CN106794984A - 用于应变放大的微型拾取阵列枢转安装件设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于将转移头组件与衬底对准的系统和方法。在实施方案中，枢转安装件被用于在闭环运动控制系统中生成反馈信号。在实施方案中，枢转安装件包括在枢转安装件的枢转平台和基座之间延伸的主弹簧臂和次弹簧臂。次弹簧臂的特征在于比主弹簧臂低的刚度，并且应变感测元件被沿着次弹簧臂定位。

Description

用于应变放大的微型拾取阵列枢转安装件设计

背景技术

技术领域

实施方案涉及对准系统。更具体地实施方案涉及具有用于将静电转移头阵列与目标衬底对准的集成应变感测元件的微型拾取阵列枢转安装件。

背景信息

将诸如射频(RF)微电子机械系统(MEMS)微动开关、发光二极管(LED)显示系统和MEMS振荡器或基于石英的振荡器的微型器件商业化的可行性主要受与制造这些器件相关联的困难和成本限制。微型器件制造工艺通常包括将微型器件从一个晶片转移到另一个晶片的工艺。在此类实施方式中，转移晶片可从施主晶片拾取一系列微型器件并将微型器件结合到接收晶片。已经描述了用于以平行取向对准两个平坦表面的方法和装置，并且该方法和装置可应用于微型器件转移。

发明内容

描述了枢转安装件和转移工具。在实施方案中，枢转安装件包括枢转平台、基座、主弹簧臂、其特征在于具有比主弹簧臂低的刚度的次弹簧臂以及沿着次弹簧臂的应变感测元件。主弹簧臂在主内部根处固定到枢转平台，在主外部根处固定到基座，并且其特征在于对应的主轴长度跨越在主外部根与主内部根之间。次弹簧臂在次内部根处固定到枢转平台，在次外部根处固定到基座，并且其特征在于相应的次轴长度跨越在次外部根与次内部根之间。主弹簧臂和次弹簧臂的相对刚度可通过调整弹簧臂设计的长度、宽度或者厚度来选择。例如，主轴长度可大于次轴长度。沿着主轴长度的平均宽度可比沿着次轴长度的平均宽度宽。主弹簧臂和次弹簧臂还可沿着它们相应轴长度具有相同的平均厚度。在实施方案中，主弹簧臂和次弹簧臂由相同的材料形成。例如，每者可由相同的硅衬底形成，并且每者可一体形成。在实施方案中，次弹簧臂沿着其轴长度具有比主弹簧臂小的平均厚度。这样相对刚度可通过调节弹簧臂的厚度来选择。在实施方案中，主弹簧臂和次弹簧臂的相对刚度通过选择性地蚀刻次弹簧臂来调节。在实施方案中，主弹簧臂和次弹簧臂的相对刚度通过添加具有区分特征的一个或多个层来调节。枢转安装件可包括多个主弹簧臂和次弹簧臂。

主弹簧臂和/或次弹簧臂可包括沿着轴长度的一个或多个回转。在实施方案中，次弹簧臂包括沿着次轴长度的回转使得紧邻回转的次弹簧臂的第一梁段和第二梁段彼此平行。在实施方案中，第一应变感测元件在第一梁段处，并且第二应变感测元件在第二梁段处。第一参考计量器和第二参考计量器还可位于邻近第一梁段处的第一应变感测元件和第二梁段处的第二应变感测元件。在实施方案中，第二梁段比第一梁段长。次弹簧臂可包括沿着次轴长度的多个回转。在实施方案中，次弹簧臂包括沿着次轴长度的第一长度的多个梁段，并且第二长度的梁段比沿着次轴长度的第一长度长。主弹簧臂还可包括沿着主轴长度的多个回转。在实施方案中，一对次弹簧臂横向地位于一对主弹簧臂之间，其中每个次弹簧臂的特征在于具有比主弹簧臂中的每者低的刚度。

枢转安装件可集成到转移工具中。在实施方案中，转移工具包括进行关节运动的转移头组件、枢转安装件和可安装到枢转安装件的枢转平台上的微型拾取阵列(MPA)。MPA包括转移头阵列，诸如静电转移头。在实施方案中，每个转移头具有局部接触点，其特征在于在x维度和y维度两者中的最大尺寸为1-100μm。在实施方案中，枢转平台包括多个顺应性电压触点，并且微型拾取阵列包括被布置成与枢转平台的多个顺应性电压触点配合的多个电压触点。

附图说明

图1是根据实施方案的批量转移工具的透视图。

图2是根据实施方案的安装到转移头组件上的微型拾取阵列和枢转安装件的透视图。

图3是根据实施方案的转移头组件、枢转安装件和微型拾取阵列的分解横截面侧视图。

图4是根据实施方案的微型拾取阵列的示意性俯视图。

图5A-图5E是根据实施方案的一种形成包括顺应性电压触点的枢转安装件的方法的横截面侧视图。

图6A是根据实施方案的枢转安装件和主弹簧臂的主轴长度的俯视图。

图6B是根据实施方案的枢转安装件和次弹簧臂的次轴长度的俯视图。

图6C是根据实施方案的图6B中的细节B的近距离俯视图。

图6D是根据实施方案的图6B中的细节B的近距离俯视图。

图6E是根据实施方案的图6D中的细节D的近距离俯视图。

图6F-图6H是根据实施方案的一种通过减小层厚度调节刚度的方法的沿图6A-图6B中的截面A-A的横截面侧视图。

图6I-图6J是根据实施方案的一种通过加强的层调节刚度的沿图6A-图6B中的截面A-A的的横截面侧视图。

图7是根据实施方案的包括各种结构特征和电气路由的枢转安装件的俯视图。

图8A是主体中的应变部件的图示。

图8B是在薄型结构中的应变部件的图示。

图9是根据实施方案的在纯弯曲下的弹簧臂的图示。

图10是根据实施方案的在同时弯曲和扭转下的弹簧臂的图示。

图11A-图11B是根据实施方案的以均匀z位移偏转的枢转安装件的枢转平台的透视图。

图11C是根据实施方案的对于以均匀z位移偏转的枢转平台在x方向上的法向应变的应变建模的透视图。

图11D是根据实施方案的对于以均匀z位移偏转的枢转平台在y方向上的法向应变的应变建模的透视图。

图11E是根据实施方案的对于以均匀z位移偏转的枢转平台的等效应变量值的应变建模的透视图。

图11F是根据实施方案的对于以均匀z位移偏转的枢转平台的表面剪切应变的应变建模的透视图。

图12是长度为L的理想化梁的示意图，其一端固定并且在自由端受到同时横向施加的力和弯矩并且在两端具有零斜率边界条件。

图13示出了用于长度为L的理想化梁的剪切力和弯矩图，其中长度为L的理想化梁一端固定并且在自由端受到同时横向施加的力和弯矩并且在两端具有零斜率边界条件。

图14是根据实施方案的应变放大次弹簧臂结构的详细视图的俯视图，其中每个梁段从内部根开始到外部根被顺序地标记。

图15A示出了根据实施方案的沿着图14的次弹簧臂结构的轴向长度的弯矩图。

图15B示出了根据实施方案的沿着图14的次弹簧臂结构的轴向长度的弯矩图，其中施加的载荷具有与图15A中假定的载荷相等的量值和相反的方向。

图16是根据实施方案的包括相关应变传感器的应变放大次弹簧臂的详细视图的俯视图。

图17是根据实施方案的枢转安装件的俯视图。

图18A是根据实施方案的用于调节转移头组件的控制方案的示意图。

图18B是根据实施方案的产生合成输出信号的方法的示意图。

图18C是根据实施方案的产生合成输出信号的方法的示意图。

图19是示出根据实施方案的使微型拾取阵列相对于目标衬底对准的方法的流程图。

图20示出了根据实施方案的计算机系统。

具体实施方式

实施方案描述了一种枢转安装件，该枢转安装件包括基座、枢转平台、在枢转平台和基座之间延伸的主弹簧臂以及在枢转平台和基座之间延伸的次弹簧臂。次弹簧臂的特征在于具有比主弹簧臂低的刚度，并且应变感测元件被定位成沿着次弹簧臂。这样，当枢转安装件在与枢转平台的接触表面正交的方向上移动时，在弹簧臂的表面处产生法向应变。由于次弹簧臂具有比主弹簧臂低的刚度，所以针对给定的枢转平台位移次弹簧臂经受更多的应变。通过沿着次弹簧臂定位应变感测元件，更大的应变被测量。因此，在实施方案中，主弹簧臂为枢转安装件提供刚度，例如以便在转移工具的拾取和放置操作期间支撑MPA并实现操作量的偏转，而次弹簧臂提供应变放大以及因此信号放大，使得枢转安装件的灵敏度更高。

枢轴安装件可联接到批量转移工具的进行关节运动的头组件，用于在转移工具和目标衬底之间的6个空间自由度上的精确和可重复的对准。当精确对准两个平面表面时，横向(x和y)和旋转(θz)对准通过使用高精度x-y平台和旋转定位的衬底卡盘实现相对直接。剩余的三个自由度θx、θy(或“倾斜(tilt)”和“倾翻(tip)”)和z难以独立控制。倾翻角度和倾斜角度的任何改变必然改变至不位于旋转中心的任何点的距离z。虽然两个平面之间的平行可通过使用被动枢转安装来实现，但是两个平面表面之间的压力分布将不是居中或均匀的，除非两个表面开始是平行的。根据本文所述的实施方案的包括枢转安装件的转移工具可重新分布压力分布以实现均匀的压力场。通过将应变感测元件(应变计)放置在枢转安装件次弹簧臂上的高应变位置处，可产生位置误差的反馈信号并将其输入到转移工具中用于闭环运动控制系统中的操作。因为应变通过胡克定律与应力状态相关，所以通过测量应变可知道位移和作用在枢转安装件上的力两者。

