CN113937039B - 一种芯片巨量转移方法及芯片巨量转移设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种芯片巨量转移方法及芯片巨量转移设备,芯片转移方法包括:控制刺晶头以Ta为周期作第一间歇运动,控制晶膜以Ta为周期作第二间歇运动,其中,第一间歇运动包括刺晶头从芯片基板的上一个基座的上方移动至芯片基板的下一个基座的上方;第二间歇运动包括将晶膜上的下一个芯片移动至下一个基座的上方;其中,第一间歇运动和第二间歇运动均包括在指定的时间段Tp内,刺晶头、下一个芯片和下一个基座在XY方向上对齐且相对静止;在指定的时间段Tp内,通过Z轴电机驱动刺晶头将下一个芯片转移至下一个基座上。本申请采用刚柔复合运动技术,合成速度成间歇式运动方式,避免了短距快速启停的低效率和导轨磨损问题。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域,具体为一种芯片巨量转移方法及芯片巨量转移设备。
背景技术
芯片转移是LED为代表的半导体封装领域的重要装备之一,其主要作用是实现半导体芯片从晶膜到基板的转移。随着芯片制程的进步,现有的芯片转移设备在精度和生产效率方面已经难以满足最新的要求。
目前成熟的方法是固晶和刺晶,固晶是采用摆臂快速定位到晶圆芯片上,在顶针的辅助下吸取芯片,快速定位到焊盘上,以一定的结合力完成芯片放置。刺晶是融合倒装与顶针的方案,将芯片倒扣的晶圆与焊盘快速定位,再用顶针将芯片下刺的方式将芯片转移到焊盘上。
上述方案都需要频繁短距离往复定位,带来两个问题:1、导轨的局部磨损;2、即便是几十微米的启停,也需要十毫秒级的时间,造成转移速度只有每小时几十颗芯片。
鉴于此,克服该现有技术产品所存在的不足是本技术领域亟待解决的问题。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种芯片巨量转移方法及芯片巨量转移设备,采用刚柔复合运动技术,刚性运动采用匀速方式,柔性运动采用柔性铰链往复运动方式,合成速度成间歇式运动方式,避免了短距快速启停的低效率和导轨磨损问题。
为解决上述技术问题,本申请采用的一个技术方案是:提供一种芯片巨量转移设备的芯片转移方法,所述芯片转移方法包括:
控制刺晶头以Ta为周期作第一间歇运动,控制晶膜以Ta为周期作第二间歇运动,其中,所述第一间歇运动包括所述刺晶头从芯片基板的上一个基座的上方移动至所述芯片基板的下一个基座的上方;所述第二间歇运动包括将所述晶膜上的下一个芯片移动至下一个基座的上方;其中,所述第一间歇运动和所述第二间歇运动均包括在指定的时间段Tp内,所述刺晶头、所述下一个芯片和所述下一个基座在XY方向上对齐且相对静止;
在指定的时间段Tp内,通过Z轴电机驱动所述刺晶头将所述下一个芯片转移至所述下一个基座上。
优选地,所述芯片巨量转移设备包括二维柔性平台,所述二维柔性平台包括第一固定板、工作台、Y轴柔性铰链和Z轴柔性铰链,所述刺晶头设置在所述工作台上,所述Y轴柔性铰链和所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接,所述Y轴柔性铰链与所述第一固定板连接;
所述控制刺晶头以Ta为周期作第一间歇运动包括:
根据所述刺晶头的刺晶操作所需要的时间设置指定时间Tp;
根据所述芯片基板上“上一个基座”与“下一个基座”之间的距离S1、所述Y轴柔性铰链的特性和所述指定时间Tp规划时间Ta和速度V1,以保证在历时(Ta-Tp)后,所述刺晶头移动的距离为S1;
驱动所述二维柔性平台以恒定的速度V1沿Y轴运动,驱动所述Y轴柔性铰链按照“从-V1持续运动指定Tp时间、然后在指定时间(Ta-Tp)完成从-V1平滑加速至一特定速度后并重新减速至-V1速度”的方式周期性运动,使得所述刺晶头以Ta为周期作间歇运动,其中,在Tp时间段内,刺晶头的合成速度为0;在一个周期Ta时间段内,所述Y轴柔性铰链连接的所述工作台在Y向的相对位移为0。
优选地,所述二维柔性平台包括第一Y轴支撑柱、第二Y轴支撑柱和YZ轴连接架,所述Y轴柔性铰链的数目为二,分布在所述YZ轴连接架的两侧,所述第一Y轴支撑柱和所述第二Y轴支撑柱分别通过所述Y轴柔性铰链与所述YZ轴连接架连接;所述Z轴柔性铰链的数目为二,分布在所述YZ轴连接架的两侧,所述YZ轴连接架通过所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接。
优选地,所述芯片巨量转移设备还包括:龙门Y轴平台包括龙门Y轴连接平台、龙门Y轴直线导轨和龙门Y轴直线电机,所述二维柔性平台设置在所述龙门Y轴连接平台上,所述龙门Y轴连接平台与龙门Y轴直线导轨上的滑块相连接,并通过龙门Y轴直线电机的驱动所述龙门Y轴连接平台沿龙门Y轴直线导轨完成Y向运动,以使所述二维柔性平台沿Y轴运动。
