CN113130346B - 一种电子元件修理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种电子元件修理装置和方法，通过驱动激光发射器、吸取器、焊接材料填充装置以及元件拾放装置按预设的流程执行对应的操作，以完成电子元件的修理，替代传统的人工手动的修理方式，可以以较低的成本实现较高的修理效率，和较高的空间利用率。

Description

一种电子元件修理装置和方法
技术领域
本申请属于电子技术领域，尤其涉及一种电子元件修理装置和方法。
背景技术
目前，微型发光二极管阵列可以实现良好的显示效果。但目前仍然存在若干技术问题需要克服。坏点修理是其中一个技术问题，由于发光显示阵列中存在108-109个发光二极管，而制作过程中的良率目前难以超过99.9％。因此，通常每一个阵列中都会存在102-105个坏点，这些坏点的存在会严重影响显示效果，需要进行修理。目前业界还没有公认的、较为成熟的修理方法。而一般的修理方式可以分为两个手动的步骤：第一步，移除坏芯片；第二步，放置并固定新芯片，这种修理方式往往效率较低，修理成本较高，空间利用率也低。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电子元件修理装置和方法，旨在解决传统的电子部件修理方式效率低的问题。
本申请第一方面提供了一种电子元件修理装置，用于修理具有异常电子元件的基板，包括：
承载台，用于放置基板；
激光发射器，用于对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性；
吸取器，用于将所述异常电子元件从所述基板上移除；
焊接材料填充装置，用于在移除所述异常电子元件的区域填充焊接材料；
元件拾放装置，用于拾取待安装的电子元件并将其放置至所述填充的焊接材料上便于所述激光发射器对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性以固定所述待安装的电子元件。
本申请第二方面提供了一种电子元件修理方法，包括：
在基板上定位异常电子元件；
利用激光对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性；
用吸取的方式将所述异常电子元件从所述基板上移除；
在移除所述异常电子元件的区域填充焊接材料；
拾取待安装的电子元件并将其放置至所述填充的焊接材料上便于所述激光发射器对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性以固定所述待安装的电子元件。
上述电子元件修理装置和方法通过驱动激光发射器、吸取器、焊接材料填充装置以及元件拾放装置按预设的流程执行对应的操作，以完成电子元件的修理，替代传统的人工手动的修理方式，可以实现较高的修理效率，和较高的空间利用率。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的电子元件修理装置结构示意图；
图2为图1所示的电子元件修理装置中激光发射器第一实施例的结构示意图；
图3为图1所示的电子元件修理装置中激光发射器第二实施例的结构示意图；
图4A为图1所示的电子元件修理装置中吸取器的吸气管道第一实施例的结构示意图；
图4B为图1所示的电子元件修理装置中吸取器的吸气管道第二实施例的结构示意图；
图4C为图1所示的电子元件修理装置中吸取器的吸气管道第三实施例的结构示意图；
图5为图1所示的电子元件修理装置中焊接材料填充装置的结构示意图；
图6为图1所示的电子元件修理装置中元件拾放装置第一实施例的结构示意图；
图7为图1所示的电子元件修理装置中元件拾放装置第二实施例的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的电子元件修理方法的具体流程图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，本申请较佳实施例提供的电子元件修理装置，可应用于微型发光二极管阵列中的坏点修复。具体地，电子元件修理装置用于修理具有异常电子元件11的基板10，一般情况下，基板10上设置有多个电子元件，多个电子元件中包括至少一异常电子元件11。电子元件修理装置包括承载台100、激光发射器200、吸取器300、焊接材料填充装置400以及元件拾放装置500。
