CN109768128B - 一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，包括移动单元、拾取单元、传感单元、视觉定位单元、调平单元、以及作为以上各单元安装基础的支架。其中拾取单元通过电磁力吸附方式可实现对Micro LED芯片巨量拾取，移动单元保证机械臂的X，Y，Z三轴运动，实现区域转移，视觉定位单元通过视觉相机对对装置运动进行实时监测与指引，为调平单元与运动单元提供信息，最终完成Micro LED芯片的转移。通过本发明，各个模块单元之间相互联系，共同协作，显著提升了芯片转移的效率，同时获得对芯片高速高精的转移效果。

Description

一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备

技术领域

本发明涉及芯片转移设备技术领域，具体为一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备。

背景技术

随着信息产业的迅猛发展，电子产品的应用越来越广泛，其需求量也日益增加。如芯片之类的微小电子元器件作为电子产品的最小单位，是电子产品制造和应用的基础，且其使用地位及数量增长迅速，且体积呈现微量化趋势。目前，电子设备产品越来越复杂，所采用的电子元器件在种类和数量等方面均呈爆发性增长，为保证芯片的安放过程中转移高效率和可靠性，针对芯片高效可靠的巨量转移研究，尤其是Micro LED芯片巨量转移的研究就一直未曾停止过，工业生产也对其提出越来越苛刻的要求，效率已经成为制约发展的技术瓶颈所在。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，解决了Micro LED芯片巨量转移的高效性的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，包括移动单元、拾取单元、传感单元、视觉定位单元、调平单元、以及作为以上各单元安装基础的支架；

所述移动单元包括以X向平动模块、Y向平动模块和Z向平动模块，所述X向平动模块、Y向平动模块和Z向平动模块的控制端均通过控制线与移动单元电性连接，所述X向平动模块、Y向平动模块和Z向平动模块分别用于执行所述拾取单元在X轴和Y轴及Z轴方向的直线移动，由此可实现Micro LED的拾取及转移；

所述拾取单元包括第一接触头、第二接触头、第三接触头、第四接触头和与之相应的第一接触位、第二接触位、第三接触位、第四接触位，以及多个真空吸嘴组成，真空吸嘴设置有附电磁铁，触头与接触位相接触，电流接通，完成对芯片吸附；

所述传感单元位于拾取单元的吸盘下方，所述传感单元包括多个感应外圈、多个感应内圈和最里感应圈，采用圆形多圈均匀分布，所述多个感应外圈、多个感应内圈和最里感应圈均绕圆周等距离分布设置；

所述视觉定位单元由三个视觉相机组成，三个所述视觉相机分别为第一视觉相机、第二视觉相机和第三视觉相机，所述第一视觉相机检测吸盘平衡，所述第二视觉相机对机械臂进行粗定位，所述第三视觉相机对机械臂精定位，三个相机相互配合，完成对机械臂拾取，转移的检测；

所述调平单元是由个自由度的并联机构完成的，所述调平单元是由第一并联臂、第二并联臂、第三并联臂、第四并联臂、第五并联臂和第六并联臂组成，所述调平单元通过传感单元和第一视觉相机相互配合，完成吸盘的调平过程。

优选的，所述拾取单元可采用真空吸附和电磁力吸附，电磁铁与并联机构采用真空吸附方式连接，所述拾取单元上的导电触头采用四个圆形均匀绕圆周分布，所述拾取单元上的四个吸嘴采用圆形均匀分布，在吸嘴吸附电磁铁过程中，拾取单元上的四个吸嘴与四个导电触头吸附接触，此时电磁铁通电完成，电磁铁即可工作，最终完成对芯片的吸附，整个工作流程为，真空吸嘴吸附电磁铁，在此过程中触头导电，电磁力开启，之后完成芯片吸附。

优选的，所述传感单元上设置的传感器为压力传感器，其分布从感应外圈直至最里感应圈，每一圈圈距间隔相等，为均匀分布，该传感器之均匀分布在拾取单元下方的吸盘底部。

优选的，所述第一视觉相机设置在工作机床工作区前方，镜头沿水平方向朝向工作区，用于定位吸盘平衡，进行平衡监测与信息反馈，所述第二视觉相机悬空置于工作机床工作区侧方，镜头以不定角度倾斜向下，对芯片转移进行粗定位，并反馈位置信息，指引下一步移动方向与距离，所述第三视觉相机，贴合吸附基板后机械臂边缘，镜头方向沿竖直方向向下，对芯片转移过程中进行精准定位，对芯片安放位置提供精确的位置信息。

