CN114512584B - 一种Mini/micro芯片快速转移封装*** - Google Patents

一种Mini/micro芯片快速转移封装*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及Mini/Micro LED芯片转移封装领域，特别是一种Mini/micro芯片快速转移封装***。飞行刺晶装置包括：驱动支撑板、安装座、第一刺晶驱动装置、第二刺晶驱动装置、第一柔性铰链、第二柔性铰链和刺针；所述第一刺晶驱动装置和所述第二刺晶驱动装置安装于所述驱动支撑板；所述第一刺晶驱动装置的驱动端水平向右穿过对应位置的所述第一柔性铰链；所述第二刺晶驱动装置的驱动端水平向左穿过对应位置的所述第一柔性铰链；所述安装座通过所述第二柔性铰链两个刺晶驱动装置的驱动端铰接；所述快速转移封装***结构简单，应用成本更低，能实现续不间歇的刺晶操作，保证LED芯片的转移精度的前提下提高了转移封装效率。

Description

一种Mini/micro芯片快速转移封装***
技术领域
本发明涉及Mini/Micro LED芯片转移封装领域，特别是一种Mini/micro芯片快速转移封装***。
背景技术
后摩尔时代，新一代芯片器件呈现高密度化、微型化、轻薄化、高集成化的变革趋势。尤为突出的是近期引起各大封装巨头关注的Mini/Micro阵列转移封装，需要把数百万甚至数千万颗微米级的LED晶粒正确且有效率的移动到电路基板上，以一个4K电视为例，需要转移的晶粒就高达2400万颗(4000×2000×R/G/B三色计算)，即使一次转移1万颗，也需要重复2400次。现有的设备、制程和工艺无法满足Mini/Micro LED量产化的需求，不仅制作成本高，同时生产效率也很低。把晶圆上密集芯片，规模化转移、并精准地放大间距至基板目标贴装位置，执行***的大行程、高精度、高速度之困难也将呈倍数剧增。因此，如何实现Mini/Micro芯片高速高精高效转移是当前业界的关键技术瓶颈。
传统的芯片转移技术均采用Pick&Place的方式，Mini/Micro LED由于其芯片尺寸小于200微米，而Pick&Place模式下，吸嘴的孔径无法做到200um以内，加上Mini/Micro LED对超高速的要求，所有的传统芯片转移模式和设备都无法为工业量产服务。而倒装COB的刺晶转移技术，彻底抛弃吸嘴，大幅度提高芯片转移速度。现有的刺晶转移技术操作，顶针在垂直方向上往复运动。运动平台将目标芯片移动至顶针下方后停止运动，在平台静止状态下，顶针下压，将芯片推至PCB板上，实现Mini/Micro LED芯片的转移。再现有的刺晶转移技术中运动平台间歇运动，不仅影响转移精度，还限制了芯片的转移效率。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种Mini/micro芯片快速转移封装***，能实现续不间歇的刺晶操作，保证LED芯片的转移精度的前提下提高了转移效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种Mini/micro芯片快速转移封装***，包括飞行刺晶装置；所述飞行刺晶装置包括：驱动支撑板、安装座、第一刺晶驱动装置、第二刺晶驱动装置、第一柔性铰链、第二柔性铰链和刺针；所述驱动支撑板的前侧水平凸起设有两个上铰接部和两个下铰接部；所述上铰接部和所述下铰接部上下正对设置成两组，且分别位于所述驱动支撑板的左侧和右侧；所述上铰接部与正下方的所述下铰接部通过所述第一柔性铰链连接；所述第一刺晶驱动装置安装于所述驱动支撑板左侧；所述第一刺晶驱动装置的驱动端水平向右穿过对应位置的所述第一柔性铰链；所述第二刺晶驱动装置安装于所述驱动支撑板右侧穿过对应位置的所述第一柔性铰链；所述第二刺晶驱动装置的驱动端水平向左；所述安装座的左侧和右侧通过所述第二柔性铰链与所述第一刺晶驱动装置的驱动端和所述第二刺晶驱动装置的驱动端铰接；所述刺针的上端竖直连接于安装座的底部。
