CN112242385A - 基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于玻璃基板的Mirco‑LED无源驱动显示单元，该单元包括玻璃基板，电路板和呈矩阵排列的LED发光芯片；所述的玻璃基板的背面制备有信号焊盘、固晶焊盘；信号焊盘上制备有导电材料；电路板的背面固定有驱动IC和接插件，正面制备有导电焊盘和粘胶焊盘，导电焊盘上焊接有弧形的导电引线，粘胶焊盘上有绝缘胶；LED发光芯片采用反面出光的发光芯片，其两个电极与固晶焊盘连接固定，正面通过绝缘胶与粘胶焊盘粘接固定；LED发光芯片的两个电极通过固晶焊盘、信号焊盘、导电引线及导电焊盘连接驱动IC。本发明解决了基于TFT玻璃基板Mirco‑LED的显示单元在拼接过程中信号转移及发光信号驱动问题。
Description
技术领域
本发明属于LED显示屏技术领域，涉及一种基于玻璃基板的高密度Mirco-LED无源驱动显示单元。
背景技术
随着LED封装技术的不断发展，Mini-ED已进入量产阶段，作为下一代的Mirco-led进入研究阶段，相较于mini-led下一代的Mirco-led芯片尺寸更小，传统的PCB载板工艺无法实现其表面的固晶封装。玻璃基板由于其特殊的工艺其线宽线距可以做到更小，并且满足Mirco-led。但无论是有源驱动还是无源驱动都需要引线连接控制端及驱动端，受制于玻璃基板无法像传统PCB一样沉孔引线，其控制端及驱动只能与发光面处于同一侧，导致无法实现显示单元拼接为显示模组。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元，该显示单元可拼接为显示模组。
为了解决上述问题，本发明的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元包括玻璃基板，电路板和呈矩阵排列的LED发光芯片；所述的玻璃基板的背面制备有信号焊盘、固晶焊盘；信号焊盘上制备有导电材料；电路板的背面固定有驱动IC和接插件，正面制备有导电焊盘和粘胶焊盘，导电焊盘上焊接有弧形的导电引线，粘胶焊盘上有绝缘胶；LED发光芯片采用反面出光的发光芯片，其两个电极与固晶焊盘连接固定，正面通过绝缘胶与粘胶焊盘粘接固定；LED发光芯片的两个电极通过固晶焊盘、信号焊盘、导电引线及导电焊盘连接驱动IC。
本发明的有益效果：本发明通过采用芯片电极面发光与焊线的工艺方式可解决玻璃基板的无缝拼接问题，发光芯片与电路板焊线侧相结合，引线导通信号，发光芯片与粘胶焊盘粘接起到玻璃基板与电路板支撑与固定的作用。采用该工艺方式既解决了信号转移及发光信号驱动问题又解决了玻璃基板与电路板结合固定的作用。
上述基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法如下：
在玻璃基板的背面印制信号焊盘和固晶焊盘，在信号焊盘上制备导电材料；将LED发光芯片固定在玻璃基板的背面，且其两个电极与固晶焊盘焊接固定；
在电路板的背面焊接固定驱动IC及接插件；在电路板正面的粘胶焊盘上印刷绝缘胶；在电路板的正面导电焊盘上焊接弧度一致的导电引线；
将玻璃基板与电路板进行对接，使LED发光芯片的正面通过绝缘胶与粘胶焊盘粘合，导电引线与对应的信号焊盘连接；固化粘接焊盘上的绝缘胶使玻璃基板与电路板粘合形成显示单元。
所述的LED发光芯片采用mirco-LED批量转移固晶焊接方法固定在玻璃基板的背面，该方法如下：
预先对LED发光芯片的两电极进行镀锡处理；将多个LED发光芯片排列并粘贴在衬板正面，由LED发光芯片和衬板构成待焊接组件；LED发光芯片的发光面粘贴于衬板正面，两电极方向朝上；衬板采用高导热耐高温基材，正反两面蚀刻衬板定位mark；
在固晶焊盘上印刷助焊膏；对玻璃基板进行预热，预热温度100-150℃；将衬板正面面向玻璃基板正面，衬板的两个衬板定位mark对准玻璃基板上的基板定位mark，使LED发光芯片的两电极与对应固晶焊盘上的助焊膏接触；按照设定的升温斜率对衬板进行加热使LED发光芯片两电极的锡融化，再对衬板进行冷却完成两电极与对应固晶焊盘的焊接；将衬板与LED发光芯片脱开，完成LED发光芯片的批量转移固晶。
