CN110379738B - 一种微型电子元件排料转移与定位装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型电子元件排料转移与定位装置及其方法，该装置包括第一载物盘、固定装置、微型顶针、顶针驱动机构、第一载物盘驱动机构、第二载物盘、第二载物盘驱动机构和摄像头，可通过微型顶针将第一载物盘上的微型电子元件直接戳到第二载物盘上，并按照预设的规律密集排布，之后再整体转移，从流程上省掉了吸嘴一颗一颗吸取和来回转移单个微型电子元件的过程，提高了生产效率和良率，特别适用于Mini/Micro LED面板生产过程中，Mini/Micro LED的排料转移，降低了Mini/Micro LED排料转移的难度，为大规模生产提供了一种低成本的解决方案。

Description

一种微型电子元件排料转移与定位装置及其方法
技术领域
本发明涉及微型电子元件生产设备技术领域，更具体地说，是涉及一种微型电子元件排料转移与定位装置及其方法。
背景技术
随着科技的进步，越来越多的电子元件都向着微型化趋势发展，比如LED。在LED面板生产过程中，通常采用转移设备将LED一颗一颗地转移并按照一定的位置要求放置在阵列基板上，并通过芯片级焊接(Chip bonding)工艺将LED焊接在阵列基板上，最终制备得到LED显示面板。显示面板包括阵列基板以及阵列排布在阵列基板上的多颗LED，每颗LED可以视为一个像素。随着显示技术的发展，要求显示更加细腻，对于相同尺寸下要求显示的像素越来越多，这要求LED的尺寸越变越小，目前已经发展到迷你LED(MiniLED)和微型LED(Micro LED)的级别。通常把尺寸在0.1～0.2mm之间的LED叫MiniLED，尺寸在0.03mm以下的称为MicroLED。
传统的转移方法是采用吸嘴利用真空一颗一颗地吸取LED，再转移到基板上。但是根据经验，因为尺寸的关系0.1mm以下的LED已经很难被真空吸嘴吸取，这样在采用相关技术提供的制备工艺制备Mini/Micro LED显示面板的过程中，转移Mini/Micro LED的过程较繁琐，导致Mini/Micro LED显示面板的制备过程复杂且制备效率较低，同时由于Mini/Micro LED的尺寸过小，给一颗一颗转移带来麻烦。
首先，由于Mini LED或者MicroLED的尺寸相当小，采用传统的一颗一颗地用吸嘴去转移的形式，对于吸嘴上吸孔的要求太高。同时吸嘴吸取Mini/MicorLED这个过程中的难度很大，成功率不高。另外，传统的方式中，需要首先对位，然后吸嘴吸取，再移动到指定位置，然后吸嘴放置LED，导致转移的效率偏低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种微型电子元件排料转移与定位装置及其方法。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种微型电子元件排料转移与定位装置，该装置包括：
第一载物盘，用于运载微型电子元件；
第一载物盘驱动机构，用于带动第一载物盘在X轴和/或Y轴方向移动，所述第一载物盘驱动机构与第一载物盘相连接；
固定装置，用于通过真空或指定的物理方式将第一载物盘固定在其外表面，所述固定装置位于第一载物盘在Z轴方向上的一侧；
微型顶针，用于将微型电子元件从第一载物盘上戳下来，所述微型顶针位于固定装置的内部并能够从固定装置的外表面孔位处伸出；
顶针驱动机构，用于带动微型顶针沿Z轴方向移动，所述顶针驱动机构与微型顶针相连接；
第二载物盘，用于承接从第一载物盘上分离下来的微型电子元件，所述第二载物盘位于第一载物盘在Z轴方向上的另一侧，所述第二载物盘设置为透明或半透明，且第二载物盘用于承接微型电子元件的表面带有粘性；
第二载物盘驱动机构，用于带动第二载物盘在Z轴以及X轴和/或Y轴方向移动，所述第二载物盘驱动机构与第二载物盘相连接；