优选地,所述芯片巨量转移设备还包括:晶膜微动平台,所述晶膜微动平台包括柔性运动平台和晶膜支架,所述柔性运动平台包括刚性基台、柔性铰链组和刚性连接架,所述柔性铰链组分别与所述刚性基台、所述刚性连接架相连接,所述柔性运动平台设置在宏微连接台上,所述晶膜支架设置在所述柔性运动平台上;所述晶膜设置在所述晶膜支架上;
所述控制晶膜以Ta为周期作第二间歇运动包括:
根据所述刺晶头的刺晶操作所需要的时间设置指定时间Tp;
根据所述晶膜上“下一个芯片”与“下一个基座”之间的距离S2、所述柔性铰链组的特性、所述指定时间Tp和所述晶膜的运动轨迹规划时间Ta和速度V2,以保证在历时(Ta-Tp)后,所述晶膜移动的距离为S2;
驱动所述柔性运动平台以恒定的速度V2沿Y轴运动,驱动所述柔性铰链组按照“从-V2持续运动指定Tp时间、然后在指定时间(Ta-Tp)完成从-V2平滑加速至一特定速度后并重新减速至-V2速度”的方式周期性运动,使得所述晶膜以Ta为周期作间歇运动,其中,在Tp时间段内,晶膜的合成速度为0;在一个周期Ta时间段内,所述柔性运动平台中的所述刚性连接架与所述刚性基台的相对位移为0。
优选地,所述芯片巨量转移设备还包括:晶膜宏动平台,所述晶膜宏动平台包括宏动基座、宏微连接台和宏动Y轴机构,所述宏动Y轴机构设置在所述宏动基座与所述宏微连接台之间,所述柔性运动平台设置在所述宏微连接台上;
所述宏动Y轴机构采用直线驱动系统带动宏微连接台实现Y向运动,以驱动所述柔性运动平台沿Y轴运动。
为解决上述技术问题,本申请采用的一个技术方案是:提供一种芯片巨量转移设备,包括平台基座、龙门Y轴平台、龙门Z轴平台、二维柔性平台、刺晶头、晶膜和芯片基板,所述龙门Y轴平台设置在所述平台基座上,所述龙门Z轴平台设置在所述龙门Y轴平台上,所述二维柔性平台设置在所述龙门Z轴平台上,所述晶膜设置在所述二维柔性平台的下方,所述芯片基板设置在所述晶膜的下方;
所述龙门Y轴平台和所述龙门Z轴平台共同配合,带动所述二维柔性平台在YZ方向上运动;所述龙门Y轴平台、所述龙门Z轴平台和所述二维柔性平台相互配合完成本申请所述的芯片转移方法。
优选地,所述芯片巨量转移设备包括二维柔性平台,所述二维柔性平台包括工作台、Y轴柔性铰链和Z轴柔性铰链,所述刺晶头设置在所述工作台上,所述Y轴柔性铰链和所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接,所述Y轴柔性铰链和所述Z轴柔性铰链呈平行四边形设置。
优选地,所述二维柔性平台包括第一Y轴支撑柱、第二Y轴支撑柱和YZ轴连接架,所述Y轴柔性铰链的数目为二,分布在所述YZ轴连接架的两侧,所述第一Y轴支撑柱和所述第二Y轴支撑柱分别通过所述Y轴柔性铰链与所述YZ轴连接架连接;所述Z轴柔性铰链的数目为二,分布在所述YZ轴连接架的两侧,所述YZ轴连接架通过所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接。
优选地,所述二维柔性平台包括第一固定板、第二固定板、第三固定板、Y轴电机和Z轴电机,所述第一固定板固定在所述龙门Z轴平台上,所述第二固定板和所述第三固定板上设置在所述第一固定板上;所述Y轴电机设置在所述第二固定板和所述YZ轴连接架之间,用以驱动所述YZ轴连接架与所述工作台产生Y向运动;所述Z轴电机设置在所述第三固定板和所述工作台之间,用以驱动所述工作台产生Y向运动。
本申请的有益效果是:本申请提供一种芯片巨量转移方法及芯片巨量转移设备,所述芯片转移方法包括:控制刺晶头以Ta为周期作第一间歇运动,控制晶膜以Ta为周期作第二间歇运动,其中,第一间歇运动包括刺晶头从芯片基板的上一个基座的上方移动至芯片基板的下一个基座的上方;第二间歇运动包括将晶膜上的下一个芯片移动至下一个基座的上方;其中,第一间歇运动和第二间歇运动均包括在指定的时间段Tp内,刺晶头、下一个芯片和下一个基座在XY方向上对齐且相对静止;在指定的时间段Tp内,通过Z轴电机驱动刺晶头将下一个芯片转移至下一个基座上。
本申请采用刚柔复合运动技术,刚性运动采用匀速方式,柔性运动采用柔性铰链往复运动方式,合成速度成间歇式运动方式,避免了短距快速启停的低效率和导轨磨损问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例,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为本申请提供的芯片巨量转移设备的结构示意图;
图2为本申请提供的芯片巨量转移设备的爆炸示意图;
图3为本申请提供的芯片巨量转移设备的轴测剖视图A;
图4为本申请提供的芯片巨量转移设备的轴测剖视图B;
图5为本申请提供的二维柔性平台的整体示意图;
图6为本申请提供的二维柔性平台的剖视图;
