CN110817424B - 微小电子元器件巨量间距调节方法、巨量转移方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小电子元器件巨量间距调节方法、巨量转移方法和设备，属于微小电子元器件领域，该方法包括：步骤S100：使用吸盘将原料承载平台上的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部；步骤S200：将吸盘移动到分散承载平台上方，使得微小电子元器件阵列距离分散承载平台达到设定的高度，并使得吸盘以设定的角速度正向旋转；步骤S300：吸盘释放微小电子元器件阵列，微小电子元器件阵列在下落的过程中进行离心分散，然后下落在分散承载平台上。本发明通过离心分散实现巨量分散和巨量间距调整，成品率高，失控率低，容易实现精确分散控制。

Description

微小电子元器件巨量间距调节方法、巨量转移方法和设备

技术领域

本发明涉及微小电子元器件领域，特别是指一种微小电子元器件巨量间距调节方法、巨量转移方法和设备。

背景技术

Micro-LED不但拥有LCD、OLED的优点，还有比LCD、OLED更好的显示性能，例如Micro-LED的亮度在10万lux以上且使用寿命约为8万-10万小时。基于Micro-LED有着全面包围LCD和OLED的优势，可以预料未来Micro-LED无处不在，小到可折叠设备、AR/VR，大到146英寸的视频墙，都是Micro-LED的应用场景。

为实现Micro-LED的应用，需要将晶圆上大量(几万至几千万)的Micro-LED芯片转移到驱动电路板上形成三色混合、具有特定排布方式的LED阵列，即巨量转移技术。同样的，Mini-LED以及其他的类似的微小电子元器件也需要进行巨量转移。

但是，目前的巨量转移还存在很大的实现难度。以Micro-LED为例，当前Micro-LED面临的挑战是Micro-LED的巨量转移需要实现高转移速率和高产出率。尤其巨量转移涉及百万个显示器件的巨量间距调整和巨量转移动作，即使是百万分之几的失控率也会导致产生大量残次品，致使产品无法正常量产出货。

中国专利文献CN109599411A公开了一种用于Micro-LED巨量转移的可控分散方法及转移方法，该专利将晶圆上的Micro-LED芯片转移到橡胶承载片上，橡胶承载片固定于离心式分散平台上，平台转动的同时进行升降或喷气，将Micro-LED旋转抛起，使Micro-LED芯片进行离心分散。

但是，该专利技术存在以下缺陷：

1、Micro-LED芯片放置于橡胶承载片上可以增加摩擦力，但是Micro-LED器件极小极轻，放置于橡胶承载片上难以保证巨量Micro-LED阵列中的部分器件与橡胶片不发生黏连，放置于橡胶承载片上容易导致部分Micro-LED离心分散时出现偏差。

2、分散平台转动的同时进行升降动作，转动与升降动作需精确配合，控制复杂，配合不当容易导致离心分散结果出现偏差。

3、Micro-LED器件极小极轻，在橡胶承载片的承载面难以实现均匀吹气，巨量Micro-LED器件只要存在细微吹气差异，就会导致分布出现偏差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种微小电子元器件巨量间距调节方法、巨量转移方法和设备，本发明通过离心分散实现巨量分散和巨量间距调整，成品率高，失控率低，容易实现精确分散控制。

本发明提供技术方案如下：

一种微小电子元器件巨量间距调节方法，包括：

步骤S100：使用吸盘将原料承载平台上的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部；

步骤S200：将吸盘移动到分散承载平台上方，使得微小电子元器件阵列距离分散承载平台达到设定的高度，并使得吸盘以设定的角速度正向旋转；

步骤S300：吸盘释放微小电子元器件阵列，微小电子元器件阵列在下落的过程中进行离心分散，然后下落在分散承载平台上。

进一步的，所述步骤S300之后还包括：

步骤S400：使用吸盘将分散承载平台上的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部；

步骤S500：将吸盘移动到分散承载平台上方，使得微小电子元器件阵列距离分散承载平台达到设定的高度，并使得吸盘以设定的角速度反向旋转；

步骤S600：吸盘释放微小电子元器件阵列，微小电子元器件阵列在下落的过程中进行离心分散，然后下落在分散承载平台上。

进一步的，所述微小电子元器件的水平位移Δx的公式如下：

其中，ω为吸盘的旋转角速度，r为微小电子元器件与旋转中心的距离，h为微小电子元器件下落时距离分散承载平台的高度，g为重力加速度。

进一步的，所述微小电子元器件为Micro-LED芯片或Mini-LED芯片。

进一步的，所述吸盘为真空微孔吸盘或静电吸盘。

一种微小电子元器件巨量转移方法，包括前述的微小电子元器件巨量间距调节方法，还包括：

步骤S100’：使用吸盘将分散承载平台上完成巨量间距调节的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部；