一种实现上述mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，包括进料系统、基板传动系统、退料系统、焊接系统；所述的进料系统包括进料运载平台；进料运载平台安装固定在工作台上的进料一侧；基板传动系统包括进料传送装置、预热支撑平台、出料传送装置；进料传送装置安装在工作台的左侧，出料传送装置安装在工作台的右侧，预热支撑平台安装在工作台的中央且位于进料传送装置与出料传送装置之间；退料系统包括退料运载平台；退料运载平台安装在工作台上靠近退料一侧；焊接系统包括进料三维移动机构、退料三维移动机构、衬板定位识别相机、吸附焊接料头、基板定位识别相机、吸附转移料头；衬板定位识别相机和吸附焊接料头安装在进料三维移动机构上，可作三维移动；基板定位识别相机和吸附转移料头安装在退料三维移动机构上可作三维移动。
所述的进料系统还包括进料升降机和推料器；进料料盒固定在进料升降机上，可在进料升降机上上下移动；进料升降机和推料器安装固定在工作台的进料一侧；推料器可将待焊接组件从进料料盒推下并落在进料运载平台上。
所述的基板传动系统还包括基板移动定位装置；基板移动定位装置设置在预热支撑平台靠近出料传送装置的一侧。
所述的基板移动定位装置包括光电传感器、定位传感器；光电传感器安装在进料传送装置与预热支撑平台之间靠近退料系统一侧；定位传感器安装在预热支撑平台上靠近退料系统与出料传送装置的一角处。
所述的退料系统还包括退料升降机、退料料盒；退料升降机安装在工作台的后侧，退料料盒安装在退料升降机；退料运载平台安装在工作台上对应退料料盒的位置。
有益效果：
本发明先将多个发光芯片发光面向下、两电极向上排列并粘贴在衬板正面；然后将衬板正面面向玻璃基板正面，两个衬板定位mark对准基板定位mark，再将使发光芯片两电极与玻璃基板上的对应焊盘焊接在一起，最后将衬板与发光芯片脱开，即可完成发光芯片的批量转移固晶。mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备中采用了进料系统和基板传动系统两套转移模组，实现了发光芯片从衬板到玻璃基板的批量转移；应用预热支撑平台及吸附焊接料头实现了mirco-LED的批量焊接，提高了固晶封装工艺精度及效率，实现了mirco-LED批量转移生产的自动化。
附图说明
图1为本发明玻璃基板与电路板连接结构正面示意图。
图2为本发明玻璃基板与电路板连接结构背面示意图。
图3为电路板正面示意图。
图4为本发明玻璃基板背面示意图。
图5为本发明的侧视图。
图6为图5的B部局部放大图。
图7为衬板立体图。
图8为mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备俯视图。
图9为mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备等轴侧图。
图10为mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备立体图。
图11为mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备立体图。
图中：1.玻璃基板；11.列驱动信号焊盘；12.导电材料；13.行驱动信号焊盘；14.导电材料；15.固晶焊盘；16.基板定位mark；2.电路板；21.驱动IC；22.接插件；23.导电焊盘；24.导电引线；25.粘胶焊盘；26.绝缘胶；3.LED发光芯片；
40.工作台；411.进料升降机；412.推料器；413.进料料盒；414.进料运载平台；421.进料传送装置；422.预热支撑平台；423.出料传送装置；424.基板移动定位装置；424-1.光电传感器；424-2.定位传感器；425.角度调节电机；426.宽度调节电机；431.退料升降机；432.退料料盒；433.退料运载平台；441.进料Y轴导轨；442.进料X轴导轨；443.进料Z轴导轨；451.衬板定位识别相机；452.吸附焊接料头；461.退料Y轴导轨；462.退料X轴导轨；463.退料Z轴导轨；471.基板定位识别相机；472.吸附转移料头；
