CN116779732A - 一种Micro-LED芯片批量转移装置及批量转移焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种Micro‑LED芯片批量转移装置以及批量转移焊接方法，属于Micro‑LED显示技术领域，解决了芯片的转移速率低，单次转移芯片数量受限制，转移中间层寿命短、成本高，转移良率低，难以满足产业化要求的问题。所述转移装置为平板型的转移载板，包括转移板体、对位点和芯片槽；对位点分布于转移板体的边缘处。所述方法包括：采用转移装置采集芯片，对所述转移装置进行自动光学检测扫描，识别出缺陷位置，进行修复；将转移装置移动至驱动载板的正下方，通过对位点调整所述转移装置的位置，使得对位点一一对应；控制转移装置和驱动载板之间的距离，使得芯片的电极贴在驱动载板的焊盘上；焊接。本发明适用于Micro‑LED芯片的大批量转移焊接。

Description

一种Micro-LED芯片批量转移装置及批量转移焊接方法
技术领域
本发明属于Micro-LED显示技术技术领域，具体涉及一种芯片转移焊接技术。
背景技术
Micro-LED显示技术是一种将驱动控制电路和LED发光芯片相结合制作固态自主发光显示屏的技术。Micro-LED结构简单，包括TFT驱动载板，LED发光芯片和表面封装层等，相比LCD和OLED显示屏更加轻薄。每一个像素点都能单独控制和驱动，它的分辨率、亮度、对比度、视角、响应时间以及功耗等性能参数都相当优秀，完全可以与OLED相媲美。
同时MicroLED采用无机发光材料，寿命和稳定性相比OLED更加具有优势，不容易发生亮度衰减、烧屏老化等问题。
目前处于发展期的Micro-LED显示技术未来有望取代LCD和OLED。但是Micro-LED显示技术在产业化中面临的最大问题就是Micro-LED芯片的批量转移技术，由于Micro-LED芯片尺寸微小，需要转移到驱动载板上的数量巨大，同时对Micro-LED芯片的转移效率、精度和良率都有非常高的要求。
Micro-LED芯片的批量转移技术一般分为四个步骤：芯片拾取、芯片转移、芯片与驱动载板键合以及键合后的剥离。芯片拾取有粘接、电吸附、真空吸附、磁力等方式；芯片转移方式有芯片和载板的直接转移，也有通过中间层多次转移实现的；芯片与驱动载板键合有激光焊接，回流焊等方式，键合后载板或者衬底的剥离有激光、机械力、温度控制、真空通断、电通断、磁力通断等多种剥离方式。目前这些技术存在转移速率低，单次转移芯片数量受限制，转移中间层寿命短、成本高，转移良率低等情况，都难以满足产业化要求。
发明内容
本发明针对现有的Micro-LED显示技术在产业化中，由于Micro-LED芯片尺寸微小，需要转移到驱动载板上的数量巨大，导致Micro-LED芯片的转移速率低，单次转移芯片数量受限制，转移中间层寿命短、成本高，转移良率低，难以满足产业化要求的问题。
一种Micro-LED芯片批量转移装置，所述转移装置为平板型的转移载板，所述转移载板包括：转移板体、多个对位点和数个芯片槽；所述转移板体为矩形板体，所述数个芯片槽均匀分布在所述转移板体上，多个对位点分布于转移板体的边缘处；
进一步地，所述芯片槽与待转载的LED芯片的形状相适应；
进一步地，所述芯片槽的深度小于芯片的厚度3-10微米；
本发明还提出一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法，包括：
采用上述的芯片转移装置采集待焊接的芯片，使得每个芯片槽内嵌入一个待焊接的芯片，保证芯片的电极朝上；
对所述转移装置进行自动光学检测扫描，识别出缺陷位置；
对所述缺陷位置进行修复；
将所述转移装置移动至待焊接的驱动载板的正下方，通过识别所述驱动载板上的对位点和所述转移装置的对位点，调整所述转移装置的位置，使得二者上的对位点一一对应；
