TWI624905B - 多晶粒壓合機 - Google Patents

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Abstract

一種多晶粒壓合機，包括：基板、水平移動載台及龍門支架，該水平移動載台安裝於該基座上，能於水平方向精密移動，該水平移動載台上另安裝著能獨立旋轉的三個晶粒旋轉台及一基板旋轉台；該龍門支架樹立於該基座，且不干涉該水平移動載台的移動，該龍門支架安裝著一升降機構，該升降機構能控制位於其底部之吸取頭的升降，該吸取頭由下而上至少包括一吸取單元及一旋轉單元；藉由該水平移動載台精準地在不同時間移動該晶粒旋轉台或該基板旋轉台於該吸取頭下方，由該升降機構適時控制該吸取頭下降，讓該吸取頭一次吸取該晶粒旋轉台上的複數顆微型晶粒，或是將該複數微型晶粒加壓安裝於該基板旋轉台上的接收基板。

Description

多晶粒壓合機
本發明為一種多晶粒壓合機的技術領域，尤其指一種在微米間距的條件下，一次進行吸取大量微型晶粒及進行加壓焊接作業的設計。
LED元件為目前運用最為廣泛的發光元件，若將RGB三種不同波長的LED擺放在一起，透過光強度控制各LED發光強度，就能發出各種顏色的光。目前戶外或是室內大型LED看板，它就是以RGB三色組成一顆發光源(尺寸約2~4mm)，複數發光源以間距(約5~15mm)的陣列方式分佈擺放，就可製作出大型遠距離觀看的銀幕。當單元面積內分佈數目愈多的發光源，解析度也愈高。
同理若將微尺寸(約0.01~0.1mm)的RGB 微型LED晶粒組裝在一起，形成約0.05~0.25mm的發光源，複數發光源以間距(約0.05~0.5mm)的陣列方式分佈擺放，就可形成高解析度的LED銀幕。例如50吋電視4k掃描線的解析度間距為1000mm/4000=0.25mm，因此間距0.1mm的解析度會比4k*2k電視解析度更高。可適用於製作穿戴裝置顯示器、VR顯示器…等各種特殊顯示器應用上。
但是如何將0.01mm~0.1mm小尺寸的LED微型晶粒，以RGB三色擺放到銀幕基板上並將每顆LED微型晶粒的正負極焊接起來，是目前LED業界共用遭遇到的技術瓶頸。例如4K電視，一個50吋銀幕上面採用0.05mm尺寸的發光源，就需要超過上億顆RGB的LED微型晶粒，若採用一顆顆焊接的加工方式，效率差且沒有商業利益存在的。因此目前廠商皆不斷開發各式設備，以期該設備能一次進行100~10000顆微型晶粒的吸取及焊接作業。
本發明之主要目的係提供一種多晶粒壓合機，主要是提供一種一次能吸取100~10000顆LED微型晶粒，並移載至具有正負極接線及線路的接收基板上，該接收基板可為顯示器基板或照明基板等，然後將微型晶粒準確地定位壓下並以高溫將晶粒焊接於接收基板上。
為達上述之目的，本發明包括：基板、水平移動載台及龍門支架，該水平移動載台安裝於該基座上，能於水平方向精密移動，該水平移動載台上另安裝著能獨立旋轉的三個晶粒旋轉台及一基板旋轉台；該龍門支架樹立於該基座，且不干涉該水平移動載台的移動，該龍門支架安裝著一升降機構，該升降機構能控制一吸取頭的升降，該吸取頭由下而上至少包括一吸取單元及一旋轉單元；藉由該水平移動載台精準地在不同時間移動該晶粒旋轉台或該基板旋轉台於該吸取頭下方，由該升降機構適時控制該吸取頭下降，讓該吸取頭一次吸取該晶粒旋轉台上的複數顆微型晶粒，或是將該複數微型晶粒加壓安裝於該基板旋轉台上的接收基板。
由於本發明將微型晶粒以微米間距安裝於該接收基板上，為克服習用封裝設備排列元件的定位精度於10μm的限制，本發明水平位置的精度由該水平移動載台負責，目前該水平移動載台的精度可達奈米級，該升降機構僅負責該吸取頭的上升，因此即可滿足以微米間距將微型晶粒安裝於該接收基板的作業。
再者，本發明之吸取頭進一步包括由下而上依序結合的吸取單元、加熱單元、隔熱單元及旋轉單元，利用該吸取單元能一次吸取數目眾多的微型晶粒，而在另一個下降時機，該加熱單元則能適時加熱，進而使熱能經該吸取單元傳導至該微型晶粒處，以完成熔焊於接收基板的目的，為一種創新實用的特殊吸取頭設計。