优选地，一个所述第一刺晶驱动装置通过L型安装板固定安装于所述驱动支撑板的左侧；一个所述第一刺晶驱动装置通过L型安装板固定安装于所述驱动支撑板的右侧；所述第一刺晶驱动装置和所述第一刺晶驱动装置在水平方向上共线设置；位于所述驱动支撑板左侧和右侧所述第二柔性铰链，关于所述刺针在竖直方向上的延伸方向左右对称设置。
优选地，所述上铰接部与正下方的所述下铰接部之间平行设有两条所述第一柔性铰链；所述第一刺晶驱动装置和所述第一刺晶驱动装置与所述安装座之间均平行铰接设有所述第二柔性铰链。
优选地，第一刺晶驱动装置和第二刺晶驱动装置为音圈电机。
优选地，所述第一柔性铰链为直梁型铰链，呈宽度和厚度均匀直线状片状结构；所述第二柔性铰链为圆弧柔性铰链，呈直线条状结构，在所述圆弧柔性铰链的两端凹陷设有弧形槽，所述弧形槽的槽面呈圆弧面；所述弧形槽的延伸方向垂直于所述驱动支撑板水平设置；所述第一柔性铰链和所述第二柔性铰链均为航空铝制成。
优选地，所述快速转移封装***，还包括：龙门架、第一运动平台、工作台、第二运动平台和工业相机；所述第一运动平台用于承载电路基板；所述工作台用于对LED芯片和电路基板焊接进行加热和固定；所述第二运动平台用于承载LED芯片，并在所述第一运动平台的正上方移动；所述工业相机用于检测电路基板与各个LED芯片的相对位置；所述飞行刺晶装置用于将第二运动平台上的LED芯片转移至所述第一运动平台的电路基板；所述工作台设置于所述第一运动平台；所述龙门架安装于所述第一运动平台的正上方；所述工业相机和所述柔性飞行刺晶装置安装于所述龙门架。
优选地，所述快速转移封装***还包括控制器；所述控制器与所述第一刺晶驱动装置、第二刺晶驱动装置、第一运动平台、工作台、第二运动平台和工业相机电联接。
优选地，所述LED芯片为MiniLED芯片或Micro LED芯片。
优选地，所述控制器内配设有用于转移封装LED芯片的刺晶控制方法，所述刺晶控制方法包括如下内容：
所述刺针的输出位表示为：
Figure GDA0003739824640000041
X1为所述第一刺晶驱动装置的输入位移，X2为所述第一刺晶驱动装置的输入位移；x为所述刺针在水平方向上的输出位移，y为所述刺针在水平方向上的输出位移，θ为所述第二柔性铰链与竖直方向的夹角角度大小。
优选地，所述刺晶控制方法包括刺晶操作步骤，所述刺晶操作步骤具体包括如下内容：所述刺晶控制器控制第一运动平台、第二运动平台和飞行刺晶装置以相同的速度向X方向移动。
本发明的实施例的有益效果：
所述飞行刺晶装置采用了两个音圈电机作为刺晶驱动装置，设计了一种新型的柔性机构作为传动机构，使得所述刺针在刺晶操作中，不仅只能在竖直方向往复运动，还可以在水平方向上往复运动。所述快速转移封装***的运动平台在匀速运动的情况下，顶针在与芯片接触期间能与运动平台保持相等速度的水平运动，运动平台由间歇运动转变为匀速运动，在匀速运动过程中能实现连续不间歇的刺晶操作，提高了LED芯片的刺晶效率。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中所述快速转移封装***的结构示意图；
图2是本发明的一个实施例中所述飞行刺晶装置的结构示意图；
图3是本发明的一个实施例中所述刺针的驱动和位移的示意图。