控制所述转移装置和驱动载板之间的距离，使得位于所述转移装置上的芯片的电极贴在驱动载板的焊盘上；
焊接。
进一步地，在所述转移装置移动之前，对所述驱动载板进行焊料印刷；
进一步地，在对所述驱动载板进行焊料印刷之后，将所述印刷完焊料的驱动载板翻转180°；
进一步地，在焊接后的驱动载板上进行封胶；
进一步地，所述封胶的材料包括：环氧树脂、硅胶、光刻胶中任意一种；
进一步地，所述缺陷位置是指：未放置芯片的、放置异位的或者放置颜色错误的；
进一步地，所述焊接的方式为：激光回流焊或者热风回流焊；
与现有技术相比，本发明的有益效果：
现有的采用装载模具对芯片进行批量转移的技术中的装载槽和芯片都是非对称形状，不是矩形等规则形状，而本发明可以根据Micro-LED芯片进行设计，规则外形和不对称外形均可以实现。
本发明的转移载板只需要芯片槽尺寸略大于芯片外尺，深度低于芯片的厚度，结构简单，省去了真空孔、管检测装置的结构，仍能保证适应现有的焊接工艺，操作方便。
现有技术的装载板每个装载槽都有真空孔和光源检测装置，结构复杂；本发明通过在机械臂前端安装吸嘴和塑料气管，免去了现有技术的装载板每个装载槽都需要有真空孔的手段；通过对整个转移载板进行AOI（Automated Optical Inspectio）自动光学检测扫描，无需再在每个装载槽都设置光源检测装置，操作更方便。
现有技术的装载模具设置适配遮模板，Micro-LED芯片移入装载槽不同颜色发光芯片需要分次进行，不能同时吹落不同颜色的芯片，本发明可以一次完成不同颜色的芯片排列，还可以实现同一颜色芯片的混编排布，使得芯片亮度均一性更好，显示效果更佳。
现有技术中载板需要进行转移后再焊接，本发明的转移载板设计了Mark点，同时在驱动背板上设置对应的Mark点，能够实现移动驱动板和转移载板进行精准对位，实现芯片转移和焊接同步进行。
本发明所述的芯片转移装置适用于现有Micro-LED芯片焊接工艺中实现芯片的批量转移。
本发明所述的Micro-LED芯片批量转移方法适用于现有Micro-LED芯片焊接加工技术领域中。
附图说明
图1为实施方式一所述的转移载板的结构示意图；
图2为实施方式一所述的驱动载板与转移载板配合过程中的相对位置示意图；
图3为实施方式二所述的转移了Micro-LED芯片的转移载板俯视图；
图4为实施方式二所述的一种Micro-LED芯片批量转移方法的流程图；
其中，1为转移板体，2为对位点，3为芯片槽，4为简化表示的多个芯片槽的位置；5为驱动板体，6为焊盘，7为放置芯片后的芯片槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
实施方式一：
参照图1、图2说明本实施方式。
本实施方式所述的一种Micro-LED芯片批量转移装置为平板型的转移载板，所述转移载板包括：转移板体1、多个对位点2和数个芯片槽3；所述转移板体1为矩形板体，所述数个芯片槽3均匀分布在所述转移板体1上，多个对位点2分布于转移板体1的边缘处。
具体地：
所述对位点2为Mark对位点；
横向所述数个芯片槽3的间距相等，纵向所述数个芯片槽3的间距相等；
所述芯片槽3与待转载的LED芯片的形状相适应，具体为：所述芯片槽3的长宽略大于芯片外尺1-5微米，所述芯片槽3的深度小于芯片的厚度3-10微米；使得Micro LED芯片可以被放置在芯片槽内，但是不会随意移位；
所述转移载板的材质可以为制印电路板（PCB）、BT板等；
本实施方式提出的芯片转移装置可以根据Micro-LED芯片进行设计，规则外形和不对称外形均可以实现；所述转移装置的转移载板只需要芯片槽的尺寸略大于芯片外尺，深度低于芯片的厚度，结构简单，操作方便。
实施方式二：
参照图3、图4说明本实施方式。
