CN110911334A - 一种微型电子元件定位贴合装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型电子元件定位贴合装置及其方法，该装置包括带有粘性的第一载物盘、第一载物盘驱动机构、微型顶针、顶针驱动机构、带有粘性的第二载物盘和摄像头，第一载物盘对微型电子元件的吸附力小于第二载物盘，本发明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的指定位置进行贴合，之后再通过回流等方式进行固化焊接，从流程上省掉了吸嘴一颗一颗吸取和来回移动贴合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的定位贴合，简化了其定位贴合的流程和降低了定位贴合的难度，为大规模生产提供了一种低成本的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及微型电子元件加工设备技术领域，更具体地说，是涉及一种微型电子元件定位贴合装置及其方法。
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，通常采用贴合设备将LED一颗一颗地拾取并按照一定的位置要求贴合在阵列基板上，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。
传统的贴合方法是采用吸嘴利用真空一颗一颗地吸取LED，再贴合到基板上。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，贴合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，给一颗一颗贴合带来麻烦。
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贴合的形式，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，导致贴合的效率偏低。
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定位贴合装置及其方法。
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定位贴合装置，包括：
第一载物盘，用于运载微型电子元件，所述第一载物盘设置为透明或半透明，并且其载料表面上设有粘性，以粘住微型电子元件；
第一载物盘驱动机构，用于带动第一载物盘在X轴和/或Y轴和/或Z轴方向移动以及绕Z轴的转动，所述第一载物盘驱动机构与第一载物盘相连接；
微型顶针，用于将微型电子元件从第一载物盘上戳下来贴合到第二载物盘上进行贴合；
顶针驱动机构，用于带动微型顶针沿X轴和/或Y轴、以及Z轴方向移动，所述顶针驱动机构与微型顶针相连接，所述顶针驱动机构和微型顶针均位于第一载物盘的载料表面的反面侧；
摄像头，用于透过第一载物盘，检测第一载物盘上的所有微型电子元件的位置，检测第二载物盘上的所有待贴合位置，所述摄像头位于第一载物盘的载料表面的反面侧，所述摄像头由顶针驱动机构驱动或者由独立的摄像头驱动机构驱动，从而沿X轴和/或Y轴和/或Z轴方向移动；
第二载物盘，用于贴合从第一载物盘上被戳下来的微型电子元件，所述第二载物盘位于朝向第一载物盘的载料表面的一侧，且第二载物盘上用于贴合微型电子元件的粘料表面上设有粘性和电路；
其中，所述第一载物盘的载料表面对微型电子元件的吸附力小于第二载物盘的粘料表面对微型电子元件的吸附力。
作为优选的实施方式，所述第一载物盘上的微型电子元件之间为大间距排列，相邻两个微型电子元件之间的间距不小于微型电子元件本身的尺寸，且在贴合过程中，所述第一载物盘与第二载物盘之间的间距大于微型电子元件的厚度，从而在贴合后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经贴合的微型电子元件。
作为优选的实施方式，所述第二载物盘的粘料表面通过物理方式或化学方式带有粘性。
作为优选的实施方式，所述物理方式包括涂覆/点胶或锡膏，所述化学方式包括电镀。
作为优选的实施方式，所述第一载物盘的载料表面的反面侧设有照明用的光源。
本发明的第二方面提供了一种微型电子元件定位贴合方法，采用上述技术方案所述的微型电子元件定位贴合装置，该方法包括以下步骤：
(1)采用标定方法确定好摄像头与微型顶针之间的位置关系；
(2)当第一载物盘装载完成后，通过第一载物盘驱动机构移动第一载物盘，和/或通过顶针驱动机构或摄像头驱动机构移动摄像头，对第一载物盘上所有待贴合的微型电子元件的进行拍照来确认所有微型电子元件与第一载物盘之间的位置关系；