5.衬板；51.衬板定位mark。
具体实施方式
下面结合本发明实例中的附图，对本发明实施实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施实例是本发明一部分实施实例，而不是全部实施实例。基于本发明的实施实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施实例，都属于本发明保护的范围。
如图1～图7所示，本发明的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元包括玻璃基板1，电路板2和呈矩阵排列的LED发光芯片3；所述的玻璃基板1的背面制备有列驱动信号焊盘11、行驱动信号焊盘13、固晶焊盘15；列驱动信号焊盘11上制备有导电材料12，行驱动信号焊盘13上制备有导电材料14；电路板2的背面固定有驱动IC21和接插件22，正面制备有导电焊盘23和粘胶焊盘25；导电焊盘23上焊接有弧形的导电引线24，电路板2正面的导电焊盘23通过电路板上过孔内的导电材料连接驱动IC21；粘胶焊盘25上有绝缘胶26；LED发光芯片3采用反面出光的发光芯片，其两个电极与固晶焊盘15连接固定，正面通过绝缘胶26与粘胶焊盘25粘接固定；LED发光芯片3的两个电极通过固晶焊盘15、列驱动信号焊盘11、行驱动信号焊盘13、导电引线24及导电焊盘23连接驱动IC21。
上述基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法如下：
步骤一、在玻璃基板1的背面印制信号焊盘和固晶焊盘15，信号焊盘包括列驱动信号焊盘11和行驱动信号焊盘13；在列驱动信号焊盘11、行驱动信号焊盘13上制备导电材料；将LED发光芯片3的两个电极与固晶焊盘15焊接使LED发光芯片3固定在玻璃基板1上；
步骤二、在电路板2的背面印刷焊锡膏，采用回流焊接工艺将驱动IC21及接插件22焊接固定在电路板2上；在电路板2正面的粘胶焊盘25上印刷绝缘胶26；在电路板2的正面导电焊盘23上采用焊线工艺焊接弧度一致的导电引线24；
步骤三、将玻璃基板1与电路板2进行对接，使LED发光芯片3的正面通过绝缘胶26与粘胶焊盘25粘合，导电引线24与对应的信号焊盘连接；固化粘接焊盘25上的绝缘胶26使玻璃基板1与电路板2粘合形成显示单元。
其中步骤一、步骤二可以调换。
所述的LED发光芯片3采用mirco-LED批量转移固晶焊接方法固定在玻璃基板1的背面，该方法如下：
步骤1、预先对LED发光芯片3的两电极进行镀锡处理；将多个LED发光芯片3按照固定点间距呈阵列形式排列并粘贴在衬板5正面，由LED发光芯片3和衬板5构成待焊接组件；LED发光芯片3的发光面粘贴于衬板5正面，两电极方向朝上；在玻璃基板1背面的固晶焊盘15上印刷助焊膏；
步骤2、对玻璃基板1进行预热，预热温度70～120℃；将衬板5正面面向玻璃基板1的背面，衬板5的两个衬板定位mark51对准玻璃基板1上的基板定位mark16，使LED发光芯片3的两电极与对应固晶焊盘15上的助焊膏接触；按照设定的升温斜率对衬板5进行加热使LED发光芯片3两电极的锡融化，再对衬板5进行冷却完成LED发光芯片3两电极与固晶焊盘15的焊接；焊接完成后，LED发光芯片3两电极与固晶焊盘15之间的焊接强度大于LED发光芯片3与衬板5之间的粘贴强度；将衬板5与LED发光芯片3脱开，完成LED发光芯片3的批量转移固晶。
如图8-11所示，实现上述mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，主要包括四个部分，进料系统、基板传动系统、退料系统、焊接系统。