图7为本申请提供的二维柔性平台的轴测剖视图;
图8为本申请提供的Y向宏微复合运动平台的整体示意图;
图9为本申请提供的Y向宏微复合运动平台的轴测剖视图;
图10为本申请提供的逐次刺晶过程的第一种工艺流程示意图;
图11为本申请提供的逐次刺晶过程的第二种工艺流程示意图;
图12为本申请提供的逐次刺晶过程的第三种工艺流程示意图;
图13为本申请提供的逐次刺晶过程的第四种工艺流程示意图;
图14为本申请提供的逐次刺晶过程的一种速度规划示意图;
图15为本申请提供的逐次刺晶过程的另一种速度规划示意图;
图16为本申请提供的另一种芯片巨量转移设备的结构示意图;
图17为本申请提供的又一种芯片巨量转移设备的结构示意图;
其中,附图标记为:
基座1,龙门X轴平台2,龙门X轴基台201,龙门X轴直线导轨202,龙门X轴直线电机203,龙门Y轴平台3,龙门Y轴横梁301a,龙门Y轴横梁连接座301b,龙门Y轴直线导轨302,龙门Y轴直线电机303,龙门Y轴连接平台304,龙门Z轴平台4,龙门Z轴基台401,龙门Z轴伺服电机402,龙门Z轴滚珠丝杠403,龙门Z轴直线导轨404,二维柔性平台5,第一固定板501a,第二固定板501b,第三固定板501c,Y轴电机502,Z轴电机503,YZ轴连接架504,Y轴编码器505a,Z轴编码器505b,固定架506,YZ柔性平台507,第一Y轴支撑柱507a,第二Y轴支撑柱507b,Y轴柔性铰链507c,Z轴柔性铰链507d,YZ轴连接架507e,工作台507f,刺晶头508,晶膜微动平台6,晶膜柔性运动平台601,刚性基台601a,柔性铰链组601b,刚性连接架601c,音圈电机602,晶膜支架603,晶膜宏动平台7,宏动基座701,宏动Y轴直线导轨702,宏动Y轴伺服电机703,宏动Y轴滚珠丝杠704,宏微连接台705,宏动X轴伺服电机706,宏动X轴滚珠丝杠707,宏动X轴直线导轨708,基板进给平台8,基板支承平台801,基板进给直线导轨802,基板进给直线电机803,芯片基板9,晶膜10。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域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,都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。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。
在本申请中,“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请,给出了以下描述。在以下描述中,为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是,本领域普通技术人员可以认识到,在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中,不会对公知的结构和过程进行详细阐述,以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此,本申请并非旨在限于所示的实施例,而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
需要说明的是,本申请实施例方法由于是在电子设备中执行,各电子设备的处理对象均以数据或信息的形式存在,例如时间,实质为时间信息,可以理解的是,后续实施例中若提及尺寸、数量、位置等,均为对应的数据存在,以便电子设备进行处理,具体此处不作赘述。
实施例1:
本申请提出的芯片巨量转移设备的主要部件包括有:平台基座1、龙门X轴平台2、龙门Y轴平台3、龙门Z轴平台4、二维柔性平台5、晶膜微动平台6、晶膜宏动平台7、基板进给平台8。
其中,平台基座1、龙门X轴平台2、龙门Y轴平台3、龙门Z轴平台4和二维柔性平台5,龙门X轴平台2设置在平台基座1上,龙门Y轴平台3设置在龙门X轴平台2上,龙门Z轴平台4设置在龙门Y轴平台3上,二维柔性平台5设置在龙门Z轴平台4上;龙门X轴平台2、龙门Y轴平台3和龙门Z轴平台4共同配合,带动二维柔性平台5在三维方向上运动;
二维柔性平台5包括工作台、Y轴柔性铰链和Z轴柔性铰链,Y轴柔性铰链和Z轴柔性铰链与工作台连接,在外力作用下,Y轴柔性铰链和Z轴柔性铰链发生形变带动工作台在YZ方向上运动。
其中,龙门X轴平台2主要包括有:龙门X轴基台201、龙门X轴直线导轨202、龙门X轴直线电机203。
龙门Y轴平台3主要包括有:龙门Y轴横梁301a、龙门Y轴横梁连接座301b、龙门Y轴直线导轨302、龙门Y轴直线电机303、龙门Y轴连接平台304。
