一种基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于半导体技术领域，并具体公开了一种基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置及方法，包括微器件剥离转移模块、初级转印轴模块、次级转印轴模块、基板承载模块、微器件补缺模块、固化模块、封装模块与基板搬运模块，微器件剥离转移模块用于将微器件剥离并转移至初级转印轴模块；初级转印轴模块用于拾取微器件并对微器件间距进行调整；次级转印轴模块用于拾取初级转印轴模块上的微器件并对微器件间距进行调整；基板承载模块用于拾取次级转印轴模块上的微器件并将其送入微器件补缺模块、固化模块、封装模块、基板搬运模块中实现补缺、固化、封装及上下料。通过本发明专利技术，利用转印轴差速匹配实现微器件的巨量转移，生产效率高，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置及方法
本专利技术属于半导体
，更具体地，涉及一种基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置及方法。
技术介绍
Micro-LED是指尺寸极其微小的LED，其尺寸可以达到几微米，在毫米范围内即可制备上千上百个Micro-LED，形成Micro-LED阵列。由于Micro-LED具有局域化发光、电流扩展均匀、饱和电流密度高、输出光功率密度高和光电调制带宽高等优势，在显示、无掩膜光刻、可见光通信等领域表现出不错的应用前景。由于其自发光的特性，也更易于实现低能耗高亮度显示器。Micro-LED显示屏的制备，首先需要制备薄膜化、微小化、阵列化的Micro-LED，然后将Micro-LED批量化的转移到基板上，再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，最后进行封装即形成一结构简单的微器件显示屏。在该制程中，需要对Micro-LED进行批量化的转移，现有的Micro-LED转移技术一般是采用机械手拾取微器件，然后再转移到目标基板上，效率过低，无法满足Micro-LED显示屏制备中微器件巨量转移的要求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置及方法，其通过对关键组件如微器件剥离转移模块、初级转印轴模块、次级转印轴模块、基板承载模块、微器件补缺模块、固化模块、封装模块与基板搬运模块的结构及具体装配关系的研究与设计，以利用差速匹配的转印轴与激光剥离方法实现了微器件(晶片)的巨量转移，有效提高了生产效率，降低了生产成本。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其包括微器件剥离转移模块、初级转印轴模块、次级转印轴模块、基板承载模块、微器件补缺模块、固化模块、封装模块与基板搬运模块，其中：所述微器件剥离转移模块布置于初级转印轴模块的上方，其用于将晶元盘上的微器件剥离并转移至初级转印轴模块；所述初级转印轴模块用于拾取剥离的微器件，并对微器件的间距进行第一次调整；所述次级转印轴模块位于初级转印轴模块的右侧，且两者中心轴平行，该次级转印轴模块用于拾取初级转印轴模块上的微器件，并对微器件的间距进行第二次调整；所述基板承载模块布置于次级转印轴模块的下方，其用于拾取次级转印轴模块上的微器件，并将微器件依次送入微器件补缺模块、固化模块和封装模块；所述微器件补缺模块、固化模块、封装模块与基板搬运模块依次布置于基板承载模块的右侧，分别用于补缺、固化、封装及上下料。作为进一步优选的，所述微器件剥离转移模块包括晶元盘自动换盘单元、晶元盘托盘、晶元盘移动单元、转移激光扫描单元和转移激光剥离单元，所述晶元盘自动换盘单元位于晶元盘托盘的旁侧，用于实现晶元盘的自动换盘，以将晶元盘装在晶元盘托盘上，该晶元盘托盘的下方与晶元盘移动单元相连，上方设置所述转移激光扫描单元和转移激光剥离单元，所述转移激光扫描单元用于弱化微器件与蓝膜的粘结强度，所述转移激光剥离单元用于实现微器件与蓝膜的剥离；优选的，所述微器件剥离转移模块还包括遍历视觉单元，该遍历视觉单元位于晶元盘托盘的下方，用于检测并标识不良微器件，所述遍历视觉单元还与遍历视觉移动单元相连，以在遍历视觉移动单元的带动下调整其与晶元盘的相对位置。