步骤S200’：移动吸盘，使得微小电子元器件阵列与目标基板上的焊盘对准，将微小电子元器件阵列转移到目标基板的焊盘上。

一种微小电子元器件巨量间距调节和巨量转移设备，包括原料承载平台、分散承载平台和吸盘，所述吸盘连接有旋转装置和移动装置。

进一步的，所述微小电子元器件为Micro-LED芯片或Mini-LED芯片。

进一步的，所述吸盘为真空微孔吸盘或静电吸盘。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过吸盘实现了对微小电子元器件的可靠抓取和可靠释放，通过离心分散实现巨量分散和巨量间距调整，器件间距保持一致，实现了可控分散和间距调整，避免了橡胶托盘对微小电子元器件黏连导致的抛起失控和托盘吹气力度差异导致的巨量转移失控率高的困难，成品率高，失控率低。另外离心旋转与升降运动无需精确配合，功能实现便利，容易实现精确分散控制。

附图说明

图1为本发明的微小电子元器件巨量间距调节方法一个实施方式的流程图；

图2为微小电子元器件阵列经过正向离心分散后的示意图；

图3为微小电子元器件阵列经过正向离心分散和反向离心分散后的示意图；

图4为本发明的微小电子元器件巨量间距调节方法另一个实施方式的流程图；

图5本发明的微小电子元器件巨量转移方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供一种微小电子元器件巨量间距调节方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S100：使用吸盘将原料承载平台上的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部。

在进行巨量间距调节前，微小电子元器件以阵列的方式承载在原料承载平台上。以Micro-LED为例，Micro-LED芯片以阵列的方式分布在晶圆上，晶圆放在原料承载平台上，通过吸盘可以将晶圆上的Micro-LED芯片阵列吸附起来。

本发明并不限制原料承载平台的结构，只要能够承载进行巨量间距调节前的微小电子元器件阵列即可，可以是圆形的平台，方形的平台等，甚至还可以只是一个水平承载平面等。

本发明并不限制吸盘的吸附方式，只要是能够将微小电子元器件以阵列吸附住即可。

步骤S200：将吸盘移动到分散承载平台上方，使得微小电子元器件阵列距离分散承载平台达到设定的高度，并使得吸盘以设定的角速度正向旋转。

吸盘连接有移动装置和旋转装置，可以将吸盘移动到指定的位置，并且可以使得吸盘进行旋转。本发明不限制移动装置和旋转装置的具体结构，只要能够完成要求的移动动作和旋转动作即可。

本发明通过使得微小电子元器件阵列下落旋转分散的方式，进行巨量间距调节。因此调节的间距与下落的高度和吸盘的转速有关，需要根据的间距设定好高度和转速。

本发明通过移动装置将吸盘移动到分散承载平台上方，然后调节吸盘的高度，使得微小电子元器件阵列距离分散承载平台达到设定的高度；并通过旋转装置控制吸盘正向旋转，使得吸盘的角速度(转速)达到设定的角速度并保持恒定。

本发明不限制正向旋转的旋转方向，可以是逆时针，也可以是顺时针，可根据需要进行设定。

步骤S300：吸盘释放微小电子元器件阵列，微小电子元器件阵列在下落的过程中进行离心分散，然后下落在分散承载平台上。

吸盘释放微小电子元器件阵列后，微小电子元器件阵列在重力的作用下下落并在离心力的作用下水平运动，即为离心分散。在离心分散前，微小电子元器件之间的距离很小，并且每个微小电子元器件之间的距离均相同。在离心分散的过程中，微小电子元器件之间的距离增大，但是每个微小电子元器件之间的距离仍然保持一致，仍然是相同的。也就是说，离心分散使得微小电子元器件之间的距离等比例放大。离心分散前后的示意图如图2所示。

