CN109860350A - 一种微型器件去除装置、去除系统及去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型器件去除装置、去除系统及去除方法，属于电子制造领域。本方案针对现有技术中存在的无法对安装好微型器件的基板进行错误器件快速去除的问题，本发明提供了一种微型器件去除装置、去除系统及去除方法，首先由检测装置确认不良微型器件位置，通过控制系统，将数据传送给去除装置。快速有效大批量的移转基材上不良的微型器件，因此合格的微型器件保留在基材上，不良的微型器件吸附于去除感应装置，去除感应装置旋转至去除刮刀位置，刮刀刮除吸附在去除感应装置表面的微型器件，此过程完成不良的微型器件去除流程。效率高，准确率好，易于生产，特别适用于微型的器件在未完全固定在基板前进行的快速有效大批量挑选去除不良品。

Description

一种微型器件去除装置、去除系统及去除方法

技术领域

本发明涉及电子制造领域，更具体地说，涉及一种微型器件去除装置、去除系统及去除方法。

背景技术

微型器件尺寸小，精度高，现有的微型器件的转移和装配主要通过吸附的方式来进行转移，如真空系统吸附进行转移等方法，但是转移效率低，成本高，针对于微型器件如微发光二极管，或其他电子微型器件。

随着光电科技的进步，许多光电组件的体积逐渐往小型化发展，近几年来更陆续推出各种微显示器(Micro-display)技术。其中，由于发光二极管LED制作尺寸上的突破，目前将发光二极管以数组排列制作的微发光二极管，即Micro-LED显示器在市场上逐渐受到重视。微发光二极管显示器不同主动式发光组件显示器，其除了在对比度及能耗方面不逊于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示器外，在可靠性及寿命亦占据绝对优势，因此，微发光二极管显示器有极大潜力成为未来行动通讯电子与物联网应用穿戴式电子的主流显示器技术。

在微型器件产品化的过程中，其关键在于如何实现“巨量晶粒转移”，即如何将大量的微型器件转移到基板上。在现有技术中，通常采用微机电系统(MEMS)拾取微型器件，然而，MEMS拾取工艺对微型器件转移前后所在基底的平整度、洁净度等都有很高的要求，拾取过程的控制复杂，成本很高。且在拾取过后，如何对拾取后的微型器件如何进行检查、去除安装不正确的器件，补充去除的器件是需要解决的问题。

现有的设计都是正常的转移方法，如何对错误安装的微型器件进行快速的识别、去除，是我们需要解决的问题。现有技术并没有相应的方案来进行。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的无法对安装好微型器件的基板进行错误器件快速去除的问题，本发明提供了一种微型器件去除装置、去除系统及去除方法，它可以实现针对基板上安装错误的微型器件进行快速去除，效率高，成本低。

2.技术方案

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种微型器件去除装置，包括去除感应装置和与去除感应装置相对设置的去除转写装置，利用去除感应装置、微型器件和去除转写装置之间的电场感应进行微型器件的转移，将转移基板上的微型器件转移至去除感应装置上。

更进一步的，去除感应装置为一金属滚轮或外部通过皮带的连接多个滚轮结构，金属滚轮或皮带上设置表面有感光导电层。感光导电层是光敏器件，主要用光导材料制成。

更进一步的，去除感应装置为去除感应轮，去除感应轮内部设置有去除感应装置磁铁和/或去除转写装置内部设置有去除转写磁铁。

更进一步的，还包括充电辊，充电辊紧贴去除感应装置。

更进一步的，还包括光源装置，光源装置光源朝向去除感应装置。

更进一步的，还包括回收机构，回收机构紧贴去除感应装置，回收去除的微型器件。

更进一步的，回收机构包括去除刮刀和去除回收仓，去除刮刀紧贴去除感应装置的外缘，去除回收仓与去除感应装置相邻设置。

一种微型器件去除系统，包括若干所述的去除装置、检测装置和控制系统，控制系统与去除装置、检测装置分别连接，若干去除装置设置于检测装置之后。

一种微型器件去除方法，步骤如下，

1)采用所述的去除系统；经过安装了的微型器件的转移基板穿过去除系统；

2)检测装置获得对应不良微型器件的位置，将信息送入控制系统中；

3)去除装置通过控制系统获得对应的不良微型器件的位置；

4)去除装置的光源装置依据上一站检测装置提供的不合格微型器件的位置，在去除感应装置上对应不合格位置经由光源装置照射产生电洞；

5)去除转写装置通电，导通电位，当去除感应装置与去除转写装置旋转时，去除感应装置在被光源装置照射产生电洞位置与去除转写装置表面电位有电位差产生电场力；在没有被光源装置照射位置,去除感应装置表面电位小于等于去除转写装置表面电位,因此合格的微型器件不会被移转至去除感应装置保留在转移基板上。

