件；以及使該微元件接觸該微液珠，以利用該微液珠的表面張力來移動該微元件至該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面。
2.如權(quán)利要求1所述的定位微元件于基板上的方法，其中于該基板上形成一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的步驟包含在該基板上利用蝕刻方式、或利用加壓機構(gòu)的沖模或重力沖印的沖模來形成一環(huán)繞凹槽，該環(huán)繞凹槽即為一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)周邊，以形成高于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)周邊的該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，而且該微液珠的截面積為該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的截面積的二分之一至四分之一。
3.如權(quán)利要求1所述的定位微元件于基板上的方法，其中于該基板上形成一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的步驟包含利用網(wǎng)版印刷方式、膠帶黏附方式、或形成薄膜的方式，而在該基板上制作該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)；形成一微液珠于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)上的步驟包含利用一噴嘴或一滴管，以噴出或滴出該微液珠；及/或形成一微液珠于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)上的步驟包含在該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)中裝設(shè)一輸水管，以形成該微液珠。
4.如權(quán)利要求1所述的定位微元件于基板上的方法，其中提供一微元件的步驟是利用一震動裝置、一機械裝置、一具有單一或多根頂針的機械裝置、一托盤裝置、一氣體吹送裝置或一整個面的真空吸放裝置，以分別拋出、撥送、頂出、快速移開該托盤裝置的方式使微元件隨本身重力自然落下、吹送或整個面吸放，來置放該微元件。
5.一種微元件定位裝置，其包括一微液珠產(chǎn)生器；一基板，其鄰近該微液珠產(chǎn)生器設(shè)置；以及一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，形成于該基板上，該微液珠產(chǎn)生器為用于在該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面上形成的一微液珠，以使一微元件利用該微液珠的一表面張力定位在該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面上。
6.如權(quán)利要求5所述的微元件定位裝置，其中該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一周邊為一定位區(qū)周邊，且低于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的該表面；該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的尺寸等于該微元件的尺寸；及/或該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的造型與該微元件的造形相配合，以達(dá)到自我對位的效果。
7.如權(quán)利要求5所述的微元件定位裝置，其中該表面張力為一吸附作用力，利用該吸附作用力來獲得一邊緣效應(yīng)，即縮短該微元件的一可動側(cè)邊與該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一不動側(cè)邊之間的距離，以調(diào)整該微液珠至一最小表面勢能的位置。
8.如權(quán)利要求5所述的微元件定位裝置，其中該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)為一不透水材質(zhì)，其與該微晶粒同樣具有一親水性的表面或一斥水性的表面；該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)與多個凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)共同以一數(shù)組的方式排列；該微液珠的材質(zhì)為水、油、酒精、液態(tài)膠、汞或液態(tài)錫球；該基板為一柔性封裝基板或一剛性封裝基板；及/或該基板為一可重復(fù)使用的基板，作為封裝過程中傳送該微元件的載具。
9.一種微元件定位裝置，其包括一表面張力來源產(chǎn)生器；以及一基板，其鄰近該表面張力來源產(chǎn)生器設(shè)置，該基板具有一工作區(qū)，該表面張力來源產(chǎn)生器在該工作區(qū)上形成一表面張力來源，使該表面張力來源介于一微元件與該基板之間，以利用該表面張力來源的一表面張力來移動該微元件至該基板上的該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面。
10.如權(quán)利要求9所述的微元件定位裝置，其中該表面張力來源產(chǎn)生器為一液珠產(chǎn)生器，該工作區(qū)包括一定位區(qū)及低于該定位區(qū)的一定位區(qū)周邊，該表面張力來源為一微液珠。
11.一種微元件定位裝置，其包括一表面張力來源產(chǎn)生器；以及一基板，其鄰近該表面張力來源產(chǎn)生器設(shè)置，該基板具有一定位區(qū)及高于該定位區(qū)的一定位區(qū)周邊，而且該微元件被定位于該定位區(qū)周邊的一表面。
12.如權(quán)利要求11所述的微元件定位裝置，其中該定位區(qū)為一凹狀結(jié)構(gòu)。
13.一種定位微元件于基板上的方法，其包含如下步驟提供一基板；于該基板上形成一定位區(qū)及一定位區(qū)周邊，且該定位區(qū)高于該定位區(qū)周邊；形成一微液珠于該定位區(qū)上；提供一微元件；以及使該微元件接觸該微液珠，以利用該微液珠的一表面張力來移動該微元件至該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該定位區(qū)即為一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種定位微元件于基板上的裝置及其方法，其中該方法包含如下步驟提供一基板，于該基板上形成一凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，提供一微元件，形成一微液珠于該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)上，以及使該微元件接觸該微液珠，以利用該微液珠的表面張力來移動該微元件至該凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的一表面。通過本發(fā)明，可以有效改善機械手臂定位微晶粒過于緩慢及FSA尚需設(shè)計晶?；厥障到y(tǒng)的問題。
文檔編號H05K13/04GK101083222SQ20061008769
公開日2007年12月5日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者葉哲良, 蔡智偉, 謝志鴻, 翁文杰, 黃一萍, 高崎鈞, 周明宏 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院