龙门Z轴平台4主要包括有:龙门Z轴基台401、龙门Z轴伺服电机402、龙门Z轴滚珠丝杠403、龙门Z轴直线导轨404。
二维柔性平台5主要包括有:第一固定板501a、第二固定板501b、第三固定板501c、Y轴电机502、Z轴电机503、YZ轴连接架504、Y轴编码器505a、Z轴编码器505b、固定架506、YZ柔性平台507、刺晶头508。
在本实施例中,龙门X轴平台2中的龙门X轴基台201固定在平台基座1上,龙门X轴基台201上设置有龙门X轴直线导轨202、龙门X轴直线电机203。
龙门Y轴平台3中的龙门Y轴横梁连接座301b与龙门X轴直线导轨202上的滑块相连接,并通过龙门X轴直线电机203的驱动沿龙门X轴直线导轨202完成X向运动。
龙门Y轴平台3中的龙门Y轴横梁301a与龙门Y轴横梁连接座301b固定连接,龙门Y轴横梁301a上设置有龙门Y轴直线导轨302、龙门Y轴直线电机303。龙门Y轴平台3中的龙门Y轴连接平台304与龙门Y轴直线导轨302上的滑块相连接,并通过龙门Y轴直线电机303的驱动沿龙门Y轴直线导轨302完成Y向运动。
龙门Z轴平台4中设置有与龙门Y轴连接平台304配合连接的龙门Z轴直线导轨404,龙门Z轴基台401在龙门Z轴伺服电机402和龙门Z轴滚珠丝杠403组成的直线进给系统作用下沿龙门Z轴直线导轨404实现Z向运动。
具体地,二维柔性平台5通过第一固定板501a与龙门Z轴平台4中的龙门Z轴基台401固定连接,YZ柔性平台507包括Y轴柔性铰链507c、Z轴柔性铰链507d、第一Y轴支撑柱507a、第二Y轴支撑柱507b、YZ轴连接架507e和工作台507f,Y轴柔性铰链507c和Z轴柔性铰链507d为一体加工形成的,且两组Y轴柔性铰链507c和Z轴柔性铰链507d成正交布置,具有大宽厚比。
其中,YZ轴连接架504与第一固定板501a、第三固定板501c固定连接,构成整体框架式支撑座。第一Y轴支撑柱507a、第二Y轴支撑柱507b分别与上述支撑座固定连接。
在本实施例中,Y轴柔性铰链的数目为二,分布在YZ轴连接架的两侧,第一Y轴支撑柱和第二Y轴支撑柱分别通过Y轴柔性铰链与YZ轴连接架连接。Z轴柔性铰链的数目为二,分布在YZ轴连接架的两侧,YZ轴连接架通过Z轴柔性铰链与工作台连接。
二维柔性平台包括第一固定板、第二固定板、第三固定板、Y轴电机和Z轴电机,第一固定板固定在龙门Z轴平台上,第二固定板和第三固定板上设置在第一固定板上;Y轴电机设置在第二固定板和YZ轴连接架之间,用以驱动YZ轴连接架与工作台产生Y向运动;Z轴电机设置在第三固定板和工作台之间,用以驱动工作台产生Y向运动。二维柔性平台还包括:固定架、Y轴编码器和Z轴编码器,固定架设置在工作台上,Y轴编码器和Z轴编码器设置在固定架上,以测量工作台的Y/Z向运动信息。
具体如图5-7所示,成对的Y轴柔性铰链507c与第一Y轴支撑柱507a、第二Y轴支撑柱507b、YZ轴连接架507e形成平行四边形Y向柔性运动机构,成对的微动Z轴柔性铰链507d与YZ轴连接架507e、工作台507f形成平行四边形Z向柔性运动机构。
工作台507f与固定架506固定连接。上述固定架506上设置有正交布置的Y轴编码器505a、Z轴编码器505b,用以测量工作台507f的Y/Z向运动信息。如图6所示,在第二固定板501b与YZ轴连接架507e之间设置有Y轴电机502,用以驱动YZ轴连接架507e与工作台507f产生X向运动,在第三固定板501c与工作台507f之间设置有Z轴电机503,用以驱动工作台507f产生X向运动。刺晶头508固定连接在工作台507f上。
龙门Y轴平台3与二维柔性平台5中的Y向柔性运动机构共同构成了刺晶头508在Y方向的宏微复合运动。其中,龙门Y轴平台3中的龙门Y轴连接平台304可以带动二维柔性平台5中的Y向柔性运动机构实现大行程的快速的刚性运动,二维柔性平台5中的Y向柔性运动机构可以通过高精度的连续变形位移输出来补偿龙门Y轴连接平台304的运动误差,实现与Y向柔性运动机构相连接的工作台507f的高精密Y向运动。上述Y向宏微复合运动可以实现刺晶头508的大行程快速精密Y向运动。
龙门Z轴平台4在龙门Z轴伺服电机402和龙门Z轴滚珠丝杠403组成的直线进给系统作用下带动龙门Z轴基台401与二维柔性平台5中的Z向柔性运动机构及工作台507f产生大行程快速的刚性运动,二维柔性平台5中的Z向柔性运动机构可以通过高精度的连续变形位移输出来补偿龙门Z轴基台401的运动误差,实现与Z向柔性运动机构相连接的工作台507f的高精密Z向运动。上述Z向宏微复合运动可以实现刺晶头508的快速精密Z向刺晶运动。
该芯片巨量转移设备还包括晶膜宏动平台7,晶膜宏动平台7主要包括有:宏动基座701、宏动Y轴直线导轨702、宏动Y轴伺服电机703、宏动Y轴滚珠丝杠704、宏微连接台705、宏动X轴伺服电机706、宏动X轴滚珠丝杠707、宏动X轴直线导轨708。