以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
本發明實施例為描述多晶粒壓合機，在各種實施例中，是以簡單示意的參考圖式進行描述，圖式中構件皆以簡單方塊呈現其所在位置及其空間型態，並未將各構件之詳細機構、機器及結構具體繪出，此類構件是運用目前實際機台即可具體實現之，但不因此限縮其範圍。本所所使用之術語「微型」晶粒，是根據本發明實施例之某些元件或結構之描述性大小，參考尺寸範圍於5μm至200μm。接收基板是用以供該微型晶粒採陣列式排列安裝其上，該接收基板是指用於顯示器銀幕之基板。
如圖1及圖2所示，分別為本發明側面結構示意圖以及基座俯視狀態的示意圖。本發明多晶粒壓合機，包括：基座1、水平移動載台2及龍門支架3。該水平移動載台2安裝於該基座1上，其上承載著能獨立旋轉的三個晶粒旋轉台21、22、22及一基板旋轉台24。該龍門支架3橫跨架設於基座1上方，安裝著一升降機構31，該升降機構31能控制一吸取頭4的升降。藉此利用該水平移動載台2精準地移動調整各旋轉台的位置，配合該吸取頭4適時升降，讓微型晶粒得依序被吸取上升、等待、下降、加壓加熱而焊接固定。由於本發明之架構能精準地控制各構件的位置，一次完成100~1000顆晶粒的焊接作業，在微米間距的條件下，滿足於該接收基板上完成千萬顆或億顆微型晶粒的焊接固定作業。
接著就各構件的運作方式及結構作一說明：
該基座1為一花岡岩平台，確保機台精密不受微震影響。
水平移動載台2安裝於該基座1上，能於水平(X-Y軸)方向作精準地移動。該水平移動載台2上另安裝著能獨立旋轉的三個晶粒旋轉台21、22、23及一基板旋轉台24。該晶粒旋轉台21、22、23能精準地控制其旋轉角度，分別用以承載著三個晶粒載盤（圖中並未畫出），三個晶粒載盤分別放置著紅光微型晶粒、綠光微型晶粒、以及藍光微型晶粒。本發明是利用該晶粒旋轉台21、22、23可精準旋轉的特性，進一步校正其所在方位。該基板旋轉台24亦能精準地控制其旋轉角度，用以承載該接收基板(圖中並未畫出)，該接收基板是供放置不同顏色的微型晶粒。在本實施例中，移動載台、旋轉台的皆為高精密度機台，為業界常用機台，故不再詳加描述。另外該水平移動載台2另安裝著一第一對位鏡頭組25，該第一對位鏡頭組25是朝上方向置拍攝，用以拍攝該吸取頭4的影像，透過內部軟體的運作分析，進而驅動該吸取頭4旋轉，以校正其位置。
該龍門支架3為ㄇ字型，採橫跨架設於該基座1上方，且不干涉到該水平移動載台2的移動。該龍門支架3中央位置安裝著該升降機構31，該升降機構31用以能控制位於其底部之吸取頭4的升降。該吸取頭4具有兩種功能：一、為一次精準地吸取100~1000顆微型晶粒，二、再次下降過程中，得進行加壓、加熱焊接作業。另外該龍門支架3另安裝著一第二對位鏡頭組33，該第二對位鏡頭組33是朝下方拍攝，當該晶粒旋轉台21、22、23或該基板旋轉台24被該水平移動載台2移動至下方位置時，由該第二對位鏡頭組33拍攝其影像，透過內部軟體的運作及分析，進而驅動該晶粒旋轉台21、22、23或該基板旋轉台24旋轉，以校正其位置，接著進行原點對位並予以電腦紀錄原點位置。
如圖3所示，為本發明第一實施例之吸取頭的側面結構示意圖。該吸取頭4包括由上而下依序結合的一旋轉單元41、一隔熱單元42、一加熱單元43、以及一吸取單元44。該旋轉單元41為一高精密度的旋轉軸，進而控制該吸取單元44的方位。該隔熱單元42包括由上而下連的一冷卻盤421及一隔熱層422，該隔熱層422由熱傳導係數差的材料所構成，避免熱能向上傳遞。該冷卻盤421另外連接一冷卻管路(圖中未畫出)，使該冷卻盤421具有降溫的效果，避免影響該旋轉單元41的運轉。該加熱單元43用以快速提升該吸取單元44的溫度，以利微型晶粒焊接作業的進行。該加熱單元43的加熱方式包括接觸式加熱及非接觸式加熱。