优选的，所述调平单元采取六自由度并联机构，所述拾取单元下方吸盘与第一抓取表面完全贴合方式，采用六自由度的并联机构与压力传感器，通过传感器反馈数据，并联机构自发调节吸盘角度，保证在拾取、移动、安放过程中是吸盘保持与贴合平面平行。

S1，视觉相机检测在拾取下移过程中吸盘与工作面的平行度；

S2，传感单元中传感器与芯片的接触中各个压力传感器的受力情况；

S3，数据传送到数据分析中，进行模型分析和数据分析处理；

S4，调平机构通过并联机构的6个机械臂进行调整，对吸盘的调平；

S5，再次对吸盘进行与工作面的平行度检测；

S6，平行度判断，如果达到要求，则进行一步工作，反之，返回S3，继续调平；

S7，机械臂继续进行拾取工作，完成对芯片的拾取。

(三)有益效果

本发明提供了一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备。具备以下有益效果：

(1)、该面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，通过结合芯片转移的过程，对Micro LED芯片转移设备的整体构造重新进行布局设计，同时对其关键结构如拾取平衡装置、定位装置等的具体结构及其设置方式进行研究和改进，相应与现有设备相比能够显著提高转移的效率的效果，同时具备结构紧凑、便于操控、精度和自动化程度高等特点，因而尤其适用于芯片转移的大批量工业化规模生产场合。