在一个方面中，实施方案描述了枢转安装件构造，其包括主弹簧臂以提供用于枢转安装件的刚度，和次弹簧臂以提供应变放大以及因此信号放大，使得枢转安装件的灵敏度更高。在实施方案中，次弹簧臂的长度小于主弹簧臂的长度。在其中对于给定的枢轴平台位移主弹簧臂和次弹簧臂的偏转量是相等的构造中，由给定负荷导致的应变在次弹簧臂中比在主弹簧臂中更大。因此，作为位移感测装置的枢转安装件的灵敏度增加。

在一个方面，实施方案描述了一种枢转安装件构造，其实现高应变感测灵敏度并且生成具有高信噪比的反馈信号。因此，枢转安装件可向转移工具提供具有增加的有效分辨率的位置反馈信号。通过将应变感测元件定位在弹簧臂的轴向长度中的内部根和外部根附近或者在回转的相对侧上，相等且相对的应变响应可被测量。这样，针对给定平台位移的应变信号可有效地加倍。此类配置还可降低针对给定应变信号的噪声。由于内部根和外部根以及回转处的差分感测，测量的噪声被有效地消除。因此，较高的应变感测灵敏度可实现具有较高的信噪比，并且可向转移工具提供位置增加的有效分辨率的位置反馈信号。

在另一方面，实施方案描述了枢转安装件弹簧臂构造，其最小化施加到根部处的弹簧臂的扭矩，其中弹簧臂在一端固定到枢转平台并且在另一端固定到基座。这在弹簧臂的高应变区域中产生了更均匀的弯矩，同时减小了弹簧臂中的应变变化和扭转，这允许应变感测元件位于根部附近的高应变区域中。相比之下，在具有承受弯曲和扭转载荷的弹簧臂的其他构造中，最大应变的区域可包括弯曲和扭转。弹簧臂中的扭转寄生于表面应变感测，因为其表现为具有在x方向和y方向两者上的分量的弹簧臂的表面处的应变。因为通过弹簧臂分布的总应变能量对于给定的枢转平台位移是恒定的，所以垂直于应变感测元件的应变分量的存在减少了与应变感测元件对准的应变分量的比率。因此，位于扭转区域附近的应变感测元件可产生较低有效的反馈信号和较低的灵敏度。在实施方案中，枢转安装件被布置成在弹簧臂的根部处产生具有均匀弯矩的边界条件，其中应变基本上垂直于根部并且基本上平行于应变感测元件中的股线，其可平行于高应变区域中的弹簧臂的轴向长度。此类构造将来自给定枢转平台位移的基本上所有应变能量引导到与应变感测元件对准的应变分量中。结果，较高的应变可被测量，并且对于给定的枢转平台位移感测反馈信号强度可增加。减小根部处的扭矩可另外地允许弹簧臂的刚度要求中的更多自由度。继而，减小的刚度要求允许更大的弯曲，导致弹簧臂的表面处的增加的法向应变以及增加的感测反馈信号强度。

在另一方面，减小施加到根部处的弹簧臂的扭矩也可增加邻近应变感测元件定位的一个或多个参考计量器的有效性。在实施方案中，每个应变感测元件位于弹簧臂的高应变区域中，该应变感测元件在应变感测元件的计量方向上的表面处仅看到法向应变，并且在测量方向的侧向表面处看不到法向应变。这允许参考应变计的位置邻近每个应变感测元件，结果是参考应变计看不到由枢转平台的机械载荷引起的应变。这继而允许参考计量器补偿系统中的温度变化，并且增加信噪比。由于应变感测元件和参考计量器相邻，它们暴露于相同的温度，这意味着热应变在应变感测元件和相应的参考计量器中是相同的。由于参考应变计不经受由机械载荷产生的应变，因此它们产生的任何应变信号可归因于温度(作为噪声)，然后作为背景噪声从由相邻应变感测元件测量的应变中减去。在实施方案中，参考计量器中的股线取向成垂直于应变感测元件中的线股。在此类构造中，在弹簧臂的表面处的法向应变基本上平行于应变感测元件中的股线，并且垂直于参考应变计中的股线。因此，通过减小扭矩并在其中在弹簧臂的表面处的法向应变基本上垂直于根部的弹簧臂中产生均匀的弯矩，参考应变计可更精确，并且较高的应变感测灵敏度可实现具有较高的信噪比。

在另一方面，实施方案描述了应变感测元件成分布式相关对的构造。在实施方案中，相关对的应变感测元件(和参考计量器，如果存在的话)形成传感器。传感器也可被布置成分布式相关的传感器。在实施方案中，每个传感器包括一个或多个相关传感器。这样，应变感测元件或传感器的损耗不禁止使用枢转安装件，并且与转移工具一起使用的枢转安装件的寿命可被延长。实质上，通过具有相同信号的对来获得冗余。例如，相关对的应变感测元件或传感器可各自感测相同的z偏转。在另一种情况下，相关对可感测相同或相等但相反的θx、θy(或“倾斜”和“倾翻”)。在任一情况下，相关应变感测元件或传感器中的一者的损耗可减小从枢转平台产生的总信噪比，而剩余的信噪比保持足够用于转移工具的操作。

在另一方面，实施方案描述了具有顺应性电压触点的枢轴安装件，用于提供电压触点到安装到枢转安装件的枢转平台上的微型拾取阵列(MPA)的低接触电阻连接。顺应性电压触点可从枢转平台突出，使得它们升高到枢转平台上方，但是是顺应性的，使得当MPA被夹紧在枢转安装件枢转平台上(例如使用枢轴安装平台上的静电夹持触点)时，它们施加压力在MPA触点上。

参考图1，示出了批量转移工具的透视图。批量转移工具100可包括转移头组件200，用于从由承载衬底保持器104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和释放到由接收衬底保持器106保持的接收衬底上。批量转移工具的实施方案在2012年9月7日提交的题为“Mass Transfer Tool”的美国专利公开2014/0071580中描述。批量转移工具100和转移头组件200的操作可至少部分地受计算机108控制。计算机108可基于从各种传感器、应变感测元件、位于枢转安装件上的参考计量器接收的反馈信号控制转移头组件200的操作。例如，转移头组件200可包括致动器组件，用于基于从与承载MPA 103的枢转安装件相关联的传感器接收的反馈信号，以至少三个自由度(例如，倾翻、倾斜和在z方向上的移动)来调整相关联的MPA 103。相似地，承载衬底保持器104和接收衬底保持器106可以通过批量转移工具100的x-y平台110移动，具有至少两个自由度，例如沿着水平面内的正交轴。可在例如批量转移工具100结构部件与转移头组件200、承载衬底保持器104或接收衬底保持器106之间提供另外的致动器，以为这些子组件中的一者或多者提供沿x、y或z方向的移动。例如，台架112可支撑转移头组件200并且沿着上梁移动转移头组件200，例如沿平行于x-y平台110的运动轴线的方向。因此，由转移头组件200支撑的MPA 103上的静电转移头阵列和由承载衬底保持器104保持的承载衬底支撑的微型器件阵列可在所有三个空间维度内相对于彼此精确地移动。

参考图2，示出了根据实施方案的转移头组件200的透视图。转移头组件200可与批量转移工具100组合使用，以使用由枢转安装件300支撑的MPA 103将微型器件转移到衬底或者转移来自衬底的微型器件，例如接收衬底或承载衬底。更具体地，转移头组件200可为MPA 103的小移动提供可忽略的横向或垂直寄生运动，例如围绕中间位置小于约5mrad的运动。因此，转移头组件200可结合在批量转移工具100中以相对于批量转移工具100调节MPA103。因此，转移头组件200可例如在沿着上梁或支撑件的位置处固定到批量转移工具100的底盘。

如图所示，枢转安装件300可包括基座302、枢转平台304、多个主弹簧臂306和多个次弹簧臂307，并且支撑转移头阵列115的MPA 103安装在枢转平台304上。在实施方案中，转移头阵列115是静电转移头阵列115，其中每个转移头根据静电原理操作以拾取并转移对应的微型器件。在实施方案中，每个静电转移头具有局部接触点，其特征在于在x维度和y维度两者中的最大尺寸为1-100μm。在实施方案中，枢转安装件300可通过一个或多个电连接件(诸如柔性电路308)传递并发送反馈信号到批量转移工具100。如下所述，反馈可包括来自各种传感器、应变感测元件、参考计量器的模拟信号，其用于控制回路中以调节转移头组件200的致动和空间取向。在实施方案中，反馈信号被发送到位于枢转安装件300附近的位置感测模块，以通过限制模拟信号必须从应变感测元件行进到位置感测模块的距离来减少信号退化。在实施方案中，位置感测模块位于转移头组件200内。