所述进料系统包括进料升降机411、推料器412、进料料盒413、进料运载平台414；进料升降机411、推料器412安装固定在工作台的进料一侧，进料运载平台414安装固定在工作台上，并且推料器412和进料运载平台414分别位于在进料升降机411的两侧；进料料盒413固定在进料升降机411上，可在进料升降机411上上下移动；推料器412可将进料料盒413从进料升降机411上推下并落在进料运载平台414上。进料运载平台414可以采用皮带传送装置。
所述的基板传动系统包括进料传送装置421、预热支撑平台422、出料传送装置423、基板移动定位装置424；所述的进料传送装置421安装在工作台40的左侧，出料传送装置423安装在工作台40的右侧，预热支撑平台422安装在工作台40的中央且位于进料传送装置421与出料传送装置423之间；基板移动定位装置424设置在预热支撑平台422靠近出料传送装置423的一侧。
所述的基板移动定位装置424包括光电传感器424-1、定位传感器424-2；光电传感器424-1安装在进料传送装置421与预热支撑平台422之间靠近退料系统一侧；定位传感器424-2安装在预热支撑平台422上靠近退料系统与出料传送装置423的一角处。
当基板触发光电传感器424-1时，光电传感器424-1发出信号通过外部控制系统控制预热平台422开启真空并上升，同时开启定位传感器424-2，玻璃基板跟随进料传送装置421的传送带运动至定位传感器424-2处停止，预热支撑平台422上升，通过真空将玻璃基板吸附于预热支撑平台上，基板识别相机471运行至玻璃基板上方基板定位mark31坐标位置进行识别，将坐标位置进行运算分析与衬板定位mark11位置进行精准对位，完成精准对位后基板定位识别相机471完成识别后运行至待料位置，吸附焊接料头452运行至玻璃基板上方；通过已运算的精准对位坐标将发光芯片两电极与对应焊盘上的助焊膏对准并压合，吸附焊接料头452升温此时即可进行焊接。
所述的预热支撑平台422可在角度调节电机425的驱动下作小角度旋转。
所述的进料传送装置421和出料传送装置423采用宽度可调节的皮带传送装置；进料传送装置421可通过宽度调节电机426与丝杠配合调节两传送带之间的宽度；出料传送装置423可通过宽度调节电机427与丝杠配合调节两传送带之间的宽度。
所述的退料系统包括退料升降机431、退料料盒432、退料运载平台433；退料升降机431安装在工作台40的退料一侧，退料料盒432安装在退料升降机431；退料运载平台433安装在工作台40上靠近退料一侧对应退料料盒432的位置。退料运载平台433可以采用皮带传送装置。
所述的焊接系统包括；进料三维移动机构、退料三维移动机构、衬板定位识别相机451、吸附焊接料头452、基板定位识别相机471、吸附转移料头472；所述的进料三维移动机构包括进料Y轴导轨441、进料X轴导轨442、进料Z轴导轨443；两个进料Y轴导轨441固定在工作台40上进料一侧，进料X轴导轨442设置在两个进料Y轴导轨441上，可沿进料Y轴导轨441作Y向水平移动；进料Z轴导轨443设置在进料X轴导轨442上，可沿进料X轴导轨442上作X向水平移动；衬板定位识别相机451和吸附焊接料头452安装在进料Z轴导轨443上，可沿进料Z轴导轨443作Z向移动；退料三维移动机构退料Y轴导轨461、退料X轴导轨462、退料Z轴导轨463；两个退料Y轴导轨461固定在工作台40上退料一侧，退料X轴导轨462设置在两个退料Y轴导轨461上，可沿退料Y轴导轨461作Y向水平移动；退料Z轴导轨463设置在退料X轴导轨462上，可沿退料X轴导轨462上作X向水平移动；基板定位识别相机471和吸附转移料头472安装在退料Z轴导轨463上，可沿退料Z轴导轨463作Z向移动。