离心分散后，微小电子元器件的水平位移Δx的公式为：

其中，ω为吸盘的旋转角速度，r为微小电子元器件与旋转中心的距离，h为微小电子元器件下落时距离分散承载平台的高度，g为重力加速度。

其推导过程为：

忽略空气阻力，微小电子元器件被释放后，水平方向做匀速直线运动，由匀速直线运动的公式可知，Δx＝vt，v为微小电子元器件被释放时的速度。

微小电子元器件被释放时，其做匀速圆周运动，v＝ωr，所以Δx＝ωrt。

忽略空气阻力，微小电子元器件被释放后，垂直方向做初速度为0的匀加速直线运动，由匀初速度为0的加速直线运动的公式可知：

求解可得到：

由上式可知，在相同的旋转角速度和相同的下落高度条件下，器件的水平位移只与器件的离心半径成正比，也就是微小电子元器件之间的距离等比例放大，分散后每个微小电子元器件之间的距离仍然保持一致。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明使用吸盘吸附住微小电子元器件阵列，吸盘在旋转到一定角速度后释放，使微小电子元器件阵列通过旋转离心飞行落至分散承载平台，达到所需间隔。采用吸盘的方法实现可靠抓起巨量微小电子元器件，在巨量间距调整过程中吸盘的抓取方式比橡胶托盘向上旋转抛起方式和托盘吹气方式更能够实现可靠抓起和释放，避免巨量微小电子元器件转移时出现成品率低的问题，彻底解决巨量转移失控率高的问题。

2、相比于现有技术的分散平台转动的同时进行升降动作抛起Micro-LED的方式，本发明只需要吸盘做恒定角速度的旋转动作，通过释放让微小电子元器件阵列飞行下落至分散承载托盘，控制简单，无需恒定角速度旋转和恒定速度向上抛起动作配合。本发明更容易实现精准控制，避免旋转与抛起动作配合不当导致的巨量间距调整偏差，使微小电子元器件阵列实现可控分散、精确巨量间距调整。

3、相比于现有技术的向上吹起Micro-LED的方式，本发明使用吸盘释放的方式，器件在重力的作用下同时下落，并且下落加速度均相同，不会出现因为吹气不均匀导致的微小电子元器件分布偏差。

4、本发明因为不使用分散承载平台旋转带动微小电子元器件旋转，因此分散承载平台不需要是增大摩擦力的橡胶，不会因为微小电子元器件与橡胶的黏连而导致出现偏差。

综上所述，本发明通过吸盘实现了对微小电子元器件的可靠抓取和可靠释放，通过离心分散实现巨量分散和巨量间距调整，器件间距保持一致，实现了可控分散和间距调整，避免了橡胶托盘对微小电子元器件黏连导致的抛起失控和托盘吹气力度差异导致的巨量转移失控率高的困难，成品率高，失控率低。另外离心旋转与升降运动无需精确配合，功能实现便利，容易实现精确分散控制。

进行一次离心分散后，即每次旋转动作调整微小电子元器件间距后，器件方向与器件排列方向都会形成夹角变化，如图2所示。

为了消除这种夹角变化，如图4所示，本发明步骤S300之后还包括：

步骤S400：使用吸盘将分散承载平台上的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部。

步骤S500：将吸盘移动到分散承载平台上方，使得微小电子元器件阵列距离分散承载平台达到设定的高度，并使得吸盘以设定的角速度反向旋转。

步骤S600：吸盘释放微小电子元器件阵列，微小电子元器件阵列在下落的过程中进行离心分散，然后下落在分散承载平台上。

步骤S400-600也就是再进行一次离心分散，离心分散的高度和转动角速度与之前的一次离心分散相同，但是转动方向相反。本发明采用正向旋转、反向旋转相互抵消的方法，可以精确消除巨量间距调整时器件方向与器件排列方向形成的夹角变化。

微小电子元器件以Micro-LED芯片为例，具体的一个示例为：

1、Micro-LED芯片阵列做逆时针旋转飞行。假设微小电子元器件的水平位移是每个器件距离旋转中心距离的2倍。由2图可见，经历旋转距离调整后，每个微小电子元器件之间的距离仍然保持一致，器件方向与器件排列方向呈现一个夹角。

2、Micro-LED芯片阵列做顺时针旋转飞行。飞行距离仍然是每个器件距离旋转中心距离的2倍。由图3可见，经历旋转距离调整后，每个微小电子元器件之间的距离仍然保持一致，器件本身的方向与器件排列方向恢复至原来状态，器件方向与器件排列方向呈现的夹角消除了。

本方案利用吸盘旋转运动将Micro-LED均匀分散至分散承载平台的方式，实现巨量Micro-LED的可控分散、间距调整，通过吸盘反向旋转分散Micro-LED的方法消除器件方向与器件排列的夹角，实现Micro-LED的巨量分散和巨量转移目的。

