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CN108231651B - 微元件转移装置和转移方法 - Google Patents

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CN108231651B
CN108231651B CN201711426885.1A CN201711426885A CN108231651B CN 108231651 B CN108231651 B CN 108231651B CN 201711426885 A CN201711426885 A CN 201711426885A CN 108231651 B CN108231651 B CN 108231651B
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Abstract

本发明涉及一种微元件转移装置和利用该转移装置进行微元件转移的方法。该转移装置包括第一传输装置、第一载盘、第二载盘、挤压装置和释放装置；第一传输装置包括传输带，其下表面设有可分解胶材；第一载盘和第二载盘，分别用于放置待转移的微元件和接收转移后的微元件；挤压装置可在垂直方向上、下移动，用于挤压传输带，使传输带上的可分解胶材接触并抓取其下方的微元件；释放装置用于促使所述传输带的可分解胶材分解，从而释放传输带抓取的微元件。本发明提供的转移装置和方法，通过挤压装置、释放装置和分解胶材的结合，在准确定位的同时，实现一个或多个微元件的高效转移。

Description

微元件转移装置和转移方法
技术领域
本发明涉及微元件转移技术，特别是涉及一种利用分解胶材转移微元件的装置和方法。
背景技术
目前微元件(例如微型LED、二极管、晶体管、集成电路等芯片)的转移技术有范德华力、静电吸附、相变化转移和雷射激光烧蚀四大技术。其中范德华力、静电粘附及雷射激光烧蚀方式是目前较多厂商发展的方向。针对不同的应用，各种转移方式各有优缺点。
热解胶在微元件的转移技术中也已有应用。目前常规的实施方法如下：利用吸头吸取胶，粘住芯片，然后移动对准基板，加热释放芯片，实现转移。但由于热解胶属于发泡胶，无法重复利用，且在微小元器件的使用上，由于芯片小，抓取与加热分离同一位置实现，需要高精度的对准转移，效率很低。也有通过转印方式实现转移的，但是转印只能在原来图形的基础上进行转印，无法实现图形的改变。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的至少在于提供一种微元件转移装置和转移方法，利用挤压装置、释放装置及分解胶材的结合，能够实现微元件的高效转移。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一个实施方式提供一种微元件转移装置，包括第一传输装置、第一载盘、第二载盘、挤压装置和释放装置；所述第一传输装置包括驱动电机、传输带、与所述传输带两个端部分别连接的第一转轴和牵引机构，所述传输带在驱动电机的带动下由第一转轴向牵引机构移动，其下表面设有可分解胶材；所述第一载盘和第二载盘，设置于所述传输带的下方，按传输带的移动方向依次放置，其中所述第一载盘用于放置待转移的微元件，所述第二载盘用于接收转移后的微元件；所述挤压装置可在垂直方向上、下移动，用于挤压所述传输带，使所述传输带上的可分解胶材接触并抓取其下方的微元件；所述释放装置用于促使所述传输带的可分解胶材分解，从而释放所述传输带抓取的微元件。
在一个实施方式中，所述牵引机构包括夹紧辊，夹紧辊包括主动辊和从动辊，所述传输带的一端夹紧在主动辊和从动辊之间，所述驱动电机驱动所述主动辊转动。
在一个实施方式中，所述牵引机构包括第二转轴，所述传输带的一端粘在所述第二转轴上，或卷绕在所述第二转轴上，或通过卡紧结构卡在所述第二转轴上，所述驱动电机驱动所述第二转轴转动。
在一个实施方式中，所述驱动电机为步进电机。
在一个实施方式中，所述可分解胶材为热解胶。
在一个实施方式中，所述释放装置为加热装置。
在一个实施方式中，所述可分解胶材为UV减粘胶。
在一个实施方式中，所述释放装置为UV照射装置。
在一个实施方式中，所述挤压装置由具有良好导热性的材料制成，所述挤压装置配置有对其冷却的冷源。
在一个实施方式中，所述冷源为循环冷却水。
在一个实施方式中，还包括第二传输装置，用于第一载盘和第二载盘的移动。
在一个实施方式中，所述第二传输装置包括传送带和传送带两端的主动轮和从动轮，所述第一载盘和第二载盘放置在传送带上。
在一个实施方式中，所述主动轮由步进电机驱动。
在一个实施方式中，所述挤压装置的底部包括挤压平面，所述挤压平面的尺寸与被抓取的一个微元件或一个微元件阵列的尺寸相匹配。