附图说明

图1为Micro LED巨量转移机构正视图图；

图2为Micro LED巨量转移机构俯视图；

图3为电磁力吸附结构分布图；

图4为传感单元中传感器的分布方式；

图5为传感单元中传感器的分布俯视图；

图6为视觉定位单元中视觉相机的分布方式；

图7为调平单元中并联机构的结构；

图8为调平流示意图。

图中：100、移动单元；101、X向平动模块；102、Y向平动模块；103、Z向平动模块；200、拾取单元；2001、第一接触头；2002、第二接触头；2003、第三接触头；2004、第四接触头；2010、第一接触位；2020、第二接触位；2030、第三接触位；2040、第四接触位；300、传感单元；310、感应外圈；320、感应内圈；3n0最里感应圈；400、视觉定位单元；401、第一视觉相机；402、第二视觉相机；403、第三视觉相机；500、调平单元；501、第一并联臂；502、第二并联臂；503、第三并联臂；504、第四并联臂；505、第五并联臂；506、第六并联臂；600、各单元安装基础的支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-8所示，本发明提供一种技术方案：一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，包括移动单元100、拾取单元200、传感单元300、视觉定位单元400、调平单元500、以及作为以上各单元安装基础的支架600；移动单元100包括以X向平动模块101、Y向平动模块102和Z向平动模块103，X向平动模块101、Y向平动模块102和Z向平动模块103的控制端均通过控制线与移动单元100电性连接，X向平动模块101、Y向平动模块102和Z向平动模块103分别用于执行拾取单元200在X轴和Y轴及Z轴方向的直线移动，由此可实现Micro LED的拾取及转移；拾取单元200包括第一接触头2001、第二接触头2002、第三接触头2003、第四接触头2004和与之相应的第一接触位2010、第二接触位2020、第三接触位2030、第四接触位2040，以及多个真空吸嘴2100组成，真空吸嘴2100设置有附电磁铁，触头与接触位相接触，电流接通，完成对芯片吸附；传感单元300位于拾取单元200的吸盘下方，传感单元300包括多个感应外圈310、多个感应内圈320和最里感应圈3n0，采用圆形多圈均匀分布，多个感应外圈310、多个感应内圈320和最里感应圈3n0均绕圆周等距离分布设置；视觉定位单元400由三个视觉相机组成，三个视觉相机分别为第一视觉相机401、第二视觉相机402和第三视觉相机403，第一视觉相机401检测吸盘平衡，第二视觉相机402对机械臂进行粗定位，第三视觉相机403对机械臂精定位，三个相机相互配合，完成对机械臂拾取，转移的检测；调平单元500是由6个自由度的并联机构完成的，调平单元500是由第一并联臂501、第二并联臂502、第三并联臂503、第四并联臂504、第五并联臂505和第六并联臂506组成，调平单元500通过传感单元300和第一视觉相机401相互配合，完成吸盘的调平过程，拾取单元200可采用真空吸附和电磁力吸附，芯片吸附优选电磁力吸附，电磁铁与并联机构采用真空吸附方式连接，拾取单元200上的导电触头采用四个圆形均匀绕圆周分布，拾取单元200上的四个吸嘴采用圆形均匀分布，在吸嘴吸附电磁铁过程中，拾取单元200上的四个吸嘴与四个导电触头吸附接触，此时电磁铁通电完成，电磁铁即可工作，最终完成对芯片的吸附，整个工作流程为，真空吸嘴吸附电磁铁，在此过程中触头导电，电磁力开启，之后完成芯片吸附，传感单元300上设置的传感器为压力传感器，其分布从感应外圈310直至最里感应圈3n0，每一圈圈距间隔相等，为均匀分布，该传感器之均匀分布在拾取单元200下方的吸盘底部，第一视觉相机401设置在工作机床工作区前方，镜头沿水平方向朝向工作区，用于定位吸盘平衡，进行平衡监测与信息反馈，第二视觉相机402悬空置于工作机床工作区侧方，镜头以不定角度倾斜向下，对芯片转移进行粗定位，并反馈位置信息，指引下一步移动方向与距离，第三视觉相机403，贴合吸附基板后机械臂边缘，镜头方向沿竖直方向向下，对芯片转移过程中进行精准定位，对芯片安放位置提供精确的位置信息，调平单元500采取六自由度并联机构，拾取单元200下方吸盘与第一抓取表面完全贴合方式，采用六自由度的并联机构与压力传感器，通过传感器反馈数据，并联机构自发调节吸盘角度，保证在拾取，移动，安放过程中是吸盘保持与贴合平面平行。

使用时，通过拾取单元200是吸盘采用电磁力的吸附方式拾取Micro LED芯片，保证Micro LED芯片拾取及释放过程的高效，因Micro LED芯片体积小，且为实现巨量抓取，采用电磁力吸附的形式，保证能够抓取和释放贴合效率，且在转移过程中不出现脱落现象，在拾取吸附过程中，通过传感单元300与Micro LED芯片接触，传感单元位于吸盘底面：为保证在拾取过程不损坏Micro LED芯片，故芯片底面采用柔性材料如橡胶等，可减小吸盘与芯片接触过程中有缓冲过程，减小吸盘与芯片之间的冲击；传感单元300为控制电磁吸附力的大小提供信息基础，精准调节电磁吸附力的大小，不会因吸附力过大导致损伤芯片，吸附力过小不稳，造成脱落并且通过第一视觉相机401观测吸盘是否与工作面保持平行，经过调平单元500的调整，在这个过程中，因种种因素引起吸盘的倾斜，通过该并联机构对吸盘不断调整，满足拾取安放平面度，保证拾取芯片的吸盘在工作及转移过程中保持与底面平行，确保芯片不会因为吸盘不平行工作面造成芯片损坏，保证芯片拾取与安放顺利进行，在拾取之后移动单元100对芯片进行转移，通过三个模组的配合使用，模组101和102实现吸盘在X，Y方向移动，实现平面方向上的转移，模组103实现Z轴方向的移动在Z轴上的移动实现抓取，安放运动，转移过程中，视觉定位单元400提供位置和吸盘平衡信息，第一视觉相机401功能为吸盘平面平衡监测相机，为调整吸盘面提供调整信息支撑；第二视觉相机402为安放位置进行粗定位，指引吸盘运动到芯片贴合区域，然后在经第三视觉相机403精定位，指引吸盘精准到达贴合区域，三坐标轴与视觉定位单元400配合，完成拾取上下运动，转移平面运动，贴合上下运动，最终实现整体转移功能，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，其特征在于：包括移动单元(100)、拾取单元(200)、传感单元(300)、视觉定位单元(400)、调平单元(500)、以及作为以上各单元安装基础的支架(600)；

