CN116854028A - 一种基于smp疏水表面和振动控制液滴的微装配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微转印技术领域，特别是涉及一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，该装配方法包括：印章控制调控阶段、微器件粘附拾取阶段、微器件释放阶段。该方法解决了SMP印章的粘附力小的缺点，提高拾取过程的效率和准确度，使用压电陶瓷振动提高释放效率，在目标基体上放置辅助液滴提高装配的准确度。装配装置包括：载物架、水平电控滑轨、源基体、控制线、温度控制器、控制器、数据传输总线、信号传输总线、温度报警器、升降台、工作台、压电陶瓷作动器支架、纵向电控滑轨、压电陶瓷作动器、加热装置、温度传感器、SMP印章支架、SMP印章、液滴、微电子器件、基座及目标基体，该装置结构简单，操作方便。

Description

一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法及装置

技术领域

本发明涉及微转印技术领域，特别是涉及一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法及装置。

背景技术

目前，柔性电子器件制造生产逐步增多，微转印技术是柔性电子器件生产制造过程中必不可缺少的一环。随着柔性电子器件集成化、精密化、功能复杂化的发展，微转印技术还需要进一步提高大面积微转印印刷效率，微转印精度，源基体和目标基体的准确定位，源基体和目标基体的污染等诸多问题。

从现阶段的专利公开以及文献资料显示：

1)有一些学者利用传送头的拾取凸起吸附载体基板上的微部件后，将传送头与载体基板上下翻转，运送至目标基板处，再使传送头再次翻转，使微器件转印在目标基板上。该方法过程复杂，多次翻转无法保证微器件的稳定性；

2)有一些学者将尖锥状微结构引入到PDMS印章中，通过黏附力将微电子器件黏起并将微电子器件转印到目标基体上，整个过程充分利用尖锥被压平与回复时黏附力的变化来实现微转印，但是，此种具有微结构的PDMS印章会发生慢回弹效应，微尖锥状最大粘附力太小印速度不易控制，其最大黏附力较小，对器件要求高，很难达到高度可控的剥离效果；

3)有一些学者考虑在微结构表面形成液膜进行微器件转移印刷技术，微结构表面为带有凹槽的硅片，在转印过程中进行振动将微器件转移至目标基板，该方法提高了转印效率，但是，在振动过程中增加了不确定性，转印精度大大降低。

综上，现有的研究成果和方法虽然在一定程度上可以实现微转印，但存在转印过程无法高度控制、转印精度差、转印操作损伤转运载体等诸多问题，实施效果未能满足柔性电子器件集成化、精密化、功能复杂化、转印精度高的发展要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法及装置，解决了SMP印章的粘附力小的缺点，提高拾取过程的效率和准确度，使用压电陶瓷振动提高释放效率，在目标基体上放置辅助液滴提高装配的准确度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，包括以下步骤：

步骤1，控制调控阶段

部署压电陶瓷作动器、加热装置、目标基体、源基体、辅助液滴、转印载体装置并调试控制系统；

步骤2，微器件粘附拾取阶段

将变形的SMP印章表面滴上液滴后使其与微电子器件接触，在液滴粘附力作用下将位于源基体的微电子器件进行拾取；

步骤3，微器件释放阶段,

将SMP印章再次加热使其发生形变回复，之后通过振动协助微电子器件被打印至放有辅助液滴的目标基体上；将完成当前转印工作的SMP印章提起并转移至下一个载有微电子器件的源基体上方，然后循环以上步骤，直至全部转印工作保质保量完成。

步骤2具体为：通过加热装置对SMP印章加热，而后施加预压力使SMP印章表面微结构变形；使用滴管在变形SMP表面滴加液滴，将液滴对准源基体微电子器件并下移使液滴与微电子器件接触，而后上移使微电子器件与源基体分离。

步骤3具体为：在目标基体上滴加辅助液滴，加热SMP印章至转变温度，使微电子器件对准目标基体辅助液滴，施加压电振动，使微电子器件得以释放。

一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配装置，包括工作台以及安装于工作台上的载物架、控制系统及转印载体装置，所述转印载体装置包括设置于工作台上的纵向电控滑轨和水平电控滑轨，纵向电控滑轨和控制系统相对设置，分别位于水平电控滑轨的两侧，纵向电控滑轨的滑块上分别安装有一上一下布置的压电陶瓷作动器支架和SMP印章支架，压电陶瓷作动器支架上安装有压电陶瓷作动器，压电陶瓷作动器的输出端与SMP印章支架上表面连接，SMP印章支架下表面设置有加热装置和温度传感器，加热装置上设置有转印载体，转印载体为SMP印章，通过SMP印章进行转印微操作，SMP印章和加热装置之间设置有温度传感器探头；水平电控滑轨的滑块上安装有托盘，托盘上表面设置带有转印位点的目标基体或源基体，源基体上设置有待转印的微电子器件。