本实施方式所述的一种一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法包括：
采用如实施方式一所述的一种芯片转移装置采集待焊接的芯片，使得每个芯片槽3内嵌入一个待焊接的芯片，保证芯片的电极朝上；
对所述转移装置进行自动光学检测扫描，识别出缺陷位置；
对所述缺陷位置进行修复；
将所述转移装置移动至待焊接的驱动载板的正下方，通过识别所述驱动载板上的对位点2和所述转移装置的对位点2，调整所述转移装置的位置，使得二者上的对位点2一一对应，完成对位操作；
控制所述转移装置和驱动载板之间的距离，使得位于所述转移装置上的芯片的电极贴在驱动载板的焊盘6上，完成贴合操作；
焊接。
更进一步地，
在所述转移装置移动之前，对所述驱动载板进行焊料印刷；
在对所述驱动载板进行焊料印刷之后，将所述印刷完焊料的驱动载板翻转180°；
在焊接后的驱动载板上进行封胶。
具体地：
所述驱动载板包括驱动板体5，所述驱动板体5为矩形，其上设置有用于焊接LED的焊盘6；芯片转移装置上的数个芯片槽3与驱动载板上焊接LED的焊盘6的位置相对应；在驱动载板上还设置有多个用于机器标识的多个对位点2，所述转移板体1上的多个对位点2的位置是参照驱动载板上的多个对位点2的位置来设计，保证当二者的多个对位点2一一对应之后，转移板体1上的数个芯片槽3与驱动载板上的焊接LED的数个焊盘6一一对应，实现精准对位和焊接的效果。
所述多个对位点2至少3个，可以根据驱动载板的面积、形状来设置，例如：当驱动载板为矩形时，可以在其四角位置分别设置一个对位点2。
所述驱动载板的材质包括玻璃基板、柔性PET基板、柔性PI基板等；
所述采集待焊接的芯片具体为：将Micro LED芯片通过焊接设备的机械手从出厂原始的芯片蓝膜上抓取起来，移动所述芯片放置到所述转移装置的芯片槽3内，所述芯片的电极朝上，且按照一定的规律排布，排布规律与所述驱动板体5上的焊盘6的位置相对应；转移芯片时，同一颜色的芯片从不同的芯片蓝膜上抓取，进行芯片的混编。
对所述转移装置的转移载板进行自动光学检测扫描，识别出缺陷位置；对所述缺陷位置进行修复，具体为：转移载板进行AOI自动光学检测扫描，通过标准图形比对识别出未放置芯片的芯片槽和放置错位的芯片槽，操作机械手将检测出来的空位进行填补，芯片错位没有摆入槽内的，机械摆臂前端吸嘴给一定气压吹走歪的芯片，重新再填补一颗。
对所述驱动载板进行焊料印刷后，驱动载板的最上层金属焊盘上均匀附着一层焊料。
将所述印刷完焊料的驱动载板翻转180°，放置于转移载板上方，通过所述转移装置的Mark对位点将所述印刷完焊料的驱动载板和所述转移载板进行对位，使得芯片电极与驱动载板上的金属焊盘在垂直方向上对齐；将所述印刷完焊料的驱动载板下压，与所述转移载板贴合，使得金属焊盘上焊料与芯片电极粘合在一起。
通过焊接将Micro LED芯片和驱动载板焊接在一起，所述焊接的方式可以为：激光回流焊或者热风回流焊等；焊接完成后抬起驱动载板，转移载板自动脱离，完成剥离转载板的步骤。
在焊接后的驱动载板上进行封胶具体为：在焊接完Micro LED发光芯片的驱动载板最上层制作隔水隔氧的保护层，所述保护层可采用环氧树脂或硅胶真空热压固化，也可以采用光刻胶光照固化实现，膜层厚度可控制在0.2-0.5毫米的范围。本操作能够有效防护驱动板上电气线路以及Micro-LED芯片的损坏和氧化。
本实施方式采用实施方式一提出的带有Mark点的转移装置，Micro-LED芯片电极朝上按照一定的规律被放置在转移载板的芯片槽内，且芯片排列规律和驱动载板上焊盘排列顺序一致；芯片放置完成后进行AOI自动光学检测扫描，通过图形对比识别出未放置芯片的芯片槽或者芯片放置异位的芯片槽，把检测出来的空位补上，位置不良的芯片扶正置于芯片槽内。驱动背板的焊盘上印刷焊料后翻转过来悬空于转移载板上空，通过Mark点与转移载板进行精准对位后，下压与转移载板上芯片电极相连接，再通过激光回流焊或者热风回流焊完成Micro-LED芯片与驱动板焊盘的焊接。