摄像头，用于透过第二载物盘检测第一载物盘上的目标微型电子元件是否移动到指定位置，所述摄像头位于第二载物盘在Z轴方向上远离第一载物盘的一侧。
作为优选的实施方式，所述固定装置的下表面具有预设的曲率半径，从而在转移后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经转移微型电子元件。
作为优选的实施方式，所述第二载物盘在Z轴方向上远离第一载物盘的一侧设有照明用的光源。
作为优选的实施方式，该装置还包括吸嘴，用于将已转移到第二载物盘上的微型电子元件再通过倒装方式整体转移到已经覆盖有异方性导电胶膜的电路板上。
作为优选的另一实施方式，该装置还包括吸嘴，用于将已转移到第二载物盘上的微型电子元件再整体转移到电路板上。
作为优选的另一实施方式，所述第二载物盘设置为透明或半透明的异方性导电胶膜。
本发明的第二方面提供了一种微型电子元件排料转移与定位方法，采用上述技术方案所述的微型电子元件排料转移与定位装置，该方法包括以下步骤：
(1)在第一载物盘未装载时，通过摄像头确定好微型顶针的当前位置，作为指定位置；
(2)当第一载物盘装载后，通过第一载物盘驱动机构移动第一载物盘，摄像头透过第二载物盘来检测第一载物盘上的目标微型电子元件是否移动到指定位置；
(3)当目标微型电子元件移动到指定位置时，第二载物盘驱动机构带动第二载物盘沿Z轴方向靠近第一载物盘，并且在靠近到预设位置时，顶针驱动机构带动微型顶针沿Z轴方向将目标微型电子元件从第一载物盘上戳到第二载物盘上，由第二载物盘粘住该目标微型电子元件；
(4)当第二载物盘驱动机构带动第二载物盘沿Z轴方向远离第一载物盘时，第一载物盘驱动机构带动第一载物盘在X轴和/或Y轴方向移动，使下一个目标微型电子元件移动到指定位置，同时第二载物盘在第二载物盘驱动机构的带动下沿X轴和/或Y轴方向移动到一个与之前已转移的微型电子元件存在指定间隔的位置上，准备接收从第一载物盘上转移的下一个目标微型电子元件；
(5)重复步骤(3)的操作，将下一个目标微型电子元件转移到第二载物盘上；
(6)后续的微型电子元件的转移操作重复上述步骤(3)至步骤(5)，直到第一载物盘上的微型电子元件按照预设的规律密集排布在第二载物盘上；
其中，在微型顶针将目标微型电子元件从第一载物盘上戳到第二载物盘上时，固定装置需要通过真空或指定的物理方式将第一载物盘固定在其外表面。
作为优选的实施方式，所述固定装置的下表面具有预设的曲率半径，同时第一载物盘上的微型电子元件为稀疏排列，从而在转移后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经转移微型电子元件。
作为优选的实施方式，该方法还包括以下步骤：
(7)当微型电子元件已经按照预设的规律在第二载物盘上排布完成时，再按照倒装芯片封装方式，通过吸嘴将第二载物盘上的微型电子元件整体转移到已经覆盖有异方性导电胶膜的电路板上。
作为优选的另一实施方式，该方法还包括以下步骤：
(7)当微型电子元件已经按照预设的规律在第二载物盘上排布完成时，再按照diebond直接转移方式，通过吸嘴将第二载物盘上的微型电子元件整体转移到电路板上；
其中，所述第二载物盘设置为透明或半透明的异方性导电胶膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明能够解决微型电子元件的难拾取、难排料、难转移的问题，可通过微型顶针将第一载物盘上的微型电子元件直接戳到第二载物盘上，并按照预设的规律密集排布，之后再整体转移，从流程上省掉了吸嘴一颗一颗吸取和来回转移单个微型电子元件的过程，提高了生产效率和良率，特别适用于Mini/Micro LED面板生产过程中，Mini/Micro LED的排料转移，降低了Mini/Micro LED排料转移的难度，为大规模生产提供了一种低成本的解决方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的微型电子元件排料转移与定位装置的主体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的吸嘴将第二载物盘上的微型电子元件整体转移到电路板时的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
