MicroLED巨量转移芯片定位及飞行观测的系统及观测方法与流程

microled巨量转移芯片定位及飞行观测的系统及观测方法
技术领域
1.本发明属于微器件组装相关技术领域，更具体地，涉及一种microled巨量转移芯片定位及飞行观测的系统及观测方法。


背景技术：

2.随着半导体产业的发展，电子元器件集成度越来越高，其特征尺寸也越来越小。在进行操控时，对组装的精度要求也越来越高。这也给微器件组装领域也带来了巨大挑战，其组装步骤主要包括拾取和释放两个步骤。其根据释放过程中微器件与接收基板是否接触，现有的组装方法主要包括接触式和非接触式，无论哪一种方式，在拾取和释放过程中都需要组装装置与微器件进行定位对准，以此满足组装精度和工艺可靠性。采用视觉相机辅助定位是工业界普遍采用的方法，由于镜片加工的限制，镜头的视野越大，其光学精度越低，对于晶圆上的芯片，芯片尺寸很小，但数量众多，采用单个视觉组件很难同时满足大视野和高精度的要求。如何在晶圆上快速找到目标芯片并同时观测到该芯片的特征实现精准定位以及芯片飞行状态的观测是业界一直面临的难题。


技术实现要素：

3.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种microled巨量转移芯片定位及飞行观测的系统及观测方法。可以实现芯片的精确定位以及芯片飞行状态的局部和全局观测。
4.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种microled巨量转移芯片定位及飞行观测的系统，所述系统包括：双目视觉组件，包括第一单目视觉通道和第二单目视觉通道，所述第一单目视觉通道包括高倍镜头和高分辨率相机；所述第二单目视觉通道采用低倍镜头和低分辨率相机，定位时，所述双目视觉组件的镜头采集区域为所述目标芯片区域，飞行观测时，所述双目视觉组件的镜头采集区域为所述芯片的飞行观测区；激励，用于触发所述芯片的掉落转移过程；数字延迟脉冲发生器，包括多个通道，每个通道的触发时间和延迟时间单独控制，所述激励、第一单目视觉单元以及第二单目视觉单元分别于一所述通道连接。
5.优选地，所述系统还包括背光光源，所述背光光源与所述数字延迟脉冲发生器的一独立通道连接，以使所述数字延迟脉冲发生器控制所述背光光源的触发时间和延迟时间。
6.优选地，所述系统还包括显示窗口，所述显示窗口与所述双目视觉组件连接，用于可视化显示所述第一单目视觉单元和第二单目视觉单元采集的图像。
7.优选地，所述双目视觉组件还包括双视连接模组、第一半透半反镜片、第二半透半反镜片以及全反射镜片，所述双视连接模组为中空结构，所述双视连接模组两端密封且其垂直表面设有两个孔洞，即第一孔洞和第二孔洞，其中，第一孔洞贯通所述双视连接模组的下上表面，用于与所述高倍镜头的一端连接；第二孔洞贯通所述双视连接模组的上表面，用
于与所述低倍镜的一端连接，所述第一半透半反镜片斜45
°
设于所述第一孔洞内，所述第二半透半反镜片斜135
°
设于所述高倍镜头内，所述全反射镜片斜45
°
设于所述第二孔洞内。
8.优选地，所述高倍镜头的表面设有通光孔，所述通光孔的轴心与所述第二半透半反镜片的受光面中心对齐，所述通光孔用于接收同轴光源的光线。
9.优选地，所述显示窗口包括第一显示窗口和第二显示窗口分别用于显示所述高分辨率相机和低分辨率相机采集的照片。
10.按照本发明的另一个方面，提供了一种上述microled巨量转移芯片定位及飞行观测的系统的观测方法，所述方法包括：s1：通过所述第二显示窗口获取目标芯片模糊定位，通过第一显示窗口获取目标芯片精准定位；s2：采用所述数字延迟脉冲发生器触发所述激励匹配所述芯片掉落的响应时间；s3：在触发所述激励后采用所述数字延迟脉冲发生器同步触发所述背光光源和双目视觉组件，以此方式设置多个触发信号获得芯片在不同高度处的飞行状态。
11.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的microled巨量转移芯片定位及飞行观测的系统及观测方法：
