CN115172229A - 一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于晶体的加工领域，具体为一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，该装置中低位X轴位移滑台、XY十字位移滑台、暂存工位固定在第二基台上，龙门架固定在第二基台上，高位X轴位移滑台是固定在龙门架的上方，胶膜存储盒固定在低位X轴位移滑台上，真空陶瓷吸盘固定在XY十字位移滑台上，自动贴膜装置、自动除泡装置固定在高位X轴位移滑台上，快速加热固化装置固定在龙门架上，撕膜机械手、取放工件机械手、化学除粘结剂装置和液氮快速冷却装置是固定在第一基台上。本发明激光垂直改质液氮冷剥离全自动装置可提升晶体加工效率、减少材料损耗，从而显著降低如硅、碳化硅、氮化镓或蓝宝石等衬底的生产成本、提高成品晶圆产量。

Description

一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置
技术领域
本发明属于晶体的加工领域，具体为一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，是一种利用液氮冷剥离技术从激光改质后的晶体上剥离多个微米级晶片的全自动装置。
背景技术
在许多技术领域，例如MEMS、集成电路领域，晶片通常需要为50～300μm的薄晶片，以改善芯片散热效果。按目前现有技术，通过线锯切割从晶棒中制造这种晶片，其中会产生相对很大的材料损耗( “kerf-loss(切割损失)” )。因为所使用的初始材料通常是非常昂贵的，所以极为渴求以小的材料耗费并进而更高效且成本更低地制造这种晶片。
发明内容
为了以小的材料耗费并高效且成本更低地制造晶片，本发明提供一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，该全自动装置能够将硅、碳化硅、氮化镓或蓝宝石等晶体剥离成微米级的晶片。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，包括低位X轴位移滑台、胶膜存储盒、自动贴膜装置、XY十字位移滑台、自动除泡装置、快速加热固化装置、撕膜机械手、取放工件机械手、化学除粘结剂装置、液氮快速冷却装置、第一基台、第二基台、高位X轴位移滑台、龙门架、暂存工位和真空陶瓷吸盘；
低位X轴位移滑台、XY十字位移滑台、暂存工位固定在第二基台上，龙门架顺着第二基台的长度方向固定在第二基台上，高位X轴位移滑台是固定在龙门架的上方，胶膜存储盒固定在低位X轴位移滑台上，真空陶瓷吸盘固定在XY十字位移滑台上，自动贴膜装置、自动除泡装置固定在高位X轴位移滑台上，快速加热固化装置固定在龙门架上，撕膜机械手、取放工件机械手、化学除粘结剂装置和液氮快速冷却装置是固定在第一基台上；
其中自动贴膜装置包括贴膜滑台安装块、贴膜Z轴位移滑台、吸附装置和真空吸盘；自动贴膜装置通过贴膜滑台安装块固定在高位X轴位移滑台上，贴膜Z轴位移滑台固定在贴膜滑台安装块上，吸附装置固定在贴膜Z轴位移滑台上，真空吸盘固定在吸附装置上；
自动除泡装置包括除泡滑台安装块、除泡Z轴位移滑台和除泡滚轮；自动除泡装置通过除泡滑台安装块固定在高位X轴位移滑台上，除泡Z轴位移滑台固定在除泡滑台安装块上，除泡滚轮安装在除泡Z轴位移滑台上；
快速加热固化装置包括加热板、加热固化Z轴位移滑台和加热固化滑台安装块；快速加热固化装置通过加热固化滑台安装块固定在龙门架上，加热固化Z轴位移滑台固定在加热固化滑台安装块上，加热板连接固定在加热固化Z轴位移滑台上；
化学除粘结剂装置包括化学槽、晶片承载机构、晶片载盘、除粘结剂Z轴位移滑台和除粘结剂滑台安装支架；化学槽和除粘结剂滑台安装支架固定在第一基台上，除粘结剂Z轴位移滑台固定在除粘结剂滑台安装支架上，晶片承载机构固定在除粘结剂Z轴位移滑台上，晶片载盘固定在晶片承载机构上，且晶片载盘位于化学槽内；