在一个实施方式中，所述释放装置可在垂直方向上、下移动，用于挤压所述传输带。
在一个实施方式中，所述释放装置的底部包括挤压平面，所述挤压平面的尺寸与被抓取的一个微元件或一个微元件阵列芯片的尺寸相匹配。
在一个实施方式中，所述第一载盘和第二载盘为一组或多组。
在一个实施方式中，所述挤压装置和/或所述释放装置可在水平方向上移动。
在一个实施方式中，本发明提供一种利用前述任一微元件转移装置进行微元件转移的方法，包括：通过所述挤压装置挤压所述传输带，使所述传输带上的可分解胶材接触并抓取其下方第一载盘上的微元件；通过第一传输装置移动所述传输带，使被抓取的微元件移动到第二载盘上方；通过所述释放装置促使所述传输带的可分解胶材分解，使被抓取的微元件释放到第二载盘上。
本发明实施方式提供的上述技术方案，通过挤压装置、释放装置和分解胶材的结合，在准确定位的同时，实现一个或多个微元件的高效转移。
附图说明
图1显示为本发明转移装置一个实施例的结构示意图，其中挤压装置处于工作状态；
图2显示为图1所示转移装置在释放装置处于工作状态时的结构示意图；
图3显示为XY轴螺旋微调的示意图；
图4显示为挤压平面尺寸与多个芯片形成的阵列的尺寸相匹配的示意图。
元件标号说明
1 热解胶带
2 转轴
31 主动辊
32 从动辊
41 传送带
42 主动轮
43 从动轮
51 芯片载盘
52 基板载盘
53 LED芯片
54 LED基板
61 挤压装置
62 释放装置
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供的微元件转移装置包括第一传输装置、第一载盘、第二载盘、挤压装置和释放装置。其中，第一传输装置包括驱动电机、传输带、与传输带两个端部分别连接的第一转轴和牵引机构，传输带在驱动电机的带动下由第一转轴向牵引机构移动，其下表面设有可分解胶材；第一载盘和第二载盘，设置于传输带的下方，按传输带的移动方向依次放置，其中第一载盘用于放置待转移的微元件，第二载盘用于接收转移后的微元件；挤压装置可在垂直方向上、下移动，用于挤压传输带，使传输带上的可分解胶材接触并抓取其下方的微元件；释放装置用于促使传输带的可分解胶材分解，从而释放传输带抓取的微元件。该转移装置还可包括第二传输装置，用于第一载盘和第二载盘的移动。
图1和图2示出本发明转移装置的一个实施例。该实施例以微型LED芯片的转移为例进行说明。该转移装置包括热解胶带移动装置(第一传输装置)、芯片载盘(第一载盘)、基板载盘(第二载盘)、传送带装置(第二传输装置)、挤压装置和释放装置。
热解胶带移动装置包括转轴(第一转轴)2和热解胶带牵引机构。成卷的热解胶带1套装在转轴2上或将热解胶带1的一端卷绕在转轴2上。本实施例中热解胶带牵引机构包括夹紧辊，夹紧辊包括主动辊31和从动辊32。热解胶带1的自由端夹紧在主动辊31和从动辊32之间，主动辊31由步进电机(未示出)驱动旋转，与从动辊32共同作用对热解胶带1进行牵引。上述热解胶带牵引机构只是一种示例，也可以替换成其他合适的机构，例如将夹紧辊替换为由步进电机驱动的转轴，将热解胶带1的自由端粘在该转轴上，或卷绕在该转轴上，或通过卡紧结构将热解胶带1的自由端卡在转轴上，从而通过步进电机驱动转轴旋转，对热解胶带1形成牵引。步进电机与主动辊31或转轴之间可选用合适的各种类型的传动机构，例如齿轮组。
在转轴1和热解胶带牵引机构之间的热解胶带1的下方放置芯片载盘51和基板载盘52。基板载盘52和芯片载盘51沿热解胶带1的移动方向前后布置。在本实施例中，芯片载盘51和基板载盘52均放置在传送带装置上，该传送带装置包括传送带41和传送带41两端的主动轮42和从动轮43。主动轮42由另一步进电机驱动旋转，从而带动芯片载盘51和基板载盘52沿热解胶带1的移动方向向前移动。其中芯片载盘51用于放置待转移的LED芯片53，而基板载盘52用于放置LED基板54。步进电机与主动轮42之间可选用合适的各种类型的传动机构，例如齿轮组，而传送带装置也可由其他任何合适的移动装置替代。
挤压装置61和释放装置62位于转轴1和热解胶带牵引机构之间的热解胶带1的上方，分别与芯片载盘51和基板载盘52位置相对。挤压装置61的底部包括挤压平面，能够从上方挤压热解胶带1。该挤压平面的尺寸与被抓取的芯片的尺寸匹配，例如可以与一个被抓取的芯片的尺寸相匹配，可以略大于或略小于芯片的尺寸，一次抓取一个芯片。也可以与多个芯片形成的阵列的尺寸相匹配，一次抓取多个芯片，如图4所示，图中每个方块为一个芯片，虚线框内为一个芯片阵列，挤压平面的尺寸与该芯片阵列的尺寸相匹配，可以略大于或略小于该芯片阵列的尺寸，以实现一次抓取多个芯片。
