一种顶针单元、芯片剥离拾取装置及芯片剥离拾取方法

技术领域

本发明涉及芯片剥离拾取技术领域，尤其涉及一种顶针单元、芯片剥离拾取装置及芯片剥离拾取方法。

背景技术

近年来，柔性电子由于其突出的可延展性、适应性和便携性，成为了发展热点。但柔性电子比如柔性芯片在超薄硅片上切割完成后需要和背膜剥离才能进行后续的封装，目前已有多种对于芯片的剥离方案。

比如通过多顶针方案来代替更传统的单顶针方案，使得避免了单顶针方案容易导致的柔性芯片破裂的问题，但是多顶针方案却又容易出现剥离不完全的问题。

还有采用多顶针分级的方案，通过多个顶针分批次工作，解决了普通多顶针方案中不能完全剥离的问题，但是多顶针分级方案和普通多顶针方案由于都需要多个顶针，因此不适用于小尺寸的柔性芯片。

还有采用薄膜顶针方案，采用可形变的薄膜材料，通过在薄膜下方进行充气，从而使薄膜膨胀变形，由于薄膜膨胀变形过程中的逐步进行，能够很好的适应柔性芯片。但是薄膜顶针由于是充气膨胀，因此对于薄膜的材质要求很高，且对于充气的控制精度也十分高，导致成本高，可靠性差。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供一种顶针单元、芯片剥离拾取装置及芯片剥离拾取方法。

第一方面，在一个实施例中，本发明提供一种顶针单元，包括弹性片以及与弹性片连接的第一驱动装置；还包括用于给第一驱动装置供电的电源；

第一驱动装置用于控制弹性片两端相向移动，使得弹性片向上凸起；弹性片在第一驱动装置的作用下相向移动时已被配置为向上弯曲；顶针单元用于承载芯片及辅助芯片与背膜的剥离。

在一个实施例中，弹性片具有向上弯曲的弯折部；

或，还包括设置在弹性片下方的第二驱动装置，第二驱动装置用于在弹性片通过第一驱动装置的作用相向移动前对弹性片向上顶出第一预设高度。

在一个实施例中，第一驱动装置包括两个基座，弹性片两端分别固定在两个基座上。

在一个实施例中，第一驱动装置还包括水平导轨、竖直导轨、竖直滑块、连杆和驱动设备，两个基座套接在水平导轨上，竖直滑块套接在竖直导轨上并通过连杆分别与两个基座活动连接；竖直滑块还与驱动设备连接并用于在驱动设备的驱动下进行上下移动从而带动两个基座相向或背向移动。

在一个实施例中，竖直导轨上设有第一限位结构和第二限位结构，竖直滑块位于第一限位结构和第二限位结构之间。

在一个实施例中，上述顶针单元还包括弹簧，弹簧的两端分别与两个基座连接。

在一个实施例中，第一驱动装置还包括丝杆以及与丝杆连接的驱动设备，两个基座分别与丝杆螺纹连接；

丝杆用于在驱动设备的驱动下进行转动从而带动两个基座相向或背向移动。

在一个实施例中，上述顶针单元还包括套筒，弹性片和第一驱动装置设置在套筒内部，套筒顶部具有与弹性片位置对应的开口。

第二方面，在一个实施例中，本发明提供一种芯片剥离拾取装置，包括上述顶针单元；还包括拾取单元；拾取单元用于吸附顶针单元承载的芯片并使其与背膜剥离。

在一个实施例中，拾取单元包括依次连接的吸附装置、多个真空气管、多个抽气装置，吸附装置中开设有多个贯穿的真空气孔，每个真空气管与至少一个真空气孔连通，每个抽气装置与至少一个真空气管连通。

在一个实施例中，吸附装置包括套管和吸嘴，套管中开设有多个贯穿的气管通道，吸嘴中开设有多个贯穿的真空气孔，真空气管穿过气管通道与真空气孔连通。

第三方面，在一个实施例中，本发明提供一种采用上述芯片剥离拾取装置的芯片剥离拾取方法，包括：

步骤S1、控制弹性片向上凸起从而顶起芯片，使背膜和芯片从边缘开始剥离；

步骤S2、控制拾取单元吸附芯片，使芯片和背膜完全分离，完成剥离。

在一个实施例中，步骤S2，包括：

步骤S21、在芯片的边缘剥离一定程度后，控制拾取单元与处于弯曲状态的芯片上表面的中心区域接触及吸附；

步骤S22、控制弹性片和拾取单元进行背向移动，使得背膜和芯片的中心区域开始剥离，同时使得拾取单元逐渐吸附芯片的边缘区域。

在一个实施例中，在步骤S1之前，还包括：

S0、控制弹性片向上移动第二预设高度，使弹性片至少一部分区域与背膜接触。

通过上述顶针单元、芯片的剥离拾取装置及芯片剥离拾取方法，创新性的使用弹性片作为顶针单元的核心部件，通过第一驱动装置控制弹性片两端相对移动，从而弹性片会由于挤压而向上凸起顶起芯片实现剥离，由于剥离过程是依托弹性片的凸起，而弹性片的凸起是一个逐渐变化的过程，因此该方式对于芯片的剥离是十分柔和的，十分适用于较薄的柔性芯片，不会造成破裂的情况。弹性片的凸起依托其两端的夹紧，区别于薄膜充气的方式，无需再考虑薄膜的材质，无需再考虑充气的控制方法，更容易操作，可靠性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本发明一个实施例中顶针单元的结构示意图；