液氮快速冷却装置包括液氮槽、晶体承载机构、晶体载盘、冷却Z轴位移滑台和冷却滑台安装支架；液氮槽和冷却滑台安装支架固定在第一基台上，冷却Z轴位移滑台固定在冷却滑台安装支架上，晶体承载机构固定在冷却Z轴位移滑台上，晶体载盘固定在晶体承载机构上，且晶体载盘位于液氮槽内；
暂存工位包括晶体暂存工位、胶膜回收盒、晶片暂存工位和连接板，连接板固定在第二基台上，晶体暂存工位、胶膜回收盒、晶片暂存工位都固定在连接板上；晶体暂存工位包括晶体顶升气缸和晶体真空陶瓷吸盘，晶体真空陶瓷吸盘设置在晶体暂存工位处，晶体顶升气缸设置在晶体真空陶瓷吸盘的下方；晶片暂存工位包括晶片顶升气缸和晶片真空陶瓷吸盘，晶片真空陶瓷吸盘设置在晶片暂存工位处，晶片顶升气缸设置在晶片真空陶瓷吸盘的下方。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，该装置的剥离晶片的过程为：
将激光改质后的晶体放置到真空陶瓷吸盘上吸附固定，XY十字位移滑台将晶体传送到自动贴膜装置的右侧下方；胶膜存储盒通过低位X轴位移滑台传送到自动贴膜装置的正下方；
自动贴膜装置中的贴膜Z轴位移滑台上的吸附装置带动真空吸盘向下移动与聚合物胶膜接触，真空吸盘吸附放置在胶膜存储盒中的聚合物胶膜并起升；自动贴膜装置通过高位X轴位移滑台向右移动到晶体的正上方，贴膜Z轴位移滑台向下移动使吸附的聚合物胶膜与晶体的上表面接触，卸掉真空吸附力，将聚合物胶膜贴在晶体上表面；
将覆有聚合物胶膜的晶体通过XY十字位移滑台向右传送到自动除泡装置的正下方，自动除泡装置中的除泡Z轴位移滑台下移，使除泡滚轮与聚合物胶膜接触，自动除泡装置沿着高位X轴位移滑台左右来回移动，除泡滚轮作用在聚合物胶膜上通过左右滚压方式将聚合物胶膜和晶体表面之间的气泡清除干净，并通过滚轮的滚压力将聚合物胶膜紧紧贴附在晶体上表面；
除泡结束，通过XY十字位移滑台将经过除泡后的覆有聚合物胶膜的晶体向右传送到快速加热固化装置的正下方，加热固化时，快速加热固化装置通过加热固化Z轴位移滑台向下移动使加热板与聚合物胶膜紧密贴合，加热板将热量传递到晶体上表面，最终使聚合物胶膜与晶体上表面粘结在一起固化不脱落；
加热固化后的覆有聚合物胶膜的晶体通过取放工件机械手临时存放在暂存工位中的晶体暂存工位内的晶体真空陶瓷吸盘上，取放工件机械手取晶体时，晶体真空陶瓷吸盘释放真空吸附力，晶体顶升气缸将暂存在晶体真空陶瓷吸盘上的晶体顶起一定距离，方便取放工件机械手伸进晶体底部将晶体托起，取放工件机械手拖着晶体运行至液氮快速冷却装置的位置等待；
液氮快速冷却装置上设置的晶体承载机构通过冷却Z轴位移滑台从液氮槽中起升到高位，取放工件机械手将覆有聚合物胶膜的晶体放到晶体载盘上，承载晶体的晶体载盘随着晶体承载机构下降到液氮槽低位，使覆有聚合物胶膜的晶体完全浸泡在液氮槽里面进行快速冷却；附着在晶体上表面的聚合物胶膜在低温下急速收缩，产生一定的收缩力，使晶片从改质层位置与晶体脱开，实现晶片的冷剥离；晶体承载机构起升到高位，取放工件机械手将冷却后的带有聚合物胶膜的晶体传送到晶体暂存工位上，进行晶片与晶体的分离；
撕膜机械手通过手指夹取聚合物胶膜，聚合物胶膜带着晶片从晶体的改质层部分剥离；取放工件机械手将剥离后的晶体从晶体暂存工位上取放到传输带上传到下一个工位。撕膜机械手夹取带有聚合物胶膜的晶片放置到晶片暂存工位的晶片真空陶瓷吸盘上，晶片真空陶瓷吸盘吸附晶片，撕膜机械手夹取聚合物胶膜的边缘，将聚合物胶膜从晶片上剥离后放到胶膜回收盒里；晶片真空陶瓷吸盘释放真空吸附力，晶片暂存工位下方的晶片顶升气缸将晶片顶起一定的距离，便于撕膜机械手配置的手指夹取晶片；
化学除粘结剂装置配置的晶片承载机构通过除粘结剂Z轴位移滑台从化学槽中起升到高位，撕膜机械手通过手指夹取剥离下来晶片放到晶片承载机构的晶片载盘上，晶片承载机构通过除粘结剂Z轴位移滑台下降到化学槽低位，将晶片浸泡到化学液中去除晶片上残余的粘结剂；
晶片承载机构通过除粘结剂Z轴位移滑台从化学槽中起升到高位，撕膜机械手通过手指将晶片取放到传输带上传到下一个工位，完成晶片除胶。
