CN110504192A - 一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法。该方法包括以下步骤：步骤一，利用陶瓷烧结技术，一次性烧结出柱状拾取头，拾取头的上端面上同时向下加工成型有M×N条气道；步骤二，在每条气道的下端与拾取头的下端面之间都连接有微气道；步骤三，准备一个密封壳；步骤四，在密封壳上打孔，然后装配上与密封壳内部空腔连通的通气阀和吸气阀；步骤五，将密封壳与拾取头上端密封对接，且保证各个阀体正对各气道的上开口。本发明采用单次巨量转移的机制，大大的提高芯片转移效率。

Description

一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法

技术领域

本发明涉及一种制作机械搬运装置的方法，尤其是涉及一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法。

背景技术

LED在显示器行业有巨大的市场应用，随着对图像清晰图的要求越来越高，LED芯片的尺寸将越来越小型化。传统显示型LED芯片边长在750微米以上，未来的MicroLED尺寸会小于100微米，甚至小于10微米级。小型化的MicroLED对测量方式，芯片转移方式，封装方法都会带来挑战。目前芯片行业采用分选机来搬运衬底上的芯片。目前有人发明了一种名为：“芯片分选机台”的专利（中国专利号：200820152438.1），它包括吸嘴帽、真空气管和固定在摆臂上的吸嘴杆，吸嘴杆与吸嘴帽直插装配，吸嘴帽内设有密封圈。该发明简化吸嘴的装配，其核心的搬运模式为每次吸嘴吸起一颗LED芯片进行搬运。这样的搬运效率具有局限性，当随着LED芯片的微小化，同等面积下的芯片量将指数增长，一次一颗的搬运方法将难以满足生产效率要求。

发明内容

本发明提供了一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法；解决现有技术中存在搬运效率低下的问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，该类拾取头适用于拾取规格为5～100微米的微型芯片，其特征在于采用以下步骤：步骤一，拾取头的加工，柱状拾取头的上端面上向下加工出M×N条相互独立且孔径在100～1000微米的气道，各气道为盲孔设置，例如利用陶瓷烧结技术，一次性烧结出柱状拾取头以及内部的气道；步骤二，在每条气道的下端与拾取头的下端面之间都连接有口径＞2微米的微气道，该微气道可以采用激光打孔技术直接在拾取头的下端面加工，或者采用蚀刻工艺，该工艺还需要先在拾取头的下端面上先加工出一个定位沉台，该定位沉台与各气道下端导通，然后在定位沉台内装配一片与其外形匹配的硅片，硅片上通过蚀刻工艺开设有微气道，各微气道分别与各气道的下端导通，所述的微气道呈矩阵分布，各相邻微气道的间距至少为2×D，D为待转移器件的相邻间距，这样设置的目的在于可以将转移后的芯片间距增大，便于其他工序拾取或者加工芯片；步骤三，准备一个能与拾取头的上端面相互盖合而在两者之间形成密封的空腔的密封壳；步骤四，在密封壳上打孔，然后装配上与密封壳内部空腔连通的通气阀和吸气阀，通气阀和吸气阀可选用电磁阀，且受计算机控制，实际使用中，通气阀、吸气阀分别与高压气泵、低压气泵连接；步骤五，将密封壳与拾取头上端密封对接。通过控制通气阀和吸气阀的通气状态可以改变密封壳内部空腔的气压，进而改变微气道的下开口的气压。因此将拾取头靠近待拾取的芯片附近时，微气道下开口的气压降低便可产生向内的气流吸起芯片，气压升高便可产生向外的气流吹落芯片。微气道的具体口径由待拾取芯片的规格确定，微气道口径小于待拾取芯片的尺寸，例如：待拾取芯片的尺寸为5微米级别时，微气道口径一般取值为2至3微米。微气道的口径随待拾取芯片的规格增大而增大。