承载台100用于放置基板10；激光发射器200对异常电子元件11进行照射以使异常电子元件11与基板10之间失去粘性；吸取器300用于将异常电子元件11从基板10上移除；焊接材料填充装置400用于在移除所述异常电子元件11的区域填充焊接材料；元件拾放装置500用于拾取待安装的电子元件12并将其放置至填充的焊接材料上便于激光发射器200对待安装的电子元件12进行照射使得焊接材料产生粘性以固定待安装的电子元件12。可以看出，电子元件修理装置可以按预设的流程执行对应的操作，以完成电子元件的修理，替代传统的人工手动的修理方式，可以实现较高的修理效率，和较高的空间利用率。
在一些实施例中，电子元件修理装置还设有移动机构，移动机构用于驱动激光发射器200、吸取器300、焊接材料填充装置400以及元件拾放装置500多方向移动以执行相应操作。
可以理解的是，移动机构包括多个分别连接并驱动激光发射器200、吸取器300、焊接材料填充装置400以及元件拾放装置500的移动平台1、2、3、4。同时，本实施例中，承载台100可以是移动机构的一部分，也可以是一个独立的平台。而无论是作为移动机构的一部分还是独立的平台，移动机构都可以驱动承载台100进行移动。而在其他实施方式中，承载台100可以为固定的。
本装置为一个整体机台，机台的工作区域分为上下两个部分。下半部分为放置具有异常电子元件11的基板10的承载台100。上半部分设置激光发射器200、吸取器300、焊接材料填充装置400、元件拾放装置500以及移动机构。每个部件都有能够被移动机构驱动以移动其位置。移动机构能够驱动承载台100、激光发射器200、吸取器300、焊接材料填充装置400以及元件拾放装置500沿着x-y方向进而二维运动，还可以驱动激光发射器200、吸取器300以及元件拾放装置500可以沿着z方向运动。参考图1，工作区域的上下方向为z方向，x、y方向为与z方向相互垂直的方向。
在整个修复过程中，激光发射器200被用到2次，吸取器300、焊接材料填充装置400、元件拾放装置500各被用到一次。每一个步骤用到并且仅仅用到其中的一个部件。在使用某个部件之前，需要预先将部件与基板10进行对位，将部件的有效工作区域与异常电子元件11对准。
修理工艺的第一个步骤，移除坏电子元件，主要由激光发射器200和吸取器300完成。在其中一个实施例中，请参阅图2，激光发射器200包括激光器202和激光聚焦装置204，激光聚焦装置204与激光器202的发射端相对。激光聚焦装置204比如为凸透镜。
激光的波长范围为100nm-10000nm。激光器202发射出来的激光经过激光聚焦装置204聚焦在异常电子元件11上。在总体工艺步骤中，激光发射器200被应用于两个步骤，在使异常电子元件11脱落的步骤中，请参阅图2，激光发射器200发射大功率激光，并且聚焦在异常电子元件11的中心，异常电子元件11被大功率激光照射之后破裂或焊锡脱离以脱离于基板10(即异常电子元件11与基板10之间失去粘性)，达到异常电子元件11移除的效果。在使待安装的电子元件12粘合步骤中，请参阅图3，激光发射器200发射小功率激光，并且聚焦在新的、待安装的电子元件12的下表面(待安装的电子元件12与基板10接触处附近，有焊料的位置)。焊料经过激光照射发热，达到焊接的目的。这两个步骤的激光器202聚焦位置不同，可以通过整体上下移动激光发射器200来实现焦点的移动，也可以通过移动激光聚焦装置204的调节来实现。聚焦后的激光光斑与电子元件大小相似，边长或直径的范围是1um-500um。
激光可以是脉冲激光，也可以是连续激光，入射光的照射时间应当足够长，以提供足够高的能量。如果使用脉冲激光对异常电子元件11进行照射以使异常电子元件11与基板10之间失去粘性，那么其脉冲能量范围为101J/m2-1010J/m2，频率范围为0.1Hz-10MHz。每一个位置曝光可以有一个或者多个脉冲，例如1-100000个脉冲。如果使用连续激光对异常电子元件11进行照射以使异常电子元件11与基板10之间失去粘性，那么它的功率密度范围为104W/m2-1016W/m2。如果使用脉冲激光对待安装的电子元件12进行照射使得焊接材料产生粘性，那么其能量范围为10-3J/m2-106J/m2，频率范围为0.1Hz-10MHz。每一个位置曝光可以有一个或者多个脉冲，例如1-100000个脉冲。如果使用连续光对待安装的电子元件12进行照射使得焊接材料产生粘性，那么它的功率密度范围为100W/m2-1012W/m2。在使电子元件脱落、粘合的两个步骤中，激光器202的波长可以相同，也可以不相同。