通过纳米或皮秒或飞秒激光器、光学系统在晶体内部极窄的深度范围内实现双光子共振吸收，从而令硅、碳化硅、氮化镓或蓝宝石等晶体材料发生热致开裂、化学键断裂与分解、激光诱导电离等一系列物理化学过程，形成垂直于激光入射方向的改质层，最终实现晶体的切割或减薄。激光垂直改质的目的是在晶体的内部产生改质层，形成预设剥离面。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，激光改质后的晶体的改质层在预设的剥离面沿裂缝方向延伸，通过超声波使预设的剥离面裂缝继续延伸，使改质层的裂缝扩展至整个剥离面，使晶片剥离成为可能。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，激光改质后的晶体用等离子进行表面改性处理，增加表面亲水性，增加聚合物粘结性，等离子使用射频频率。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，聚合物胶膜中聚合物为聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷在聚合物中质量比例为80％至99％，其余为杂化材料，聚合物胶膜厚度为0.5mm-5mm。聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面疏水，缓冲液很难注入，表面吸附作用强，导热性差，导热系数比玻璃低8-10倍，不利于焦耳热散失，限制了单位长度上的场强，因此对PDMS通过添加杂化材料对其进行改性。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，聚二甲基硅氧烷在聚合物中质量比例为90％至99％。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，杂化材料包括第一杂化材料、第二杂化材料、第三杂化材料中的至少一种，第一杂化材料为金属，包括铝、铁、锌或铜，第一杂化材料在聚合物胶膜从晶片表面脱离期间充当反应物、引发剂、催化剂或助剂，使聚合物胶膜更快速的脱离；
第二杂化材料为核-壳聚合物颗粒或二氧化硅，核-壳聚合物颗粒包括弹性核-壳材料聚丁二烯-聚甲基丙烯酸甲酯（PB-PMMA）、聚丙烯酸丁酯-聚甲基丙烯酸甲酯（PBA-PMMA）、热塑性弹性体（TPEg）中的至少一种；核-壳聚合物颗粒特别是核-壳聚合物颗粒的表面(即壳)可以更强烈地被改性活化，例如，借助于低温等离子体。
第三杂化材料包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的至少一种，具有更高的热扩散率和更高的弹性模量。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，撕膜机械手和取放工件机械手为四轴或六轴机械手。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，液氮快速冷却装置包括阻止液氮挥发的保温盖，晶体完全浸泡在液氮槽内后，保温盖将液氮槽盖住。将覆有聚合物胶膜的晶体放到液氮中进行快速冷却，能够冷却至低于-100℃并且优选低于-195℃，借助于液氮引起冷却，使剥离层与温度变化相关地收缩，尤其经受玻璃化转变，并且在此将所形成的力传递到晶体上，由此可在晶体中产生机械应力，所述机械应力引起裂纹扩展，通过裂纹扩展使得覆有聚合物胶膜的晶片从晶体上剥离下来。
上述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，化学除粘结剂装置中化学液为盐酸、硝酸、柠檬酸、甲酸或氨基磺酸，以去除晶片上的残余粘结剂。
一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，特别设计的一种激光垂直改质液氮冷剥离技术是一种先进晶体加工技术。与产业中普遍采用的多线切割技术相比，激光垂直改质液氮冷剥离技术可提升晶体加工效率、减少材料损耗，从而显著降低如硅、碳化硅、氮化镓或蓝宝石等衬底的生产成本、提高成品晶圆产量。
附图说明
图1是全自动装置结构示意图。
图2是第二基台上设备安装示意图。
图3是胶膜存储盒示意图。
图4是自动贴膜装置示意图。
图5是自动除泡装置示意图。