上述mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备工作过程如下：将玻璃基板1放到进料传送装置421上，由进料传送装置421将其传送到预热支撑平台422上；当玻璃基板1遮挡到光电传感器424-1时，光电传感器424-1控制电磁换向阀动作，气缸的活塞杆推动定位销424-2升起，挡住玻璃基板1使其不再向右移动；预热支撑平台422升起将玻璃基板1支撑起并吸附夹紧，完成动作后预热支撑平台422对玻璃基板1进行预热，将玻璃基板1预热到70～120℃°。基板定位识别相机471从待料位移动到玻璃基板正上方识别基板上的基板定位mark31并将其位置数据送到外部控制单元，完成识别后返回到待料位；将待焊接组件衬板朝上放进进料料盒413，进料升降机411将待焊接组件对准推料器412，推料器412将待焊接组件推到进料运载平台414上，进料运载平台414带动待焊接组件作Y向移动，同时进料三维移动机构动作使吸附焊接料头452和衬板定位识别相机451移动到待焊接组件上方；吸附焊接料头452通过真空吸附方式将待焊接组件吸起并通过进料三维移动机构送到玻璃基板1的上方；衬板定位识别相机451识别衬板上的衬板定位mark11并将其位置数据送到外部控制单元；外部控制单元根据基板定位mark31的位置数据和衬板定位mark11的位置数据控制角度调节电机425驱动预热支撑平台422转动，同时通过进料三维移动机构调节待焊接组件的位置使基板定位mark31与衬板定位mark11对准并使发光芯片两电极21与对应焊盘32上的助焊膏33接触；通过吸附焊接料头452按照设定的升温斜率对衬板1进行加热使发光芯片两电极21的锡融化，升温完成后吸附焊接料头452关闭真空返回至待料位并使待焊接组件留于玻璃基板表面；通过退料三维移动机构使吸附转移料头472移动到衬板1上方，先对衬板1进行冷却，待衬板1完全冷却后完成两电极21与玻璃基板表面焊盘32的焊接；吸附转移料头472通过真空吸附的方式将衬板1吸起使其与发光芯片2脱离，在通过退料三维移动机构将衬板1放置到退料运载平台433，关闭真空；退料升降机431工作使退料料盒432的空料槽对准衬板1，退料运载平台433将衬板1运送到退料料盒432内。
Claims (8)
1.一种基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元，其特征在于包括玻璃基板(1)，电路板(2)和呈矩阵排列的LED发光芯片(3)；所述的玻璃基板(1)的背面制备有信号焊盘、固晶焊盘(15)；信号焊盘上制备有导电材料；电路板(2)的背面固定有驱动IC21和接插件(22)，正面制备有导电焊盘(23)和粘胶焊盘(25)，导电焊盘(23)上焊接有弧形的导电引线(24)，粘胶焊盘(25)上有绝缘胶(26)；LED发光芯片(3)采用反面出光的发光芯片，其两个电极与固晶焊盘(15)连接固定，正面通过绝缘胶(26)与粘胶焊盘(25)粘接固定；LED发光芯片(3)的两个电极通过固晶焊盘(15)、信号焊盘、导电引线(24)及导电焊盘(23)连接驱动IC(21)。
2.一种如权利要求1所述的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法，其特征在于该方法如下：
在玻璃基板(1)的背面印制信号焊盘和固晶焊盘(15)，在信号焊盘上制备导电材料；将LED发光芯片(3)固定在玻璃基板(1)的背面，且其两个电极与固晶焊盘(15)焊接固定；
在电路板(2)的背面焊接固定驱动IC(21)及接插件(22)；在电路板(2)正面的粘胶焊盘(25)上印刷绝缘胶(26)；在电路板(2)的正面导电焊盘(23)上焊接弧度一致的导电引线(24)；
将玻璃基板(1)与电路板(2)进行对接，使LED发光芯片(3)的正面通过绝缘胶(26)与粘胶焊盘(25)粘合，导电引线(24)与对应的信号焊盘连接；固化粘接焊盘(25)上的绝缘胶(26)使玻璃基板(1)与电路板(2)粘合形成显示单元。
3.根据权利要求2所述的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法，其特征在于所述的LED发光芯片(3)采用mirco-LED批量转移固晶焊接方法固定在玻璃基板(1)的背面，该方法如下：