实施例一
请参考图1，本发明的实施例一提供了一种微型电子元件排料转移与定位装置，包括第一载物盘2、固定装置3、微型顶针5、顶针驱动机构4、第一载物盘驱动机构、第二载物盘8、第二载物盘驱动机构和摄像头12，下面结合附图对本实施例各个组成部分进行详细说明。
第一载物盘2用于运载微型电子元件1，微型电子元件1可以安装在第一载物盘2的表面(如下表面)，第一载物盘2可以由膜类材料或者其他柔性材料制成。在本实施例中，该微型电子元件可以优选为Mini/Micro LED，当然，在实际应用时，也可以设置为其他尺寸较小的电子元件，非本实施例为限。
第一载物盘驱动机构用于带动第一载物盘2在X轴和/或Y轴方向移动，第一载物盘驱动机构与第一载物盘2相连接。在本实施例中，第一载物盘驱动机构可以包括X轴驱动装置7和Y轴驱动装置6。
固定装置3用于通过真空或指定的物理方式(如机械固定方式)将第一载物盘2固定在其外表面(如下部外表面)，固定装置3位于第一载物盘2的一侧(如上侧)。
作为优选的，固定装置3的外表面(如下部外表面)可以具有预设的曲率半径(如具有设定的弧度)，从而在转移后续的微型电子元件1时在空间上避开之前已经转移微型电子元件1。
微型顶针5用于将微型电子元件1从第一载物盘2上戳下来，微型顶针5位于固定装置3的内部并能够从固定装置3的外表面孔位处伸出。
顶针驱动机构4用于带动微型顶针5沿Z轴方向移动，顶针驱动机构4与微型顶针5相连接，顶针驱动机构4也可以安装在固定装置3的内部。
第二载物盘8用于承接从第一载物盘2上分离下来的微型电子元件1，第二载物盘8位于第一载物盘2在Z轴方向上的另一侧(如第一载物盘2的下侧)，第二载物盘8可以设置为透明或半透明，且第二载物盘用于承接微型电子元件的表面带有粘性。
第二载物盘驱动机构用于带动第二载物盘8在Z轴以及X轴和/或Y轴方向移动，第二载物盘驱动机构与第二载物盘8相连接。在本实施例中，该第二载物盘驱动机构可以包括X轴驱动装置9、Y轴驱动装置10和Z轴驱动装置11。
摄像头12用于透过第二载物盘8检测第一载物盘2上的目标微型电子元件1是否移动到指定位置，摄像头12位于第二载物盘8在Z轴方向上远离第一载物盘2的一侧(如第二载物盘8的下侧)。
较佳的，为了便于摄像头的拍照检测，第二载物盘8在Z轴方向上远离第一载物盘的一侧(如第二载物盘8的下侧)可以设有照明用的光源13。
如图2所示，该装置还可包括吸嘴14，吸嘴14可以将已转移到第二载物盘8上的微型电子元件1再整体转移到已经覆盖有异方性导电胶膜的电路板16上。其中，电路板16可以放置在由驱动装置17驱动的运板装置18上。
一种微型电子元件排料转移与定位方法，该方法包括以下步骤：
(1)在第一载物盘2未装载时，通过摄像头12确定好微型顶针5的当前位置，作为指定位置；
(2)当第一载物盘2装载后，通过第一载物盘驱动机构移动第一载物盘2，摄像头12透过第二载物盘8来检测第一载物盘2上的目标微型电子元件1是否移动到指定位置；
(3)当目标微型电子元件1移动到指定位置时，第二载物盘驱动机构带动第二载物盘8沿Z轴方向靠近第一载物盘2，并且在靠近到预设位置时，顶针驱动机构4带动微型顶针5沿Z轴方向(如向下)将目标微型电子元件1从第一载物盘2上戳到第二载物盘上8，由第二载物盘8粘住该目标微型电子元件1；
其中，在微型顶针5将目标微型电子元件1从第一载物盘2上戳到第二载物盘上8时，固定装置3需要通过真空或指定的物理方式将第一载物盘2固定在其外表面。