图6是快速加热固化装置示意图。
图7是化学除粘结剂装置轴测图。
图8是化学除粘结剂装置示意图。
图9是液氮快速冷却装置轴测图。
图10是液氮快速冷却装置示意图。
图11是暂存工位轴测图。
图12是暂存工位示意图。
图13是覆有聚合物胶膜的晶体示意图。
图14是真空陶瓷吸盘示意图。
图中：1-低位X轴位移滑台，2-胶膜存储盒，3-自动贴膜装置，4- XY十字位移滑台，5-自动除泡装置，6-快速加热固化装置，7-撕膜机械手，8-取放工件机械手，9-化学除粘结剂装置，10-液氮快速冷却装置，11-第一基台，12-第二基台，13-高位X轴位移滑台，14-龙门架，15-暂存工位，16-真空陶瓷吸盘，17-晶体，18-晶片。
201-存储盒，202-聚合物胶膜。
301-贴膜滑台安装块，302-贴膜Z轴位移滑台，303-吸附装置和304-真空吸盘。
501-除泡滑台安装块，502-除泡Z轴位移滑台，503-滚轮安装件，504-除泡滚轮。
601-加热板，602-加热板连接件，603-加热固化Z轴位移滑台， 604-加热固化滑台安装块。
901-化学槽，902-晶片承载机构，903-晶片载盘，904-除粘结剂Z轴位移滑台，905-除粘结剂滑台安装支架。
101-液氮槽，102-晶体承载机构，103-晶体载盘，104-冷却Z轴位移滑台，105-冷却滑台安装支架。
151-连接板，152-晶体暂存工位，153-胶膜回收盒，154-晶片暂存工位， 155-晶体顶升气缸，156-晶体真空陶瓷吸盘，157-晶片顶升气缸，158-晶片真空陶瓷吸盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，包括低位X轴位移滑台1、胶膜存储盒2、自动贴膜装置3、XY十字位移滑台4、自动除泡装置5、快速加热固化装置6、撕膜机械手7、取放工件机械手8、化学除粘结剂装置9、液氮快速冷却装置10、第一基台11、第二基台12、高位X轴位移滑台13、龙门架14和暂存工位15。
低位X轴位移滑台1、XY十字位移滑台4固定在第二基台12上，龙门架14顺着第二基台12的长度方向固定在第二基台12上，高位X轴位移滑台13是固定在龙门架14的上方，胶膜存储盒2固定在低位X轴位移滑台1上，真空陶瓷吸盘16固定在XY十字位移滑台4上，自动贴膜装置3、自动除泡装置5固定在高位X轴位移滑台13上，快速加热固化装置6固定在龙门架14上，撕膜机械手7、取放工件机械手8、化学除粘结剂装置9和液氮快速冷却装置10是固定在第一基台11上。
胶膜存储盒2，如图3所示，包括存储盒201，存储盒201一次可存放8片聚合物胶膜202。
自动贴膜装置3，如图4所示，包括贴膜滑台安装块301、贴膜Z轴位移滑台302、吸附装置303和真空吸盘304。
自动除泡装置5，如图5所示，包括除泡滑台安装块501、除泡Z轴位移滑台502、滚轮安装件503和除泡滚轮504。
快速加热固化装置6，如图6所示，包括加热板601、加热板连接件602、加热固化Z轴位移滑台603、加热固化滑台安装块604。
化学除粘结剂装置9，如图7、图8所示，包括化学槽901、晶片承载机构902、晶片载盘903、除粘结剂Z轴位移滑台904和除粘结剂滑台安装支架905。
液氮快速冷却装置10，如图9、图10所示，包括液氮槽101、晶体承载机构102、晶体载盘103、冷却Z轴位移滑台104和冷却滑台安装支架105。
暂存工位15，如图11所示，包括晶体暂存工位152、胶膜回收盒153、晶片暂存工位154和连接板151，连接板151固定在第二基台12上，晶体暂存工位152、胶膜回收盒153、晶片暂存工位154都固定在连接板151上；晶体暂存工位152包括晶体顶升气缸155和晶体真空陶瓷吸盘156；晶片暂存工位154包括晶片顶升气缸157和晶片真空陶瓷吸盘158。
将激光改质过的SiC晶体用等离子进行表面改性处理，增加表面亲水性，增加聚合物粘结性，所述的等离子使用射频频率。
通过前道工序的机械手将等离子改性过的SiC晶体放置到真空陶瓷吸盘16上吸附固定，真空陶瓷吸盘16固定到XY十字位移滑台4上。XY十字位移滑台4将SiC晶体传送到自动贴膜装置3的右侧下方。