在其中一个实施例中，请参阅图4A-4C，吸取器300为真空吸取器，真空吸取器300包括负压发生器(未图示)和与该负压发生器连接的吸气管道302，吸气管道302为内径均匀的管道、开口处为喇叭形的管道或开口拐向一侧的管道。真空吸取器300的作用是在高功率激光将异常电子元件11击碎或异常电子元件11与基板10之间失去粘性之后，将散落在焊盘附近的元件或碎片吸走，使基板10上保持洁净，避免后续工艺收到碎片的干扰。图4A-4C分别为吸气管道302的不同实施方式，图4A是一根内径均匀的管道；图4B的管道在开口处较宽，为喇叭形，可以吸取较大的面积，但吸力比图4A小；图4C的管道开口拐向一侧，从侧面进行吸取操作。实际使用时可以采取任何实施方式，也可以采取除了图中所示实施方式之外的其他实施方式。
修理工艺的第二个步骤，放置并固定新的、待安装的电子元件12，主要由焊接材料填充装置400、元件拾放装置500和激光发射器200完成。以下有两个中实施修复的例子。
方式1包括：
步骤1.将焊锡/锡膏用焊接材料填充装置400填充至移除了异常电子元件11的区域(或焊盘)上。
步骤2.用元件拾放装置500放置一颗没有焊料的新的、待安装的电子元件12到上述焊盘位置。
步骤3.用激光发射器200对新的、待安装的电子元件12进行加热，融化步骤1中放置的焊锡或者锡膏，使新的电子元件被固定并与基板10具有良好的电学连接。
方式2包括：
步骤A.将助焊剂用焊接材料填充装置400填充到移除了异常电子元件11的区域(焊盘)上。
步骤B.用元件拾放装置500放置一颗管脚上带有焊料的新的、待安装的电子元件12到上述焊盘位置。
步骤C.用激光发射器200对新的、待安装的电子元件11进行加热，融化管脚上的焊料，使新的、待安装的电子元件11被固定并与基板10具有良好的电学连接。
在其中一个实施例中，请参阅图5，焊接材料填充装置400为流体注射装置。其包括两端具有大小不同开口的缸体402，与缸体402较大开口紧密结合的活塞404，与活塞404连接的拉杆406，活塞404与较小开口408之间的腔体用于容置流体-焊接材料401，焊接材料401为焊锡、锡膏或助焊剂中的至少一种。向基板10被清除异常电子元件11的焊盘放置焊接材料401时，拉杆406的运动量可以精确控制，达到对流量精确控制的目的。如前所述，焊接材料401可以是助焊剂，也可以是焊料，或者其他流体，取决于具体采取的工艺。放置流体之前，应当将滴注孔(较小开口)408对准焊盘。滴注孔408的大小与焊盘尺寸相当或者更小，比如滴注孔的直径范围为5um-300um。
在其中一个实施例中，请参阅图6，元件拾放装置500包括转轴501、一端与转轴501可旋转连接的机械臂502以及与机械臂502的另一端连接的真空吸嘴503，真空吸嘴503用于拾取和放置待安装的电子元件12。真空吸嘴503以绕固定转轴501旋转，在不同位置之间切换。
在其中一个实施例中，请参阅图7，元件拾放装置500包括一连接杆505，连接杆505一端与移动机构连接，另一端连接有真空吸嘴503，真空吸嘴503用于拾取和放置待安装的电子元件12。元件拾放装置500活动连接在移动机构的具有滑轨的支架上，可以在三个维度上移动，以达到在不同位置之间切换的目的。
请参阅图6和图7，位置1为工艺位置，精确的位置需要将真空吸嘴503与被清除异常电子元件11的焊盘对齐。位置2为待安装的电子元件12来源基板20，元件拾放装置500在位置2获取待安装的电子元件12，然后移动到位置1，进行放置。
在一个示例中，异常电子元件11尺寸为100*200um。基板10尺寸为300mm*500mm。移动机构驱动各个部件的移动范围皆为350mm*550mm。激光发射器200将激光聚焦到直径为100um的圆形光斑内。在使异常电子元件11脱落的步骤中，使用波长为355nm，脉冲能量为108J/m2，频率为100Hz的脉冲激光对异常电子元件11照射0.1s，使异常电子元件11与基板10之间失去粘性。在使待安装电子元件12粘合的步骤中，采用波长为1024nm，脉冲能量为105J/m2，频率为10kHz的脉冲激光对待安装的电子元件12进行照射使得焊接材料产生粘性。
在每一个异常电子元件11被高功率激光照射碎裂之后，立刻用真空吸取器300进行清理。焊接材料填充装置400中的焊接材料401采取的是助焊剂。在移除异常电子元件11后的焊盘上放置助焊剂，然后用元件拾放装置500将新的电子元件放置到焊盘上。新的、待安装的电子元件12的焊盘上，带有焊锡作为焊料。放置完成后，用低功率激光对电子元件照射，以使得电子元件与基板10的焊盘进行焊接。
此外，还提供了一种电子元件修理方法，包括以下步骤：
步骤S101，在基板上定位异常电子元件。
步骤S102，利用激光对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性。