如图2-4所示,晶膜宏动平台7中的宏动X轴直线导轨708安装在平台基座1上,通过宏动X轴伺服电机706、宏动X轴滚珠丝杠707构成的直线驱动系统带动宏动基座701实现X向运动。宏动Y轴直线导轨702安装在宏动基座701上,在宏动Y轴伺服电机703、宏动Y轴滚珠丝杠704构成的直线驱动系统带动宏微连接台705实现Y向运动。
该芯片巨量转移设备还包括晶膜微动平台6,晶膜微动平台6主要包括有:晶膜柔性运动平台601、音圈电机602、晶膜支架603。
如图8-9所示,晶膜微动平台6中的晶膜柔性运动平台601为一体加工部件,其包含有刚性基台601a、柔性铰链组601b、刚性连接架601c等部分,其中刚性基台601a与宏微连接台705固定连接;柔性铰链组601b由成对的柔性铰链片组成,并分别与刚性基台601a、刚性连接架601c相连接。在刚性基台601a与刚性连接架601c之间设置有音圈电机602,可以驱动柔性铰链组601b发生变形,使得刚性连接架601c产生连续的相对于刚性基台601a的精密位移输出,同时也带动固定安装在刚性连接架601c上晶膜支架603产生精密位移输出。
晶膜微动平台6与晶膜宏动平台7在图1所示的Y向形成了Y轴宏微复合运动平台,其中,由宏动X轴伺服电机706+宏动X轴滚珠丝杠707驱动的宏微连接台705来实现晶膜支架603大行程的快速刚性运动,由音圈电机602驱动的晶膜柔性运动平台601通过高精度的连续变形位移输出来补偿宏微连接台705的运动误差,实现晶膜支架603的高精密运动。
如图1-4所示,该芯片巨量转移设备还包括基板进给平台8和芯片基板9,基板进给平台8主要包括有:基板支承平台801、基板进给直线导轨802、基板进给直线电机803。基板进给平台8中的基板进给直线导轨802固定连接在平台基座1上,在基板支承平台801与平台基座1设置有基板进给直线电机803,用于驱动基板支承平台801沿基板进给直线导轨802产生进给运动。芯片基板9固定安装在基板支承平台801上,晶膜10固定在晶膜支架603上,刺晶头固定安装在二维柔性平台5中的工作台507f上。
本申请采用刚柔复合运动技术,刚性运动采用匀速方式,柔性运动采用柔性铰链往复运动方式,合成速度成间歇式运动方式,避免了短距快速启停的低效率和导轨磨损问题。
实施例2:
基于前述实施例1的芯片巨量转移设备,本实施例还提供一种芯片巨量转移设备的芯片转移方法,具体包括如下步骤:
步骤1:控制刺晶头以Ta为周期作第一间歇运动,控制晶膜以Ta为周期作第二间歇运动,其中,所述第一间歇运动包括所述刺晶头从芯片基板的上一个基座的上方移动至所述芯片基板的下一个基座的上方;所述第二间歇运动包括将所述晶膜上的下一个芯片移动至下一个基座的上方;其中,所述第一间歇运动和所述第二间歇运动均包括在指定的时间段Tp内,所述刺晶头、所述下一个芯片和所述下一个基座在XY方向上对齐且相对静止;
在本实施例中,所述芯片巨量转移设备包括二维柔性平台,所述二维柔性平台包括工作台、Y轴柔性铰链和Z轴柔性铰链,所述刺晶头设置在所述工作台上,所述Y轴柔性铰链和所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接,所述Y轴柔性铰链的数目为二,分布在YZ轴连接架的左右两侧,第一Y轴支撑柱和第二Y轴支撑柱分别通过Y轴柔性铰链与YZ轴连接架连接;Z轴柔性铰链的数目为二,分布在YZ轴连接架的上下两侧,YZ轴连接架通过Z轴柔性铰链与工作台连接,使得所述Y轴柔性铰链和所述Z轴柔性铰链呈四边形设置。
龙门Y轴平台包括龙门Y轴连接平台、龙门Y轴直线导轨和龙门Y轴直线电机,所述二维柔性平台设置在所述龙门Y轴连接平台上,所述龙门Y轴连接平台与龙门Y轴直线导轨上的滑块相连接,并通过龙门Y轴直线电机的驱动所述龙门Y轴连接平台沿龙门Y轴直线导轨完成Y向运动,以所述二维柔性平台沿Y轴运动。
在本实施例中,对刺晶头、晶膜上的第一芯片和芯片基板的第一基座进行初步定位,以使所述刺晶头、所述第一芯片和所述第一基座对齐,并通过Z轴电机驱动刺晶头将所述第一芯片转移至所述第一基座上;
步骤2:然后按照图14-15所示的运动规划方式控制刺晶头和晶膜的运动,具体的运动规划方式如下文描述。
刺晶头和晶膜采用相似的运动规划方式,如图14-15所示。为方便描述,当描述载有刺晶头的二维柔性平台的运动规划(即刺晶头的运动规划)时,图14-15中的Vi、、Si分别为V1、、S1; 当描述载有晶膜的晶膜微动平台的运动规划(即刺晶头的运动规划)时,图14-15中的Vi、、Si分别为V2、、S2。其中,刺晶头与晶膜在单次周期内的时间节拍Ta、Ts、Tp均保持一致,V1和V2的取值不同,各自的运行距离不同。