实际生产中的芯片不能保证百分百的合格率，因此本发明还增加设有以下特征，使其具备独立控制各个微气道独立工作的能力。

步骤三中，密封壳内侧壁的顶部固定连接上M×N根竖直设置的定位轴，定位轴的分布位置与各气道的上开口中心位置分布相同，然后在定位轴上滑动配合有永磁体材料制成的阀体，然后在各个阀体的上侧分别固定有与对应定位轴同轴的电磁铁，电磁铁受计算机控制；步骤四，在密封壳上打孔，然后装配上与密封壳内部空腔连通的通气阀和吸气阀，通气阀和吸气阀均为电磁阀，且受计算机控制，实际使用中，通气阀、吸气阀分别与高压气泵、低压气泵连接；步骤五，将密封壳与拾取头上端密封对接，且保证各个阀体正对各气道的上开口。密封壳的选材为金属或合金，但不包含铁磁性物质，以免干扰电磁铁和阀体的正常工作。密封壳与拾取头之间空腔的气压由计算机控制，计算机控制打开通气阀，则空腔内气压升高；计算机控制打开吸气阀，则空腔内气压降低。而电磁铁由电脑控制改变自身的磁极方向，当电磁铁与阀体异极相吸时，该阀体下方的气道便与空腔导通，微气道的下开口便能同步吸气或者吹气；当电磁铁与阀体同极相斥时，该阀体可堵住其下方的气道，使该气道对应的微气道无法产生气压变化。

本拾取头的具体工作原理为：将附有待转移微型芯片晶圆衬底放置在拾取头下方，拾取头靠近待拾取微型芯片上方，保证拾取头下端的微气道与各个芯片正对，电脑控制打开吸气阀，同时需要被转运的芯片所对应的气道上方的阀体也被打开，然后将拾取头转移到待放置基板（如显示屏，显示模组，或者中转基板）上，吸气阀闭合，吹气阀打开，电磁铁吸起所有阀体，芯片便会全部吹到待放置基板上。根据实际生产需要，芯片转移过程中可增加检测工序，即增加一个中转基板，芯片在此工位进行光检测，检测数据上传计算机，计算机会根据检测的数据控制各个电磁铁的电流方向，符合转移条件的芯片吸起，不符合的芯片留下。本发明采用单次巨量转移的机制，大大的提高了芯片转移效率，同时由于该拾取头上各相邻微气道的间距为芯片实际排布间距的两倍以上，从新排布后的芯片间距可有效增加，为后续生产提供便利。

作为优选，步骤三中的电磁铁固定在密封壳的上表面上。将电磁铁安装在密封壳外侧，有利于后期检修和调试，也降低了整体的装配难度。

作为优选，步骤五中，在密封壳与拾取头之间还垫有密封圈，用于增强密封壳的气密性。

作为优选，步骤二中，微气道下端开口处设有起导向作用的方形沉台，沉台采用蚀刻工艺加工，且沉台的中心与微气道轴心重合。沉台的底部尺寸与芯片的尺寸相同，沉台由底部向外的开口为逐渐扩大设置。芯片吸起后进入方形沉台，而在吹气或者吸气过程中，方形沉台可以对芯片的运动起到引导作用，减小芯片在水平方向上的偏移，提高芯片的排布精度。

作为优选，步骤一中，加工出的M×N条气道均为竖直设置，且与对应微气道同轴心。

因此，本发明相比现有技术具有以下特点：1.适用于拾取规格为5～100微米的微型芯片，同时拾取头单次可以拾取巨量的芯片，极大的提高了搬运速率；2.由于该拾取头上各相邻微气道的间距为芯片实际排布间距的两倍以上，从新排布后的芯片间距可有效增加，为后续生产提供便利。

附图说明

附图1是实施例1工作状态下的一种剖视图；

附图2是实施例2工作状态下的一种剖视图；

附图3是附图2的A部放大图；

附图4是附图2的B部放大图；

附图5是实施例2在实际应用中的结构示意图；

附图6是实施例1的另一种制作方法的剖视图；

附图7是附图6的C部放大图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：见图1，一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，该类拾取头适用于拾取规格为5～100微米的微型芯片。步骤一，利用陶瓷烧结技术，一次性烧结出柱状拾取头1，拾取头1的上端面上同时向下烧结成型有M×N条相互独立且孔径在100～1000微米的气道2，各气道2为盲孔设置；步骤二，在每条气道2的下端与拾取头1的下端面之间都连接有口径介于3至5微米的微气道3（参见图4），该微气道3可以采用激光打孔技术直接在拾取头1的下端面加工，或者采用蚀刻工艺（参见图6和图7），该工艺还需要先在拾取头1的下端面上先加工出一个定位沉台13，该定位沉台13与各气道2下端导通，然后在定位沉台13内装配一片与其外形匹配的硅片12，硅片12上通过蚀刻工艺开设有微气道3，各微气道3分别与各气道2的下端导通，微气道3呈矩阵分布，各相邻微气道3的间距至少为2×D，D为待转移器件的相邻间距，这样设置的目的在于将转移后的芯片间距增大，便于其他工序拾取芯片；步骤三，准备一个能与拾取头1的上端面相互盖合而在两者之间形成密封的空腔的密封壳4；步骤四，在密封壳4上打孔，然后装配上与密封壳4内部空腔连通的通气阀5和吸气阀6（参见图1），通气阀5和吸气阀6均为电磁阀，且受计算机控制，实际使用中，通气阀5、吸气阀6分别与高压气泵、低压气泵连接；步骤五，将密封壳4与拾取头1上端密封对接。通过控制通气阀和吸气阀的通气状态可以改变密封壳内部空腔的气压，进而改变微气道的下开口的气压。因此将拾取头靠近待拾取的芯片附近时，微气道下开口的气压降低便可以吸起芯片，气压升高便可以放下芯片。