所述移动单元(100)包括以X向平动模块(101)、Y向平动模块(102)和Z向平动模块(103)，所述X向平动模块(101)、Y向平动模块(102)和Z向平动模块(103)的控制端均通过控制线与移动单元(100)电性连接，所述X向平动模块(101)、Y向平动模块(102)和Z向平动模块(103)分别用于执行所述拾取单元(200)在X轴和Y轴及Z轴方向的直线移动，由此可实现Micro LED的拾取及转移；

所述拾取单元(200)包括第一接触头(2001)、第二接触头(2002)、第三接触头(2003)、第四接触头(2004)和与之相应的第一接触位(2010)、第二接触位(2020)、第三接触位(2030)、第四接触位(2040)，以及多个真空吸嘴(2100)组成，真空吸嘴(2100)设置有附电磁铁，触头与接触位相接触，电流接通，完成对芯片吸附；

所述传感单元(300)位于拾取单元(200)的吸盘下方，所述传感单元(300)包括多个感应外圈(310)、多个感应内圈(320)和最里感应圈(3n0)，采用圆形多圈均匀分布，所述多个感应外圈(310)、多个感应内圈(320)和最里感应圈(3n0)均绕圆周等距离分布设置；

所述视觉定位单元(400)由三个视觉相机组成，三个所述视觉相机分别为第一视觉相机(401)、第二视觉相机(402)和第三视觉相机(403)，所述第一视觉相机(401)检测吸盘平衡，所述第二视觉相机(402)对机械臂进行粗定位，所述第三视觉相机(403)对机械臂精定位，三个相机相互配合，完成对机械臂拾取，转移的检测；

所述调平单元(500)是由6个自由度的并联机构完成的，所述调平单元(500)是由第一并联臂(501)、第二并联臂(502)、第三并联臂(503)、第四并联臂(504)、第五并联臂(505)和第六并联臂(506)组成，所述调平单元(500)通过传感单元(300)和第一视觉相机(401)相互配合，完成吸盘的调平过程；

所述第一视觉相机(401)设置在工作机床工作区前方，镜头沿水平方向朝向工作区，用于定位吸盘平衡，进行平衡监测与信息反馈，所述第二视觉相机(402)悬空置于工作机床工作区侧方，镜头以不定角度倾斜向下，对芯片转移进行粗定位，并反馈位置信息，指引下一步移动方向与距离，所述第三视觉相机(403)，贴合吸附基板后机械臂边缘，镜头方向沿竖直方向向下，对芯片转移过程中进行精准定位，对芯片安放位置提供精确的位置信息。

2.根据权利要求1所述的一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，其特征在于：所述拾取单元(200)可采用真空吸附和电磁力吸附，电磁铁与并联机构采用真空吸附方式连接，所述拾取单元(200)上的导电触头采用四个圆形均匀绕圆周分布，所述拾取单元(200)上的四个吸嘴采用圆形均匀分布，在吸嘴吸附电磁铁过程中，拾取单元(200)上的四个吸嘴与四个导电触头吸附接触，此时电磁铁通电完成，电磁铁即可工作，最终完成对芯片的吸附，整个工作流程为，真空吸嘴吸附电磁铁，在此过程中触头导电，电磁力开启，之后完成芯片吸附。

3.根据权利要求1所述的一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，其特征在于：所述传感单元(300)上设置的传感器为压力传感器，其分布从感应外圈(310)直至最里感应圈(3n0)，每一圈圈距间隔相等，为均匀分布，该传感器之均匀分布在拾取单元(200)下方的吸盘底部。

4.根据权利要求2所述的一种面向Micro LED芯片的巨量拾取和贴装设备，其特征在于：所述调平单元(500)采取六自由度并联机构，所述拾取单元(200)下方吸盘与第一抓取表面完全贴合方式，采用六自由度的并联机构与压力传感器，通过传感器反馈数据，并联机构自发调节吸盘角度，保证在拾取，移动，安放过程中是吸盘保持与贴合平面平行。