现在参见图3，提供了转移头组件200、枢转安装件300和MPA 103的分解横截面侧视图。一般来讲，枢转安装件300安装到转移头组件200上。这可使用各种方式来实现，诸如使用凸片或唇缘将枢转安装件压靠在转移头组件200上、结合、真空或静电夹持。偏转腔202可形成在转移头组件200中，以允许枢转平台200沿着z轴线的指定的z偏转距离。

如图3所示，枢转安装件300可包括从前表面312到后表面314穿过枢转安装件的主体形成的通道310。通道310能够被用来形成枢转安装件300的各种顺应性特征结构，包括限定主弹簧臂306、次弹簧臂307和枢转平台304以及顺应性电压触点316，在下面的描述中更详细地描述。顺应性电压触点316可提供到MPA 103的电压触点120的低接触电阻连接。在所示的实施方案中，顺应性电压触点316从枢转平台突出，使得它们升高到枢转平台上方。在利用相对的静电夹持触点318，122将MPA 103夹持到枢转安装件300的枢转平台上时，顺应性电压触点316在MPA触点120上施加压力。另外的特征结构可被定位于枢转安装件300上或者枢转安装件300中。例如，应变感测元件320(应变计)和参考计量器340可被定位于次弹簧臂307的高应变区域，如在下面的描述中进一步详细描述的。应变感测元件320和参考计量器340还可被定位在主弹簧臂306的高应变区域。

现在参见图4，示出了根据实施方案的MPA 103的示意性俯视图。在实施方案中，MPA的背面上的静电夹持触点122的面积大于MPA的前表面上的转移头阵列115的面积。这样，可通过转移头组件的对准来调节转移头阵列115中跨转移头的对准和平面性。在此类实施方案中，用于向转移头阵列115提供操作电压的多个电压触点120被定位在转移阵列115的周边的外侧。

现在参考图5A-图5E，示出了用于形成包括顺应性电压触点316的枢转安装件300的方法的横截面侧视图。处理顺序可从包括顶部氧化物层330和底部氧化物层332的可商购获得的硅晶片301开始，如图5A示。尽管参照硅晶片进行以下描述，但实施方案不限于此，且其他合适的衬底可用于形成枢转安装件300，例如碳化硅、氮化铝、不锈钢和铝等。在图5B所示的实施方案中，顶部氧化物层330然后被去除，留下底部氧化物层330。参见图5C，晶片301的顶表面和底表面然后可被进一步氧化，从而产生顶部氧化物层334和底部氧化物层336，底部氧化物层336比先前的底部氧化物层332厚并且比顶部氧化物层334厚。例如，这可用湿热氧化操作完成。在形成氧化物层334，336之后，可在顶部氧化物层334上形成各种层，以形成用于顺应性电压触点的应变计320、参考计量器340、静电夹持触点(多个)318和电极317。在实施方案中，这些各种层可通过一个或多个金属沉积工艺形成。在实施方案中，用于顺应性电压触点的电极317比用于形成应变计320、参考计量器340和静电夹持触点(多个)318的其他金属化层更厚。参考图5E，去除底部氧化物层336并且穿过硅晶片301和顶部氧化物层334蚀刻通道310，以限定主弹簧臂306、次弹簧臂307、枢转平台304和顺应性电压触点316。如图5E所示，包括用于顺应性电压触点316的电极317的接触表面从枢转平台突出，使得它们升高在包括应变计320、参考计量器340和静电夹持触点(多个)318的周围枢转平台上方。这可是在通道310的形成期间释放硅晶片301内的残余应力的结果。在实施方案中，在图5A-图5C中描述和示出的氧化和去除操作期间在硅晶片301中产生残余应力。根据实施方案，形成顺应性电压触点316的通道310可采取各种配置，例如回转或卷绕轮廓。在实施方案中，形成顺应性电压触点316的通道制成螺旋构造，其可在小区域内实现高顺应性。

再次参考图4，MPA 103的电压触点120与枢转安装件300的枢转平台304中的顺应性电压触点316对准。一旦例如使用枢转安装平台上的静电夹持触点MPA加紧到枢转安装件枢转平台上，顺应性电压触点316在MPA电压触点120上施加压力，以实现低接触电阻连接。

图6A-图7示出了枢转安装件300的各个结构方面。在实施方案中，枢转安装件300包括基座302、枢转平台304、多个主弹簧臂306和多个次弹簧臂307。参考图6A，在实施方案中，每个主弹簧臂306在相应的内部根350处固定到枢转平台304，并且在相应的外部根352处固定到基座302。每个主弹簧臂306包括沿着主弹簧臂的轴向长度354的至少一个回转，使得邻近回转的主弹簧臂的一对长度彼此平行。在图6A所示的实施方案中，每个主弹簧臂306包括沿着弹簧臂的内部长度的内部回转356和沿着弹簧臂的外部长度的外部回转358。在实施方案中，从枢转平台304延伸(沿着弹簧臂306的轴向长度354)的弹簧臂的内部长度370垂直于内部根350。在实施方案中，从基座302延伸(沿着弹簧臂306的轴向长度354)的弹簧臂的外部长度372垂直于外部根352。

现在参考图6B，在实施方案中，每个次弹簧臂307在相应的内部根351处固定到枢转平台304，并且在相应的外部根353处固定到基座302。每个次弹簧臂307包括沿着次弹簧臂的轴向长度355的至少一个回转，使得次弹簧臂的与回转相邻的一对长度彼此平行。

图6C-图6D是根据实施方案的图6B中的细节B的近距离俯视图。在图6C所示的实施方案中，每个次弹簧臂307包括沿着次弹簧臂的内部长度的内部回转357和沿着次弹簧臂的外部长度的外部回转359。每个次弹簧臂307可另外包括沿着次弹簧臂的长度在内部回转357和外部回转359之间的一个或多个中间回转349A,349B。如图6C所示，从枢转平台304延伸(沿着次弹簧臂307的轴向长度355)的次弹簧臂的内部长度371垂直于内部根351。在实施方案中，从基座302延伸(沿着次弹簧臂307的轴向长度355)的弹簧臂的外部长度373垂直于外部根353。在所示的实施方案中，沿着主弹簧臂和次弹簧臂的轴向长度的每个回转导致与回转相邻的平行的一对长度的弹簧臂。

在图6D所示的实施方案中，紧邻中间回转349A的次弹簧臂的一部分包括彼此平行的次弹簧臂的第一长度361A和第二长度363A。紧邻中间回转349B的次弹簧臂的一部分包括彼此平行的次弹簧臂的第一长度361B和第二长度363B。相似地，紧邻内部根351的次弹簧臂的一部分包括第一长度365，并且紧邻外部根353的次弹簧臂的一部分包括次弹簧臂的彼此平行的第二长度367。简要地参考图14，在实施方案中，每个主弹簧臂和次弹簧臂的特征在于包括一系列弹簧臂段，其端点的特征在于斜率θ等于零的边界条件。如参照图15A-图15B更加详细所述的，弹簧臂段的端点对应于局部最大弯矩或局部最小弯矩，其中对于枢转平台的给定偏转，变形的弹簧臂段的斜率在正和负之间改变符号。在图6D和图14所示的具体实施方案中，长度365在次弹簧臂段1内，长度361A在次弹簧臂段2内，长度363A,363B在次弹簧臂段3内，长度361B在次弹簧臂段4内，长度367在次弹簧臂段5内。在所示的具体实施方案中，次弹簧臂307的特征在于直角欧米伽(Ω)形，其中每个次弹簧臂段具有彼此平行的轴向长度，并且次弹簧臂段3比次弹簧臂段1，2，4，5长。

根据实施方案，应变感测元件可沿着次弹簧臂的长度邻近回转或根部定位。此外，参考计量器可邻近应变感测元件定位。图6E是根据实施方案的图6D中的细节D的近距离俯视图。在图6E所示的具体实施方案中，第一应变感测元件320位于次弹簧臂邻近中间回转349B的第一长度361B处，并且第二应变感测元件320位于次弹簧臂邻近中间回转349B的第二长度363B处。此外，第一参考计量器340位于邻近第一长度361B处的第一应变感测元件320，并且第二参考计量器340位于邻近第二长度363B处的第二应变感测元件320。再次参考图6D，参考计量器340也在内部根351和外部根353附近并与内部根351和外部根353垂直的长度365,367处以及在邻近中间回转349A的长度361A,363A处位于邻近应变感测元件320。如图所示，应变感测元件320和参考计量器340位于距离根部和回转一定距离处以避免偏离应变区域，在应变区域中由于对衬底图案化而可能存在一些应力集中。参照图14-图16在下面的描述中提供应变感测元件320和参考计量器的有关放置的进一步细节。

再次参见图6E，在所示的具体实施方式中，更详细地示出了沿着与中间回转349B相邻的次弹簧臂的第一长度361B和第二长度363B的应变感测元件320和参考计量器340。在实施方案中，应变感测元件320可是测量次弹簧臂307的变形的应变计。应变计可呈现随材料变形而变化的电阻。更具体地，当次弹簧臂307变形时，应变计可能变形。即，可基于与从承载衬底转移微型器件相关联的环境和操作条件来选择应变计设计，以实现必要的精度、稳定性、循环耐久性等。因此，应变计可由各种材料形成并且可以多种方式与弹簧臂集成以实现这一目标。在下文中描述了若干个此类实施方案。