6)通过控制系统去除感应装置表面上的电洞位置对应转移基板上的已知的不良微型器件位置，在电场力作用下由转移基板上的不良微型器件移至去除感应装置表面，完成去除在转移基板上不合格微型器件。

更进一步的，吸附在去除感应装置表面的不合格微型器件经由去除刮刀，去除贴附在去除感应装置表面的不良微型器件。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案首先由检测装置确认不良微型器件位置，通过控制系统，将数据传送给去除装置。通过产生的，可以快速和大批量的移转基材上不良的微型器件，因此合格的微型器件保留在基材上，不良的微型器件吸附于去除感应装置，去除感应装置旋转至去除刮刀位置，刮刀刮除吸附在去除感应装置表面的微型器件，此过程完成不良的微型器件去除流程。效率高，准确率好，易于生产，特别适用于微型的器件。

附图说明

图1为去除装置的实施例1结构示意图；

图2为检测装置结构示意图；

图3为去除装置去除时候微型器件转移至去除感应装置的剖面放大示意图；

图4为转移基板示意图；

图5为转移基板部分放大示意图；

图6为微型器件结构示意图；

图7为微型器件底部示意图；

图8为去除装置实施例2结构示意图；

图9为去除装置实施例3结构示意图；

图10为去除系统示意图。

图中标号说明：

1、微型器件；101、第一电极；102、第二电极；103、发光层；204、传感器；

5、转移基板；501、基板孔；502、光栅；503、第一电极电路；504、第二电极电路；505、基层；

8、检测装置；801、传送滚轮；802、摄像装置；803、导电轮；

9、去除装置；901、光源装置；902、去除感应装置；9022、去除感应装置磁铁；903、去除转写装置；9031、去除转写磁铁；904、充电辊；905、去除刮刀；906、去除回收仓。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

本方案设计了一种去除装置，用于去除错误安装的微型器件，如图1所示，

一种微型器件去除装置，包括去除感应装置902和与去除感应装置902相对设置的去除转写装置903，利用去除感应装置902、微型器件1和去除转写装置903之间的电场感应进行微型器件1的转移，将转移基板5上的微型器件1转移至去除感应装置902上。

具体的电场感应方式，是利用去除感应装置902经充电辊904布电在去除感应装置902表面，经由外部或内部的控制系统控制光源装置901在预计的位置开启光源，这里的预计位置指的是控制系统得出的不良微型器件1的位置，使得去除感应装置902表面产生电洞，在去除感应装置902表面电洞位置与微型器件1和去除转写装置903之间的产生电场感应进行微型器件1的转移，将转移基板5上的微型器件1转移至去除感应装置902上。此处的电洞指的是一个圆形的电位差，空穴又称电洞(Electron hole)，在固体物理学中指共价键上流失一个电子，最后在共价键上留下空位的现象。即共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，也称为电洞。

还包括充电辊904，充电辊904紧贴去除感应装置902。还包括光源装置901，光源装置901可用微发光二极管或激光发生器。

光源装置901光源朝向去除感应装置902。去除感应装置902长度大于光源装置901的投射长度。

优选的，本方案还包括回收机构，回收机构紧贴去除感应装置902，回收去除的微型器件1。回收机构包括去除刮刀905和去除回收仓906，去除刮刀905紧贴去除感应装置902的外缘，去除回收仓906与去除感应装置902相邻设置。

去除感应装置902一般都是感光鼓，感光鼓是激光打印机的核心部件。它是一个光敏器件，主要用光导材料制成。它的基本工作原理就是“光电转换”的过程。它在激光打印机中作为消耗材料使用，而且它的价格也较为昂贵。光敏半导体有半导体的共性，如受热激发，掺杂后改变电导率等。此外，它还具有其他半导体不具有的"光导电"特性。光敏半导体受光照射后，它的电导率可以上升几个数量级。从能带上讲，它的价带中的电子吸收了光的能量后，跃入导带，产生电子-空穴对。这种由光照产生的电子-空穴对，称为“光生载流子”。光敏半导体内产生的"光生载流子"增多，它的电导率就上升。这种受光照射后提高的电导率称为“本征光电导率”。实际应用中，光敏半导体材料需经过掺杂后，才能制成激光器使用的半导体材料。所以除了有本征光电导率外，还必须具有光激发杂质能级上的电子或空穴形成的杂质光电导率的性质。在有些光敏半导体中，“杂质光电导率”起主要作用。