步骤S103，用吸取的方式将所述异常电子元件从所述基板上移除；
步骤S104，在移除所述异常电子元件的区域填充焊接材料；
步骤S105，拾取待安装的电子元件并将其放置至所述填充的焊接材料上便于所述激光发射器对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性以固定所述待安装的电子元件。
电子元件修理方法的具体实施方式可以参阅上述电子元件修理装置的实施方式，这里不再赘述。
在其中一个实施例中，步骤S104包括：将助焊剂填充至移除所述异常电子元件的区域上；步骤S105中所拾取的待安装的电子元件的焊盘上带有焊锡或锡膏。
在其中一个实施例中，步骤S104，包括：将焊锡或锡膏填充至移除所述异常电子元件的区域上；步骤S105，包括：拾取待安装的电子元件并将其放置至所述焊锡或锡膏上。
在其中一些实施例中，所述激光聚焦在所述异常电子元件上的激光光斑直径或边长为1um-500um。
在其中一些实施例中，所述激光波长范围为100nm-10000nm；
所述激光为脉冲激光，采用脉冲能量范围为101J/m2-1010J/m2，频率范围为0.1Hz-10MHz的脉冲激光对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性；采用脉冲能量范围为10-3J/m2-106J/m2，频率范围为0.1Hz-10MHz的脉冲激光对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性。
或者，所述激光为连续激光，所述激光为连续激光，其中：采用功率密度范围为104W/m2-1016W/m2的连续激光对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性；采用功率密度范围为100W/m2-1012W/m2的脉冲激光对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性。
在其中一个实施例中，步骤102包括：使用波长为355nm，脉冲能量为108J/m2，频率为100Hz的脉冲激光对所述异常电子元件照射0.1s，使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性。
在其中一个实施例中，所述激光发射器对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性，包括采用波长为1024nm，脉冲能量为105J/m2，频率为10kHz的脉冲激光对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性。
上述电子元件修理装置和方法通过移动机构驱动激光发射器、吸取器、焊接材料填充装置以及元件拾放装置按预设的流程执行对应的操作，以完成电子元件的修理，替代传统的人工手动的修理方式，可以以较低的成本实现较高的修理效率，和较高的空间利用率。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电子元件修理装置，用于修理具有异常电子元件的基板，其特征在于，包括：
移动机构；
承载台，用于放置基板；
激光发射器，用于发射大功率激光，并且聚焦在异常电子元件的中心，对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性；其中，所述激光发射器能够在所述移动机构的驱动下沿着x、y、z方向运动；其中，工作区域的上下方向为z方向，x、y方向为与z方向相互垂直的方向；
吸取器，用于将所述异常电子元件从所述基板上移除；
焊接材料填充装置，用于在移除所述异常电子元件的区域填充焊接材料；
元件拾放装置，用于拾取待安装的电子元件并将其放置至所述填充的焊接材料上便于所述激光发射器发射小功率激光，并且聚焦在待安装的电子元件的下表面，对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性以固定所述待安装的电子元件。
2.如权利要求1所述的电子元件修理装置，其特征在于，所述移动机构用于驱动所述激光发射器、所述吸取器、所述焊接材料填充装置、以及所述元件拾放装置多方向移动以执行相应操作。
3.如权利要求1或2所述的电子元件修理装置，其特征在于，所述激光发射器包括激光器和激光聚焦装置，所述激光聚焦装置与所述激光器的发射端相对。
4.如权利要求1或2所述的电子元件修理装置，其特征在于，所述吸取器为真空吸取器。