应变计可与次弹簧臂307分开形成并且附接到它。在实施方案中，应变计包括绝缘柔性背衬，其支撑由多晶硅形成的箔并使箔与次弹簧臂307电绝缘。箔可例如布置成蛇形图案。可附接应变计的实施例是总部在Malvern，PA的Vishay Precision Group制造的Series015DJ通用应变计。与次弹簧臂307分开形成的应变计可使用多种方法附接到次弹簧臂307。例如，应变计背衬可通过粘合剂或其他结合操作直接附接到次弹簧臂307。更具体地，应变计背衬可使用焊料、环氧树脂或焊料和高温环氧树脂的组合固定到次弹簧臂307的表面。

在另一实施方案中，应变计可以期望的图案(诸如蛇形图案)形成在次弹簧臂307上。在实施方案中，应变计可使用沉积工艺直接形成在次弹簧臂307上。例如，康铜铜-镍迹线可以蛇形图案直接溅射在次弹簧臂307上。具有蛇形图案的溅射应变计的股线的尺寸可是约8微米宽度，股线长度之间具有约8微米的距离，并且可沉积成约105纳米的厚度。

在另一个实施方案中，可修改次弹簧臂307的材料以形成集成的应变计。更具体地，次弹簧臂307可被掺杂使得弹簧臂的掺杂区域表现出压阻行为。例如，次弹簧臂307的表面可是掺杂的硅。掺杂的材料可是蛇形图案，具有随施加的应变而变化的尺寸。因此，应变计可完全地集成并且物理上不与次弹簧臂307的其余部分区分。

在微型器件从载体衬底转移期间，次弹簧臂307和应变感测元件320可能经受升高的温度，并且因此，可能需要温度补偿。在实施方案中，应变感测元件320(应变计)可以进行自我温度补偿。更具体地，可选择应变计材料以在转移过程的操作条件下限制温度引起的表观应变。然而，在另选的实施方案中，可使用其他方式的温度补偿。例如，可使用参考计量器技术实现温度补偿。

在实施方案中，应变感测元件320可是次弹簧臂307上的应变计，其具有在弹簧臂的表面处沿预期的法向应变的方向排列的纵向股线的图案(例如蛇形)。参考图6D-图6E，在实施方案中，参考计量器技术利用参考计量器340来补偿应变感测元件320。更具体地，参考计量器340可在应变的相同区域中与应变感测元件320相邻。虽然应变感测元件320的股线可与所施加的应变的方向对准，但是参考计量器340的股线可垂直于应变感测元件320的股线并且垂直于所施加的应变的方向延伸。另选地，参考计量器340可位于枢转安装件300的非应变区域中，除位于次弹簧臂307的高应变区域中的应变感测元件320之外。例如，参考计量器340可位于基座302或枢转平台304上。在每个构造中，应变感测元件320检测施加到次弹簧臂307的应变，并且参考计量器340检测来自枢转安装件300上的热效应的应变。因此，应变感测元件320和参考计量器340中的应变的比较能够被用来确定并补偿与次弹簧臂307的热膨胀相关的应变。

特别地，参考计量器340中的股线341垂直于应变感测元件320中的股线321取向。如在下面的描述中将变得更明显的，在枢转安装件的操作期间在次弹簧臂的第一长度361B和第二长度363B处产生的表面处的法向应变基本上平行于应变感测元件中的股线321，并且垂直于参考计量器中的股线341。在用于应变感测元件的其他所述位置(例如，365,361A,363A,367)处发现类似的应变关系，其中在枢转安装件的操作期间发生的表面处的正常法向应变基本上平行于应变感测元件320中的股线。

根据实施方案，一个或多个次弹簧臂307的特征在于具有比一个或多个主弹簧臂306低的刚度。因此，可在次弹簧臂中测量比主弹簧臂更大的应变，导致应变信号放大。可通过调节弹簧臂的长度、宽度或厚度或弹簧臂的材料来选择主弹簧臂和次弹簧臂的相对刚度。例如，参考图6A-图6B，主轴长度354可以大于次轴长度355。沿着主轴长度354的平均宽度可比沿着次轴长度355的平均宽度宽。主弹簧臂306和次弹簧臂307也可沿着它们各自的轴向长度具有相同的平均厚度。在实施方案中，主弹簧臂和次弹簧臂由相同的材料形成。例如，每者可由相同的硅衬底形成，并且每者可一体地形成。

在实施方案中，次弹簧臂307沿其轴向长度355具有比主弹簧臂306沿其轴向长度354更低的平均厚度。这样，可通过调节弹簧臂的厚度来选择相对刚度。图6F-图6H是根据实施方案的通过减小层厚度来调节刚度的方法的沿图6A-图6B中的截面A-A的横截面侧视图。参考图6F，过程可开始于图案化基底衬底301，诸如包括基座302、枢转平台304、主弹簧臂306和次弹簧臂307的硅衬底。然后可通过选择性地蚀刻掉次弹簧臂307的厚度来调节相对厚度，如图6G所示，从而产生图6H所示的枢转平台构造，其中主弹簧臂306比次弹簧臂307厚。

在实施方案中，与次弹簧臂307相比，沿着主弹簧臂306建立具有不同特征的一个或多个附加层。图6I-图6J是根据实施方案的通过层积累来调节刚度的方法的沿图6A-图6B中的截面A-A的横截面侧视图。参考图6I所示，该工艺可开始于图案化的基底衬底301，诸如包括基座302、枢转平台304、主弹簧臂306和具有第一厚度的次弹簧臂307的硅衬底。然后可在基底衬底301上形成加强层601，如图6I-图6J所示。在实施方案中，加强层601例如通过晶片结合而结合到基底衬底301。加强层601可由与基底衬底301相同的材料或不同的材料形成，以便实现期望的刚度。同样，可调节加强层601的厚度。如图所示，加强层601可类似于基底衬底301被图案化，包括基座302、枢转平台304和第二厚度的主弹簧臂306。在实施方案中，其中次弹簧臂307存在于基底衬底301中的地方存在加强层601的间隙或减小的厚度，以便调节厚度。在所示的实施方案中，通过结合基底衬底301和加强层601形成复合枢轴安装结构。所得结构包括具有包括第一厚度和第二厚度之和的总厚度的主弹簧臂306，其中次弹簧臂仅具有第一厚度。

图7是根据实施方案的包括电路由的枢转安装件的俯视图。如图所示，配线可在枢转安装件的顶表面上路由以用于各种部件的操作。在实施方案中，配线380被提供用于应变感测元件320和参考计量器340的操作。在实施方案中，配线382被提供用于静电夹持触点318的操作。在实施方案中，配线384被提供用于顺应性电压触点316的操作。在所示的具体实施方案中，配线384与用于顺应性电压触点316的电极317连接，其中电极在形成顺应性电压触点的螺旋形通道310内形成螺旋形图案。配线380,382和384可在包括基座302、主弹簧臂306、次弹簧臂307和枢转平台304的枢转安装件的一个或多个部分上延伸。配线380,382和384可使用诸如溅射或电子束蒸发的合适的技术形成，或者可是结合到枢轴安装件的线。

配线380,382和384可在枢转安装件的基座302的边缘处被路由至电连接件，诸如柔性电路308。例如，可施加操作电压通过柔性电路308，以操作静电夹持触点318将MPA夹持到枢转安装件300上。可施加另一操作电压通过柔性电路308以操作顺应性电压触点316，其将操作电压传送至静电转移头阵列以便提供夹持压力以拾取微型器件。另外，柔性电路308可将来自应变感测元件320和参考计量器340的反馈信号传送到位置感测模块或计算机108，以调节转移头组件200的致动和空间取向。

现在参见图8A，在主体中的任何点处的应变可由九个应变分量描述。这些包括三个法向应变(εx,εy,εz)和六个剪切应变分量(εxy,εxz,εyx,εyz,εzx和εzy)。在图8B中示出了薄型结构中的应变分量。对于薄型枢转安装件结构，表面上的剪切应变εzx和εzy)和平面外的法向应变(εz)不显著。这种理想化称为平面应力。因此，在实施方案中，枢转安装件表面上的应变计(应变感测元件和参考计量器)将测量法向应变分量εx和εy。在实施方案中，枢轴安装件包括仅仅负载纯εx或纯εy的应变的区域，并且基本上将所有可用应变引导成可测量的应变。

现在参见图9-图10，根据实施方案实现的平面应变的理想化被示出。图9是根据实施方案的在纯弯曲下的弹簧臂的图示。在此类实施方案中，经受纯弯曲的弹簧臂可具有与弹簧臂轴长度对准的单个法向应变分量。参考计量器340可垂直于弹簧臂轴向长度取向，并且不测量由于弯曲引起的任何应变。图10是在弯曲和扭转中的弹簧臂的图示。在此类实施方案中，法向应变分量和剪切应变分量在多个方向产生。在这种情况下，应变计320和参考计量器340两者都可测量非零应变，这可降低参考计量器340对温度变化进行补偿的能力。