其中：飞行刺晶装置100，驱动支撑板110，上铰接部111，下铰接部112，安装座120，第一刺晶驱动装置130，第二刺晶驱动装140，第一柔性铰链150，第二柔性铰160，弧形槽161，刺针180，第一运动平台220，第二运动平台210，电路基板230，LED芯片300。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本申请的一个实施例，如图1至图3所示，一种Mini/micro芯片快速转移封装***，包括：龙门架、第一运动平台220、工作台、第二运动平台210、工业相机和飞行刺晶装置100；所述第一运动平台220用于承载电路基板230；所述工作台用于对LED芯片300和电路基板230焊接进行加热和固定；所述第二运动平台210用于承载LED芯片300，并在所述第一运动平台220的正上方移动；所述工业相机用于检测电路基板230与各个LED芯片300的相对位置；所述飞行刺晶装置100用于将第二运动平台210上的LED芯片300转移至所述第一运动平台220的电路基板230；所述工作台设置于所述第一运动平台220；所述龙门架安装于所述第一运动平台220的正上方；所述工业相机和所述柔性飞行刺晶装置100安装于所述龙门架。
所述飞行刺晶装置100，包括：驱动支撑板110、安装座120、第一刺晶驱动装置130、第二刺晶驱动装置140、第一柔性铰链150、第二柔性铰链160和刺针180；所述驱动支撑板110的前侧水平凸起设有两个上铰接部111和两个下铰接部112；所述上铰接部111和所述下铰接部112上下正对设置成两组，且分别位于所述驱动支撑板110的左侧和右侧；所述上铰接部111与正下方的所述下铰接部112通过所述第一柔性铰链150连接；所述第一刺晶驱动装置130安装于所述驱动支撑板110左侧；所述第一刺晶驱动装置130的驱动端水平向右穿过对应位置的所述第一柔性铰链150；所述第二刺晶驱动装置140安装于所述驱动支撑板110右侧；所述第二刺晶驱动装置140的驱动端水平向左穿过对应位置的所述第一柔性铰链150；所述安装座120的左侧和右侧通过所述第二柔性铰链160与所述第一刺晶驱动装置130的驱动端和所述第二刺晶驱动装置140的驱动端铰接；所述刺针180的上端竖直连接于安装座120的底部。
所述驱动支撑板110和安装座120之间是采用柔性铰链连接的，所述第一刺晶驱动装置130和所述第二刺晶驱动装置140能沿水平方向驱动，当所述第一刺晶驱动装置130和所述第二刺晶驱动装置140能沿水平方向向右驱动时，所述安装座120水平方向向右移动；当所述第一刺晶驱动装置130和所述第二刺晶驱动装置140能沿水平方向向左驱动时，所述安装座120水平向左移动；当所述第一刺晶驱动装置130沿水平方向向左驱动，所述第二刺晶驱动装置140能沿水平方向向右驱动时，所述安装座120竖直向下移动；当所述第一刺晶驱动装置130沿水平方向向右驱动，所述第二刺晶驱动装置140能沿水平方向向左驱动时，所述安装座120竖直向上移动。
一个所述第一刺晶驱动装置130通过L型安装板固定安装于所述驱动支撑板110的左侧；一个所述第一刺晶驱动装置130通过L型安装板固定安装于所述驱动支撑板110的右侧；所述第一刺晶驱动装置130和所述第一刺晶驱动装置130在水平方向上共线设置；位于所述驱动支撑板110左侧和右侧所述第二柔性铰链160，关于所述刺针180在竖直方向上的延伸方向左右对称设置；所述飞行刺晶装置100能通过控制所述第一刺晶驱动装置130和所述第二刺晶驱动装置140的驱动情况，进而实现对刺针180在水平方向和竖直方向上的精准移动。
所述上铰接部111与正下方的所述下铰接部112之间平行设有两条所述第一柔性铰链150；所述第一刺晶驱动装置130和所述第一刺晶驱动装置130与所述安装座120之间均平行铰接设有所述第二柔性铰链160；所述第一刺晶驱动装置130和所述第一刺晶驱动装置130能对所述安装座120具有更好的驱动灵敏度；所述安装座120在竖直方向上具有更好的支撑悬挂结构及驱动精准度。
第一刺晶驱动装置130和第二刺晶驱动装置140为音圈电机。