(4)当第二载物盘驱动机构带动第二载物盘8沿Z轴方向远离第一载物盘2时，第一载物盘驱动机构带动第一载物盘2在X轴和/或Y轴方向移动，使下一个目标微型电子元件1移动到指定位置，同时第二载物盘8在第二载物盘驱动机构的带动下沿X轴和/或Y轴方向移动到一个与之前已转移的微型电子元件存在指定间隔的位置上，准备接收从第一载物盘2上转移的下一个目标微型电子元件1；
(5)重复步骤(3)的操作，将下一个目标微型电子元件1转移到第二载物盘8上；
(6)后续的微型电子元件1的转移操作重复上述步骤(3)至步骤(5)，直到第一载物盘2上的所有微型电子元件1按照预设的规律密集排布在第二载物盘8上。
其中，第二载物盘上的微型电子元件可以以较密集的等间距(通常在0.2mm～0.3mm之间)按矩阵形式排列。
在本实施例中，固定装置3的外表面可以设有一定的曲率半径，同时第一载物盘2上的微型电子元件1为稀疏排列，从而在转移后续的微型电子元件1时在空间上避开之前已经转移微型电子元件1。
作为优选的，该方法还可以包括以下步骤：
(7)当微型电子元件1已经按照预设的规律在第二载物盘8上排布完成时，再按照倒装芯片(Flip Chip)封装方式，通过吸嘴14将第二载物盘8上的微型电子元件1整体转移到已经覆盖有异方性导电胶膜的电路板16上。
当第二载物盘上的微型电子元件已经按照一个较密集的指定间距排布成为了一个元件载体15后，可以再按照传统的倒装芯片封装形式，通过吸嘴14直接将整个一片已经按照指定排布方式排布好的元件载体15整体转移到已经覆盖异方性导电胶膜(Anisotropic Conductive Film；ACF)的电路板上。再通过热压焊的方式将电子元件与电路板连通。
实施例二
本发明的实施例二提供了一种微型电子元件排料转移与定位装置，其也包括第一载物盘2、固定装置3、微型顶针5、顶针驱动机构4、第一载物盘驱动机构、第二载物盘8、第二载物盘驱动机构、摄像头12和吸嘴14等部件，相同之处不再赘述，不同之处在于：
第二载物盘8可以直接设置为透明或半透明的异方性导电胶膜，此时若覆盖异方性导电胶膜ACF的透明度足够高，摄像头可以透过ACF看到第一载物盘上的微型电子元件，这样吸嘴可以将已转移到第二载物盘8上的微型电子元件1直接整体转移到电路板上。
相应的，该微型电子元件排料转移与定位方法的步骤(7)可以改变为：当微型电子元件1已经按照预设的规律在第二载物盘8上排布完成时，再按照传统的die bond直接转移方式，通过吸嘴将第二载物盘8上的微型电子元件1整体转移到电路板上。
实施例三
本发明的实施例三提供了一种微型电子元件排料转移与定位装置，其与上述实施例一的装置的相同之处不再赘述，不同之处在于：第二载物盘可以是固定不动的，第一载物盘、固定装置和摄像头能够由各自对应的驱动机构带动同时在X、Y、Z轴上移动。
综上所述，本发明的结构设计合理，流程精简，能够解决微型电子元件的难拾取、难排料、难转移的问题，提高了生产效率和良率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微型电子元件排料转移与定位装置，其特征在于，包括：第一载物盘，用于运载微型电子元件；第一载物盘驱动机构，用于带动第一载物盘在X轴和/或Y轴方向移动，所述第一载物盘驱动机构与第一载物盘相连接；固定装置，用于通过真空或机械固定方式将第一载物盘固定在其外表面，所述固定装置位于第一载物盘在Z轴方向上的一侧，所述固定装置的下表面具有预设的曲率半径，从而在转移后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经转移微型电子元件；微型顶针，用于将微型电子元件从第一载物盘上戳下来，所述微型顶针位于固定装置的内部并能够从固定装置的外表面孔位处伸出；顶针驱动机构，用于带动微型顶针沿Z轴方向移动，所述顶针驱动机构与微型顶针相连接；第二载物盘，用于承接从第一载物盘上分离下来的微型电子元件，所述第二载物盘位于第一载物盘在Z轴方向上的另一侧，所述第二载物盘设置为透明或半透明，且第二载物盘用于承接微型电子元件的表面带有粘性；第二载物盘驱动机构，用于带动第二载物盘在Z轴以及X轴和/或Y轴方向移动，所述第二载物盘驱动机构与第二载物盘相连接；摄像头，用于透过第二载物盘检测第一载物盘上的目标微型电子元件是否移动到指定位置，所述摄像头位于第二载物盘在Z轴方向上远离第一载物盘的一侧。
