激光巨量转移装置用三自由度洛伦兹磁轴承制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光巨量转移装置用三自由度洛伦兹磁轴承，由转移系统、动子系统和定子系统三部分组成，转移系统主要包括：相机、激光头、源基板、芯片、目标基板、真空治具；动子系统主要包括：台面、光电码盘、外动子组件和内动子组件；定子系统主要包括：支撑座、洛伦兹磁轴承定子组件、轴向位移传感器支架、轴向位移传感器、万向滚珠保护轴承。针对激光巨量转移中主动承接芯片的需求，通过端部磁动势强化与局部倾斜充磁，在增强了轴承气隙磁密的同时，改善了气隙轴向磁密均匀性，促使目标基板实现轴向平动和绕X/Y方向偏转高精度悬浮和高带宽机动，有利于芯片转移过程中主动调整芯片的高度和角度，提高了芯片转移效率、精度和良率。精度和良率。精度和良率。

【技术实现步骤摘要】
激光巨量转移装置用三自由度洛伦兹磁轴承


[0001]本专利技术涉及一种磁轴承，尤其涉及一种激光巨量转移装置用三自由度洛伦兹磁轴承。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的发展，显示屏应用越来越广泛，成为信息流通的重要窗口。显示芯片是具有显示功能的芯片，可经过拼接拓展为尺寸合适的显示屏。相比于已经大规模量产的液晶屏(LCD)和有机发光二极管屏(OLED)，Mini/Micro LED几乎在各个技术维度上都有着碾压般的性能优势：长寿命，高对比度，高分辨率，快响应速度，更广的视角，丰富的色彩，超高的亮度和更低的功耗，可实现无缝隙拼接和快速响应。Mini/Micro LED显示屏的生产工艺流程包括芯片制备、芯片转移(芯片源基板分离、芯片拾取、芯片放置)、缺陷检测与修复等。其中，巨量转移是将芯片从源基板转移到电流驱动背板上的过程，其转移速度和转移良率是制约面板产能和显示效果的主要因素。
[0003]现有主流的巨量转移方式有精准拾取转移、流体自组装、滚轴转印和激光选择性释放。精准拾取技术使用静电力、电磁力、摆臂式和针刺式等不同方式进行芯片转移，受限于转移阵列的大小难以提高转移效率。流体自组装技术需要对芯片与目标基板进行特殊处理，利用流体驱使芯片与目标点位进行匹配，但随着转移过程的进行，初始空位状态的捕获井数量减少，转移速度变慢，且过程中芯片相互碰撞，易降低良率。滚轴转印技术利用滚轮系统，进行滚轴对滚轴或滚轴对面转印，需要精准控制各阶段粘附力，且利用自动化设备实现精密工艺难度较大。激光释放转移技术通过激光照射转移晶膜使其发生光热或化学反应，降低其与芯片间的粘性或使转移晶膜产生鼓泡来转移芯片，可选择性剥离或进行阵列转移，在众多转移技术中最具前景。
[0004]转移过程中，偶尔会出现芯片无法从转移晶膜上完全脱落或发生X/Y方向偏转，需要目标基板载台向上运动或同向偏转进行承接。磁浮构型载台利用磁阻力或洛伦兹力实现无接触悬浮支撑，具有系统简单、主动振动控制与振动抑制的优势。磁阻力型载台通过通电螺线管与永磁体的相互作用实现载台的稳定悬浮与平面驱动，具有承载力大、承载功耗低的优势，但由于磁阻力与控制电流成非线性关系，且存在位移负刚度，限制了载台运动速度与高精度运动范围。洛伦兹力型载台利用洛伦兹力与电流成线性关系，且无位移负刚度的优势，可以实现高控制带宽与快响应速度，是进行小行程高频往复运动的最优选择。但现有载台大多数仅能实现平面运动，不符合巨量转移需求，需重新设计洛伦兹力型载台以实现转移所需轴向往复运动和X/Y方向偏转功能。
[0005]洛伦兹力磁轴承是洛伦兹力型载台实现轴向悬浮与偏转运动的核心部件。中国专利201510146044.X所述的外转子洛伦兹力轴向磁轴承，采用矩形磁钢外置的结构，利用一对通电悬浮绕组在磁场中产生的同向安培力实现轴向单自由度悬浮，适合用于芯片的轴向高度调节，不具备芯片的小角度偏转调节能力。中国专利201610597382.X所述的双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承，将磁钢置于导磁环内部，利用两组成对通电绕组在恒定磁场中产生