为了示出枢转安装件内的应变约束，在图11A-图11E中示出了枢转平台304的具有均匀z位移的枢转安装件，还有用于位于枢转安装件内的应变场的建模数据。参见图11A，枢转安装件300的枢转平台304以均匀z位移偏转。此类偏转在使用批量转移工具的正常拾取和放置操作期间可是典型的，尽管图11A中示出的变形量为了说明的目的被夸大。在图11A中所示的具体实施方案中，沿着邻近外部回转358的弹簧臂的第一长度366以及邻近内部回转356的弹簧臂的第一长度360的主弹簧臂306具有负曲率并且处于在表面处的负(压缩的)法向应变的条件下。在图11A所示的具体实施方案中，沿着邻近外部回转358的弹簧臂的第二长度364以及邻近内部回转356的弹簧臂的第二长度362的主弹簧臂306具有正曲率并且处于在表面处的正(拉伸的)法向应变的条件下。

参见图11B，枢转安装件300的枢转平台304以参照图11A所述的均匀z位移偏转。如图11B中所示，次弹簧臂307包括处于在表面处的负(压缩的)法向应变的条件下的长度361A,363B,367，以及处于在表面处的正(拉伸的)法向应变的条件下的长度365,363A,361B。

根据实施方案，枢转安装结构实现高应变感测灵敏度并且通过将应变感测元件定位在具有比主弹簧臂低的刚度的次弹簧臂上来生成具有高信噪比的反馈信号。这样，对于给定的枢转平台位移，次弹簧臂比主弹簧臂承受更大的应变，并且产生更高的应变信号。通过将应变感测元件定位在次弹簧臂的位置处可进一步增加应变感测灵敏度和反馈信号，其中相等且相反的应变响应被测量，例如在内部根和外部根处和/或在回转的相对侧上。这样，针对给定平台位移的应变信号可被有效地加倍，同时还降低了针对给定应变信号的噪声，因为差分感测可被用于有效地消除噪声。

参考图11C，提供了用于图11A-图11B中所示的z位移的建模数据，示出了在枢转安装件的外表面处x方向上的法向应变εx。如图所示，当在均匀z位移的条件下，高εx应变区域位于沿着在基座和枢转平台之间在x方向上延伸的次弹簧臂的长度，而最小εx应变或没有εx应变位于沿着在基座和枢转平台之间在y方向上延伸的次弹簧臂。此外，高应变区域集中在次弹簧臂中而不是主弹簧臂中。具体地，在具有最高εx的表面处的正(拉伸)法向应变的条件下的区域位于长度365,363A,361B处，而在具有最高εx的表面处的负(压缩)法向应变的条件下的区域位于长度361A,363B,367处。

在图11C所示的实施方案中，与回转349A相邻的长度361A,363A具有相等且相反的法向应变，并且与回转349B相邻的长度361B,363B具有相等且相反的法向应变。在实施方案中，邻近内部根351的长度365和邻近外部根353的长度367具有相等且相反的法向应变。

在实施方案中，一对相邻次弹簧臂位于一对主弹簧臂之间。例如，相邻次弹簧臂对可为彼此的镜像，提供应变仪的额外冗余。在实施方案中，在长度361A处的应变在相邻镜像次弹簧臂对中是相同的。在相邻镜像次弹簧臂对中的长度363B,367,365,363A,361B还可具有相同的相应应变。

在实施方案中，一对相对的次弹簧臂位于枢转平台的相对侧上。例如，相对的次弹簧臂对可为彼此的镜像，提供应变仪的额外冗余。在实施方案中，长度361A处的应变在相对的镜像次弹簧臂对中是相同的。在相对的镜像次弹簧臂对中的长度363B,367,365,363A,361B还可具有相同的相应应变。

参见图11D，提供了用于图11A-图11B中所示的z位移的建模数据，示出了y方向上在枢转安装件的外表面处的法向应变。如图所示，当在均匀z位移的条件下，高εy应变区域位于沿着在基座和枢转平台之间在y方向上延伸的次弹簧臂的长度，而最小εy应变或者没有εy应变位于沿着在基座和枢转平台之间在x方向上延伸的次弹簧臂。此外，高应变区域集中在次弹簧臂中而不是主弹簧臂中。具体地，在具有最高εy的表面处的正(拉伸)法向应变的条件下的区域位于长度365,363A,361B处，并且在具有最高εx的表面处的负(压缩)法向应变的条件下的区域位于长度361A,363B,367处。因此，旋转90度，图11D中所示的最高εy区域类似于图11C中所示的最高εx区域。此外，旋转90度，相等且相反的法向应变的描述和弹簧臂的镜像在图11D中是相同的。

图11E是针对图11A-图11B中所示的z位移枢转安装件的外表面处εx和εy两者的等效应变量值的建模数据的图示。如图所示，在次弹簧臂的每者处测量到基本上相等的应变量值。图11F是用于针对图11A-图11B中所示的z位移的枢转安装件的外表面处的剪切应变的建模数据的图示。如图所示，在表面处基本上不存在可测量的剪切应变。因此，图11C-图11E中提供的建模数据示出了在弹簧臂的高应变区域中具有基本上均匀的弯矩的枢转安装构造，其中应变基本上平行于弹簧臂的轴向长度。

图12是长度为L的理想化梁的示意图，其一端固定并且在自由端处受到同时的横向施加的力F和弯矩M_L，并且在两端具有零斜率边界条件。在所示的情况下，在两端处的边界条件使得变形梁的斜率θ等于零。图12中所示的梁和载荷实质上是处于负载下时枢转安装件中包括主弹簧臂和次弹簧臂的单个弹簧臂段的简化和理想化。虽然所描述的实施方案中的枢转安装件弹簧臂结构包括回转，但是次弹簧臂中每个梁段的潜在行为可通过图12中所示的理想梁以简化的形式表示。枢转安装件中的主弹簧臂和次弹簧臂每者均可被认为是与形成每个串联梁段之间的联接的回转串联布置的两个或更多个这样的理想化梁。此外，图12中的理想化梁的端部相似地类似于弹簧臂的内部根和外部根。

可看出，在图12所示的梁(在每个端部均满足零斜率的边界条件)的端部处在点x＝L处施加的力矩M_L是根据所施加的力，F：

此外，可看出图12所示的长度为L的梁在点x＝L处的位移δ由下式给出：

其中E是梁的杨氏模量，并且I是围绕中性轴的面积惯性矩。梁中的弯曲应力σ由下式给出：

其中M是沿着梁的长度的点处的弯矩，y是距中性平面的距离。该方程示出该应力在点y＝c处将是最大的，其中c是从中性平面到梁的外表面的距离。

参考图13，示出了针对图12中所示的理想化梁的剪切力和弯矩图。这些图是使用材料方法的基本力学导出的。参考弯矩图，显而易见的是，在梁的每个端部处弯矩相等但符号相反，并且此外，弯矩的绝对值在梁的端部处最大。因为弯矩M的值在梁的端部处是最大的，应力σ在图12所示的梁的端部处或当M＝M_L时也将是最大的。其中弯矩具有正值的梁的区域将具有正应力或拉伸应力。相应地，其中弯矩具有负值的梁的区域将具有负应力或压缩应力。剪切力和弯矩的符号取决于施加到梁上的载荷的感测。如果所施加的载荷的感测反向，则剪切力和弯矩的符号反向，而剪切力和弯矩的绝对值将保持不变。因此，如果施加的载荷的感测反向，则所得应力的符号也将反向。

应力可通过胡克定律与应变∈相关：

σ＝E∈(4)

结合方程3和4，在梁的外表面处的应变可表示为：

重排方程2并且将结果代入到方程1中：

将在方程7中的梁的端部处的弯矩的表达式代入方程5中，可看出对于给定载荷，在位置x＝L处的梁的表面处的法向应变∈将为：

认识到从中性轴c到弹簧臂的表面的距离和偏转δ对于主弹簧臂和次弹簧臂二者将是相同的，上述针对应变的表达式可表示为以下比例，其中所得到的应变与梁的长度L的平方成反比：

因此，理想的应变放大次弹簧臂结构将具有显著短于枢转安装件的主弹簧臂的总长度L。例如，如果枢转安装件的次弹簧臂是主弹簧臂的复合长度的一半，则由次弹簧臂中的给定载荷产生的应变将是主弹簧臂中的应变的四倍。因此，放置在具有为主弹簧臂的长度的一半的总长度的次弹簧臂上的应变计可产生针对枢转安装平台的相同位移放置在主弹簧臂上的对应位置处的应变计的四倍大的信号。换句话说，作为位移感测装置的枢转安装件的灵敏度可通过结合这样的结构而提高四倍。

参考图14，根据实施方案示出了应变放大次弹簧臂结构的详细视图，其中每个梁段从内部根到外部根开始顺序地标记。此外，每个梁段的端值被识别。例如，弹簧臂梁段1具有对应的端值1a和1b。另外，显而易见的是，端值1a对应于次弹簧臂的内部根而端值5b对应于次弹簧臂的外部根。

参考图15A，示出了根据实施方案的沿图14中所示的应变放大次弹簧臂结构的长度的由施加到枢转安装平台的载荷得出的弯矩图。就图13所示的图来说，该图是使用材料方法的基本力学导出的。所示的弯矩图已经被划分成与针对图14中所示的次弹簧臂结构限定的单个梁段对应的区域。参考该图，弯矩的绝对值在端点1a，2b，3a，3b，4a和5b处最大。通过扩展，应变的绝对值在端点1a，2b，3a，3b，4a和5b处也是最大值。