图2为本发明一个实施例中拾取单元的结构示意图；

图3为本发明一个实施例中吸嘴底部的结构示意图；

图4为本发明一个实施例中晶圆放置到顶针单元上的结构示意图；

图5为本发明一个实施例中弹性片形成凸起顶起晶圆的结构示意图；

图6为本发明一个实施例中拾取单元刚吸附柔性芯片的结构示意图；

图7为本发明一个实施例中拾取单元完全吸附柔性芯片的结构示意图。

上述附图中：100、顶针单元；1、弹性片；11、弯折部；2、基座；21、固定部；22、滑动部；31、水平导轨；32、竖直导轨；321、第一限位结构；322、第二限位结构；4、竖直滑块；5、连杆；6、弹簧；7、套筒；71、开口；200、拾取单元；8、吸附装置；81、套管；811、大径部；812、小径部；813、密封圈；82、吸嘴；821、真空气孔；9、真空气管；10、晶圆；101、芯片；102、背膜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

第一方面，如图1所示，在一个实施例中，本发明提供一种顶针单元100；包括弹性片1以及与弹性片1连接的第一驱动装置；还包括用于给所述第一驱动装置供电的电源；

第一驱动装置用于控制弹性片1两端相向移动，使得弹性片1向上凸起；弹性片1在第一驱动装置的作用下相向移动时已被配置为向上弯曲；顶针单元100用于承载芯片及辅助芯片与背膜的剥离。

其中，弹性片1可以由不锈钢冷轧钢带制成，具有良好的弹性和强度，较为适合作为“顶针”在本实施例中使用。弹性片1的尺寸可以结合需要剥离的芯片尺寸进行定制，如将弹性片1的长度可设为芯片长度的3.5到4倍，对应的可产生凸起的长度为芯片长度的2.5到3倍，该长度是根据弹性片1在凸起过程中长度和凸起高度的变化趋势确定的，能够较好的顶起芯片实现剥离；而弹性片1的宽度可设为芯片宽度的0.8到0.9倍，弹性片1的宽度略小于芯片宽度是为了在针对某个芯片进行顶起剥离时不影响该芯片附近的其他芯片。在其他实施例中，弹性片1还可以由塑料、橡胶等材质制成。

其中，第一驱动装置具体的形式可以很多，只要能够实现弹性片1两端相向移动，比如剪式驱动装置，通过控制剪式结构的伸张和压缩从而实现弹性片1两端相向移动或背向移动；还比如通过气缸驱动装置，通过气缸输出轴的伸缩实现弹性片1两端相向移动或背向移动；此外还可以通过丝杆和螺纹配合的形式，在本实施例中不作限定。并且第一驱动装置可以同时作用于弹性片1的两端，当然也可以作用于一端，并将另一端进行固定即可。

其中，弹性片1在相向移动时已被配置为向上弯曲也就是指使弹性片1在相向移动时具有一个向上的预弯曲，是为了确保弹性片1在相向移动时只能向上凸起，若弹性片1在相向移动前是平整的，则可能向上凸起，也可能向下凸起，使得凸起过程不可控。

其中，电源可以是单独的一个独立电源并直接与第一驱动装置连接；当然也可以通过外部控制器与第一驱动装置连接，此时独立电源为外部控制器供电，外部控制器又作为第一驱动装置的电源对其供电。

通过上述顶针单元100，创新性的使用弹性片1作为顶针单元100的核心部件，通过第一驱动装置控制弹性片1两端相对移动，从而弹性片1会由于挤压而向上凸起顶起芯片实现剥离，由于剥离过程是依托弹性片1的凸起，而弹性片1的凸起是一个逐渐变化的过程，因此该方式对于芯片的剥离是十分柔和的，十分适用于较薄的柔性芯片，不会造成破裂的情况。弹性片1的凸起依托其两端的夹紧，区别于薄膜充气的方式，无需再考虑薄膜的材质，无需再考虑充气的控制方法，更容易操作，可靠性更高。

如图1所示，在一个实施例中，弹性片1具有弯折部11，弯折部11用于在弹性片1相向移动时能够固定的向上凸起。

通过设置弯折部11来实现向上的预弯曲，可靠性高，成本低，不需要借助其他结构或装置。

在一个实施例中，上述顶针单元还可以包括设置在弹性片下方的第二驱动装置，第二驱动装置用于在弹性片通过第一驱动装置的作用相向移动前对弹性片向上顶出第一预设高度。

其中，通过第二驱动装置将弹性片向上顶出预设高度的目的和上述实施例中采用弯折部的目的相同，都是为了使弹性片在相向移动前具有预弯曲。此外通过该方式实现预弯曲时，在第二驱动装置对弹性片向上顶出时弹性片本身由于向上的力在水平上的分量会导致弹性片两端出现轻微的相向移动，因此为了更清楚的说明和理解，该实施例中第二驱动装置开始运行的时间点只是限定在弹性片通过第一驱动装置的作用相向移动前，而不考虑由第二驱动装置作用导致的相向移动。