所述第一柔性铰链150为直梁型铰链，呈宽度和厚度均匀直线状片状结构；所述第二柔性铰链160为圆弧柔性铰链，呈直线条状结构，在所述圆弧柔性铰链的两端凹陷设有弧形槽161，所述弧形槽161的槽面呈圆弧面；所述弧形槽161的延伸方向垂直于所述驱动支撑板110水平设置；所述第一柔性铰链150和所述第二柔性铰链160均为航空铝制成。
所述直线型铰链使得所述第一刺晶驱动装置130和第二刺晶驱动装置140的悬挂支撑结构更稳定，在柔性铰链的作用下，直线型铰链能在水平方向上提供足够的驱动自由度；所述圆弧柔性铰链能在所述第一刺晶驱动装置130和第二刺晶驱动装置140水平驱动作用下沿着所述弧形槽161弯曲，进而使得所述刺针180在两侧的所述圆弧柔性铰链的传动下能精准的在竖直方向上升降和水平移动。
所述快速转移封装***还包括控制器；所述控制器与所述第一刺晶驱动装置130、第二刺晶驱动装置140、第一运动平台220、工作台、第二运动平台210和工业相机电联接。
所述LED芯片300为MiniLED芯片300或Micro LED芯片300。
所述控制器内配设有用于转移封装LED芯片300的刺晶控制方法，所述刺晶控制方法包括如下内容：
所述刺针180的输出位表示为：
Figure GDA0003739824640000071
其中，X1为所述第一刺晶驱动装置130的输入位移，X2为所述第一刺晶驱动装置130的输入位移；x为所述刺针180在水平方向上的输出位移，y为所述刺针180在水平方向上的输出位移，θ为所述第二柔性铰链160与竖直方向的夹角角度大小；图3中O为刺针的下端所在位置。
更优的，上述实施例中所述刺晶控制方法包括刺晶操作步骤，所述刺晶操作步骤具体包括如下内容：所述刺晶控制器控制第一运动平台220、第二运动平台210和飞行刺晶装置100以相同的速度向X方向移动，即水平移动。可以确保第一运动平台220、第二运动平台210和飞行刺晶装置100在横向方向上运动有特定时间段内是同速运动的，以保证所述刺针180与LED芯片300接触瞬间，彼此之间的相对运动速度为零或接近为零，可以保证刺晶精度，使得刺针180能精准将LED芯片300转移至指定的电路基板230上。具体的，特定时间段可以根据实际应用需要设置，比如设置成10毫秒，在该时间段内第二运动平台210和所述飞行刺晶装置100在水平方向上保持相对静止且匀速速运动。
两个音圈电机水平放置，通过八个直梁型铰链和四个圆弧形铰链作为导向，将音圈电机水平方向上的位移输入转化为刺针180在水平和竖直两个方向上的位移。刺针180在竖直方向上的位移，可将LED芯片300转移至P电路基板230上，实现LED芯片300阵列的转移；刺针180在水平方向上的位移，可以使刺针180在刺晶操作过程中，与两个运动平台保持同样的水平移动速度，即使两个运动平台处于持续运动状态，刺针180与LED芯片300之间也可以保持相对静止，从而保证了LED芯片300在转移封装过程中不被破坏。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，包括飞行刺晶装置，所述飞行刺晶装置包括：驱动支撑板、安装座、第一刺晶驱动装置、第二刺晶驱动装置、第一柔性铰链、第二柔性铰链和刺针；
所述驱动支撑板的前侧水平凸起设有两个上铰接部和两个下铰接部；
所述上铰接部和所述下铰接部上下正对设置成两组，且分别位于所述驱动支撑板的左侧和右侧；
所述上铰接部与正下方的所述下铰接部通过所述第一柔性铰链连接；
所述第一刺晶驱动装置安装于所述驱动支撑板左侧；所述第一刺晶驱动装置的驱动端水平向右穿过对应位置的所述第一柔性铰链；所述第二刺晶驱动装置对称安装于所述驱动支撑板右侧；所述第二刺晶驱动装置的驱动端水平向左穿过对应位置的所述第一柔性铰链；
所述安装座的左侧和右侧通过所述第二柔性铰链与所述第一刺晶驱动装置的驱动端和所述第二刺晶驱动装置的驱动端铰接；