(3)通过顶针驱动机构或摄像头驱动机构移动摄像头，对第二载物盘进行拍照来确认第二载物盘上所有待贴合位置，从而通过摄像头建立所有待贴合的微型电子元件与第二载物盘之间的位置关系；其中，步骤(2)和步骤(3)的顺序能够互换；
(4)第一载物盘驱动机构驱动第一载物盘移动，使得目标微型电子元件移动到指定的待贴合位置和角度，同时顶针驱动机构驱动微型顶针移动，使微型顶针对准目标微型电子元件；
(5)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指定的待贴合位置上，使分离后的目标微型电子元件在第二载物盘上贴合；
(6)顶针驱动机构带动微型顶针沿Z轴方向远离第一载物盘，同时第一载物盘驱动机构带动第一载物盘在X轴和/或Y轴和/或旋转方向上移动，使下一个目标微型电子元件移动到下一个指定的待贴合位置及角度，同时微型顶针在顶针驱动机构的带动下沿X轴和/或Y轴方向移动到该目标微型电子元件的位置处，准备从第一载物盘上戳下该目标微型电子元件；
(7)重复步骤(5)的操作，将下一个目标微型电子元件贴合到第二载物盘上；
(8)后续的微型电子元件的贴合操作重复上述步骤(5)至步骤(6)，直到第一载物盘上的微型电子元件按照预设的位置全部贴合在第二载物盘上；
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，所述第一载物盘的载料表面对微型电子元件的吸附力小于第二载物盘的粘料表面对微型电子元件的吸附力。
作为优选的实施方式，所述第一载物盘上的微型电子元件之间为大间距排列，相邻两个微型电子元件之间的间距不小于微型电子元件本身的尺寸，且在贴合过程中，所述第一载物盘与第二载物盘之间的间距大于微型电子元件的厚度，从而在贴合后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经贴合的微型电子元件。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的结构大大简化，第一载物盘和第二载物盘均设有粘性，且第一载物盘对微型电子元件的吸附力小于第二载物盘对微型电子元件的吸附力，故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贴合，从流程上省掉了吸嘴一颗一颗吸取和来回移动贴合单个微型电子元件的过程，能够解决微型电子元件的拾取难、转移难、贴合难的问题，提高了生产效率和良率，特别适用于Mini/MicroLED面板生产过程中Mini/Micro LED的转移贴合，简化了Mini/Micro LED定位贴合的流程，降低了Mini/Micro LED定位贴合的难度，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定位贴合装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的目标微型电子元件移动到指定的待贴合位置和微型顶针对准目标微型电子元件时的示意图；
图3是本发明实施例提供的顶针驱动机构带动微型顶针沿Z轴向下移动时的示意图；
图4是本发明实施例提供的顶针驱动机构带动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的示意图；
图5是本发明实施例提供的顶针驱动机构在贴完一个目标微型电子元件之后带动微型顶针沿Z轴方向远离第一载物盘时的示意图；
图6是本发明实施例提供的第一载物盘驱动机构带动第一载物盘移动使下一个目标微型电子元件移动到下一个指定的待贴合位置时的示意图；
图7是本发明实施例提供的顶针驱动机构再次带动微型顶针沿Z轴向下移动时的示意图；
图8是本发明实施例提供的顶针驱动机构带动微型顶针将下一个目标微型电子元件从第一载物盘上戳到第二载物盘上时的示意图。
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。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种微型电子元件定位贴合装置，包括第一载物盘2、微型顶针4、顶针驱动机构3、第一载物盘驱动机构6、第二载物盘8和摄像头5，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，第一载物盘2可以设置为透明或半透明，并且其粘料表面(如第一载物盘2的下表面)上设有粘性，以粘住微型电子元件1防止其因为重力而脱离。具体实施时，第一载物盘2可以由膜类材料或者其他柔性材料制成，且表面具有一定的粘性。