5.如权利要求4所述的电子元件修理装置，其特征在于，所述真空吸取器包括负压发生器和与该负压发生器连接的吸气管道，所述吸气管道为内径均匀的管道、开口处为喇叭形的管道或开口拐向一侧的管道。
6.如权利要求1或2所述的电子元件修理装置，其特征在于，所述焊接材料填充装置为流体注射装置。
7.如权利要求1或2所述的电子元件修理装置，其特征在于，所述元件拾放装置包括转轴、一端与所述转轴可旋转连接的机械臂以及与所述机械臂的另一端连接的真空吸嘴，所述真空吸嘴用于拾取和放置待安装的电子元件。
8.如权利要求2所述的电子元件修理装置，其特征在于，所述元件拾放装置包括一连接杆，所述连接杆一端与移动机构连接，另一端连接有真空吸嘴，所述真空吸嘴用于拾取和放置待安装的电子元件。
9.如权利要求1所述的电子元件修理装置，其特征在于，所述激光发射器发出的激光聚焦在所述异常电子元件上的激光光斑直径或边长范围为1um-500um。
10.一种电子元件修理方法，其特征在于，包括：
在基板上定位异常电子元件；
利用激光发射器发射大功率激光，并且聚焦在所述异常电子元件的中心，对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性；其中，所述激光发射器能够在移动机构的驱动下沿着x、y、z方向运动；其中，工作区域的上下方向为z方向，x、y方向为与z方向相互垂直的方向；
用吸取的方式将所述异常电子元件从所述基板上移除；
在移除所述异常电子元件的区域填充焊接材料；
拾取待安装的电子元件并将其放置至所述填充的焊接材料上便于所述激光发射器发射小功率激光，并且聚焦在待安装的电子元件的下表面，对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性以固定所述待安装的电子元件。
11.如权利要求10所述的电子元件修理方法，其特征在于，所述在移除所述异常电子元件的区域填充焊接材料，包括：
将助焊剂填充至移除所述异常电子元件的区域上；
在所述拾取待安装的电子元件并将其放置至所述填充的焊接材料上的步骤中：所拾取的待安装的电子元件的焊盘上带有焊锡或锡膏。
12.如权利要求10所述的电子元件修理方法，其特征在于，所述在移除所述异常电子元件的区域填充焊接材料，包括：
将焊锡或锡膏填充至移除所述异常电子元件的区域上；
所述拾取待安装的电子元件并将其放置至所述填充的焊接材料上，包括：
拾取待安装的电子元件并将其放置至所述焊锡或锡膏上。
13.如权利要求10所述的电子元件修理方法，其特征在于，所述激光聚焦在所述异常电子元件上的激光光斑直径或边长范围为1um-500um。
14.如权利要求10所述的电子元件修理方法，其特征在于，所述激光波长范围为100nm-10000nm；所述激光为脉冲激光，采用脉冲能量范围为101 J/m2-1010 J/m2，频率范围为0.1Hz-10MHz的脉冲激光对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性；采用脉冲能量范围为10-3 J/m2-106 J/m2，频率范围为0.1Hz-10MHz的脉冲激光对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性；或者
所述激光为连续激光，其中：采用功率密度范围为104 W/m2-1016 W/m2的连续激光对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性；采用功率密度范围为100 W/m2-1012 W/m2的连续激光对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性。
15.如权利要求10所述的电子元件修理方法，其特征在于，所述利用激光对所述异常电子元件进行照射以使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性包括：
使用波长为355nm，脉冲能量为108 J/m2，频率为100Hz的脉冲激光对所述异常电子元件照射0.1s，使所述异常电子元件与所述基板之间失去粘性。
16.如权利要求10所述的电子元件修理方法，其特征在于，所述激光发射器对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性，包括：
采用波长为1024nm，脉冲能量为105 J/m2，频率为10kHz的脉冲激光对所述待安装的电子元件进行照射使得所述焊接材料产生粘性。
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