实施例2：见图2，一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，该类拾取头适用于拾取规格为5～100微米的微型芯片。步骤一，利用陶瓷烧结技术，一次性烧结出柱状拾取头1，拾取头1的上端面上同时向下烧结成型有M×N条相互独立且孔径在100～1000微米的气道2，各气道2为盲孔设置；步骤二，在每条气道2的下端与拾取头1的下端面之间都连接有口径＜5微米的微气道3（参见图4），该微气道3可以采用激光打孔技术直接在拾取头1的下端面加工，或者采用蚀刻工艺（参见图6和图7），该工艺还需要先在拾取头1的下端面上先加工出一个定位沉台13，该定位沉台13与各气道2下端导通，然后在定位沉台13内装配一片与其外形匹配的硅片12，硅片12上通过蚀刻工艺开设有微气道3，各微气道3分别与各气道2的下端导通，微气道3呈矩阵分布，各相邻微气道3的间距为N×D，N≥2，D为待转移器件的相邻间距，这样设置的目的在于将转移后的芯片间距增大，便于其他工序拾取芯片；步骤三，准备一个能与拾取头1的上端面相互盖合而在两者之间形成密封的空腔的密封壳4，在密封壳4内侧壁的顶部固定连接上M×N根竖直设置的定位轴42，定位轴42的分布位置与各气道2的上开口中心位置分布相同，然后在定位轴42上滑动配合有永磁体材料制成的阀体7，然后在各个阀体7的上侧分别固定有与对应定位轴42同轴的电磁铁8（参见图2和图3），电磁铁受计算机控制；步骤四，在密封壳4上打孔，然后装配上与密封壳4内部空腔连通的通气阀5和吸气阀6（参见图2），通气阀和吸气阀均为电磁阀，且受计算机控制，实际使用中，通气阀5、吸气阀6分别与高压气泵、低压气泵连接；步骤五，将密封壳4与拾取头1上端密封对接，且保证各个阀体7正对各气道2的上开口（参见图2）。密封壳的选材为金属或合金，但不包含铁磁性物质，以免干扰电磁铁和阀体的正常工作。密封壳与拾取头之间空腔的气压由计算机控制，计算机控制打开通气阀，则空腔内气压升高；计算机控制打开吸气阀，则空腔内气压降低。而电磁铁由电脑控制改变自身的磁极方向，当电磁铁与阀体异极相吸时，该阀体下方的气道便与空腔导通，微气道的下开口便能同步吸气或者吹气；当电磁铁与阀体同极相斥时，该阀体可堵住其下方的气道，使该气道对应的微气道无法产生气压变化。

本拾取头的具体工作原理为：将附有待转移微型芯片晶圆衬底放置在拾取头下方，拾取头靠近待拾取微型芯片上方，保证拾取头下端的微气道与各个芯片正对，电脑控制打开吸气阀，同时需要被转运的芯片所对应的气道上方的阀体也被打开，然后将拾取头转移到待放置基板（如显示屏，显示模组，或者中转基板）上，吸气阀闭合，吹气阀打开，电磁铁吸起所有阀体，芯片便会全部吹到待放置基板上。根据实际生产需要，有时芯片转移过程中需要检测工序，即增加一个中转基板，芯片在此工位进行光检测，检测数据上传计算机，计算机会根据检测的数据控制各个微气道对应的气压，符合转移条件的芯片吸起，不符合的芯片留下。由于该拾取头上各相邻微气道的间距为芯片实际排布间距的两倍以上，从新排布后的芯片间距可有效增加，为后续生产提供便利。