二维柔性平台的驱动方式具体为:如图14所示,根据所述刺晶头的刺晶操作所需要的时间设置指定时间Tp;根据所述芯片基板上“上一个基座”与“下一个基座”之间的距离S1、所述Y轴柔性铰链的特性和所述指定时间Tp规划时间Ta和速度V1,以保证在历时(Ta-Tp)后,所述刺晶头移动的距离为S1;驱动所述二维柔性平台以恒定的速度V1沿Y轴运动,驱动所述Y轴柔性铰链按照“从-V1持续运动指定Tp时间、然后在指定时间(Ta-Tp)完成从-V1平滑加速至一特定速度后并重新减速至-V1速度”的方式周期性运动,使得所述刺晶头以Ta为周期作间歇运动,其中,在Tp时间段内,刺晶头的合成速度为0;在一个周期Ta时间段内,所述Y轴柔性铰链连接的所述工作台在Y向的相对位移为0。在优选的实施例中,= V1。
所述晶膜微动平台包括柔性运动平台和晶膜支架,所述柔性运动平台包括刚性基台、柔性铰链组和刚性连接架,所述柔性铰链组分别与所述刚性基台、所述刚性连接架相连接,所述柔性运动平台设置在所述宏微连接台上,所述晶膜支架设置在所述柔性运动平台上;所述晶膜设置在所述晶膜支架上。
所述晶膜宏动平台包括宏动基座、宏微连接台和宏动Y轴机构,所述宏动Y轴机构设置在所述宏动基座与所述宏微连接台之间,所述柔性运动平台设置在所述宏微连接台上;所述宏动Y轴机构采用直线驱动系统带动宏微连接台实现Y向运动,以驱动所述柔性运动平台沿Y轴运动。
在可选的实施例中,可采用滚珠丝杠+伺服电机的形式驱动所述柔性运动平台沿Y轴运动,具体地,所述宏动Y轴机构包括:宏动Y轴直线导轨、宏动Y轴伺服电机和宏动Y轴滚珠丝杠,宏动Y轴直线导轨安装在宏动基座上,在宏动Y轴伺服电机、宏动Y轴滚珠丝杠构成的直线驱动系统带动宏微连接台实现Y向运动,以驱动所述柔性运动平台沿Y轴运动。
在另一个可选的实施例中,也可以采用直线电机直接驱动的形式驱动所述柔性运动平台沿Y轴运动。
所述晶膜微动平台的驱动方式具体为:根据所述刺晶头的刺晶操作所需要的时间设置指定时间Tp;根据所述晶膜上“下一个芯片”与“下一个基座”之间的距离S2、所述柔性铰链组的特性、所述指定时间Tp和所述刺晶头的运动轨迹规划时间Ta和速度V1,以保证在历时(Ta-Tp)后,所述晶膜移动的距离为S2;驱动所述柔性运动平台以恒定的速度沿Y轴运动,驱动所述柔性铰链组按照“从-V2持续运动指定Tp时间、然后在指定时间(Ta-Tp)完成从-V2平滑加速至一特定速度后并重新减速至-V2速度”的方式周期性运动,使得所述晶膜以Ta为周期作间歇运动,其中,在Tp时间段内,晶膜的合成速度为0;在一个周期Ta时间段内,所述柔性运动平台中的所述刚性连接架与所述刚性基台的相对位移为0。在优选的实施例中,= V2。晶膜微动平台执行反向回程操作的运动规划方式与上述运动规划基本一致,执行反向运动时,上述V2、、S2的方向相应换向,如图15所示。
步骤3:在指定的时间段Tp内,通过Z轴电机驱动所述刺晶头将所述下一个芯片转移至所述下一个基座上。
结合图10~图15,逐次刺晶过程的工艺流程如图10所示,初始定位时使刺晶头、固定于晶膜上的芯片、基板上的芯片基座三者对齐,如图10的I所示。完成对齐后,刺晶头508在微动Z轴音圈电机503的驱动下完成图10的I’的刺晶动作,使芯片由晶膜转移到对应的芯片基座上。如图10的I’与II所示,刺晶头在龙门Y轴连接平台304的刚性运动与二维柔性平台5中的YZ柔性平台507的Y向柔性运动的共同作下完成刺晶头如图10的I’到图10的II所示的S1位移,晶膜在晶膜宏动平台7的刚性运动与晶膜微动平台6的柔性运动共同作用下完成晶膜如图10的I’到图10的II所示的S2位移。上述S1与S2位移使得刺晶头、固定于晶膜上的下一芯片、基板上的下一芯片基座三者在XY方向上再次对齐,如图10的II所示。然后,二维柔性平台5中的微动工作台507f在Z向驱动机构的作用下带动刺晶头508完成Z向往复柔性刺晶动作,实现下一芯片由晶膜转移到下一芯片基座上。如图10的II’III,图10的III’IV所示,刺晶头与晶膜重复S1与S2的位移动作可以实现多次连续的芯片转移。
类似的,芯片刺晶的过程也可以采用如图11所示的基板跨位刺晶、如图12所示的晶膜跨位刺晶、如图13所示的基板晶膜混合跨位刺晶工艺流程。上述不同工艺流程的主要区别在于根据工艺动作要求确定刺晶头与晶膜的周期性进给位移S1与S2。
刺晶工艺流程图10-13中刺晶头与晶膜的S1、S2位移实现的所采用的运动规划如图14所示。如前述,当描述载有刺晶头的二维柔性平台的运动规划(即刺晶头的运动规划)时,图14中的Vi、、Si分别为V1、、S1; 当描述载有晶膜的晶膜微动平台的运动规划(即刺晶头的运动规划)时,图14中的Vi、、Si分别为V2、、S2。
以刺晶头的运动为例,图14的I与图14的I’分别为龙门Y轴连接平台304的刚性运动速度规划与位移规划,图14的II与图14的II’分别为二维柔性平台5中的YZ柔性平台507的Y向柔性运动速度规划与位移规划,图14的III与图14的III’分别为龙门Y轴连接平台304的刚性运动与YZ柔性平台507的Y向柔性运动合成后的速度规划与位移规划。