剪切力和弯矩的符号取决于施加到梁的载荷的感测。如果施加的载荷的感测反向，则剪切力和弯矩的符号反向，而剪切力和弯矩的绝对值将保持不变。因此，如果施加的负载的感测反向，则所得应力的符号以及随后应变也将反向。参考图15B，示出了根据实施方案的针对具有与图15A中所示的相反感测的相等的所施加载荷的情况用于图14的次弹簧臂的弯矩图。需注意，在端点1a,3b和4a的分组中两个负载情况的弯矩是相等的，并且在端点2b,3a和5b的分组中弯矩也是相等的。此外，需注意，在端点1a,3b和4a的分组与端点2b,3a和5b的分组之间，弯矩的量值以及因此应变响应总是相等但是符号相反。通过组合来自经受相关应变响应的应变计的信号来形成应变计的“相关配对”或一般来讲“相关分组”是可能的。

根据实施方案，由于局部应力集中，在枢转安装件内的各个位置处发现一些量的局部应变，然而这些不影响应变测量，因为应变计位于远离局部应变区域。例如，可在限定端点1a,2b,3a,3b,4a和5b附近的回转或根部的通道310的端部处发现局部应力集中。因此，虽然应变可在段端点处达到理论最大值，但在实施方案中，应变计和参考计量器位于离端点1a,2b,3a,3b,4a和5b的特定距离处，使得它们不位于与局部应力集中相关联的边缘应变区域处，但仍位于最高应变区域处或附近。

应变感测元件320和参考计量器340可布置成传感器，使得所得到的传感器信号相关。如果传感器中丢失或损坏的计量器的信号可从剩余的信号组近似，则认为传感器组是相关的或依赖的。需要与期望位置测量的数量相等的独立应变信号的最小组来计算这些测量。超过最小所需组的相关应变信号可包括在位置计算中并且用于改善测量的信噪比。如果应变计(320,340)或传感器故障发生，则可调整计算以保持位置输出，虽然具有降低的信噪比。这样，相关信号提供冗余以及改善的信噪比。

参考图16，根据实施方案示出了包括24个相关应变传感器的枢转安装件。具体地，图16是类似于上面图7所述的示例性图示，包括48个总应变感测元件320(应变计)和48个总参考计量器340。在这种构造中，在回转的相对侧上或在内部根/外部根处的一对应变感测元件(应变计)和参考计量器可对应于单个应变传感器。如前所述，在回转的相对侧上或在内部根/外部根处的这些应变感测元件320对测量相等量值的相反的应变类型。因此，这些应变计对(以及对应的参考计量器340)也可被认为是应变传感器，其可与其他应变传感器相关。图16中所示的应变传感器可是线性相关的组(相关的对)，取决于枢转平台是围绕x轴旋转、围绕y轴旋转还是受到垂直位移。下面的表I描述了示例性实施方案的某些相关对。

表I.相关对应变传感器

在上面的示例性实施方案中，描述了用于24通道(信号)操作的若干相关对，其中每个通道对应于由一对应变计和参考计量器产生的信号。在正常操作下，由在正常操作下操作的示例性枢转安装件产生的反馈信号可通过变换矩阵转换为合成输出信号。用于将枢转安装件反馈信号转换为合成输出信号的广义变换矩阵在方程(10)中表示为用于3个位置测量输出(例如，倾斜、倾翻、z)的n个应变信号输入：

虽然目前为止枢转安装件的实施方案以方形构造描述，其中次弹簧臂沿着x方向或y方向延伸，但是实施方案不限于此。实际上，应变感测元件和参考计量器可沿着多个方向定位。在图17所示的实施方案中，枢转安装件300包括基座302、枢转平台304、主弹簧臂306和次弹簧臂307。每个次弹簧臂307在对应的内部根351处固定到枢转平台304，并且在对应的外部根353处固定到基座302，如前所述。图17所示的枢转安装件与本文所述的枢转安装件的其他实施方案的不同在于次弹簧臂306、307布置成大致等边三角形构造，而不是大致正方形构造。因此，测量的应变不仅位于εx和εy方向内。然而，获得了相等且相反应变、在高应变区域中的均匀弯矩和分布式相关对的相同结果。因此，尽管已经描述了具体到在εx和εy方向上产生和测量应变的实施方案，但是实施方案不限于此，并且枢转安装件反馈信号可被转换成用于各种几何形状的合成输出信号。

根据实施方案，转移头组件200可调节MPA 103的取向，直到枢转安装件300应变感测元件320感测到跨枢转安装件300的期望量的压力和/或期望的压力分布。因此，MPA 103上的转移头阵列115可与配合衬底上的微型器件阵列主动对准。例如，表示对准的空间取向可被预定为包括穿过转移头阵列115的平面，其平行于通过微型器件阵列的平面。另选地，表示对准的空间取向可包括不平行的平面，而是处于某些预定的相互取向，例如成角度，使得当阵列被放在一起时，转移头阵列115的仅一部分与相应的微型器件接触。更具体地，表示转移头阵列115与微型器件阵列对准的空间取向可是任何预定的空间取向。可以监测、感测和测量此类空间取向以确定系统特性，例如跨枢转安装件300的压力分布。因此，测量的系统特性可用作表示对准的代理。主动对准可增加微型器件的传输速率，因为精细对准可在拾取微型器件时完成并且相似地在释放微型器件的同时完成。此外，可在动态地进行主动对准而无需转移头阵列115的寄生转换，否则可能拖曳和损坏微型器件阵列。当施主衬底(例如载体基底)和/或显示衬底(例如接收衬底)包括表面不规则性和非平面轮廓时，此类动态调整可是有用的。

参考图18A，示出了根据实施方案的用于调节转移头组件的控制方案的示意图。更具体地，控制回路可包括处理位置和应变输入的组合的多个子回路。转移头组件的致动器可由子回路首先朝向初始期望位置驱动，并且如果感测到MPA 103和目标衬底之间的接触，则可修改初始期望位置以将MPA103朝向期望的压力状态移动，例如以基于枢转安装件300次弹簧臂307的偏转来均匀地分布跨MPA 103的压力和/或在枢转安装件300上的一个或多个位置处实现期望水平的压力。

主输入1802可限定对应于MPA 103的初始期望状态的一组参考信号。更具体地，主输入1802可限定MPA 103相对于微型器件阵列或衬底表面的预期位置的目标空间位置。主输入1802可被馈送到几个内环中的一个内环，每个内环可对应于单个的致动器。例如，x致动器内环1804可对应于用于控制转移头组件的x致动器以及因此控制MPA 103围绕远程旋转中心倾翻的控制回路。相似地，y致动器内环1806可对应于用于控制转移头组件的y致动器以及因此控制MPA 103围绕远程旋转中心倾斜的控制回路。另外，z致动器内环1808可对应于用于控制转移头组件的z致动器以及因此控制MPA 103沿着z轴的位置的控制回路。因此，内环的组合允许对调整MPA 103的倾翻、倾斜和z空间取向的致动器的控制。

在实施方案中，转移头组件200致动器的内环控制导致主输出1810。更具体地，主输出1810可是由致动器运动导致的转移头组件200的瞬时几何构造。几何构造可从跟踪单个转移头组件200部件的空间位置的编码器或其他传感器提供的数据推断。即，几何构造可包括单个几何构造的组合，例如倾翻位置、倾斜位置和z位置。主输出1810还可涉及从转移头组件200部件的已知物理尺寸推断出的MPA 103的空间位置。另选地，可使用例如激光测微器、加速度计等直接感测MPA 103表面位置，以提供可直接包括在主输出1810中的空间取向反馈。因此，可推断或感测MPA 103的位置以确定是否已实现主输出1810，即，等于预期主输入1802。然而，尽管MPA 103可朝向目标衬底被驱动以实现主输入1802的位置命令，但是在一些情况下，MPA103可接触目标衬底。此外，一旦检测到接触，主输入1802可通过来自几个致动器外环的附加命令来修改，以实现具有跨枢转安装件300的期望的压力分布的枢转安装件300的中性倾翻变形和倾斜变形。因此，MPA阵列103可在亚微米范围内的精度(例如，小于约250nm的量级)内被驱动到倾翻偏转、倾斜偏转和z压缩目标。

在MPA 103的转移头阵列115和微型器件之间的接触已经形成之后，可基于来自枢转安装件300的压力反馈来精细地调节MPA 103。更具体地，可响应于接触干扰1812的系统识别而启用MPA 103的精细调整。在实施方案中，使能逻辑被包括以确定在MPA 103实现期望的主输入1802之前是否感测到接触干扰1812，并且如果感测到接触干扰1812，则可闭合附加的控制回路以允许转移头组件200的精细调整。更具体地，可闭合附加的控制回路以朝向倾翻偏转、倾斜偏转和z压缩目标驱动MPA 103，而不是朝向主输入1802的初始位置目标。

在实施方案中，当例如MPA 103接触没有对准的配合衬底时，感测到接触干扰1812。例如，如果MPA 103和配合衬底以完美对准进行接触，则主输出1810可等于主输入1802，然后微型器件可被转移头阵列115夹紧，而不需要额外的调整。然而，如果MPA 103和配合衬底没有完全对准，则来自枢转安装件300上的每个应变感测元件320的位移或应变测量可彼此基本上不同和/或可能不能实现期望的压力水平。即，在实施方案中，在开始静电夹持之前必须满足预期或期望的倾翻、倾斜和压缩状态。如果没有实现期望的状态，则位移或应变测量可作为反馈信号1814被馈送。