挤压装置61配置有垂直移动装置，用于挤压装置61的上下垂直移动。垂直移动装置例如可以是气压缸、液压缸或机械手，也可以是电机与直线传动机构的组合，所述直线传动机构例如是齿条传动机构或丝杠传动机构等。由于大部分的粘性胶不适于在高温下使用，而在操作过程中挤压装置有可能发热以致影响粘附效果，因此优选为挤压装置配置对其进行冷却的冷源。冷源例如可以是循环冷却水，通过在挤压装置61内的流动吸收挤压装置61的热量，达到冷却挤压装置61的目的。这种情况下，挤压装置61可由具有良好导热性的材料制成，例如金属。
在本实施例中，释放装置62是一种加热装置，通过加热的方式使热解胶失去粘性以达到释放芯片的目的。释放装置62可以选择任何合适的加热装置，例如红外光束照射装置，通过红外光束对热解胶进行加热。再例如是配置有热源的装置，热源为释放装置62提供热量，从而通过加热热解胶的方式使被抓取的芯片与胶带分离。热源可以是电热装置，例如插入释放装置62内部的加热棒，对释放装置62进行加热。释放装置62优选由具有良好导热性的材料制成，例如金属。释放装置62也可配置如上所述的垂直移动装置，通过其与胶带的距离控制对热解胶的加热，并且为有助于芯片在基板上的安装，也可以通过其向下的移动对胶带产生挤压作用。这种情况下，释放装置62的底部也可采用与挤压装置61同样的底部设计，即包括与被抓取芯片或芯片阵列尺寸相匹配的挤压平面。
这里需要说明的是，上述实施例中的多个特征均可采用替代方式实现，例如：
热解胶可替换为其他可分解胶材，例如替换为UV减粘胶，释放装置则由加热装置替换为UV(紫外线)照射装置，通过紫外线照射使UV减粘胶失去粘性，以达到释放芯片的目的；还可以替换为水解胶等其他可分解胶材，释放装置则替换为使对应的可分解胶材失去粘性的装置。
胶带可由传输带替代，即连接在转轴与牵引机构之间的是尚未涂胶的传输带，此时转移装置还包括上胶装置，可实施传输带的循环使用，此时较佳的，还可设置传输带的清洁装置，在该情况下，传输带优先是红外可透过的，方便通过红外装置进行对位监控；
第一载盘和第二载盘可为一组或多组，沿传输带移动方向前后布置或并列布置，不同组中的第一和第二载盘可交替布置，也可分别连续布置；第一和第二载盘可以是固定的，也可以放置在第二传输装置上，通过第二传输装置向前移动；
还可将第一载盘和/或第二载盘置于升降平台上，以调整其与传输带的距离。
下面仍以图1和2所示实施例为例，说明该转移装置的工作原理：
在位于传送带41上的芯片载盘51和基板载盘52上分别放置待转移LED芯片53和LED基板54。启动挤压装置61的垂直移动装置使挤压装置61向下移动，挤压其下方的热解胶带1和芯片载盘51上的LED芯片53，将LED芯片53粘附在热解胶带1上。然后垂直移动装置使挤压装置61向上移动，使挤压装置61与热解胶带1脱离接触。启动热解胶带牵引机构中的步进电机，将热解胶带1向释放装置62方向牵引预定距离，到达释放装置62的下方。启动释放装置62的垂直移动装置使释放装置62向下移动，挤压其下方的热解胶带1和粘附在热解胶带1底面上的LED芯片53，使LED芯片53与基板载盘52上的LED基板54的预定位置接触，并因加热作用使LED芯片53与热解胶带1分离。然后由释放装置62的垂直移动装置带动释放装置62向上移动，使其与热解胶带1脱离接触。在完成上述操作后，启动传送带装置中的步进电机，使芯片载盘51和基板载盘52向前移动预定距离，该距离使得挤压装置61和释放装置62分别与下一待抓取芯片的位置和下一待接收芯片的基板的位置对应。
在上述操作过程中，热解胶带1的移动距离及芯片载盘51和基板载盘52的移动距离均由步进电机控制，既可以达到准确定位的目的，同时也实现了LED芯片的快速转移。
此外，为了在芯片的粘附和分离前使挤压装置61和释放装置62分别与芯片和基板准确对位，还可在热解转移装置中增加摄像头和挤压装置61与释放装置62的水平移动装置，根据摄像头采集的图像，由控制系统控制水平移动装置调整挤压装置61与释放装置62垂直方向的偏移，与芯片和基板分别准确对位。水平移动装置例如可以是机械手，可实现挤压装置61的水平移动或者挤压装置61及其垂直移动装置的整体水平移动，以及释放装置62的水平移动或者释放装置62及其垂直移动装置的整体水平移动。并且还可借助上述图像监控方式，由控制系统设定和调整热解胶带1和传送带41的移动距离。此外，挤压装置和释放装置部分还可配有XY轴螺旋微调装置(如图3所示)，辅助对准控制。
本发明提供的热解转移装置，通过挤压装置、释放装置和分解胶材的结合，在准确定位的同时，实现一个或多个芯片的高效转移。此外，还可通过对挤压装置、释放装置分别进行控制，根据基板图形进行转移的调节。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种微元件转移装置，其特征在于：