接觸式加熱係於該加熱單元43內部填設一電熱裝置(圖中未畫出)，內部其餘部份皆為傳熱性佳的金屬所構成，藉此快速升溫。而非接觸式加熱則進一步包括一雷射發射單元45(如圖4所示)，該加熱單元43對應該雷射發射單元45位置處具有一盲孔431，該盲孔431的孔底是位於該加熱單元43的中心位置，透過該雷射發射單元45發射特定波長的光源於盲孔431內，使得該加熱單元43得快速升溫，此種方式的升溫效率較快。由於該吸取單元44與該加熱單元43是結合在一起，當該加熱單元43溫度快速升高時，該吸取單元4亦會同步升高。
如圖3、4所示，該吸取單元44由下而上包括相連的一多孔吸盤441及一金屬壓頭442。如圖5、6所示，該多孔吸盤441內部具有複數個縱向氣道4411且底面具有複數個接觸墊4412，每個該緃向氣道4411出口處對應著一個接觸墊4412，該多孔吸盤441與該金屬壓頭442相接處，於該縱向氣道4411頂端具有許多橫向氣道4413，藉此連通各縱向氣道4411。該金屬壓頭442內部具有管路4421能連接於外部的抽真空裝置(圖中未畫出)，該複數縱向氣道4411是與該管路4421相連接，藉此適時產生真空以吸取晶粒。該接觸墊4412可由純金所構成，間距尺寸是與微型晶粒相同。
接著就本發明的運作方式作一簡單的描述：
本實施例是用以製成一LED的顯示器銀幕，是將微尺寸(約0.01~0.1mm)的R、G、B 微型LED晶粒組裝在一起，形成約0.05~0.25mm的發光源，複數發光源以間距(約0.05~0.5mm)的陣列方式分佈擺放，藉此形成高解析度的LED銀幕。
承載著紅光微型晶粒、綠光微型晶粒、以及藍光微型晶粒的三個晶粒載盤分別放置於相對應之該晶粒旋轉台21、22、23上，欲安裝的接收基板則放置於該基板旋轉台24上。
首先進行校正作業，該水平移動載台2分別依序移動該晶粒旋轉台21、22、23及該基板旋轉台24於該第二對位鏡頭組33正下方，確認所承載之晶粒載盤及接收基板的位置是否正確，如果不對，並啟動旋轉台旋轉一角度，以校正至正確方位。同理將該第一對位鏡頭組25由該水平移動載台2移動至該吸取頭4正下方，確認該吸取單元44之位置是否正確，如果不對則由該旋轉單元41旋轉一角度，校正至該吸取單元44於正確方位。
接著進行晶粒的移載作業：首先將承載紅光微型晶粒之該晶粒旋轉台21移動至該吸取單元44正下方，該升降機構31控制該吸取頭4下降，利用該吸取單元44一次吸取100~1000顆紅光微型晶粒，吸取後上升待機。
接著利用該水平移動載台2將該基板旋轉台24移動至該吸取頭4正下方。
該升降機構31再次作動而使該吸取頭4下降，使該紅光微型晶粒得安裝於具有正負極接線及線路的該接收基板上，該接收基板於相對位置亦設有鍚膏或焊接劑等，之後該加熱單元43升溫，該吸取單元44同步升溫，使得該紅光晶粒熔焊到該接收基板上，之後解除該吸取單元44之真空吸力狀態後，該吸取頭4再度上升。
同理，接著將承載綠光微型晶粒之該晶粒旋轉台22由該水平移動載台4移動至該吸取單元4正下方，依序吸取微型晶粒上升，等待後再下降熔焊接到該接收基板上，即完成綠光微型晶粒的焊接作業。同理該藍光微型晶粒亦以相同方式完成焊接作業。當然也可將所有特定顏色之微型晶粒焊接於該接收基板後，再進行其他顏色微型晶粒的焊接作業。藉由本發明能一次大量地進行微型晶粒的焊接，在多次作業後，即達到商業化將數目眾多的發光二極體加工形成於一顯示器銀幕，最終達到高解析度發光二極體螢幕的生產目的。
如圖7所示，為本發明第三實施例之吸取頭的側面結構示意圖，在本實施中該吸取頭4包括由上而下依序結合的一旋轉單元41、一隔熱單元42、以及一吸取單元44，在本實施例中並無該加熱單元的結構，因此在本實施例中該吸取頭4主要負責將晶粒放置而安裝於接收基板後，後續再進行晶粒與接收基板加熱焊接固化作業，因此該隔熱單元42也可省略。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。