作为进一步优选的，所述初级转印轴模块包括初级转印轴辊筒、初级转印轴芯轴、初级转印轴清洁单元、初级转印轴旋转单元、微器件收废单元以及初级视觉单元，其中，所述初级转印轴辊筒套装在初级转印轴芯轴的外部，其外圆柱面布置有磁化层，所述初级转印轴芯轴的外圆柱面沿周向均布有可独立控制的多个初级功能区，所述初级转印轴清洁单元、微器件收废单元和初级视觉单元沿初级转印轴辊筒周向布置，该初级转印轴清洁单元用于清洁初级转印轴辊筒，该微器件收废单元用于无序微器件的收集，该初级视觉单元用于检测微器件排列的均匀性，所述初级转印轴辊筒还与初级转印轴旋转单元相连，该初级转印轴旋转单元用于驱动初级转印轴辊筒匀速转动。作为进一步优选的，所述次级转印轴模块包括次级转印轴辊筒、次级转印轴芯轴、次级转印轴旋转单元、次级转印轴移动单元、次级转印轴清洁单元和次级视觉单元和，其中，所述次级转印轴辊筒套装在次级转印轴芯轴的外部，其外圆柱面布置有磁化层，所述次级转印轴芯轴的外圆柱面沿周向均布有可独立控制的多个次级功能区，所述次级转印轴清洁单元和次级视觉单元沿次级转印轴辊筒的周向布置，所述次级清洁单元用于清洁次级转印轴辊筒，所述次级视觉单元用于检测微器件排列的均匀性，所述次级转印轴辊筒还与次级转印轴旋转单元和次级转印轴移动单元相连，所述次级转印轴旋转单元用于驱动次级转印轴辊筒匀速转动，所述次级转印轴移动单元用于调节次级转印轴辊筒与初级转印轴辊筒之间的间距。作为进一步优选的，所述基板承载模块包括三自由度模组、基板底座、调节组件、基板支撑板、基板视觉单元以及基板局部磁化单元，其中，所述基板底座布置在三自由度模组上，所述基板支撑板通过调节组件与基板底座相连，该基板支撑板上设置有带有黏性的基板，用于粘附微器件，所述基板视觉单元设于基板的上方，用于实现基板上微器件阵列的分布状态的检测，所述基板局部磁化单元设于基板的下方，用于实现将微器件从次级转印轴辊筒吸取至基板上。作为进一步优选的，每个初级功能区为预磁化区、磁化区、预消磁区以及消磁区中的一种，每个次级功能区为预磁化区、磁化区、预消磁区以及消磁区中的一种，其中，预磁化区用于实现初级转印轴辊筒或次级转印轴辊筒外表面磁化层的预处理，为磁化做准备；磁化区用于使磁化层完全磁化，实现对微器件的稳定吸附；预消磁区用于将磁化区的磁化强度弱化，为完全消磁做准备；消磁区用于完全消除磁化层对微器件的吸附能力。作为进一步优选的，所述微器件剥离转移模块的转移激光器单元包括三个激光剥离单元，分别为第一激光剥离单元、第二激光剥离单元以及第三激光剥离单元，其沿着初级转印轴辊筒周向等间隔布置，并且其发射的点激光束能垂直经过初级转印轴辊筒轴线；转移激光扫描单元包括第一转移激光扫描单元、第二转移激光扫描单元以及第三转移激光扫描单元；晶元盘包括第一晶元盘、第二晶元盘以及第三晶元盘,三组晶元盘沿着初级转印轴辊筒周向等间隔布置，垂直于第一晶元盘、第二晶元盘以及第三晶元盘盘心的直线分别与第一激光剥离单元、第二激光剥离单元以及第三激光剥离单元发射的激光平行；晶元盘托盘包括第一晶元盘托盘、第二晶元盘托盘以及第三晶元盘托盘，分别用于承载第一晶元盘、第二晶元盘以及第三晶元盘；晶元盘移动单元包括第一晶元盘移动单元、第二晶元盘移动单元以及第三晶元盘移动单元；第一晶元盘上装有第一类微器件，第二晶元盘装有第二类微器件，第三晶元盘上装有第三类微器件，三类晶元具有相同的尺寸规格；优选的，第一类微器件、第二类微器件以及第三类微器件为三类不同微器件,三种微器件同时转移到基板上，并形成均匀间隔排布。