光敏半导体受光照射后，会不同程度地改变物体内的“载流子迁移率”(迁移率是载流子的迁移速度与外电场的比值)。标志物体的导电能力的“电导”，等于载流子密度乘以迁移率。迁移率上升，电导提高，电导率由本征光电导率、杂质光电导率和迁移率的值共同决定，只是在某种条件下便以其中的某种因素为主罢了。实际应用的各种光导体对光的敏感程度都不一样。光导体的电导率与它对光的敏感程度成正比。所以光感对光导体的导电性影响很大。光导体对光的光感度是不一样的。某一种光导体，只对某一区域光谱的光的光感度高，离开了这一区域，则可能丧失光感度。光敏半导体在与它适用的光波长范围内，会对光形成一个吸收峰值。在这个峰值范围内光电导效果最佳。它还与光的照度有关系。照度越高，产生的载流子越多，光电导率就越高。然而每种光导体的特性各异，所以在相同条件下，达到相同的光电导率指标所需要的照度是不同的。

微型器件去除装置在得知检测装置提供的不良微型器件位置点在去除感应装置对应的位置产生电洞，电洞位置对应不良微型器件位置两点之间产生电场，在电场力作用下将不良微型器件提取出来附着在去除感应装置，没有电洞位置相对应的合格微型的器件可保留下来。

转移基板5穿过去除感应装置902和去除转写装置903之间，去除感应装置902与转移基板5间距在0～5mm。

如图2所示，一种微型器件检测装置，包括，传送滚轮801和导电轮803，转移基板5压紧在传送滚轮801和导电轮803之间，摄像装置802设置于转移基板5上方，镜头方向向下与转移基板5运动方向垂直，控制系统连接摄像装置802，获取摄像信息。摄像装置802可以为光学显微镜。转移基板5上可以设置有多个检测装置8。

导电轮803与转移基板5接触，为转移基板5供电，转移基板5上基板孔501内设置的微型器件1通电。还设置有传感器204，传感器204设置于转移基板5上方，检测转移基板5上的光栅502，传感器204与控制系统连接，获得对应转移基板5传送信息。

传送滚轮801为透光材料制成，透光材料为光学玻璃或塑胶。由于使用了透光材料，所述的摄像装置802设置于传送滚轮801内部。摄像装置802设置于传送滚轮801内部的镜头正对于传送滚轮801、导电轮803和转移基板5相接触位置。此设计可以减小体积，不会影响整体检测效果，且可以有针对性的设置在检测位置，更好的识别微型器件1。

如图4、5所示，微发光二极管基材，通过基板卷的形式构成，基板卷轴向方向设置有一块或者多块转移基板5，基板卷由若干的转移基板5顺序构成，每一个光栅502对应X轴方向坐标一个或一个以上的转移基板5组合，转移基板5上有光栅502和基板孔501，摄像装置802有数个组合方式，对应成Y轴方向坐标，每一个摄像装置802对应一个区域内的Y轴方向坐标内的多个微型器件1，已知光栅502对应X轴方向坐标及摄像装置802有数个組合对应成Y轴方向坐标，在基板运动过程中，传感器204读取光栅502 X轴方向坐标与摄像装置802读取对应成Y轴方向坐标，由X轴及Y轴的交汇位置判断转移基板5上放置微发光二极管的基板孔501位置，获得相应的位置数据。

如图6、7所示，本方案中的微型器件1为微发光二极管或者其他微型的电子组件，可以是光电组件，如发光二极管、光感测组件，太阳能电池等，或者是其他与光无关的电子组件，微型器件1厚度尺寸在150微米以下。长和宽各在200微米以下。

如感测器，晶体管等，只需要是电极在底面或者侧面，可以在一个方向被电场吸附或者磁铁吸附的组件都在本方案的范围之内，如微发光二极管，如图所示，本方案使用的微发光二极管外观为圆形、球形、方形或多边形，包括发光层103，第一电极101与第二电极102在同一侧或是在上下两侧，如图1、2、3所示，是其中的一种形式，实际上只要是第一电极101在同一侧本方案就可以保证吸取。微型器件的第一电极101与第二电极102端的表面金属是可以被磁铁吸附的材料，如铁、镍、钴等构成。电极端成锥度状，电极端外观较小微发光二极管基材孔洞成锥度状，电极端上部大底部小，此种结构与微发光二极管去除时能有导引精确定位效果，微发光二极管的转移基板5为一薄软透光性材料，为卷筒方式上有多个相同排列显示器基材组合，基板孔501呈矩阵排列，基板孔501呈锥形，上部大于底部，此种结构更容易在移转过程中与微发光二极管1电极侧外观上的锥度状相互导引契合。