胶膜存储盒2固定在低位X轴位移滑台1上，低位X轴位移滑台1可左右移动。胶膜存储盒2通过低位X轴位移滑台1传送到自动贴膜装置3的正下方，胶膜存储盒2可一次存储8片聚合物胶膜202。
自动贴膜装置3通过贴膜滑台安装块301固定在高位X轴位移滑台13上，自动贴膜装置3中的贴膜Z轴位移滑台302固定在贴膜滑台安装块301上，固定在贴膜Z轴位移滑台302上的吸附装置303带动真空吸盘304向下移动与聚合物胶膜接触，真空吸盘304吸附放置在胶膜存储盒2中的聚合物胶膜202并起升。自动贴膜装置3通过高位X轴位移滑台13向右移动到SiC晶体的正上方。贴膜Z轴位移滑台302向下移动使吸附的聚合物胶膜202与SiC晶体的上表面接触，卸掉真空吸附力，将聚合物胶膜202贴在SiC晶体上表面。
将覆有聚合物胶膜202的SiC晶体通过XY十字位移滑台4向右传送到自动除泡装置5的正下方。自动除泡装置5通过除泡滑台安装块501固定在高位X轴位移滑台13上，除泡Z轴位移滑台502固定在除泡滑台安装块501上。除泡滚轮504通过滚轮安装件503安装在除泡Z轴位移滑台502上。除泡时除泡Z轴位移滑台502下移，使除泡滚轮504与聚合物胶膜202接触，自动除泡装置5还可沿着高位X轴位移滑台13左右来回移动，除泡滚轮504作用在聚合物胶膜202上通过左右滚压方式将聚合物胶膜202和SiC晶体表面之间的气泡清除干净，并通过滚轮的滚压力将聚合物胶膜202紧紧贴附在SiC晶体上表面。
除泡结束，通过XY十字位移滑台4将经过除泡后的覆有聚合物胶膜的SiC晶体向右传送到快速加热固化装置6的正下方。快速加热固化的目的是使聚合物胶膜202与SiC晶体充分粘结在一起并提供一定强度的粘结力。
快速加热固化装置6通过加热固化滑台安装块604固定在龙门架14上，加热固化Z轴位移滑台603固定在加热固化滑台安装块604上，加热板601通过加热板连接件602连接固定在加热固化Z轴位移滑台603上。加热板601通过温度控制程序控制加热板的加热温度和恒温时间。加热固化时，快速加热固化装置6通过加热固化Z轴位移滑台603向下移动使加热板601与聚合物胶膜202紧密贴合，加热板601将热量传递到SiC晶体上表面，最终使聚合物胶膜202与SiC晶体上表面粘结在一起固化不脱落。固化时间5～15min可设定。
加热固化后覆有聚合物胶膜202的SiC晶体通过取放工件机械手8临时存放在暂存工位15中的晶体暂存工位152内。
晶体暂存工位152上设置有晶体真空陶瓷吸盘156用于吸附SiC晶体，晶体真空陶瓷吸盘156下方设置有3个晶体顶升气缸155，取放工件机械手8取SiC晶体时，3个晶体顶升气缸155将暂存在晶体真空陶瓷吸盘156上的SiC晶体顶起一定距离，方便机械手伸进SiC晶体底部将SiC晶体托起，取放工件机械手8拖着SiC晶体运行至液氮快速冷却装置10的位置等待。
安装在第一基台11上的液氮快速冷却装置10上设置的晶体承载机构102通过冷却Z轴位移滑台104从液氮槽101中起升到高位，取放工件机械手8将SiC晶体放到晶体载盘103上，承载SiC晶体的晶体载盘103随着晶体承载机构102下降到液氮槽101低位，使SiC晶体完全浸泡在液氮槽101里面30s进行快速冷却。附着在SiC晶体上表面的聚合物胶膜202在低温下急速收缩，产生一定的收缩力，使使SiC晶片从改质层位置与SiC晶体脱开，实现SiC晶片的冷剥离。晶体承载机构102起升到高位，取放工件机械手8将冷却后的带有聚合物胶膜202的SiC晶体传送到晶体暂存工位152上，进行SiC晶片与SiC晶体分离。
撕膜机械手7通过手指夹取聚合物胶膜202，聚合物胶膜202带着SiC晶片从SiC晶体的改质层部分剥离。取放工件机械手8将剥离后的晶体从晶体暂存工位152上取放到传输带上传到下一个工位。撕膜机械手7夹取带有聚合物胶膜202的SiC晶片放置到晶片暂存工位154的晶片真空陶瓷吸盘158上，晶片真空陶瓷吸盘158吸附SiC晶片，撕膜机械手7夹取聚合物胶膜202的边缘，将聚合物胶膜202从SiC晶片上剥离放到胶膜回收盒153里。晶片真空陶瓷吸盘158释放真空吸附力，晶片暂存工位154下方配置的3个晶片顶升气缸157将SiC晶片顶起一定的距离，便于撕膜机械手7配置的手指夹取SiC晶片。