所述刺针的上端竖直连接于安装座的底部。
2.根据权利要求1所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，一个所述第一刺晶驱动装置通过L型安装板固定安装于所述驱动支撑板的左侧；一个所述第一刺晶驱动装置通过L型安装板固定安装于所述驱动支撑板的右侧；
所述第一刺晶驱动装置和所述第一刺晶驱动装置在水平方向上共线设置；位于所述驱动支撑板左侧和右侧所述第二柔性铰链，关于所述刺针在竖直方向上的延伸方向左右对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，所述上铰接部与正下方的所述下铰接部之间平行设有两条所述第一柔性铰链；所述第一刺晶驱动装置和所述第一刺晶驱动装置与所述安装座之间均平行铰接设有所述第二柔性铰链。
4.根据权利要求1所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，第一刺晶驱动装置和第二刺晶驱动装置为音圈电机。
5.根据权利要求1所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，所述第一柔性铰链为直梁型铰链，呈宽度和厚度均匀直线状片状结构；所述第二柔性铰链为圆弧柔性铰链，呈直线条状结构，在所述圆弧柔性铰链的两端凹陷设有弧形槽，所述弧形槽的槽面呈圆弧面；所述弧形槽的延伸方向垂直于所述驱动支撑板水平设置；所述第一柔性铰链和所述第二柔性铰链均为航空铝制成。
6.根据权利要求1所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，还包括：龙门架、第一运动平台、工作台、第二运动平台和工业相机；
所述第一运动平台用于承载电路基板；
所述工作台用于对LED芯片和电路基板焊接进行加热和固定；
所述第二运动平台用于承载LED芯片，并在所述第一运动平台的正上方移动；
所述工业相机用于检测电路基板与各个LED芯片的相对位置；
所述飞行刺晶装置用于将第二运动平台上的LED芯片转移至所述第一运动平台的电路基板；
所述工作台设置于所述第一运动平台；
所述龙门架安装于所述第一运动平台的正上方；所述工业相机和所述柔性飞行刺晶装置安装于所述龙门架。
7.根据权利要求6所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，还包括控制器；所述控制器与所述第一刺晶驱动装置、第二刺晶驱动装置、第一运动平台、工作台、第二运动平台和工业相机电联接。
8.根据权利要求6所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，所述LED芯片为MiniLED芯片或Micro LED芯片。
9.根据权利要求7所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，所述控制器内配设有用于转移封装LED芯片的刺晶控制方法，所述刺晶控制方法包括如下内容：
所述刺针的输出位表示为：
Figure FDA0003739824630000031
X1为所述第一刺晶驱动装置的输入位移，X2为所述第一刺晶驱动装置的输入位移；x为所述刺针在水平方向上的输出位移，y为所述刺针在水平方向上的输出位移，θ为所述第二柔性铰链与竖直方向的夹角角度大小。
10.根据权利要求9所述的一种Mini/micro芯片快速转移封装***，其特征在于，所述刺晶控制方法包括刺晶操作步骤，所述刺晶操作步骤具体包括如下内容：
刺晶控制器控制第一运动平台、第二运动平台和飞行刺晶装置以相同的速度向X方向移动。
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