实施例2

如图8所示，与实施例1基本相同，不同在于，去除感应装置902为一金属滚轮或外部通过皮带的连接多个滚轮结构，金属滚轮或皮带上设置表面有感光导电层。感光导电层是光敏器件，主要用光导材料制成，光导材料有硫化镉(CdS)、硒-砷(Se-As)。金属滚轮由具有导电的金属滚轮材料制成，如铝合金、合金钢，感应装置202也可以为外部通过皮带的连接多个滚轮结构，本图中为三个滚轮，外部设置有皮带，通过三个滚轮带动皮带传动，通过皮带吸附微型器件1，两个滚轮分别与去除转写装置903和去除回收仓906对应，也可以根据需求设置需求数量的滚轮。

实施例3

如图9所示，与实施例1基本相同，不同在于，去除感应装置902为去除感应轮，去除感应轮内部设置有去除感应装置磁铁9022和/或去除转写装置903内部设置有去除转写磁铁9031。去除感应装置902和去除转写装置903内部的磁铁可以其中之一设置，也可以同时设置，感应轮内磁铁可加强吸附在感应轮上的微型器件1附着力度，不会因感应轮高速旋转造成脱落及位移。且由于微型器件的第一电极101与第二电极10端的表面金属是可以被磁铁吸附的材料，如铁、镍、钴等构成，通过磁铁可以更好的进行吸附。去除转写装置903内部增加磁铁，磁铁可加强微型器件1吸附在转移基板5上，使得微型器件1电极端与转移基板5上导通电路接触更稳定可靠。

实施例4

如图10所示，一种微型器件去除系统，包括上述任意所述的去除装置9、检测装置8和控制系统，控制系统与去除装置9、检测装置8分别连接，若干去除装置9设置于检测装置8之后。不良微型器件的去除装置依据不同颜色进行回收，亦可在同一站进行三色回收。对应一次检测后可以设置1个或者多个去除装置9，进行多次去除，保证去除的完全。

实施例5

所示图3所示，一种微型器件去除方法，步骤如下，

1)采用所述的去除系统；经过安装了的微型器件1的转移基板5穿过去除系统；去除感应装置902与转移基板5线速对比在1:1±5％。保证速度一致，去除时候不会识别错误。

2)检测装置8获得对应不良微型器件1的位置，将信息送入控制系统中；

3)去除装置9通过控制系统获得对应的不良微型器件1的位置；

4)去除装置9的光源装置901依据上一站检测装置8提供的不合格微型器件1的位置，在去除感应装置902上对应不合格位置经由光源装置901照射产生电洞；

5)去除转写装置903通电，导通电位，当去除感应装置902与去除转写装置903旋转时候，去除感应装置902在被光源装置901照射产生电洞位置与去除转写装置903表面电位有电位差产生电场力；在没有被光源装置901照射位置，去除感应装置902表面电位小于等于去除转写装置903表面电位，因此合格的微型器件1不会被移转至去除感应装置902保留在转移基板5上。场强的定义是根据电场对微型器件电荷有作用力的特点得出的。场强的单位是牛/库或伏/米，两个单位名称不同，但大小一样。场强数值上等于单位电荷在该点受的电场力，场强的方向与正电荷受力方向相同。电场的特性是对微型器件电荷有作用力，这种作用力就是电场力，正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反。

6)通过控制系统去除感应装置902表面上的电洞位置对应转移基板5上的已知的不良微型器件1位置，在电场力作用下由转移基板5上的不良微型器件1移至去除感应装置902表面，完成去除在转移基板5上不合格微型器件1。

优选的，吸附在去除感应装置902表面的不合格微型器件1经由去除刮刀905，去除贴附在去除感应装置902表面的不良微型器件1。

一般情况下，去除时候，在检测和去除过程中时微型器件与转移基板还未固定，即未焊接完成，微型器件只是放置在转移基板上，这样的状态下进行去除的工作。

方案利用去除感应装置902与去除转写装置903的电场效应，去除感应装置902上光源装置901依据上一站检测装置提供的不合格微型器件1的位置，在去除感应装置902上对应不合格位置经由光源装置901照射产生电洞，此电洞位置对应不良微型器件1位置，当去除感应装置902旋转至去除转写装置903位置时候，去除转写装置903导通电位，去除感应装置902与去除转写装置903产生电场力，F＝Eq{F:电场力(N)，q:受到电场力的微型器件1电荷的电量(C)，E:电场强度(N/C)}，去除感应装置902表面上的电洞吸引基材上的不良微型器件1移至去除感应装置902表面，完成去除在基材上不合格微型器件1。