在实施方案中，反馈信号1814对应于来自应变传感元件320和参考计量器340的模拟信号。在上面的示例性实施方案中，反馈信号1814可包括来自四十八个单独的应变感测元件320和四十八个参考计量器340的二十四个传感器信号。反馈信号1814可由信号调节和组合逻辑1815调节，以将模拟信号转换为表示相应应变感测元件的应变状态的合成输出信号。这些合成输出信号还可由信号调节和组合逻辑1815组合以合成由诸如上述方程(10)的变换矩阵方程表示的枢转安装件300压缩合成输出信号、枢转安装件300倾斜偏转合成输出信号和枢转安装件300倾翻偏转合成输出信号中的一者或多者。合成输出信号可作为输入提供到动态控制使能逻辑1816。更具体地，动态控制使能逻辑1816可观察一个或多个合成输出信号以确定接触干扰1812已经在倾翻、倾斜或z方向中的一者或多者中发生。例如，如果通过信号调节和组合逻辑1815合成了超过预定限制的非零压缩信号，则动态控制使能逻辑1816可识别接触干扰1812。

响应于观察到接触干扰1812存在，动态控制使能逻辑1816可闭合相应的外环，每个外环可被配置为提供输出命令以修改主输入1802的位置命令。因此，闭合外环可驱动致动器以实现压力和取向的期望的状态，而不是驱动它们以实现初始位置命令。例如，如果动态控制使能逻辑1816观察到压缩接触干扰1812存在，则z致动器外环1818可闭合以通过调节z致动器来响应接触干扰1812。同样，动态控制使逻辑1816可通过启用X驱动器外环1820或y致动器外环1822年来分别响应倾翻偏转信号或倾斜偏转信号。

偏转和压缩反馈信号可从信号调节和组合逻辑1815作为合成输出信号传递到相应的外环，以与提供给相应的外环的偏转指令输入1840进行比较。在实施方案中，枢转安装件300偏转指令输入1840可对应于跨枢转安装件300或MPA 103的期望压力分布。因此，枢转安装件300偏转指令输入1840可表示枢转安装件300的倾翻偏转、倾斜偏转和z压缩目标。这些目标可与来自信号调节和组合逻辑1815的合成输出信号(其指示跨枢转安装件300的瞬时压力分布)进行比较，以确定差值。然后，差值(如果有的话)可以作为误差信号馈送，以驱动相应的转移头组件200致动器。例如，如果枢转安装件300的倾翻被感测为接触干扰1812，并且动态控制启用逻辑1816观察到倾翻超过可允许的量，则x致动器外环1820可闭合，并且倾翻偏转信号可与枢转安装件300倾翻偏转命令1840进行比较以产生将枢转安装件300朝向期望的应力状态倾翻的运动控制信号。运动控制信号可被馈送到伺服滤波器并且被传递通过逆运动学计算以生成外环命令输出1830。在实施方案中，运动控制信号还可与运动求和节点1850中的一者或多者处的其他转移头组件运动控制信号相加。这可是例如当需要多个致动器的运动以引起倾翻时的情况。

为了闭合控制回路，外环命令输出1830可与主输入1802组合并且传递回到致动器内环。例如，倾翻外环命令1830可与用于x致动器的主输入1802相加并且传递通过x致动器内环1804，从而以枢转安装件300朝向更均匀的压力分布的物理状态的方式控制x致动器。相应的外环命令可被传递到感测到接触干扰1812的任何致动器内环。

可执行并重复上述控制方法，直到转移头组件200移动到跨枢转安装件300以及因此MPA 103的压力分布是均匀的并且实现期望量的压力的位置。因此，可控制转移头组件200以使MPA 103上的静电转移头阵列115与配合衬底上的微型器件阵列接触。使用上述控制系统，如果MPA 103和配合衬底之间的对准最初不是完美的(这对于几乎每个转移操作都是真实的)，可实施压力分布控制以微调对准。控制方法可被快速执行，例如，大约50ms的量级，以感测接触干扰1812、启用合适的外环以及向致动器馈送合适的外环控制命令，并且因此完全接触可在静电转移头阵列115和微型器件阵列之间快速实现，使得能够实现承载衬底和接收衬底之间的有效转移。

现在参考图18B，提供了在实施方案中的用于生成合成输出信号的方法的示意图。如图所示，反馈信号1814由信号调节和组合逻辑1815接收，信号调节和组合逻辑1815组合来自枢转安装件300的输入反馈信号1814并产生合成输出信号。在最简单的情况下，从枢转安装件(例如从上面参照图16描述的传感器1-24)接收的反馈信号通过与变换矩阵相乘进行线性组合以形成一组输出测量(合成输出信号)。

参见图18C中所示的实施方案，在更复杂的实现中，可检查应变传感器的相关集合的信号质量。如图所示，反馈信号1814由信号调节和组合逻辑1815接收。在1815A处，检查反馈信号1814以确定它们是否在预定义的正常操作范围内。在正常操作范围之外的传感器(包括计量器320,340)被标记为故障传感器。然后可拒绝故障传感器信号，从而需要改变变换矩阵。在1815B处，检查信号在正常操作范围内的变化。具有大于或小于正常操作传感器的变化的传感器(包括计量器320,340)被标记为故障传感器。基于被标记为故障的传感器，选择能够从剩余信号合成输出的变换矩阵，并且在1815C处变换矩阵用于将所得到的传感器信号向量转换为合成的输出信号(位置测量输出)。这样，合成的输出信号保持在降低的信噪比而不是传感器故障导致输出故障。

参见图19，示出了根据实施方案的示出将与转移头组件200上的枢转安装件300联接的MPA 103相对于目标衬底对准的方法的流程图。该方法可例如在拾取或放置操作期间执行，因为微型器件从承载衬底转移到接收衬底。在操作1902处，根据主输入1302，批量转移工具100将转移头组件200沿着z轴朝向目标衬底移动，例如由承载衬底保持器104保持的承载衬底或由接收衬底保持器106保持的接收衬底。更具体地，MPA 103和枢转安装件300沿着z轴朝向目标衬底移动。MPA 103沿着z轴的移动510可通过致动批量转移工具100或衬底保持器的各种致动器来实现。

最初，可能没有施加到MPA 103或枢转安装件300的压缩载荷。该初始状态可对应于在其上微型器件阵列与静电转移头阵列物理分离的行进范围。在该行进期间，MPA 103和目标衬底可具有未对准的表面，但是可能没有这种未对准的指示，因为枢转安装件300的压力分布状态可是均匀的，即，所有应变感测元件可输出指示零应变的信号

在操作1904和1906处，静电转移头阵列103中的静电转移头可接触微型器件，而其他静电转移头可保持与相应的微型器件分离。即，可进行接触同时MPA 103与目标衬底未对准。该位置未对准可被感测为枢转安装件300中的不均匀的压力分布。例如，来自枢转安装件300上的一个应变感测元件320的第一应变输出值和来自枢转安装件300中的另一应变感测元件320的不同的第二应变输出值可不同。应变信号可作为反馈信号1814提供，并且通过信号调节和组合逻辑1815调节并组合成指示接触干扰1812的合成输出信号(例如倾翻偏转、倾斜偏转和压缩信号)。

动态使能控制逻辑1816可以观察到接触干扰1812存在，并且根据接触干扰1812的水平，可激活致动器外环以确定用于致动转移头组件200的各种致动器的驱动信号，以便调整MPA 103的取向使得跨枢转安装件300的压力分布是均匀的。例如，在操作1908处，响应于倾翻信号被识别为高于阈值的接触干扰1812，x致动器外环1820可将命令信号1830馈送到x致动器内环1804，以便致动x致动器以围绕远程旋转中心倾翻MPA 103。相似地，在操作1910处，响应于倾斜偏转信号被识别为高于阈值的接触干扰1812，y致动器外环1822可将命令信号馈送到y致动器内环1806，以便致动y致动器708以围绕远程旋转中心倾斜MPA 103。

在操作1912处，响应于基于倾翻和倾斜偏转信号的x致动器和y致动器的致动，MPA103可旋转成与目标衬底对准。此外，由于远程旋转中心与MPA 103的接触表面协同定位，静电转移头阵列115可经历围绕远程旋转中心的纯旋转。因此，当MPA 103与目标衬底对准时，静电转移头阵列115可经历最小的寄生横向运动，并且微型器件可保持未损坏。

根据合成的输出信号(倾翻、倾斜和z压缩信号)的转移头组件200的致动可继续，直到静电转移头阵列115与目标衬底上的微型器件接触。更具体地，致动可继续，直到主输出1810在由主输入1802设置的极限内，在该点处可停止致动。如上所述，主输出1810可是被修改以达到期望的枢转安装件300状态的位置输出。例如，转移头组件200的致动可继续，直到实现主位置输入和/或跨枢转安装件300的压力分布是均匀的。

在静电转移头阵列115和微型器件接触之后，可将电压施加到静电转移头阵列115，以在微型器件阵列上产生夹持压力。静电电压可施加到静电转移头阵列115顺应性电压触点316和电压触点120。附加的电触点和连接器可集成在转移头组件200内，并且基于来自计算机108的控制信号由电压源供电。例如，如果在拾取过程期间由枢转安装件300上的每个应变感测元件同时感测到预定变形，则计算机108可实施指令静电转移头阵列115被激活的控制算法。因此，静电转移头阵列115的阵列可在整个阵列表面处于接触中并在阵列上施加均匀的压力之后将夹持压力施加到微型器件阵列。