预先对LED发光芯片(3)的两电极进行镀锡处理；将多个LED发光芯片(3)排列并粘贴在衬板(5)正面，由LED发光芯片(3)和衬板(5)构成待焊接组件；LED发光芯片(3)的发光面粘贴于衬板(5)正面，两电极方向朝上；衬板(5)采用高导热耐高温基材，其正面涂有丙烯酸类胶水，正反两面蚀刻衬板定位mark(51)；
在固晶焊盘(15)上印刷助焊膏；对玻璃基板(1)进行预热，预热温度100-150℃；将衬板(5)正面面向玻璃基板(1)正面，衬板(5)的两个衬板定位mark(51)对准玻璃基板(1)上的基板定位mark16，使LED发光芯片(3)的两电极与对应固晶焊盘(15)上的助焊膏接触；按照设定的升温斜率对衬板(5)进行加热使LED发光芯片(3)两电极的锡融化，再对衬板(5)进行冷却完成两电极与对应固晶焊盘(15)的焊接；将衬板(5)与LED发光芯片(3)脱开，完成LED发光芯片(3)的批量转移固晶。
4.根据权利要求3所述的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法，其特征在于实现mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，包括进料系统、基板传动系统、退料系统、焊接系统；所述的进料系统包括进料运载平台(414)；进料运载平台(414)安装固定在工作台上的进料一侧；基板传动系统包括进料传送装置(421)、预热支撑平台(422)、出料传送装置(423)；进料传送装置(421)安装在工作台(40)的左侧，出料传送装置(423)安装在工作台(40)的右侧，预热支撑平台(422)安装在工作台(40)的中央且位于进料传送装置(421)与出料传送装置(423)之间；退料系统包括退料运载平台(433)；退料运载平台(433)安装在工作台(40)上靠近退料一侧；焊接系统包括进料三维移动机构、退料三维移动机构、衬板定位识别相机(451)、吸附焊接料头(452)、基板定位识别相机(471)、吸附转移料头(472)；衬板定位识别相机(451)和吸附焊接料头(452)安装在进料三维移动机构上，可作三维移动；基板定位识别相机(471)和吸附转移料头(472)安装在退料三维移动机构上可作三维移动。
5.根据权利要求4所述的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法，其特征在于所述的进料系统还包括进料升降机(411)和推料器(412)；进料料盒(413)固定在进料升降机(411)上，可在进料升降机(411)上上下移动；进料升降机(411)和推料器(412)安装固定在工作台的进料一侧；推料器(412)可将待焊接组件从进料料盒(413)推下并落在进料运载平台(414)上。
6.根据权利要求4所述的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法，其特征在于所述的基板传动系统还包括基板移动定位装置(424)；基板移动定位装置(424)设置在预热支撑平台(422)靠近出料传送装置(423)的一侧。
7.根据权利要求4所述的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法，其特征在于基板移动定位装置(424)包括光电传感器(424-1)、定位传感器(424-2)；光电传感器(424-1)安装在进料传送装置(421)与预热支撑平台(422)之间靠近退料系统一侧；定位传感器(424-2)安装在预热支撑平台(422)上靠近退料系统与出料传送装置(423)的一角处。
8.根据权利要求4所述的基于玻璃基板的Mirco-LED无源驱动显示单元的制作方法，其特征在于所述的退料系统还包括退料升降机(431)、退料料盒(432)；退料升降机(431)安装在工作台(40)的后侧，退料料盒(432)安装在退料升降机(431)；退料运载平台(433)安装在工作台(40)上对应退料料盒(432)的位置。
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