一对大小相等、方向相反的安培力组成偏转力偶，实现径向两自由度偏转，可用于芯片小角度纠偏。此外，该方案通过导磁环的顺磁作用提高了气隙磁密均匀性，提升了运动控制精度，可实现芯片高精度偏转承接，但降低了气隙磁密强度，减小了悬浮力，降低了运动控制带宽，影响了芯片转移速度。中国专利201610920731.7所述的两自由度Halbach阵列偏转洛伦兹力磁轴承在专利201610597382.X基础上，采用Halbach阵列磁钢结构替换矩形磁钢，实现磁路聚磁作用，在保证气隙磁密均匀性的情况下，增加了气隙磁场强度，提高了载台偏转机动能力，提升了芯片转移速度。但上述两个专利均仅能进行芯片径向偏转调节，不能实现芯片高度调节。中国专利201510144912.0所述的双定子三自由度解耦洛伦兹力磁轴承，具备轴向平动和径向两自由度偏转能力，可用于芯片轴向高度调节与径向两自由度小角度调节，但磁钢端部的磁路边缘效应明显，漏磁严重，气隙内磁密强度低、磁密均匀性差，降低了芯片转移精度、良率和转移速度。中国专利201710220579.6所述的三自由度隐式洛伦兹力磁轴承，通过增加轴向磁钢和轴向绕组，实现了轴向平动和径向两自由度偏转控制，采用磁钢内置的隐式方案提高了气隙磁密均匀性，提高了芯片转移的精度和良率，但降低了气隙内整体磁密大小，影响了芯片转移的速度。此外，上述方案轴承对周向磁密均匀性要求较高，适合高速转子的轴向悬浮或径向偏转悬浮。但在芯片转移过程中，轴承对轴向磁密均匀性要求较高，对周向气隙磁密均匀性几乎不作要求。而上述方案均仅对周向磁密进行优化，不具备较高的轴向磁密均匀性，影响了芯片轴向高度调节和径向角度调节的精度和良率。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供了一种激光巨量转移装置用三自由度洛伦兹磁轴承，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]本专利技术的激光巨量转移装置用三自由度洛伦兹磁轴承，主要由转移系统、动子系统和定子系统三部分组成，转移系统主要包括：相机、激光头、源基板、芯片、目标基板、真空治具；动子系统主要包括：台面、光电码盘动子组件、外动子组件和内动子组件；定子系统主要包括：光电码盘定子组件、支撑座、洛伦兹磁轴承定子组件、轴向位移传感器支架、左轴向位移传感器、右轴向位移传感器、前轴向位移传感器、后轴向位移传感器、上轴向万向滚珠保护轴承、上径向万向滚珠保护轴承、中径向万向滚珠保护轴承、下径向万向滚珠保护轴承和下轴向万向滚珠保护轴承；相机位于激光头、源基板、芯片和目标基板正上方，激光头位于源基板上方，并正对目标剥离的芯片，源基板位于相机与激光头下方，芯片阵列位于源基板粘结层上，并通过激光头剥离脱落至目标基板的对应位置，目标基板位于源基板下方，真空治具位于目标基板下方，目标基板通过真空泵固定在真空治具卡槽内，台面位于真空治具下方，并通过紧固螺钉与真空治具连接，台面位于光电码盘动子组件的轴向下端，台面位于外动子组件和内动子组件轴向上端，光电码盘动子组件位于台面的轴向上端并通过紧固螺钉安装在台面上，外动子组件位于台面的下端外止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面上，内动子组件位于台面的下端内止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面上，支撑座位于台面、光电码盘动子组件、外动子组件和内动子组件的径向外侧，支撑座底部位于外动子组件和内动子组件的轴向下端，洛伦兹磁轴承定子组件位于外动子组件的径向内侧和
内动子组件的径向外侧，洛伦兹磁轴承定子组件位于支撑座底部的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座上，轴向位移传感器支架位于台面、光电码盘动子组件和支撑座的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座上，左轴向位移传感器、右轴向位移传感器、前轴向位移传感器和后轴向位移传感器位于台面的轴向上端，左轴向位移传感器、右轴向位移传感器、前轴向位移传感器和后轴向位移传感器成正交布置，并通过螺纹配合安装在轴向位移传感器支架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光巨量转移装置用三自由度洛伦兹磁轴承，主要由转移系统、动子系统和定子系统三部分组成，其特征在于：转移系统主要包括：相机(1