12.1.本技术的双目视觉组件包括第一单目视觉通道和第二单目视觉通道，分别用于局部精细观测和全局观测，解决了目前观测方案中相机大视野和高精度不可兼得的矛盾，在定位观测时不仅可以观测到目标在全局中的位置，快速找到目标，同时可以实现高精度对准。
13.2.采用双目视觉相机、激励等可以实现微米级尺度物体高速动态观测。当目标运动速度很快时，往往需要高速相机通过提高帧率进行拍摄，价格昂贵。本发明通过控制光源的闪频来控制普通工业相机成像，同时搭配数字延迟脉冲发生器触发不同信号，实现飞行全姿态轨迹拍摄。
14.3.通过低倍镜成像可以得到其飞行轨迹，高倍镜成像可以得到不同时刻的飞行姿态。
15.4.可以搭配不同的相机镜头组合，对不同尺度的目标有很好的普适性。同时该方法可以应用于各种机床、平台等加工设备，具有显著的应用价值。
16.5.可以通过通光孔、第一半透半反镜片和第二半透半反镜片来调节采集照片的亮度，通光孔设置在高倍镜表面易于设置和操作，不会对其它设备的运行形成阻碍。
附图说明
17.图1是芯片飞行下落过程观测原理图；
18.图2是微间距芯片组装时激励响应模态图；
19.图3是双目视觉组件多目标同轴定位观测对准示意图；
20.图4是双目视觉组件多目标同轴定位观测原理及光路图；
21.图5是双目视觉组件应用于芯片飞行观测时的状态图；
22.图6是调控背光光源、相机、激励的原理图。
23.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
24.10-第一单目视觉单元；11-第二单目视觉单元；100-高分辨率相机；101-低分辨率相机；102-高倍镜头；103-低倍镜头；104-双视连接模组；105-通光孔；106-第二半透半反镜
片；107-第一半透半反镜片；108-全反射镜片；200-基底；201-芯片；300-第一显示窗口；301-第二显示窗口；302-高倍镜下芯片成像；303-低倍镜下芯片成像；304-数据连接线；400-同轴光源；401-背光光源；500-数字延迟脉冲发生器；501-通道；60-刀具；600-激励。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.本发明提供了一种microled巨量转移芯片定位及飞行观测的系统，如图1和图2所示，所述系统包括双目视觉组件、激励600、数字延迟脉冲发生器500等。
27.如图3和图4所示，双目视觉组件包括第一单目视觉单元10和第二单目视觉单元11，所述第一单目视觉单元10包括高倍镜头102和高分辨率相机100；所述第二单目视觉单元11采用低倍镜头103和低分辨率相机101，所述双目视觉组件的镜头采集区域为所述芯片的飞行观测区。
28.所述双目视觉组件还包括双视连接模组104、第一半透半反镜片107、第二半透半反镜片106以及全反射镜片108，所述双视连接模组104为中空结构，所述双视连接模组104两端密封且其垂直表面设有两个孔洞，即第一孔洞和第二孔洞，其中，第一孔洞贯通所述双视连接模组104的下上表面，用于与所述高倍镜头的一端连接；第二孔洞贯通所述双视连接模组104的上表面，用于与所述低倍镜头103的一端连接，所述第一半透半反镜片107斜45
°
设于所述第一孔洞内，所述第二半透半反镜片106斜135
°
设于所述高倍镜头102内，所述全反射镜片108斜45
°
设于所述第二孔洞内。
29.所述双目视觉组件还可以用于精确定位，此时所述高倍镜头102的表面设有通光孔105，所述通光孔105的轴心与所述第二半透半反镜片106的受光面中心对齐，所述通光孔用于接收同轴光源400的光照，通过第一单目视觉通道可以实现局部精细观测，第二单目视觉通道可以实现全局观测，实现快速高精度对准定位。
30.激励600，用于触发所述芯片201的从基底200掉落转移过程。
31.数字延迟脉冲发生器500，包括多个通道501，每个通道501的触发时间和延迟时间单独控制，所述激励600、第一单目视觉单元10以及第二单目视觉单元11分别于一所述通道501连接。
32.所述系统还包括背光光源401，所述背光光源401与所述数字延迟脉冲发生器500的一独立通道连接，以使所述数字延迟脉冲发生器500控制所述背光光源401的触发时间和延迟时间。