本方案的本方案首先由检测装置确认不良微型器件位置，控制系统，如计算机把需要排列的内容转换成数据序列形式的原始图像，然后再把这些数据传送给去除装置。去除装置中的将这些数据译成点阵的图样，点阵的图样即是不良器件位置，转译后的点阵图样被送到光源装置901，此处可以为激光发生器，激光发生器根据图样的内容迅速作出开与关的反应，把激光束投射到一个经过充电的旋转的去除感应装置902上，去除感应装置902的表面凡是被激光照射到的地方电荷都被释放掉，表面形成一个一个的电洞称为静电潜像，而那些激光没有照到的地方却仍然带有电荷，通激光照射造成的电洞，转移基板5上的微型器件1介于去除感应装置902与去除转写装置903之间，在除转写装置903导通与去除感应装置902相反的电位，使得去除感应装置902与去除转写装置903之间产生电场效应，介于电场中微型器件1再被激光照射的电洞位置产生电场力，可以移转转移基板5上带有电荷的微型器件1转移至去除感应装置902表面，未被激光照射的去除感应装置902位置与去除转写装置903上导通电位相当，因此合格的微型器件1保留在转移基板5上，不良的微型器件1吸附于去除感应装置902。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种微型器件去除装置，其特征在于：包括去除感应装置(902)和与去除感应装置(902)相对设置的去除转写装置(903)，利用去除感应装置(902)、微型器件(1)和去除转写装置(903)之间的电场感应进行对应位置的微型器件(1)的转移，将转移基板(5)上的微型器件(1)转移至去除感应装置(902)上。

2.根据权利要求1所述的一种微型器件去除装置，其特征在于：去除感应装置(902)为一金属滚轮或外部通过皮带的连接多个滚轮结构，金属滚轮或皮带上表面设置有感光导电层。

3.根据权利要求1所述的一种微型器件去除装置，其特征在于：去除感应装置(902)为去除感应轮，去除感应轮内部设置有去除感应装置磁铁(9022)和/或去除转写装置(903)内部设置有去除转写磁铁(9031)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种微型器件去除装置，其特征在于：还包括充电辊(904)，充电辊(904)紧贴去除感应装置(902)。

5.根据权利要求4所述的一种微型器件去除装置，其特征在于：还包括光源装置(901)，光源装置(901)光源朝向去除感应装置(902)。

6.根据权利要求4所述的一种微型器件去除装置，其特征在于：还包括回收机构，回收机构紧贴去除感应装置(902)，回收去除的微型器件(1)。

7.根据权利要求6所述的一种微型器件去除装置，其特征在于：回收机构包括去除刮刀(905)和去除回收仓(906)，去除刮刀(905)紧贴去除感应装置(902)的外缘，去除回收仓(906)与去除感应装置(902)相邻设置。

8.一种微型器件去除系统，其特征在于：包括若干权利要求1-7任意所述的去除装置(9)、检测装置(8)和控制系统，控制系统与去除装置(9)、检测装置(8)分别连接，若干去除装置(9)设置于检测装置(8)之后。

9.一种微型器件去除方法，步骤如下，

1)采用权利要求9所述的去除系统；经过安装了的微型器件(1)的转移基板(5)穿过去除系统；

2)检测装置(8)获得对应不良微型器件(1)的位置，将信息送入控制系统中；

3)去除装置(9)通过控制系统获得对应的不良微型器件(1)的位置；

4)去除装置(9)的光源装置(901)依据上一站检测装置(8)提供的不合格微型器件(1)的位置，在去除感应装置(902)上对应不合格位置经由光源装置(901)照射产生电洞；

5)去除转写装置(903)通电，当去除感应装置(902)与去除转写装置(903)旋转时，去除感应装置(902)在被光源装置(901)照射产生电洞位置与去除转写装置(903)表面电位有电位差产生电场力；在没有被光源装置(901)照射位置，去除感应装置(902)表面电位小于等于去除转写装置(903)表面电位，合格的微型器件(1)不会被移转至去除感应装置(902)保留在转移基板(5)上；

6)通过控制系统去除感应装置(902)表面上的电洞位置对应转移基板(5)上的已知的不良微型器件(1)位置，在电场力作用下由转移基板(5)上的不良微型器件(1)移至去除感应装置(902)表面，完成去除在转移基板(5)上不合格微型器件(1)。

10.根据权利要求9所述的一种微型器件去除方法，其特征在于：吸附在去除感应装置(902)表面的不合格微型器件(1)经由去除刮刀(905)，去除贴附在去除感应装置(902)表面的不良微型器件(1)。