本实施方式在操作时，采用现有的焊接机器人就能实现，例如：可以常采用现有以一个支撑杆为圆心分布的6个机械摆臂的焊接机器人实现，机械臂通过马达带动来移动，机械臂前端安装吸嘴，吸嘴上连接一根塑料气管。首先机械臂移动到需要转移的LED芯片上方，吸嘴下降接触LED芯片，同时通过塑料管抽真空，形成真空负压后吸嘴带着LED芯片，移动到转移载板需要放置的芯片的芯片槽上方，气管通气破真空LED芯片落到转移载装置的芯片槽内。摆臂移动位置精度控制，根据Mark点计算出坐标，通过坐标来移动。
本实施方式的缺陷位置检测，采用图像对比技术来实现：LED芯片正确落入转移装置时的情形拍下一张照片作为参照物，光学扫描，将转移装置上所有位置与参照物图像进行对比，对不一样位置记录XY坐标，标记为缺陷位置。

Claims (10)

1.一种Micro-LED芯片批量转移装置，其特征在于，所述转移装置为平板型的转移载板，所述转移载板包括：转移板体（1）、多个对位点（2）和数个芯片槽（3）；所述转移板体（1）为矩形板体，所述数个芯片槽（3）均匀分布在所述转移板体（1）上，多个对位点（2）分布于转移板体（1）的边缘处。
2.根据权利要求1所述的一种Micro-LED芯片批量转移装置，其特征在于，所述芯片槽（3）与待转载的LED芯片的形状相适应。
3.根据权利要求1所述的一种Micro-LED芯片批量转移装置，其特征在于，所述芯片槽（3）的深度小于待转载的LED芯片的厚度3-10微米。
4.一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法，其特征在于，所述方法包括：
采用如权利要求1-3任一项所述的一种芯片转移装置采集待焊接的芯片，使得每个芯片槽（3）内嵌入一个待焊接的芯片，保证芯片的电极朝上；
对所述转移装置进行自动光学检测扫描，识别出缺陷位置；
对所述缺陷位置进行修复；
将所述转移装置移动至待焊接的驱动载板的正下方，通过识别所述驱动载板上的对位点（2）和所述转移装置的对位点（2），调整所述转移装置的位置，使得二者上的对位点（2）一一对应；
控制所述转移装置和驱动载板之间的距离，使得位于所述转移装置上的芯片的电极贴在驱动载板的焊盘（6）上焊接。
5.根据权利要求4所述的一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法，其特征在于，在所述转移装置移动之前，对所述驱动载板进行焊料印刷。
6.根据权利要求5所述的一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法，其特征在于，在对所述驱动载板进行焊料印刷之后，将印刷完焊料的驱动载板翻转180°。
7.根据权利要求4所述的一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法，其特征在于，在焊接后的驱动载板上进行封胶。
8.根据权利要求7所述的一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法，其特征在于，所述封胶的材料包括：环氧树脂、硅胶、光刻胶中任意一种。
9.根据权利要求4所述的一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法，其特征在于，所述缺陷位置是指：未放置芯片的、放置异位的或者放置颜色错误的。
10.根据权利要求4所述的一种Micro-LED芯片批量转移焊接方法，其特征在于，所述焊接的方式为：激光回流焊或者热风回流焊。
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