3、由图2、3可见，旋转中心并不位于巨量Micro-LED芯片阵列中心。也就是说通过飞行实现巨量Micro-LED间距调整，即使旋转中心偏移，也不会影响最终器件的间距调整分布结果。这可以显著降低旋转装置制造难度。

本发明中，正向旋转优选为逆时针旋转，逆向旋转优选为顺时针旋转。

前述以微小电子元器件为Micro-LED芯片进行示例，但是本发明并不限定微小电子元器件的形式，微小电子元器件还可以为Mini-LED芯片以及其他形式的需要巨量间距调节和巨量转移的微小电子元器件。

本发明的吸盘优选为真空微孔吸盘或静电吸盘。

本发明实施例还提供一种微小电子元器件巨量转移方法，如图5所示，其包括前述的微小电子元器件巨量间距调节方法，还包括：

步骤S100’：使用吸盘将分散承载平台上完成巨量间距调节的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部。

步骤S200’：移动吸盘，使得微小电子元器件阵列与目标基板上的焊盘对准，将微小电子元器件阵列转移到目标基板的焊盘上。

本发明的微小电子元器件巨量转移方法包括前述的微小电子元器件巨量间距调节方法，其自然也具备前述的微小电子元器件巨量间距调节方法的有益效果，此处不再赘述。

此外，本发明的微小电子元器件巨量转移方法还具有以下优点：

现有技术的巨量间距调节方法需要用到旋转吹起或旋转抛起的设备，在进行巨量转移时，是需要转移的设备，导致设备复杂，而本发明的巨量间距调节和巨量转移都使用同一个吸盘(即其移动装置和旋转装置)即可完成所有操作，系统更简洁，效率更高，同时出错率更低。

本发明实施例还提供一种微小电子元器件巨量间距调节和巨量转移设备，其包括原料承载平台、分散承载平台和吸盘，吸盘连接有旋转装置和移动装置。

本发发明的微小电子元器件巨量间距调节和巨量转移设备进行巨量间距调节和巨量转移的方法参见前述，其有意效果也参见前述，此处不再赘述。

本发明的微小电子元器件巨量间距调节和巨量转移设备不仅可以用于巨量Micro-LED间距调整、巨量转移也可以用于巨量Mini-LED间距调整、巨量转移，还可以用于任意类似的微小电子元器件的巨量调整、巨量转移。

吸盘优选为真空微孔吸盘或静电吸盘。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微小电子元器件巨量间距调节方法，其特征在于，包括：

步骤S100：使用吸盘将原料承载平台上的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部；

步骤S200：将吸盘移动到分散承载平台上方，使得微小电子元器件阵列距离分散承载平台达到设定的高度，并使得吸盘以设定的角速度正向旋转；

步骤S300：吸盘释放微小电子元器件阵列，微小电子元器件阵列在下落的过程中进行离心分散，然后下落在分散承载平台上；

所述步骤S300之后还包括：

步骤S400：使用吸盘将分散承载平台上的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部；

步骤S500：将吸盘移动到分散承载平台上方，使得微小电子元器件阵列距离分散承载平台达到设定的高度，并使得吸盘以设定的角速度反向旋转；

步骤S600：吸盘释放微小电子元器件阵列，微小电子元器件阵列在下落的过程中进行离心分散，然后下落在分散承载平台上。

2.根据权利要求1所述的微小电子元器件巨量间距调节方法，其特征在于，所述微小电子元器件的水平位移Δx的公式如下：

其中，ω为吸盘的旋转角速度，r为微小电子元器件与旋转中心的距离，h为微小电子元器件下落时距离分散承载平台的高度，g为重力加速度。

3.根据权利要求2所述的微小电子元器件巨量间距调节方法，其特征在于，所述微小电子元器件为Micro-LED芯片或Mini-LED芯片。

4.根据权利要求3所述的微小电子元器件巨量间距调节方法，其特征在于，所述吸盘为真空微孔吸盘或静电吸盘。

5.一种微小电子元器件巨量转移方法，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的微小电子元器件巨量间距调节方法，还包括：

步骤S100’：使用吸盘将分散承载平台上完成巨量间距调节的微小电子元器件阵列吸附到吸盘底部；

步骤S200’：移动吸盘，使得微小电子元器件阵列与目标基板上的焊盘对准，将微小电子元器件阵列转移到目标基板的焊盘上。

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