2.根据权利要求1所述的微型电子元件排料转移与定位装置，其特征在于，所述第二载物盘在Z轴方向上远离第一载物盘的一侧设有照明用的光源。
3.根据权利要求1～2中任意一项所述的微型电子元件排料转移与定位装置，其特征在于，该装置还包括吸嘴，用于将已转移到第二载物盘上的微型电子元件再通过倒装方式整体转移到已经覆盖有异方性导电胶膜的电路板上。
4.根据权利要求1～2中任意一项所述的微型电子元件排料转移与定位装置，其特征在于，该装置还包括吸嘴，用于将已转移到第二载物盘上的微型电子元件再整体转移到电路板上。
5.根据权利要求4所述的微型电子元件排料转移与定位装置，其特征在于，所述第二载物盘设置为透明或半透明的异方性导电胶膜。
6.一种微型电子元件排料转移与定位方法，采用权利要求1所述的微型电子元件排料转移与定位装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在第一载物盘未装载时，通过摄像头确定好微型顶针的当前位置，作为指定位置；
(2)当第一载物盘装载后，通过第一载物盘驱动机构移动第一载物盘，摄像头透过第二载物盘来检测第一载物盘上的目标微型电子元件是否移动到指定位置；
(3)当目标微型电子元件移动到指定位置时，第二载物盘驱动机构带动第二载物盘沿Z轴方向靠近第一载物盘，并且在靠近到预设位置时，顶针驱动机构带动微型顶针沿Z轴方向将目标微型电子元件从第一载物盘上戳到第二载物盘上，由第二载物盘粘住该目标微型电子元件；
(4)当第二载物盘驱动机构带动第二载物盘沿Z轴方向远离第一载物盘时，第一载物盘驱动机构带动第一载物盘在X轴和/或Y轴方向移动，使下一个目标微型电子元件移动到指定位置，同时第二载物盘在第二载物盘驱动机构的带动下沿X轴和/或Y轴方向移动到一个与之前已转移的微型电子元件存在指定间隔的位置上，准备接收从第一载物盘上转移的下一个目标微型电子元件；
(5)重复步骤(3)的操作，将下一个目标微型电子元件转移到第二载物盘上；
(6)后续的微型电子元件的转移操作重复上述步骤(3)至步骤(5)，直到第一载物盘上的微型电子元件按照预设的规律密集排布在第二载物盘上；其中，在微型顶针将目标微型电子元件从第一载物盘上戳到第二载物盘上时，固定装置需要通过真空或指定的物理方式将第一载物盘固定在其外表面。
7.根据权利要求6所述的微型电子元件排料转移与定位方法，其特征在于，所述固定装置的下表面具有预设的曲率半径，同时第一载物盘上的微型电子元件为稀疏排列，从而在转移后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经转移微型电子元件。
8.根据权利要求6所述的微型电子元件排料转移与定位方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
(7)当微型电子元件已经按照预设的规律在第二载物盘上排布完成时，再按照倒装芯片封装方式，通过吸嘴将第二载物盘上的微型电子元件整体转移到已经覆盖有异方性导电胶膜的电路板上。
9.根据权利要求6所述的微型电子元件排料转移与定位方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
(7)当微型电子元件已经按照预设的规律在第二载物盘上排布完成时，再按照diebond直接转移方式，通过吸嘴将第二载物盘上的微型电子元件整体转移到电路板上；其中，所述第二载物盘设置为透明或半透明的异方性导电胶膜。
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