作为进一步优选的，通过下式保证第一类微器件、第二类微器件和第三类微器件在初级转印轴辊筒上等间隔排布：其中，m为相邻激光束所形成的夹角，w为初级转印轴辊筒的角速度，Δw为初级转印轴辊筒的角速度补偿量，t为单个激光剥离单元的激光发射间隔，Z表示整数，其值为优选的，通过控制第二激光剥离单元及第三激光剥离单元的延时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其特征在于，包括微器件剥离转移模块(10)、初级转印轴模块(20)、次级转印轴模块(30)、基板承载模块(40)、微器件补缺模块(50)、固化模块(60)、封装模块(70)与基板搬运模块(80)，其中：所述微器件剥离转移模块(10)布置于初级转印轴模块(20)的上方，其用于将晶元盘(14)上的微器件剥离并转移至初级转印轴模块(20)；所述初级转印轴模块(20)用于拾取剥离的微器件，并对微器件的间距进行第一次调整；所述次级转印轴模块(30)位于初级转印轴模块(20)的右侧，且两者中心轴平行，该次级转印轴模块(30)用于拾取初级转印轴模块(20)上的微器件，并对微器件的间距进行第二次调整；所述基板承载模块(40)布置于次级转印轴模块(30)的下方，其用于拾取次级转印轴模块(30)上的微器件，并将微器件依次送入微器件补缺模块(50)、固化模块(60)和封装模块(70)；所述微器件补缺模块(50)、固化模块(60)、封装模块(70)与基板搬运模块(80)依次布置于基板承载模块(40)的右侧，分别用于补缺、固化、封装及上下料。

【技术特征摘要】
1.一种基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其特征在于，包括微器件剥离转移模块(10)、初级转印轴模块(20)、次级转印轴模块(30)、基板承载模块(40)、微器件补缺模块(50)、固化模块(60)、封装模块(70)与基板搬运模块(80)，其中：所述微器件剥离转移模块(10)布置于初级转印轴模块(20)的上方，其用于将晶元盘(14)上的微器件剥离并转移至初级转印轴模块(20)；所述初级转印轴模块(20)用于拾取剥离的微器件，并对微器件的间距进行第一次调整；所述次级转印轴模块(30)位于初级转印轴模块(20)的右侧，且两者中心轴平行，该次级转印轴模块(30)用于拾取初级转印轴模块(20)上的微器件，并对微器件的间距进行第二次调整；所述基板承载模块(40)布置于次级转印轴模块(30)的下方，其用于拾取次级转印轴模块(30)上的微器件，并将微器件依次送入微器件补缺模块(50)、固化模块(60)和封装模块(70)；所述微器件补缺模块(50)、固化模块(60)、封装模块(70)与基板搬运模块(80)依次布置于基板承载模块(40)的右侧，分别用于补缺、固化、封装及上下料。2.如权利要求1所述的基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其特征在于，所述微器件剥离转移模块(10)包括晶元盘自动换盘单元(11)、晶元盘托盘(15)、晶元盘移动单元(16)、转移激光扫描单元(13)和转移激光剥离单元(12)，所述晶元盘自动换盘单元(11)位于晶元盘托盘(15)的旁侧，用于实现晶元盘(14)的自动换盘，以将晶元盘(14)装在晶元盘托盘(15)上，该晶元盘托盘(15)的下方与晶元盘移动单元(16)相连，上方设置所述转移激光扫描单元(13)和转移激光剥离单元(12)，所述转移激光扫描单元(13)用于弱化微器件与蓝膜的粘结强度，所述转移激光剥离单元(12)用于实现微器件与蓝膜的剥离；优选的，所述微器件剥离转移模块(10)还包括遍历视觉单元(18)，该遍历视觉单元(18)位于晶元盘托盘(15)的下方，用于检测并标识不良微器件，所述遍历视觉单元(18)还与遍历视觉移动单元(17)相连，以在遍历视觉移动单元(17)的带动下调整其与晶元盘(14)的相对位置。3.