见图2，步骤三中的电磁铁8固定在密封壳4的上表面上。将电磁铁安装在密封壳外侧，有利于后期检修和调试，也降低了整体的装配难度。

见图3，步骤五中，在密封壳4与拾取头1之间还垫有密封圈41，用于增强密封壳的气密性。

见图4和图7，步骤二中，微气道3下端开口处设有起导向作用的方形沉台11，沉台11采用蚀刻工艺加工，且沉台11的中心与微气道3轴心重合。沉台的底部尺寸与芯片的尺寸相同，沉台由底部向外的开口为逐渐扩大设置。芯片吸起后进入方形沉台，而在吹气过程中，方形沉台可以对芯片的运动起到引导作用，减小芯片在水平方向上的偏移，提高芯片的排布精度。

见图2，步骤一中，烧结出的M×N条气道2均为竖直设置，且与对应微气道3同轴心。

见图5，本实施例生产出的拾取头一般应用于转移装置上，该转移装置包括有两个相互等高且上表面水平的工作台91A、工作台91B，两工作台用于固定衬底或者基板，且该工作台具有旋转电机，用于校正自身与拾取头底面的平行度，工作台91A、工作台91B的一侧安装一台三轴联动机架92，三轴联动机架92包括有X轴轨道93、X轴移动块94、X轴移动块94上的Z轴轨道95、Z轴移动块96、Z轴移动块96上的Y轴轨道97和Y轴轨道97上的Y轴移动块98，拾取头固定在Y轴移动块98上。

转移装置的工作方式为依次往复执行下列步骤：拾取头移动至待拾取的工作台上方、将拾取头位置调整至待拾取芯片的正上方、拾取头下降至吸气工位、拾取头吸气、拾取头上升、拾取头移动至待放置的工作台上方、将拾取头位置调整至待放置位置的正上方、拾取头下降至吹气工位、拾取头吹气、拾取头上升。其中吸气工位和吹气工位为拾取头停止在距离工作台上方一段距离的位置，该位置下拾取头的下端面与工作台上固定好的芯片之间的间距约为8至10微米。

本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域技术人员显而易见的修改将包括在本权利要求的范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，其特征在于采用以下步骤：步骤一，柱状拾取头（1）的加工，拾取头（1）的上端面上向下加工成型有M×N条相互独立且孔径在100～1000微米的气道（2），各气道（2）为盲孔设置；步骤二，在每条气道（2）的下端与拾取头（1）的下端面之间都连接有口径＞2微米的微气道（3），该微气道（3）可以采用激光打孔技术直接在拾取头（1）的下端面加工，或者采用蚀刻工艺，该工艺还需要先在拾取头（1）的下端面上先加工出一个定位沉台（13），该定位沉台（13）与各气道（2）下端导通，然后在定位沉台（13）内装配一片与其外形匹配的硅片（12），硅片（12）上通过蚀刻工艺开设有微气道（3），各微气道（3）分别与各气道（2）的下端导通，所述的微气道（3）呈矩阵分布，各相邻微气道（3）的间距至少为2×D，D为待转移器件的相邻间距；步骤三，准备一个能与拾取头（1）的上端面相互盖合使两者之间形成密封的空腔的密封壳（4）；步骤四，在密封壳（4）上打孔，然后装配上与密封壳（4）内部空腔连通的通气阀（5）和吸气阀（6）；步骤五，将密封壳（4）与拾取头（1）上端密封对接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，其特征在于：步骤三中的密封壳（4）内侧壁的顶部固定连接有M×N根竖直设置的定位轴（42），定位轴（42）的分布位置与各气道（2）的上开口中心位置分布相同，然后在定位轴（42）上滑动配合有永磁体材料制成的阀体（7），然后在各个阀体（7）的上侧分别固定有与对应定位轴（42）同轴的电磁铁（8），电磁铁受计算机控制。

3.根据权利要求2所述的一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，其特征在于：步骤三中的电磁铁（8）固定在密封壳（4）的上表面上。

4.根据权利要求1或2所述的一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，其特征在于：步骤五中，在密封壳（4）与拾取头（1）之间还垫有密封圈（41）。

5.根据权利要求4所述的一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，其特征在于：步骤二中，微气道（3）下端开口处设有起导向作用的方形沉台（11），沉台（11）采用蚀刻工艺加工，且沉台（11）的中心与微气道（3）轴心重合。

6.根据权利要求5所述的一种适用于微芯片巨量转移拾取头的生产方法，其特征在于：步骤一中，加工出的M×N条气道（2）均为竖直设置，且与对应微气道（3）同轴心。