化学除粘结剂装置9配置的晶片承载机构902通过除粘结剂Z轴位移滑台904从化学槽901中起升到高位，撕膜机械手7通过手指夹取剥离下来SiC晶片放到晶片承载机构902的晶片载盘903上，晶片承载机构902通过除粘结剂Z轴位移滑台904下降到化学槽901低位，将SiC晶片浸泡到化学液中去除SiC晶片上残余的粘结剂，浸泡时间10min～30min。
晶片承载机构902通过除粘结剂Z轴位移滑台904从化学槽901中起升到高位，撕膜机械手7通过手指将SiC晶片取放到传输带上传到下一个工位，完成晶片除胶。

Claims (10)

1.一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：包括低位X轴位移滑台（1）、胶膜存储盒（2）、自动贴膜装置（3）、XY十字位移滑台（4）、自动除泡装置（5）、快速加热固化装置（6）、撕膜机械手（7）、取放工件机械手（8）、化学除粘结剂装置（9）、液氮快速冷却装置（10）、第一基台（11）、第二基台（12）、高位X轴位移滑台（13）、龙门架（14）、暂存工位（15）和真空陶瓷吸盘（16）；
低位X轴位移滑台（1）、XY十字位移滑台（4）、暂存工位（15）固定在第二基台（12）上，龙门架（14）顺着第二基台（12）的长度方向固定在第二基台（12）上，高位X轴位移滑台（13）是固定在龙门架（14）的上方，胶膜存储盒（2）固定在低位X轴位移滑台（1）上，真空陶瓷吸盘（16）固定在XY十字位移滑台（4）上，自动贴膜装置（3）、自动除泡装置（5）固定在高位X轴位移滑台（13）上，快速加热固化装置（6）固定在龙门架（14）上，撕膜机械手（7）、取放工件机械手（8）、化学除粘结剂装置（9）和液氮快速冷却装置（10）是固定在第一基台（11）上；
其中自动贴膜装置（3）包括贴膜滑台安装块（301）、贴膜Z轴位移滑台（302）、吸附装置（303）和真空吸盘（304）；自动贴膜装置（3）通过贴膜滑台安装块（301）固定在高位X轴位移滑台（13）上，贴膜Z轴位移滑台（302）固定在贴膜滑台安装块（301）上，吸附装置（303）固定在贴膜Z轴位移滑台（302）上，真空吸盘（304）固定在吸附装置（303）上；
自动除泡装置（5）包括除泡滑台安装块（501）、除泡Z轴位移滑台（502）和除泡滚轮（504）；自动除泡装置（5）通过除泡滑台安装块（501）固定在高位X轴位移滑台（13）上，除泡Z轴位移滑台（502）固定在除泡滑台安装块（501）上，除泡滚轮（504）安装在除泡Z轴位移滑台（502）上；
快速加热固化装置（6）包括加热板（601）、加热固化Z轴位移滑台（603）和加热固化滑台安装块（604）；快速加热固化装置（6）通过加热固化滑台安装块（604）固定在龙门架（14）上，加热固化Z轴位移滑台（603）固定在加热固化滑台安装块（604）上，加热板（601）连接固定在加热固化Z轴位移滑台（603）上；
化学除粘结剂装置（9）包括化学槽（901）、晶片承载机构（902）、晶片载盘（903）、除粘结剂Z轴位移滑台（904）和除粘结剂滑台安装支架（905）；化学槽（901）和除粘结剂滑台安装支架（905）固定在第一基台（11）上，除粘结剂Z轴位移滑台（904）固定在除粘结剂滑台安装支架（905）上，晶片承载机构（902）固定在除粘结剂Z轴位移滑台（904）上，晶片载盘（903）固定在晶片承载机构（902）上，且晶片载盘（903）位于化学槽（901）内；
液氮快速冷却装置（10）包括液氮槽（101）、晶体承载机构（102）、晶体载盘（103）、冷却Z轴位移滑台（104）和冷却滑台安装支架（105）；液氮槽（101）和冷却滑台安装支架（105）固定在第一基台（11）上，冷却Z轴位移滑台（104）固定在冷却滑台安装支架（105）上，晶体承载机构（102）固定在冷却Z轴位移滑台（104）上，晶体载盘（103）固定在晶体承载机构（102）上，且晶体载盘（103）位于液氮槽（101）内；