所述控制系统包括安装于工作台上的升降台，升降台顶部设置有控制器、温度控制器、数据传输总线及温度报警器，温度控制器的输入端通过控制线与温度传感器连接，温度控制器的输出端通过控制线与温度报警器及加热装置连接，数据传输总线一端与计算机连接，数据传输总线另一端通过信号传输总线与控制器连接，通过计算机给控制器发送指令，控制器的输出端分别与纵向电控滑轨和水平电控滑轨的驱动器连接。

所述SMP印章可同时对一个或多个所述微电子器件进行转印，一个所述源基体上可同时放置多个所述微电子器件，一个所述目标基体上可同时设置多个待打印的所述靶位。

所述辅助液滴和液滴均为水，其成本低，无污染，易获取。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明公开了一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，面向MEMS，通过SMP印章的物理特性，在目标基体上放置辅助液滴，转印过程高度可控，微电子器件拾取效率大大提升；

本发明公开了一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，通过加热装置作用于SMP印章，调节加热装置功率的大小，对SMP印章进行加热使其粘附力和表面微结构得以产生变化，通过压电陶瓷振动，使得微电子器件顺利脱落，保证了转印过程高度可控，提升了微电子器件的转印效率；

本发明公开了一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，通过在SMP印章表面放置液滴的方式，保证了吸附能力的同时，提高了吸附的稳定性，保证了转印精度和转印效率；

本发明公开了一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，包括：转印载体装置、压电陶瓷振动器、目标基体、加热装置、源基体，并且将加热装置、SMP印章、压电陶瓷作动器等集成化设计，减小了装置体积，占用空间更小，更加便利，该装置能够对一个或多个微电子器件进行转印，大大提高转印效率和可控度。

附图说明

图1是本发明一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法的流程图；

图2是本发明一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配装置结构示意图；

图3是本发明提供一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法的微装配结构图；

图4是本发明提供一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法的技术架构图；

图5是本发明提供一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法的微转印示意图；

图6是本发明提供一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法的单靶位转印图。

附图标记说明如下：

1、载物架；2、水平电控滑轨；3、源基体；4、控制线；5、温度控制器；6、控制器；7、数据传输总线；8、信号传输总线；9、温度报警器；10、升降台；11、工作台；12、压电陶瓷作动器；13、纵向电控滑轨；14、压电陶瓷作动器支架；16、SMP印章支架；17、加热装置；18、SMP印章；19、液滴；20、微电子器件；21、基座；22、目标基体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1-图6所示，一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，包括以下步骤：

步骤1，根据MEMS的物理特性、转印质量要求部署压电陶瓷作动器、加热装置、目标基体、源基体、辅助液滴、转印载体装置并调试控制系统；

步骤2，首先，启动加热装置17对SMP印章18进行加热，从而SMP印章18可在2～3s内引发温热效应，加热效率高；根据微电子器件20的材质、体积、结构以及微转印精度和效率要求，通过温度报警器9显示调节作用于SMP印章18的加热功率的大小，准确的控制SMP印章18温度，进而控制SMP印章18的粘附力，当SMP印章18温度达到转变温度T_trans以上时，加热装置17停止加热；此时使SMP印章18受挤压力变形，使其表面微结构收缩；使用针管将液滴19放置在SMP印章18微结构表面，SMP印章表面液滴19的使用增加了粘附力大小，提高了拾取效率，操纵纵向电控滑轨13上的滑块带动SMP印章18下移，通知控制水平电控滑轨2上的滑块移动带动托盘上的源基体2移动，直至微结构表面的液滴19与源基体2上的一个或多个微电子器件20接触，再次控制纵向电控滑轨13使SMP印章18缓慢上移直至离开源基体3，在液滴19的吸附作用下将微电子器件20剥离，再将SMP印章18加热至转变温度以上，使SMP印章18表面微结构恢复原状，在压电陶瓷作动器14的压电振动的作用下，将SMP印章18表面带有微电子器件20的液滴19滴落在目标基体22上，其中转变温度Ttrans根据SMP印章18的结构、配方、表面质量测试确定；

步骤3，在目标基体22上滴加辅助液滴，提高了装配的准确度，水平电控滑轨3上的滑块带动目标基体22移动至SMP印章18的正下方，纵向电控滑轨13上的滑块带动SMP印章18下移至目标基体22正上方，再次通过加热装置17作用于SMP印章18上并通过温度报警器9显示将温度控制在转变温度Ttrans以上，此时，SMP印章18的微结构功能表面发生形变回复，通过压电陶瓷作动器施加压电振动，将微电子器件20打印至目标基体22的靶位上；