在利用静电转移头阵列115夹持微型器件之后，可从承载衬底拾取微型器件。在拾取期间，提供给静电转移头阵列115的静电电压可以持续，并且因此，微型器件阵列可保持在静电转移头阵列115上并从承载衬底去除。

在拾取操作期间，加热元件可将热量朝向枢转安装件300和/或MPA 103引导。因此，微型器件可在拾取期间通过与MPA 103上的静电转移头阵列115接触而被加热。例如，与枢转安装件300相邻的加热元件可被电阻性加热以将热量传递到MPA 103，并且因此通过静电转移头阵列115传递到微型器件。热传递可在从承载衬底拾取微型器件阵列之前、期间和之后发生。

尽管关于图19描述了拾取过程，可使用类似的方法来控制微型器件到由接收衬底保持器106保持的接收衬底(诸如显示器衬底)上的放置。例如，当微型器件被静电转移头阵列115夹紧时，批量转移工具100可在接收衬底上方移动MPA 103，并且使MPA与接收衬底的目标区域对准。MPA 103可使用上述控制序列朝向接收衬底前进并与其对准，直到由静电转移头阵列115保持的微型器件阵列与目标区域均匀接触。可通过感测枢转安装件300的应变状态来推断均匀接触。随后，可从静电转移头阵列115去除电压，以将微型器件释放到接收衬底上并完成转移操作。

参见图20，示出了根据实施方案的可使用的计算机系统的示意图。实施方案的部分由驻存在例如计算机108的机器可用介质中的非暂态机器可读且机器可执行指令组成或由其控制。计算机108是示例性的，并且实施方案可在多种不同计算机系统上或之内操作或者受其控制，包括通用网络计算机系统、嵌入式计算机系统、路由器、交换机、服务器设备、客户端设备、各种中间设备/节点、独立计算机系统等等。此外，虽然控制系统的一些组件(例如，信号调节和组合逻辑1815和动态控制使能逻辑1816)已经在上面单独讨论，但是计算机108可直接集成这些组件或者包括实现类似功能的另外的组件。

图20的计算机108包括用于传递信息的地址/数据总线2002，以及耦接到总线2002用于处理信息和指令的中央处理器2004。计算机108还包括存储特征结构，诸如计算机可用易失性存储器数据，例如，随机存取存储器(RAM)2006，其耦接到总线2002用于存储用于中央处理器2004的信息和指令，计算机可用非易失性存储器2008，例如，只读存储器(ROM)，耦接到总线2002用于存储用于中央处理器2004的静态信息和指令，以及耦接到总线2002用于存储信息和指令的数据存储设备2010(例如磁盘或光盘和磁盘驱动器)。本实施方案的计算机108还包括任选的字母数字输入设备2012，包括耦接到总线2002的字母数字和功能键，用于向中央处理器2004传送信息和命令选择。计算机108还任选地包括耦接到总线2002的任选的光标控制2014设备，用于向中央处理器2004传送用户输入信息和命令选择。本实施方案的计算机108还包括耦接到总线2002用于显示信息的任选的显示设备2016。

数据存储设备2010可包括非暂态机器可读存储介质2018，在其上存储体现本文描述的方法或操作中的一者或多者的一个或多个指令集(例如软件2020)。例如，软件2020可包括当由处理器2004执行时使得计算机108根据上述用于将MPA 103与目标衬底对准的控制方案来控制批量转移工具100或远程中心机器人500的指令。软件2020还可完全地或者至少部分地驻留在易失性存储器、非易失性存储器2008内，和/或在其由计算机108执行期间完全地或者至少部分地驻留在处理器2004内，易失性存储器2006、非易失性存储器2008和处理器2004还构成非暂态机器可读存储介质。

在利用实施方案的各个方面时，对于本领域技术人员来说显而易见的是，上述实施方案的组合或变化对于形成具有集成的应变感测元件的枢转安装件是可能的。尽管已经以特定于结构特征和/或方法行为的语言描述了实施方案，但是应当理解，所附权利要求不一定限于所描述的特定特征或行为。所公开的特定特征和行为反而被理解为可用于说明的权利要求的实施方案。

Claims (21)

1.一种枢转安装件，包括：

枢转平台；

基座；

主弹簧臂，所述主弹簧臂在主内部根处固定到所述枢转平台、在主外部根处固定到所述基座，并且所述主弹簧臂的特征在于对应的主轴长度跨越在所述主外部根和所述主内部根之间；和

次弹簧臂，所述次弹簧臂在次内部根处固定到所述枢转平台、在次外部根处固定到所述基座，并且所述次弹簧臂的特征在于次轴长度跨越在所述次外部根和所述次内部根之间；以及

沿着所述次弹簧臂的应变感测元件；

其中所述次弹簧臂的特征在于具有比所述主弹簧臂低的刚度。

2.根据权利要求1所述的枢转安装件，其中所述主轴长度比所述次轴长度大。

3.根据权利要求2所述的枢转安装件，其中所述主弹簧臂沿着所述主轴长度的平均宽度比所述次弹簧臂沿着所述次轴长度的平均宽度宽。

4.根据权利要求3所述的枢转安装件，其中所述主弹簧臂沿着所述主轴长度的平均厚度基本上等于所述次弹簧臂沿着所述次轴长度的平均厚度。

5.根据权利要求3所述的枢转安装件，其中所述主弹簧臂和所述次弹簧臂由相同的材料形成。

6.根据权利要求3所述的枢转安装件，其中所述次弹簧臂包括沿着所述次轴长度的回转，使得所述次弹簧臂紧邻所述回转的第一梁段和第二梁段彼此平行。

7.根据权利要求6所述的枢转安装件，其中所述应变感测元件是在所述次弹簧臂的所述第一梁段处的第一应变感测元件；并且还包括在所述次弹簧臂的所述第二梁段处的第二应变感测元件。

8.根据权利要求7所述的枢转安装件，还包括在所述次弹簧臂的所述第一梁段处邻近所述第一应变感测元件的第一参考计量器、以及在所述次弹簧臂的所述第一梁段处邻近所述第一应变感测元件的第二参考计量器。

9.根据权利要求6所述的枢转安装件，还包括沿着所述次轴长度的多个回转。

10.根据权利要求9所述的枢转安装件，其中沿着所述次轴长度的所述多个回转是平行的。

11.根据权利要求9所述的枢转安装件，其中所述第二梁段比所述第一梁段长。

12.根据权利要求3所述的枢转安装件，其中所述次弹簧臂包括沿着所述次轴长度的多个回转，沿着所述次轴长度的第一长度的多个梁段、以及沿着所述次轴长度的比所述第一长度长的第二长度的梁段。

13.根据权利要求1所述枢转安装件，其中所述主弹簧臂沿着所述主轴长度的平均厚度比所述次弹簧臂沿着所述次轴长度的平均厚度大。

14.根据权利要求2所述的枢转安装件，包括：

一对次弹簧臂，所述一对次弹簧臂横向地位于一对主弹簧臂之间，其中所述次弹簧臂中的每个次弹簧臂的特征在于具有比所述主弹簧臂中的每个主弹簧臂低的刚度。

15.一种转移工具，包括：

进行关节运动的转移头组件；

枢转安装件，所述枢转安装件可安装到所述进行关节运动的转移头组件上，所述枢转安装件包括：

枢转平台；

基座；

主弹簧臂，所述主弹簧臂在主内部根处固定到所述枢转平台、在主外部根处固定到所述基座，并且所述主弹簧臂的特征在于对应的主轴长度跨越在所述主外部根和所述主内部根之间；和

次弹簧臂，所述次弹簧臂在次内部根处固定到所述枢转平台、在次外部根处固定到所述基座，并且所述次弹簧臂的特征在于次轴长度跨越在所述次外部根和所述次内部根之间；以及

沿着所述次弹簧臂的应变感测元件；

其中所述次弹簧臂的特征在于具有比所述主弹簧臂低的刚度；以及

可安装到所述枢转安装件的所述枢转平台上的微型拾取阵列，所述微型拾取阵列包括转移头阵列。

16.根据权利要求15所述的枢转安装件，其中所述次弹簧臂包括沿着所述次轴长度的多个回转，沿着所述次轴长度的第一长度的多个梁段、以及沿着所述次轴长度的比所述第一长度长的第二长度的梁段。

17.根据权利要求15所述的转移工具，其中每个转移头具有局部接触点，所述局部接触点的特征在于在x维度和y维度两者中的最大尺寸为1μm-100μm。

18.根据权利要求15所述的转移工具，其中所述主轴长度比所述次轴长度大。

19.根据权利要求18所述的转移工具，其中所述主弹簧臂沿着所述主轴长度的平均宽度比所述次弹簧臂沿着所述次轴长度的平均宽度宽。

20.根据权利要求15所述的转移工具，其中所述枢转平台包括多个顺应性电压触点，并且所述微型拾取阵列包括被布置成与所述枢转平台的所述多个顺应性电压触点配合的多个电压触点。

21.根据权利要求15所述的转移工具，其中所述主弹簧臂沿着所述主轴长度的平均厚度比所述次弹簧臂沿着所述次轴长度的平均厚度大。