龙门Y轴连接平台304在芯片到转移过程中以恒定的速度V1运动;YZ柔性平台507的Y向柔性运动为周期性的速度变化为-V1到、速度速度到-V1的往返速度规划,其中上述速度变化的周期为图14的II所示的Ta时间段,YZ柔性平台507的Y向柔性运动速度处于-V1的匀速运动时间为图14所示的Tp时间段。如图14的II’所示,在单Ta周期内,YZ柔性平台507的Y向柔性运动的位移变化为0。YZ柔性平台507的Y向柔性运动速度由-V1速度变为及由变为-V1速度的过程均采用光滑的速度规划曲线,以避免激发过大的振动。优先地,上述光滑速度规划曲线为S型运动规划曲线。
根据上述龙门Y轴连接平台304与YZ柔性平台507的Y向柔性运动速度规划,可以得到如图14的III所示的合成运动速度规划。上述合成速度为周期性变化的0速度到V1+速度、V1+速度到0速度的往返速度规划。其中,在图14所示的Tp时间段内,合成速度为0。如图14的III’所示,在一个Ta周期内,合成运动的位移为S1,该位移Si(i=1)即为图10-13中所示的刺晶头周期位移S1。
晶膜运动采用的运动规划与刺晶头类似,晶膜运动过程中的合成运动规划的速度变化时刻点与刺晶头的运动规划的速度变化时刻点一致,主要区别在于采用不同的V2与,使得合成运动在一个Ta周期内的位移Si(i=2)等于图10-13中所示的晶膜周期位移S2。
当刺晶头与晶膜的工艺动作均采用如图14或图15中所示的运动规划时,刺晶头与晶膜上的待转移芯片会按照如图10-13中所示的工艺流程按照周期Ta逐次与芯片基板上的芯片基座对齐,上述对齐过程中刺晶头、晶膜与芯片基板三者之间的相对速度为0,0速度持续时间为Tp。图10-13中所示的芯片转移流程中的刺晶头Z向往复刺晶动作在上述Tp时间段内完成。
图1所示芯片巨量转移设备采用如下方式进行芯片快速转移。
步骤1:芯片基板、晶膜、刺晶头在相应的驱动机构带动下完初始对位,使芯片基板上的芯片基座阵列、晶膜上的芯片阵列分别与芯片转移设备的XY工作平面的XY工作轴对齐,并使刺晶头、固定于晶膜上的下一芯片、芯片基板上的芯片基座三者对齐。
步骤2:芯片按照图1所示Y向逐行由晶膜转移到芯片基板上。在芯片单行转移过程中,龙门Y轴平台3与基板进给平台8在X进给方向上保持相对静止。
步骤3:根据工艺动作的要求,按照图10-13所示的流程图进行单行上Y方向的芯片转移,刺晶头与晶膜的运动采用图14或图15所示的运动规划。
步骤4:当芯片基板上的单行芯片转移完成后,龙门Y轴平台3与基板进给平台8相互运动,使刺晶头与芯片基板上的后续行对齐定位,晶膜宏动平台7带动晶膜上的后续待转移芯片行与芯片基板上的后续行对齐。
步骤5:执行步骤1,使刺晶头、固定于晶膜上的芯片、芯片基板上的后续行的芯片基座三者对齐。
芯片的后续行转移重复步骤1-5过程。
实施例3:
图16所示的巨量芯片转移设备将图1中所示装备中的执行X向运动的龙门X轴平台2替换为龙门轴固定连接座2a,使龙门Y轴平台3与基座1之间固定连接。图16所示扩展实施例的芯片转移步骤4变为“当芯片基板上的单行芯片转移完成后,基板进给平台8带动芯片基板运动,使刺晶头与芯片基板上的后续行对齐定位,晶膜宏动平台7带动晶膜上的后续待转移芯片行与芯片基板上的后续行对齐”。
实施例4:
图17所示的巨量芯片转移设备将图1中所示装备中可X向运动的基板进给平台8内的基板支承平台801改为与基座1固定连接。图17所示扩展实施例的芯片转移步骤4变为“当芯片基板上的单行芯片转移完成后,龙门X轴平台2带动龙门Y轴平台3执行X向运动,使刺晶头与芯片基板上的后续行对齐定位,晶膜宏动平台7带动晶膜上的后续待转移芯片行与芯片基板上的后续行对齐”。
以上所述仅为本申请的实施方式,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种芯片巨量转移设备的芯片转移方法,其特征在于,所述芯片转移方法包括:
控制刺晶头以Ta为周期作第一间歇运动,控制晶膜以Ta为周期作第二间歇运动,其中,所述第一间歇运动包括所述刺晶头从芯片基板的上一个基座的上方移动至所述芯片基板的下一个基座的上方;所述第二间歇运动包括将所述晶膜上的下一个芯片移动至芯片基板的下一个基座的上方;其中,所述第一间歇运动和所述第二间歇运动均包括在指定的时间段Tp内,所述刺晶头、所述下一个芯片和所述下一个基座在XY方向上对齐且相对静止;
在指定的时间段Tp内,通过Z轴电机驱动所述刺晶头将所述下一个芯片转移至所述下一个基座上。