如权利要求1所述的基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其特征在于，所述初级转印轴模块(20)包括初级转印轴辊筒(21)、初级转印轴芯轴(22)、初级转印轴清洁单元(23)、初级转印轴旋转单元(24)、微器件收废单元(25)以及初级视觉单元(27)，其中，所述初级转印轴辊筒(21)套装在初级转印轴芯轴(22)的外部，其外圆柱面布置有磁化层，所述初级转印轴芯轴(22)的外圆柱面沿周向均布有可独立控制的多个初级功能区(26)，所述初级转印轴清洁单元(23)、微器件收废单元(25)和初级视觉单元(27)沿初级转印轴辊筒(21)周向布置，该初级转印轴清洁单元(23)用于清洁初级转印轴辊筒(21)，该微器件收废单元(25)用于无序微器件的收集，该初级视觉单元(27)用于检测微器件排列的均匀性，所述初级转印轴辊筒(21)还与初级转印轴旋转单元(24)相连，该初级转印轴旋转单元(24)用于驱动初级转印轴辊筒(21)匀速转动。4.如权利要求1所述的基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其特征在于，所述次级转印轴模块(30)包括次级转印轴辊筒(32)、次级转印轴芯轴(33)、次级转印轴旋转单元(36)、次级转印轴移动单元(37)、次级转印轴清洁单元(31)和次级视觉单元(34)和，其中，所述次级转印轴辊筒(32)套装在次级转印轴芯轴(33)的外部，其外圆柱面布置有磁化层，所述次级转印轴芯轴(33)的外圆柱面沿周向均布有可独立控制的多个次级功能区(35)，所述次级转印轴清洁单元(31)和次级视觉单元(34)沿次级转印轴辊筒(32)的周向布置，所述次级清洁单元(31)用于清洁次级转印轴辊筒(32)，所述次级视觉单元(34)用于检测微器件排列的均匀性，所述次级转印轴辊筒(32)还与次级转印轴旋转单元(36)和次级转印轴移动单元(37)相连，所述次级转印轴旋转单元(36)用于驱动次级转印轴辊筒(32)匀速转动，所述次级转印轴移动单元(37)用于调节次级转印轴辊筒(32)与初级转印轴辊筒(21)之间的间距。5.如权利要求1所述的基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其特征在于，所述基板承载模块(40)包括三自由度模组(41)、基板底座(42)、调节组件(43)、基板支撑板(44)、基板视觉单元(46)以及基板局部磁化单元(47)，其中，所述基板底座(42)布置在三自由度模组(41)上，所述基板支撑板(44)通过调节组件(43)与基板底座(42)相连，该基板支撑板(44)上设置有带有黏性的基板(45)，用于粘附微器件，所述基板视觉单元(46)设于基板(45)的上方，用于实现基板(45)上微器件阵列的分布状态的检测，所述基板局部磁化单元(47)设于基板(45)的下方，用于实现将微器件从次级转印轴辊筒(32)吸取至基板(45)上。6.如权利要求1所述的基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其特征在于，每个初级功能区(26)为预磁化区、磁化区、预消磁区以及消磁区中的一种，每个次级功能区(35)为预磁化区、磁化区、预消磁区以及消磁区中的一种，其中，预磁化区用于实现初级转印轴辊筒(21)或次级转印轴辊筒(32)外表面磁化层的预处理，为磁化做准备；磁化区用于使磁化层完全磁化，实现对微器件的稳定吸附；预消磁区用于将磁化区的磁化强度弱化，为完全消磁做准备；消磁区用于完全消除磁化层对微器件的吸附能力。7.如权利要求1所述的基于转印轴差速匹配的微器件巨量转移装置，其特征在于，所述微器件剥离转移模块(10)的转移激光器单元(12)包括三个激光剥离单元，分别为第一激光剥离单元(12a)、第二激光剥离单元(12b)以及第三激光剥离单元(12c)，其沿着初级转印轴辊筒(21)周向等间隔布置，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建魁，尹周平，金一威，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42