步骤4，将完成当前转印工作的SMP印章18提起并转移至下一个载有微电子器件20的源基体3上方，然后循环(2)、(3)步骤，直至全部转印工作保质保量完成。

一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配装置，包括工作台11以及安装于工作台11上的载物架1、控制系统及转印载体装置，所述转印载体装置包括设置于工作台11上的纵向电控滑轨13和水平电控滑轨2，纵向电控滑轨13与控制系统相对设置，两者分别位于水平电控滑轨2的两侧，纵向电控滑轨13的滑块上分别安装有一上一下布置的压电陶瓷作动器支架14和SMP印章支架16，压电陶瓷作动器支架14上安装有压电陶瓷作动器12，通过压电陶瓷作动器12能够提供微弱振动来使液滴19吸附的微电子器件20平稳转印到目标基体22位置上，提高释放速率，压电陶瓷作动器12的输出端与SMP印章支架16上表面连接，SMP印章支架16下表面设置有加热装置17和温度传感器，当SMP印章18的温度超出合理范围时触发温度警报器9发出警报，同时控加热装置17停止工作，加热装置17上设置有转印载体，转印载体为SMP印章18，SMP印章18下表面设置凸起，除凸起外的其他表面与微电子器件20接触较少，便于微电子器件20的剥离和打印，提高转印效率；加热装置17直接作用于SMP印章18，使其发生弹性形变和形状回复，通过SMP印章18进行转印微操作，SMP印章18和加热装置17之间设置有温度传感器探头；水平电控滑轨2的滑块上安装有托盘，托盘上表面设置带有转印位点的目标基体22或源基体3，源基体上设置有待转印的微电子器件20。所述控制系统包括安装于工作台11上的升降台10，升降台10顶部设置有控制器6、温度控制器5、数据传输总线7及温度报警器9，温度控制器5的输入端通过控制线与温度传感器16连接，温度控制器5的输出端通过控制线与温度报警器9及加热装置17连接，数据传输总线7一端与计算机相连，数据传输总线7另一端通过信号传输总线8与控制器6连接，通过计算机给控制器6发送指令，控制器6的输出端分别与纵向电控滑轨13和水平电控滑轨2的驱动器电连接，通过控制器6控制纵向电控滑轨13和水平电控滑轨2进行运动控制。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，控制调控阶段

部署压电陶瓷作动器、加热装置、目标基体、源基体、辅助液滴、转印载体装置并调试控制系统；

步骤2，微器件粘附拾取阶段

将变形的SMP印章表面滴上液滴后使其与微电子器件接触，在液滴粘附力作用下将位于源基体的微电子器件进行拾取；

步骤3，微器件释放阶段,

将SMP印章再次加热使其发生形变回复，之后通过振动协助微电子器件被打印至放有辅助液滴的目标基体上；将完成当前转印工作的SMP印章提起并转移至下一个载有微电子器件的源基体上方，然后循环以上步骤，直至全部转印工作保质保量完成。

2.根据权利要求1所述的一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，其特征在于：步骤2具体为：通过加热装置对SMP印章加热，而后施加预压力使SMP印章表面微结构变形；使用滴管在变形SMP表面滴加液滴，将液滴对准源基体微电子器件并下移使液滴与微电子器件接触，而后上移使微电子器件与源基体分离。

3.根据权利要求1所述的一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配方法，其特征在于：步骤3具体为：在目标基体上滴加辅助液滴，加热SMP印章至转变温度，使微电子器件对准目标基体辅助液滴，施加压电振动，使微电子器件得以释放。

4.一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配装置，其特征在于，包括工作台以及安装于工作台上的载物架、控制系统及转印载体装置，所述转印载体装置包括设置于工作台上的纵向电控滑轨和水平电控滑轨，纵向电控滑轨和控制系统相对设置，分别位于水平电控滑轨的两侧，纵向电控滑轨的滑块上分别安装有一上一下布置的压电陶瓷作动器支架和SMP印章支架，压电陶瓷作动器支架上安装有压电陶瓷作动器，压电陶瓷作动器的输出端与SMP印章支架上表面连接，SMP印章支架下表面设置有加热装置和温度传感器，加热装置上设置有转印载体，转印载体为SMP印章，通过SMP印章进行转印微操作，SMP印章和加热装置之间设置有温度传感器探头；水平电控滑轨的滑块上安装有托盘，托盘上表面设置带有转印位点的目标基体或源基体，源基体上设置有待转印的微电子器件。

5.根据权利要求4所述的一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配装置，其特征在于：所述控制系统包括安装于工作台上的升降台，升降台顶部设置有控制器、温度控制器、数据传输总线及温度报警器，温度控制器的输入端通过控制线与温度传感器连接，温度控制器的输出端通过控制线与温度报警器及加热装置连接，数据传输总线一端与计算机连接，数据传输总线另一端通过信号传输总线与控制器连接，通过计算机给控制器发送指令，控制器的输出端分别与纵向电控滑轨和水平电控滑轨的驱动器连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配装置，其特征在于：所述SMP印章可同时对一个或多个所述微电子器件进行转印，一个所述源基体上可同时放置多个所述微电子器件，一个所述目标基体上可同时设置多个待打印的所述靶位。

7.根据权利要求4所述的一种基于SMP疏水表面和振动控制液滴的微装配装置，其特征在于：所述辅助液滴和液滴为水。