)、激光头(2)、源基板(3)、芯片(4)、目标基板(5)、真空治具(6)；动子系统主要包括：台面(7)、光电码盘(8)动子组件、外动子组件(9)和内动子组件(10)；定子系统主要包括：光电码盘(8)定子组件、支撑座(11)、洛伦兹磁轴承定子组件(12)、轴向位移传感器支架(13)、左轴向位移传感器(14A)、右轴向位移传感器(14B)、前轴向位移传感器(14C)、后轴向位移传感器(14D)、上轴向万向滚珠保护轴承(15)、上径向万向滚珠保护轴承(16A)、中径向万向滚珠保护轴承(16B)、下径向万向滚珠保护轴承(16C)和下轴向万向滚珠保护轴承(17)；相机(1)位于激光头(2)、源基板(3)、芯片(4)和目标基板(5)正上方，激光头(2)位于源基板(3)上方，并正对源基板(3)上目标剥离的芯片(4)，源基板(3)位于相机(1)与激光头(2)下方，芯片(4)阵列位于源基板(3)粘结层上，并通过激光头(2)剥离脱落至目标基板(5)的对应位置，目标基板(5)位于源基板(3)下方，真空治具(6)位于目标基板(5)下方，目标基板(5)通过真空泵固定在真空治具(6)卡槽内，台面(7)位于真空治具(6)下方，并通过紧固螺钉与真空治具(6)连接，台面(7)位于光电码盘(8)动子组件的轴向下端，台面(7)位于外动子组件(9)和内动子组件(10)轴向上端，光电码盘(8)动子组件位于台面(7)的轴向上端并通过紧固螺钉安装在台面(7)上，外动子组件(9)位于台面(7)的下端外止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面(7)上，内动子组件(10)位于台面(7)的下端内止口径向内侧，并通过紧固螺钉安装在台面(7)上，支撑座(11)位于台面(7)、光电码盘(8)动子组件、外动子组件(9)和内动子组件(10)的径向外侧，支撑座(11)底部位于外动子组件(9)和内动子组件(10)的轴向下端，洛伦兹磁轴承定子组件(12)位于外动子组件(9)的径向内侧和内动子组件(10)的径向外侧，洛伦兹磁轴承定子组件(12)位于支撑座(11)底部的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座(11)上，轴向位移传感器支架(13)位于台面(7)、光电码盘(8)动子组件和支撑座(11)的轴向上端，并通过紧固螺钉安装在支撑座(11)上，左轴向位移传感器(14A)、右轴向位移传感器(14B)、前轴向位移传感器(14C)和后轴向位移传感器(14D)位于台面(7)的轴向上端，左轴向位移传感器(14A)、右轴向位移传感器(14B)、前轴向位移传感器(14C)和后轴向位移传感器(14D)成正交布置，并通过螺纹配合安装在轴向位移传感器支架(13)的下端正左方、下端正右方、下端正前方和下端正后方，上轴向万向滚珠保护轴承(15)位于轴向位移传感器支架(13)的下端和光电码盘(8)定子组件的径向外侧，并通过螺纹配合安装在轴向位移传感器支架(13)上，上径向万向滚珠保护轴承(16A)、中径向万向滚珠保护轴承(16B)和下径向万向滚珠保护轴承(16C)位于台面(7)和外动子组件(9)的径向外侧，上径向万向滚珠保护轴承(16A)、中径向万向滚珠保护轴承(16B)和下径向万向滚珠保护轴承(16C)位于支撑座(11)的径向内侧，从上至下依次为上径向万向滚珠保护轴承(16A)、中径向万向滚珠保护轴承(16B)和下径向万向滚珠保护轴承(16C)，上径向万向滚珠保护轴承(16A)、中径向万向滚珠保护轴承(16B)和下径向万向滚珠保护轴承(16C)通过螺纹配合安装在支撑座(11)上，下轴向万向滚珠保护轴承(17)位于外动子组件(9)的下端和洛伦兹磁轴承定子组件(12)的上端，并通过螺纹配合安装在洛伦兹磁轴承定子组件(12)
上，台面(7)的上端面与上轴向万向滚珠保护轴承(15)的滚珠接触点留有一定间隙，形成上轴向保护间隙(18A)，外动子组件(9)的下端面与下轴向万向滚珠保护轴承(17)的滚珠接触点留有一定间隙，形成下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，高晴利，赵甜甜，王中辉，李爱琴，马宁，徐杰，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：