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6用于带动第一载物盘2在X轴和/或Y轴和/或Z轴方向移动，第一载物盘驱动机构6与第一载物盘2相连接；此外，第一载物盘驱动机构还可以用于带动第一载物盘2绕Z轴的旋转运动，使得第一载物盘上排布的微型电子元件的方向与要贴合的方向一致。在本实施例中，第一载物盘驱动机构6可以包括X轴驱动装置、Y轴驱动装置、Z轴驱动装置及绕Z轴的旋转驱动装置。
微型顶针4用于将微型电子元件1从第一载物盘2上戳下来贴合到第二载物盘上进行贴合。
顶针驱动机构3用于带动微型顶针4沿X轴和/或Y轴、以及Z轴方向移动，顶针驱动机构3与微型顶针4相连接，顶针驱动机构3和微型顶针4均位于第一载物盘2的粘料表面的反面侧(如第一载物盘2的上表面上方)。
摄像头5用于透过第一载物盘2，检测第一载物盘2上的所有微型电子元件1的位置，检测第二载物盘8上的所有待贴合位置，摄像头5位于第一载物盘2的粘料表面的反面侧(如第一载物盘2的上表面上方)，其中，摄像头5由顶针驱动机构3驱动或者由独立的摄像头驱动机构驱动，从而沿X轴和/或Y轴和/或Z轴方向移动。
第二载物盘8用于贴合从第一载物盘2上被戳下来的微型电子元件，第二载物盘8位于朝向第一载物盘2的粘料表面的一侧(如第一载物盘2的下表面下方)，且第二载物盘8上用于贴合微型电子元件的粘料表面上设有粘性和电路。
第二载物盘8的粘料表面可以通过物理方式或化学方式带有粘性，比如，物理方式可以包括涂覆/点胶或锡膏，化学方式可以包括电镀。其中，第一载物盘2的粘料表面对微型电子元件的吸附力需要小于第二载物盘8的粘料表面对微型电子元件的吸附力，这样微型电子元件才能从第一载物盘2贴合到第二载物盘8上。
由于第二载物盘8本身已经具有电路，故将微型电子元件贴合到指定的位置后，再通过回流等方式进行适当的固化处理，即可形成回路。
其中，第一载物盘2上的微型电子元件可以按矩阵形式排列，相邻两个微型电子元件之间设有一定间距，较佳的，相邻两个微型电子元件之间的间距比单个微型电子元件本身的外形尺寸要大，通常在1到2倍外形尺寸之间，同时，在贴合过程中，第一载物盘2与第二载物盘8之间的间距需要大于微型电子元件的厚度，从而在贴合后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经贴合的微型电子元件。
较佳的，为了便于摄像头的拍照检测，第一载物盘2的粘料表面的反面侧还可以设有照明用的光源(如LED灯)，光源与摄像头处于同一侧。
一种微型电子元件定位贴合方法，该方法包括以下步骤：
(1)采用标定方法确定好摄像头5与微型顶针4之间的位置关系；
(2)当第一载物盘2装载完成后，通过第一载物盘2驱动机构移动第一载物盘2，和/或通过顶针驱动机构3或摄像头驱动机构移动摄像头5，对第一载物盘2上所有待贴合的微型电子元件的进行拍照来确认所有微型电子元件与第一载物盘2之间的位置关系；
(3)通过顶针驱动机构3或摄像头驱动机构移动摄像头5，对第二载物盘8进行拍照来确认第二载物盘8上所有待贴合位置，从而通过摄像头5建立所有待贴合的微型电子元件与第二载物盘8之间的位置关系；其中，步骤(2)和步骤(3)的先后顺序可以互换。
(4)第一载物盘2驱动机构驱动第一载物盘2移动，使得目标微型电子元件移动到指定的待贴合位置和角度，同时顶针驱动机构3驱动微型顶针4移动，使微型顶针4对准目标微型电子元件(如图2所示)；
(5)顶针驱动机构3带动微型顶针4沿Z轴方向(即向下移动)将目标微型电子元件从第一载物盘2上戳到第二载物盘8指定的待贴合位置上，使分离后的目标微型电子元件在第二载物盘8上贴合(如图3和图4所示)；
(6)顶针驱动机构3带动微型顶针4沿Z轴方向远离第一载物盘2(即向上移动)，同时第一载物盘2驱动机构带动第一载物盘2在X轴和/或Y轴和/或旋转方向上移动，使下一个目标微型电子元件移动到下一个指定的待贴合位置及角度，同时微型顶针4在顶针驱动机构3的带动下沿X轴和/或Y轴方向移动到该目标微型电子元件的位置处，准备从第一载物盘2上戳下该目标微型电子元件(如图5和图6所示)；
(7)重复步骤(5)的操作，将下一个目标微型电子元件贴合到第二载物盘8上(如图7和图8所示)；
(8)后续的微型电子元件的贴合操作重复上述步骤(5)至步骤(6)，直到第一载物盘2上的微型电子元件按照预设的位置全部贴合在第二载物盘8上。
在本实施例中，第二载物盘8在整个元件定位贴合的过程中是固定不动的，第一载物盘能够相对于第二载物盘8进行移动，然而，在另一实施例中，根据实际需要，第一载物盘也可以设置为固定不动的，微型顶针和摄像头能够由各自对应的驱动机构带动在X、Y和/或Z轴方向上移动，第二载物盘可以由第二载物盘驱动机构7带动在X、Y和/或Z轴方向上移动，以及做旋转运动，来实现第一、第二载物盘之间的相对运动。
综上所述，本发明的设计合理，结构大大简化，流程精简，能够解决微型电子元件的拾取难、转移难、贴合难的问题，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 (7)