所述转移装置包括第一传输装置、第一载盘、第二载盘、挤压装置和释放装置；
所述第一传输装置包括驱动电机、传输带、与所述传输带两个端部分别连接的第一转轴和牵引机构，所述传输带在驱动电机的带动下由第一转轴向牵引机构移动，其下表面设有可分解胶材；
所述第一载盘和第二载盘，设置于所述传输带的下方，按传输带的移动方向依次放置，其中所述第一载盘用于放置待转移的微元件，所述第二载盘用于接收转移后的微元件；
所述挤压装置可在垂直方向上、下移动，用于挤压所述传输带，使所述传输带上的可分解胶材接触并抓取其下方的微元件；
所述释放装置用于促使所述传输带的可分解胶材分解，从而释放所述传输带抓取的微元件。
2.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述牵引机构包括夹紧辊，夹紧辊包括主动辊和从动辊，所述传输带的一端夹紧在主动辊和从动辊之间，所述驱动电机驱动所述主动辊转动。
3.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述牵引机构包括第二转轴，所述传输带的一端粘在所述第二转轴上，或卷绕在所述第二转轴上，或通过卡紧结构卡在所述第二转轴上，所述驱动电机驱动所述第二转轴转动。
4.根据权利要求1-3任一所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述驱动电机为步进电机。
5.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述可分解胶材为热解胶。
6.根据权利要求5所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述释放装置为加热装置。
7.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述可分解胶材为UV减粘胶。
8.根据权利要求7所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述释放装置为UV照射装置。
9.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述挤压装置由具有良好导热性的材料制成，所述挤压装置配置有对其冷却的冷源。
10.根据权利要求9所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述冷源为循环冷却水。
11.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
还包括第二传输装置，用于第一载盘和第二载盘的移动。
12.根据权利要求11所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述第二传输装置包括传送带和传送带两端的主动轮和从动轮，所述第一载盘和第二载盘放置在传送带上。
13.根据权利要求12所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述主动轮由步进电机驱动。
14.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述挤压装置的底部包括挤压平面，所述挤压平面的尺寸与被抓取的一个微元件或一个微元件阵列的尺寸相匹配。
15.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述释放装置可在垂直方向上、下移动，用于挤压所述传输带。
16.根据权利要求15所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述释放装置的底部包括挤压平面，所述挤压平面的尺寸与被抓取的一个微元件或一个微元件阵列芯片的尺寸相匹配。
17.根据权利要求1或11所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述第一载盘和第二载盘为一组或多组。
18.根据权利要求1所述的微元件转移装置，其特征在于：
所述挤压装置和/或所述释放装置可在水平方向上移动。
19.一种利用权利要求1-18任一所述微元件转移装置进行微元件转移的方法，其特征在于：
通过所述挤压装置挤压所述传输带，使所述传输带上的可分解胶材接触并抓取其下方第一载盘上的微元件；
通过第一传输装置移动所述传输带，使被抓取的微元件移动到第二载盘上方；
通过所述释放装置促使所述传输带的可分解胶材分解，使被抓取的微元件释放到第二载盘上。
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