1‧‧‧基座
2‧‧‧水平移動載台
21、22、22‧‧‧晶粒旋轉台
24‧‧‧基板旋轉台
25‧‧‧第一對位鏡頭組
3‧‧‧龍門支架
31‧‧‧升降機構
33‧‧‧第二對位鏡頭組
4‧‧‧吸取頭
41‧‧‧旋轉單元
42‧‧‧隔熱單元
421‧‧‧冷卻盤
422‧‧‧隔熱層
43‧‧‧加熱單元
431‧‧‧盲孔
44‧‧‧吸取單元
441‧‧‧多孔吸盤
4411‧‧‧緃向氣道
4412‧‧‧接觸墊
4413‧‧‧橫向氣道
4412‧‧‧接觸墊
442‧‧‧金屬壓頭
45‧‧‧雷射發射單元
圖1為本發明之側面結構示意圖； 圖2為本發明之基座與水平移動載台之俯視結構示意圖，而龍門支架位置則以假想線表示； 圖3為本發明第一實施例之吸取頭的側面結構示意圖； 圖4為本發明第二實施例之吸取頭的側面結構示意圖； 圖5為本發明吸取單元之仰視圖； 圖6為本發明多孔吸盤之局部剖面示意圖； 圖7為本發明第三實施例之吸取頭的側面結構示意圖。

Claims (8)

  1. 一種多晶粒壓合機，包括：一基座；一水平移動載台，安裝於該基座上，能於水平方向精密移動，該水平移動載台上另安裝著能獨立旋轉的三個晶粒旋轉台及一基板旋轉台；以及一龍門支架，樹立固定於該基座，且不干涉到該水平移動載台的移動，該龍門支架上安裝著一升降機構，該升降機構能控制一吸取頭的升降，該吸取頭由下而上至少包括一吸取單元及一旋轉單元；其中該水平移動載台上另安裝著一第一對位鏡頭組，該第一對位鏡頭組是朝上方向拍攝，用以校正該吸取頭的位置；該龍門支架處另安裝著一第二對位鏡頭組，該第二對位鏡頭組是朝下方拍攝，用以校正下方該晶粒旋轉台及該基板旋轉台的位置；藉由該水平移動載台精準地在不同時間移動該晶粒旋轉台或該基板旋轉台於該吸取頭下方，由該升降機構適時控制該吸取頭下降，讓該吸取頭一次吸取該晶粒旋轉台的複數微型晶粒，或是將該複數微型晶粒加壓安裝於該基板旋轉台上的接收基板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多晶粒壓合機，其中該吸取單元由下而上包括相連的一多孔吸盤及一金屬壓頭，該多孔吸盤內部具有複數個縱向氣道且底面具有複數接觸墊，每個該緃向氣道出口位於對應一個該接觸墊，該複數縱向氣道是與位於該金屬壓頭內的管路相連通，該管路連接於外部的抽真空裝置，用以適時產生真空。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多晶粒壓合機，其中該接觸墊為純金材質。
  4. 如申請專利範圍第1項所所述之多晶粒壓合機，其中該吸取頭進一步包括一隔熱單元，因此該吸取頭的結構由下而上依序由該吸取單元、該隔熱單元及該旋轉單元所構成，該隔熱單元由下而上包括相連的一隔熱層及一冷卻盤，該冷卻盤另外連接一冷卻管路。
  5. 如申請專利範圍第1項所所述之多晶粒壓合機，其中該吸取頭進一步包括一隔熱單元及一加熱單元，因此該吸取頭的結構由下而上依序由該吸取單元、該加熱單元、該隔熱單元以及該旋轉單元所構成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之多晶粒壓合機，其中該加熱單元內部安裝著一電熱裝置。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之多晶粒壓合機，其中該吸取頭進一步包括一雷射發射單元，該加熱單元為金屬材質，在該雷射發射單元發射特定波長的光源於該加熱單元，可使得該加熱單元快速升溫。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之多晶粒壓合機，其中該加熱單元對應該雷射發射單元位置處具有一盲孔，該盲孔的孔底是位於該加熱單元的中心位置，該雷射發射單元得發射特定波長的光源於該盲孔內。
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