2.根据权利要求1所述的芯片转移方法,其特征在于,所述芯片巨量转移设备包括二维柔性平台,所述二维柔性平台包括第一固定板、工作台、Y轴柔性铰链和Z轴柔性铰链,所述刺晶头设置在所述工作台上,所述Y轴柔性铰链和所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接,所述Y轴柔性铰链与所述第一固定板连接;
所述控制刺晶头以Ta为周期作第一间歇运动包括:
根据所述刺晶头的刺晶操作所需要的时间设置指定时间Tp;
根据所述芯片基板上“上一个基座”与“下一个基座”之间的距离S1、所述Y轴柔性铰链的特性和所述指定时间Tp规划时间Ta和速度V1,以保证在历时(Ta-Tp)后,所述刺晶头移动的距离为S1;
4.根据权利要求2所述的芯片转移方法,其特征在于,所述二维柔性平台包括第一Y轴支撑柱、第二Y轴支撑柱和YZ轴连接架,所述Y轴柔性铰链的数目为二,分布在所述YZ轴连接架的两侧,所述第一Y轴支撑柱和所述第二Y轴支撑柱分别通过所述Y轴柔性铰链与所述YZ轴连接架连接;所述Z轴柔性铰链的数目为二,分布在所述YZ轴连接架的两侧,所述YZ轴连接架通过所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接。
5.根据权利要求2所述的芯片转移方法,其特征在于,所述芯片巨量转移设备还包括:龙门Y轴平台包括龙门Y轴连接平台、龙门Y轴直线导轨和龙门Y轴直线电机,所述二维柔性平台设置在所述龙门Y轴连接平台上,所述龙门Y轴连接平台与龙门Y轴直线导轨上的滑块相连接,并通过龙门Y轴直线电机的驱动所述龙门Y轴连接平台沿龙门Y轴直线导轨完成Y向运动,以使所述二维柔性平台沿Y轴运动。
6.根据权利要求2所述的芯片转移方法,其特征在于,所述芯片巨量转移设备还包括:晶膜微动平台,所述晶膜微动平台包括柔性运动平台和晶膜支架,所述柔性运动平台包括刚性基台、柔性铰链组和刚性连接架,所述柔性铰链组分别与所述刚性基台、所述刚性连接架相连接,所述柔性运动平台设置在宏微连接台上,所述晶膜支架设置在所述柔性运动平台上;所述晶膜设置在所述晶膜支架上;
所述控制晶膜以Ta为周期作第二间歇运动包括:
根据所述刺晶头的刺晶操作所需要的时间设置指定时间Tp;
根据所述晶膜上“下一个芯片”与“下一个基座”之间的距离S2、所述柔性铰链组的特性、所述指定时间Tp和所述晶膜的运动轨迹规划时间Ta和速度V2,以保证在历时(Ta-Tp)后,所述晶膜移动的距离为S2;
7.根据权利要求6所述的芯片转移方法,其特征在于,所述芯片巨量转移设备还包括:晶膜宏动平台,所述晶膜宏动平台包括宏动基座、宏微连接台和宏动Y轴机构,所述宏动Y轴机构设置在所述宏动基座与所述宏微连接台之间,所述柔性运动平台设置在所述宏微连接台上;
所述宏动Y轴机构采用直线驱动系统带动宏微连接台实现Y向运动,以驱动所述柔性运动平台沿Y轴运动。
9.一种芯片巨量转移设备,其特征在于,包括平台基座、龙门Y轴平台、龙门Z轴平台、二维柔性平台、刺晶头、晶膜和芯片基板,所述龙门Y轴平台设置在所述平台基座上,所述龙门Z轴平台设置在所述龙门Y轴平台上,所述二维柔性平台设置在所述龙门Z轴平台上,所述晶膜设置在所述二维柔性平台的下方,所述芯片基板设置在所述晶膜的下方;
所述龙门Y轴平台和所述龙门Z轴平台共同配合,带动所述二维柔性平台在YZ方向上运动;所述龙门Y轴平台、所述龙门Z轴平台和所述二维柔性平台相互配合完成如权利要求1~8任一项所述的芯片转移方法。
10.根据权利要求9所述的芯片巨量转移设备,其特征在于,所述芯片巨量转移设备包括二维柔性平台,所述二维柔性平台包括工作台、Y轴柔性铰链和Z轴柔性铰链,所述刺晶头设置在所述工作台上,所述Y轴柔性铰链和所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接,所述Y轴柔性铰链和所述Z轴柔性铰链呈平行四边形设置。
11.根据权利要求10所述的芯片巨量转移设备,其特征在于,所述二维柔性平台包括第一Y轴支撑柱、第二Y轴支撑柱和YZ轴连接架,所述Y轴柔性铰链的数目为二,分布在所述YZ轴连接架的两侧,所述第一Y轴支撑柱和所述第二Y轴支撑柱分别通过所述Y轴柔性铰链与所述YZ轴连接架连接;所述Z轴柔性铰链的数目为二,分布在所述YZ轴连接架的两侧,所述YZ轴连接架通过所述Z轴柔性铰链与所述工作台连接。
12.根据权利要求11所述的芯片巨量转移设备,其特征在于,所述二维柔性平台包括第一固定板、第二固定板、第三固定板、Y轴电机和Z轴电机,所述第一固定板固定在所述龙门Z轴平台上,所述第二固定板和所述第三固定板上设置在所述第一固定板上;所述Y轴电机设置在所述第二固定板和所述YZ轴连接架之间,用以驱动所述YZ轴连接架与所述工作台产生Y向运动;所述Z轴电机设置在所述第三固定板和所述工作台之间,用以驱动所述工作台产生Y向运动。
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