暂存工位（15）包括晶体暂存工位（152）、胶膜回收盒（153）、晶片暂存工位（154）和连接板（151），连接板（151）固定在第二基台（12）上，晶体暂存工位（152）、胶膜回收盒（153）、晶片暂存工位（154）都固定在连接板（151）上；晶体暂存工位（152）包括晶体顶升气缸（155）和晶体真空陶瓷吸盘（156），晶体真空陶瓷吸盘（156）设置在晶体暂存工位（152）处，晶体顶升气缸（155）设置在晶体真空陶瓷吸盘（156）的下方；晶片暂存工位（154）包括晶片顶升气缸（157）和晶片真空陶瓷吸盘（158），晶片真空陶瓷吸盘（158）设置在晶片暂存工位（154）处，晶片顶升气缸（157）设置在晶片真空陶瓷吸盘（158）的下方。
2.根据权利要求1所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：该装置的剥离晶片的过程为：
将激光改质后的晶体（17）放置到真空陶瓷吸盘（16）上吸附固定，XY十字位移滑台（4）将晶体（17）传送到自动贴膜装置（3）的右侧下方；胶膜存储盒（2）通过低位X轴位移滑台（1）传送到自动贴膜装置（3）的正下方；
自动贴膜装置（3）中的贴膜Z轴位移滑台（302）上的吸附装置（303）带动真空吸盘（304）向下移动与聚合物胶膜接触，真空吸盘（304）吸附放置在胶膜存储盒（2）中的聚合物胶膜（202）并起升；自动贴膜装置（3）通过高位X轴位移滑台（13）向右移动到晶体（17）的正上方，贴膜Z轴位移滑台（302）向下移动使吸附的聚合物胶膜（202）与晶体（17）的上表面接触，卸掉真空吸附力，将聚合物胶膜（202）贴在晶体（17）上表面；
将覆有聚合物胶膜（202）的晶体（17）通过XY十字位移滑台（4）向右传送到自动除泡装置（5）的正下方，自动除泡装置（5）中的除泡Z轴位移滑台（502）下移，使除泡滚轮（504）与聚合物胶膜（202）接触，自动除泡装置（5）沿着高位X轴位移滑台（13）左右来回移动，除泡滚轮（504）作用在聚合物胶膜（202）上通过左右滚压方式将聚合物胶膜（202）和晶体（17）表面之间的气泡清除干净，并通过滚轮的滚压力将聚合物胶膜（202）紧紧贴附在晶体（17）上表面；
除泡结束，通过XY十字位移滑台（4）将经过除泡后的覆有聚合物胶膜的晶体（17）向右传送到快速加热固化装置（6）的正下方，加热固化时，快速加热固化装置（6）通过加热固化Z轴位移滑台（603）向下移动使加热板（601）与聚合物胶膜（202）紧密贴合，加热板（601）将热量传递到晶体（17）上表面，最终使聚合物胶膜（202）与晶体（17）上表面粘结在一起固化不脱落；
加热固化后的覆有聚合物胶膜（202）的晶体（17）通过取放工件机械手（8）临时存放在暂存工位（15）中的晶体暂存工位（152）内的晶体真空陶瓷吸盘（156）上，取放工件机械手（8）取晶体（17）时，晶体真空陶瓷吸盘（156）释放真空吸附力，晶体顶升气缸（155）将吸附在晶体真空陶瓷吸盘（156）上的晶体（17）顶起一定距离，方便取放工件机械手（8）伸进晶体（17）底部将晶体（17）托起，取放工件机械手（8）拖着晶体（17）运行至液氮快速冷却装置（10）的位置等待；
液氮快速冷却装置（10）上设置的晶体承载机构（102）通过冷却Z轴位移滑台（104）从液氮槽（101）中起升到高位，取放工件机械手（8）将晶体（17）放到晶体载盘（103）上，承载晶体（17）的晶体载盘（103）随着晶体承载机构（102）下降到液氮槽（101）低位，使晶体（17）完全浸泡在液氮槽（101）里面进行快速冷却；附着在晶体（17）上表面的聚合物胶膜（202）在低温下急速收缩，产生一定的收缩力，使晶片（18）从改质层位置与晶体（17）脱开，实现晶片（18）的冷剥离；晶体承载机构（102）起升到高位，取放工件机械手（8）将冷却后的带有聚合物胶膜（202）的晶体（17）传送到晶体暂存工位（152）上，进行晶片（18）与晶体（17）的分离；