1.一种微型电子元件定位贴合装置，其特征在于，包括：
第一载物盘，用于运载微型电子元件，所述第一载物盘设置为透明或半透明，并且其载料表面上设有粘性，以粘住微型电子元件；
第一载物盘驱动机构，用于带动第一载物盘在X轴和/或Y轴和/或Z轴方向移动以及绕Z轴的转动，所述第一载物盘驱动机构与第一载物盘相连接；
微型顶针，用于将微型电子元件从第一载物盘上戳下来贴合到第二载物盘上进行贴合；
顶针驱动机构，用于带动微型顶针沿X轴和/或Y轴、以及Z轴方向移动，所述顶针驱动机构与微型顶针相连接，所述顶针驱动机构和微型顶针均位于第一载物盘的载料表面的反面侧；
摄像头，用于透过第一载物盘，检测第一载物盘上的所有微型电子元件的位置，检测第二载物盘上的所有待贴合位置，所述摄像头位于第一载物盘的载料表面的反面侧，所述摄像头由顶针驱动机构驱动或者由独立的摄像头驱动机构驱动，从而沿X轴和/或Y轴和/或Z轴方向移动；
第二载物盘，用于贴合从第一载物盘上被戳下来的微型电子元件，所述第二载物盘位于朝向第一载物盘的载料表面的一侧，且第二载物盘上用于贴合微型电子元件的粘料表面上设有粘性和电路；
其中，所述第一载物盘的载料表面对微型电子元件的吸附力小于第二载物盘的粘料表面对微型电子元件的吸附力。
2.根据权利要求1所述的一种微型电子元件定位贴合装置，其特征在于，所述第一载物盘上的微型电子元件之间为大间距排列，相邻两个微型电子元件之间的间距不小于微型电子元件本身的尺寸，且在贴合过程中，所述第一载物盘与第二载物盘之间的间距大于微型电子元件的厚度，从而在贴合后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经贴合的微型电子元件。
3.根据权利要求1所述的一种微型电子元件定位贴合装置，其特征在于，所述第二载物盘的粘料表面通过物理方式或化学方式带有粘性。
4.根据权利要求3所述的一种微型电子元件定位贴合装置，其特征在于，所述物理方式包括涂覆/点胶或锡膏，所述化学方式包括电镀。
5.根据权利要求1所述的一种微型电子元件定位贴合装置，其特征在于，所述第一载物盘的载料表面的反面侧设有照明用的光源。
6.一种微型电子元件定位贴合方法，采用权利要求1所述的微型电子元件定位贴合装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)采用标定方法确定好摄像头与微型顶针之间的位置关系；
(2)当第一载物盘装载完成后，通过第一载物盘驱动机构移动第一载物盘，和/或通过顶针驱动机构或摄像头驱动机构移动摄像头，对第一载物盘上所有待贴合的微型电子元件的进行拍照来确认所有微型电子元件与第一载物盘之间的位置关系；
(3)通过顶针驱动机构或摄像头驱动机构移动摄像头，对第二载物盘进行拍照来确认第二载物盘上所有待贴合位置，从而通过摄像头建立所有待贴合的微型电子元件与第二载物盘之间的位置关系；其中，步骤(2)和步骤(3)的顺序能够互换；
(4)第一载物盘驱动机构驱动第一载物盘移动，使得目标微型电子元件移动到指定的待贴合位置和角度，同时顶针驱动机构驱动微型顶针移动，使微型顶针对准目标微型电子元件；
(5)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指定的待贴合位置上，使分离后的目标微型电子元件在第二载物盘上贴合；
(6)顶针驱动机构带动微型顶针沿Z轴方向远离第一载物盘，同时第一载物盘驱动机构带动第一载物盘在X轴和/或Y轴和/或旋转方向上移动，使下一个目标微型电子元件移动到下一个指定的待贴合位置及角度，同时微型顶针在顶针驱动机构的带动下沿X轴和/或Y轴方向移动到该目标微型电子元件的位置处，准备从第一载物盘上戳下该目标微型电子元件；
(7)重复步骤(5)的操作，将下一个目标微型电子元件贴合到第二载物盘上；
(8)后续的微型电子元件的贴合操作重复上述步骤(5)至步骤(6)，直到第一载物盘上的微型电子元件按照预设的位置全部贴合在第二载物盘上；
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，所述第一载物盘的载料表面对微型电子元件的吸附力小于第二载物盘的粘料表面对微型电子元件的吸附力。
7.根据权利要求6所述的一种微型电子元件定位贴合方法，其特征在于，所述第一载物盘上的微型电子元件之间为大间距排列，相邻两个微型电子元件之间的间距不小于微型电子元件本身的尺寸，且在贴合过程中，所述第一载物盘与第二载物盘之间的间距大于微型电子元件的厚度，从而在贴合后续的微型电子元件时在空间上避开之前已经贴合的微型电子元件。
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