33.所述系统还包括显示窗口，所述显示窗口与所述双目视觉组件连接，用于可视化显示所述第一单目视觉单元和第二单目视觉单元采集的图像。所述显示窗口包括第一显示窗口300和第二显示窗口301分别通过数据连接线304与高分辨率相机100和低分辨率相机101连接，用于显示高分辨率相机和低分辨率相机采集的照片。第一单目视觉单元与第二单目视觉单元的显示图像通过两个显示器显示或者一个显示器的两个窗口显示。其中第一单目视觉单元由于其放大倍数更高，在显示图像中可以只观测一个芯片或芯片的局部特征生
成高倍镜下芯片成像302；第二单目视觉单元由于其放大倍数较低，在显示图像中视野更广，能观测到更多的芯片以及目标芯片在全局视野中所在的位置生成低倍镜下芯片成像303。
34.工作过程中，打开同轴光源，同轴光源的光线经过第一半透半反镜片反射后一部分到达第二半透半反镜片，另一部分透过高倍镜头的内壁上被吸收或散射，到达第二半透半反镜片上的光被分成两部分，一部分透射之后照射到目标物体上，另一部反射到双视连接模组的内壁上被吸收或散射，到达目标物体的光经过反射后再次到达第二半透半反镜片，同样的一部分光经过反射到达全反射镜片，另一部分光透射到达第一半透半反镜片。到达全反射镜片的光经过反射后进入第二单目视觉单元中的相机中成像，到达第一半透半反镜片的光依然分为两部分，一部分反射后离开双目视觉组件，另一部分透射后进入第一单目视觉单元中的相机中成像。
35.通过选择的不同相机镜头，不仅可以实现小视场高精度观测以应对微米级尺度目标局部特征，同时还可以实现大视野低精度观测以确定目标在全局视野所在位置。芯片下落飞行观测采用上述双目视觉组件，搭配背光光源或同轴光源对芯片(微元件)组装过程中下落飞行状态进行观测。其观测方法是利用数字脉冲发生器对光源、双目视觉组件、驱动激励进行延迟分配，使得相机抓拍到芯片飞行状态，实现对微米尺度目标高速运动状态的观测。
36.在未进行图像采集之前需要做如下准备：
37.步骤1：标定刀具60(也可以是激光、喷头、顶针等其他对目标物体进行加工的装置，为表述方便，统称为刀具)与双目视觉组件的相对位置，并记为δd。之后若不更换刀具或变动双目视觉组件位置，则不需要重新标定。
38.步骤2：将目标装夹在运动平台上并移动到双目视觉组件的镜头下方，打开光源，保持相机供电和数据连接正常。并打开相机对应的软件。
39.步骤3：调节目标物体与双目视觉组件之间的距离，调节焦距，，如图5所示可以将双目视觉组件旋转90度使得目标的可以在镜头捕捉的范围内，使电脑画面中成像清晰。
40.步骤4：移动运动平台，在第二显示窗口找到该目标并与窗口中的十字光标初步对准。此时在第一显示窗口中将出现目标图像，再次调整目标位置，令第一显示窗口中目标图像与十字光标对准。记录运动平台位置，此时实现目标位置与双目视觉组件定位对准。记录此时运动平台的坐标。
41.步骤5：根据相对位置δd，将运动平台移动到刀具下方。此时目标物体与刀具实现定位对准。
42.步骤6：开始加工或其他操作。
43.如图6所示，以上位置调节好后采用如下方法实现芯片掉落过程的观测：
44.s1：通过所述第二显示窗口获取目标芯片模糊定位，通过第一显示窗口获取目标芯片精准定位；
45.s2：采用所述数字延迟脉冲发生器触发所述激励匹配所述芯片掉落的响应时间；
46.s3：在触发所述激励后采用所述数字延迟脉冲发生器同步触发所述背光光源和双目视觉组件，以此方式设置多个触发信号获得芯片在不同高度处的飞行状态。此时背光光源的闪频和双目视觉组件拍照频率相同。即可以抓拍到芯片掉落过程中的部分状态图片。
最后，不断调整延迟时间并做同组实验，即可得到芯片下落飞行的姿态和轨迹。
47.若芯片与接收基板间距很小，不足以实现飞行下落过程时，可以使用高倍镜成像观测到再激励作用下的转移状态。
48.当芯片与接收基板间距较小时，芯片组装时与基板产生微接触，不具备飞行姿态。将双目视觉组件对焦到转移图章处，可以观测到鼓泡大小、鼓泡速度和芯片倾斜姿态。
49.综上所述，本技术提供了一种microled巨量转移芯片定位及飞行观测的系统及观测方法。可以实现芯片的精确定位以及芯片飞行状态的局部和全局观测。
50.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。