撕膜机械手（7）通过手指夹取聚合物胶膜（202），聚合物胶膜（202）带着晶片（18）从晶体（17）的改质层部分剥离；取放工件机械手（8）将剥离后的晶体（17）从晶体暂存工位（152）上取放到传输带上传到下一个工位，撕膜机械手（7）夹取带有聚合物胶膜（202）的晶片（18）放置到晶片暂存工位（154）的晶片真空陶瓷吸盘（158）上，晶片真空陶瓷吸盘（158）吸附晶片（18），撕膜机械手（7）夹取聚合物胶膜（202）的边缘，将聚合物胶膜（202）从晶片（18）上剥离后放到胶膜回收盒（153）里；晶片真空陶瓷吸盘（158）释放真空吸附力，晶片暂存工位（154）下方的晶片顶升气缸（157）将晶片（18）顶起一定的距离，便于撕膜机械手（7）配置的手指夹取晶片；
化学除粘结剂装置（9）配置的晶片承载机构（902）通过除粘结剂Z轴位移滑台（904）从化学槽（901）中起升到高位，撕膜机械手（7）通过手指夹取剥离下来晶片（18）放到晶片承载机构（902）的晶片载盘（903）上，晶片承载机构（902）通过除粘结剂Z轴位移滑台（904）下降到化学槽（901）低位，将晶片（18）浸泡到化学液中去除晶片（18）上残余的粘结剂；
晶片承载机构（902）通过除粘结剂Z轴位移滑台（904）从化学槽（901）中起升到高位，撕膜机械手（7）通过手指将晶片（18）取放到传输带上传到下一个工位，完成晶片除胶。
3.根据权利要求2所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：激光改质后的晶体（17）的改质层在预设的剥离面沿裂缝方向延伸，通过超声波使预设的剥离面裂缝继续延伸，使改质层的裂缝扩展至整个剥离面，使晶片剥离成为可能。
4.根据权利要求3所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：激光改质后的晶体（17）用等离子进行表面改性处理，增加表面亲水性，增加聚合物粘结性，等离子使用射频频率。
5.根据权利要求4所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：聚合物胶膜中聚合物为聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷在聚合物中质量比例为80％至99％，其余为杂化材料，聚合物胶膜厚度为0.5mm-5mm。
6.根据权利要求5所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：聚二甲基硅氧烷在聚合物中质量比例为90％至99％。
7.根据权利要求5或6所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：杂化材料包括第一杂化材料、第二杂化材料、第三杂化材料中的至少一种，第一杂化材料为金属，包括铝、铁、锌或铜；第二杂化材料为核-壳聚合物颗粒或二氧化硅，核-壳聚合物颗粒包括弹性核-壳材料聚丁二烯-聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯-聚甲基丙烯酸甲酯、热塑性弹性体中的至少一种；第三杂化材料包括碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的至少一种。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：撕膜机械手（7）和取放工件机械手（8）为四轴或六轴机械手。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：液氮快速冷却装置（10）包括阻止液氮挥发的保温盖。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种从激光改质后的晶体上剥离晶片的全自动装置，其特征在于：化学除粘结剂装置（9）中化学液为盐酸、硝酸、柠檬酸、甲酸或氨基磺酸，以去除晶片上的残余粘结剂。
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GR01 Patent grant
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