CN112382705B - mirco-LED批量转移固晶焊接方法及其生产设备 - Google Patents

mirco-LED批量转移固晶焊接方法及其生产设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种mirco‑LED批量转移固晶焊接方法，该方法如下：将多个发光芯片两电极方向朝上排列并粘贴在衬板正面，两者构成待焊接组件；对基板进行预热；将衬板正面面向基板正面，衬板的两个衬板定位mark对准基板定位mark，使发光芯片两电极与基板上对应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基板表面焊盘的焊接；将衬板与发光芯片脱开，完成发光芯片的批量转移固晶。本发明能够实现发光芯片的批量转移固晶，提高了固晶封装效率，并且工艺精度高，能够满足其量产要求。

Description

mirco-LED批量转移固晶焊接方法及其生产设备
技术领域：
本发明属于超高密度mirco-led显示技术领域，涉及一种mirco-LED批量转移固晶焊接方法及其生产设备。
背景技术：
随着LED技术的不发展，mirco-led被认为是未来的主流，其亮度更高，色彩更饱满。在未来5G时代mirco-led在可穿戴设备、智能显示等技术领域必将有一席之地。若实现mirco-led其难点在于固晶封装，传统的LED采用的是单颗封装，利用固晶机逐一封装，mirco-led其尺寸更小，点间距更加密集，传统的固晶封装工艺精度及效率无法满足其量产要求。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是提供一种mirco-LED批量转移固晶焊接方法，该方法能够达到固晶封装工艺精度及效率，满足其量产要求。
为了解决上述技术问题，本发明的mirco-LED批量转移固晶焊接方法如下：
预先对发光芯片两电极进行镀锡处理；将多个发光芯片排列并粘贴在衬板正面，由发光芯片和衬板构成待焊接组件；发光芯片的发光面粘贴于衬板正面，两电极方向朝上；在基板正面对应发光芯片两电极的位置制备焊盘，在焊盘上印刷有助焊膏；
对基板进行预热，预热温度70-120℃；将衬板正面面向基板正面，衬板的两个衬板定位mark对准基板定位mark，使发光芯片两电极与对应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基板表面焊盘的焊接；将衬板与发光芯片脱开，完成发光芯片的批量转移固晶。
所述的衬板采用高导热耐高温基材。
所述的衬板正面涂有丙烯酸类胶水，正反两面蚀刻衬板定位mark。
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。
所述的预热支撑平台可在角度调节电机的驱动下作小角度旋转。
所述的进料传送装置和出料传送装置采用宽度可调节的皮带传送装置。
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。
本发明的有益效果：
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：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是发光芯片按照点间距排布于粘贴于衬板表面示意图。
图2是衬板与基板定位示意图。
图3是衬板脱开前与显示单元的分解图。
图4是完成批量转移固晶焊接的显示单元示意图。
图5是本发明的mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备俯视图。
图6是本发明的mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备等轴侧图。
图7是本发明的mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备立体图。
图8是本发明的mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备立体图。
图9是光电传感器和定位传感器安装位置示意图。
图中：1.衬板；11.衬板定位mark；2.发光芯片；21.芯片电极；3.基板；31.基板定位mark；32.固晶焊盘；33.助焊剂；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。
具体实施方式：
下面结合附图对本申请的技术方案进行清楚完成的描述，所描述的实施实例是本申请的一部分实例，并不是全部实例。所描述的各种机械运动装置可以以各种不同的配置来布置设计，实例中生产步骤顺序也可以做适当调整。
如图1-4所示，本发明的mirco-LED批量转移固晶焊接方法包括以下步骤：
步骤一、预先对发光芯片两电极21进行镀锡处理；将多个发光芯片2按照固定点间距呈阵列形式排列并粘贴在衬板1正面，由发光芯片2和衬板1构成待焊接组件；发光芯片2的发光面粘贴于衬板1正面，两电极21方向朝上；
步骤二、在基板3正面对应发光芯片两电极21的位置制备焊盘32，在焊盘32上印刷有助焊膏33；
步骤三、对基板3进行预热，预热温度70～120℃；将衬板1正面面向基板3正面，衬板1的两个衬板定位mark11对准基板定位mark31，使发光芯片两电极21与对应焊盘32上的助焊膏33接触；
步骤四、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，再对衬板1进行冷却完成两电极21与基板表面焊盘32的焊接；焊接完成后，发光芯片两电极21与焊盘32之间的焊接强度大于发光芯片2与衬板1之间的粘贴强度；
步骤五、将衬板1与发光芯片2脱开，完成发光芯片的批量转移固晶。
如图5-8所示，本发明的mirco-LED批量转移固晶焊接生产设备，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，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，通过真空将基板吸附于预热支撑平台上，基板识别相机471运行至基板上方基板定位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：将基板3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；当基板3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，挡住基板3使其不再向右移动；预热支撑平台422升起将基板3支撑起并吸附夹紧，完成动作后预热支撑平台422对基板3进行预热，将基板3预热到70～120℃°。基板定位识别相机471从待料位移动到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基板3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 (7)

1.一种实现mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，其特征在于包括进料系统、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。
2.根据权利要求1所述的实现mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，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。
3.根据权利要求1所述的实现mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，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。
4.根据权利要求3所述的实现mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，其特征在于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。
5.根据权利要求1所述的实现mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，其特征在于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。
6.根据权利要求1所述的实现mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，其特征在于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。
7.根据权利要求1所述的实现mirco-LED批量转移固晶焊接方法的生产设备，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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