如图1所示，在一个实施例中，第一驱动装置包括两个基座2，弹性片1两端分别固定在两个基座2上。

其中，弹性片1两端可以通过螺钉或螺栓固定在基座2上，对应的弹性片1两端设有钻孔。

其中，基座2和螺钉或螺栓的材质可以是不锈钢。

通过基座2来连接弹性片1，便于拆卸和维修。

如图1所示，在一个实施例中，第一驱动装置还包括水平导轨31、竖直导轨32、竖直滑块4、连杆5和驱动设备，基座2包括固接的固定部21和滑动部22，弹性片1两端分别固定在两个固定部21上，两个滑动部22套接在水平导轨31上，竖直滑块4套接在竖直导轨32上并通过连杆5分别与两个滑动部22活动连接；竖直滑块4还与驱动设备连接并用于在驱动设备的驱动下进行上下移动从而带动两个基座2相向或背向移动。

其中，固定部21和滑动部22可以是一体化结构。

其中，在该实施例中，采用了剪式驱动装置，通过上升和下降竖直滑块4从而带动两个基座2的滑动部22远离和靠拢，最终使弹性片1背向和相向移动。竖直滑块4通过传动杆连接驱动设备，驱动设备设置在底部，驱动设备包括电机组件或气缸组件。连杆5分别与基座2的滑动部22和竖直滑块4铰接。图1中仅仅只是示出了其中一种剪式驱动装置，在其他实施例中，还可以是其他任意一种剪式驱动装置。

其中，采用该实施例中的剪式驱动装置，使得驱动设备设置在底部，而顶针单元100一般都设在贴片机对应位置，因此底部驱动的方式更适合贴片机的应用场景。

如图1所示，在一个实施例中，竖直导轨32上还设有第一限位结构321和第二限位结构322，竖直滑块4位于第一限位结构321和第二限位结构322之间。

其中，第一限位结构321和第二限位结构322分别用于限制竖直滑块4在竖直导轨32上能够移动的范围，根据弹性片1的尺寸针对性的在竖直导轨32对应位置设置第一限位结构321和第二限位结构322能够将弹性片1控制在一个合理的移动范围内，从而起到保护弹性片1的作用，避免弹性片1过度弯曲或拉伸，从而导致损坏。第一限位结构321和第二限位结构322面向竖直滑块4的一侧都可以设置缓冲垫，从而保护竖直滑块4以及第一限位结构321和第二限位结构322。

其中，第一限位结构321和第二限位结构322与竖直导轨32是一体化结构，也可以是分体结构。

在一个实施例中，上述顶针单元100还包括弹簧6，弹簧6的两端分别与两个基座2连接。

其中，具体的弹簧6的两端分别与两个基座2的固定部21连接。弹簧6具有上述实施例中第一限位结构321和第二限位结构322相同的效果，能够将弹性片1控制在一个合理的移动范围内，从而起到保护弹性片1的作用，避免弹性片1过度弯曲或拉伸，从而导致损坏。此外，弹簧6还具有增强弹性片1弹性性能的作用，可以帮助弹性片1进行形变恢复。弹簧6的弹性系数需要结合弹性片1的参数进行设计。弹簧6的材质可以是304不锈钢。

在一个实施例中，第一驱动装置还包括丝杆以及与丝杆连接的驱动设备，两个基座分别与丝杆螺纹连接；

丝杆用于在驱动设备的驱动下进行转动从而带动两个基座相向或背向移动。

其中，丝杆上具有两段相反的螺纹，分别对应两个基座，使得在丝杆转动时，两个基座能够相向或背向移动。丝杆一端可以固接电机传动轴，从而实现转动，当然也可以其他方式。

通过丝杆的方式，控制精度更高，结构简单。

如图1所示，在一个实施例中，上述顶针单元100还包括套筒7，弹性片1和第一驱动装置设置套筒7内部，套筒7顶部具有开口71，弹性片1通过开口71向上凸起至套筒7外。

其中，若驱动设备设置在套筒7外，则套筒7底部需要开设用于容纳与竖直滑块4连接的传动杆的通孔，并且通孔处设有密封结构，使其具有防尘、防污的保护作用。

在一个实施例中，套筒7的内壁还可以设有滑槽，水平导轨31两端位于滑槽中，使得顶针单元100可以整体性的上下移动。

通过套筒7能够对弹性片1和第一驱动装置进行遮蔽，避免过多的灰尘和杂物进入，从而影响性能。

第二方面，如图2和3所示，在一个实施例中，本发明提供一种芯片剥离拾取装置，包括上述任一种顶针单元100；还包括拾取单元200；拾取单元200用于吸附顶针单元100承载的芯片并使其与背膜剥离。

通过上述芯片剥离拾取装置，创新性的使用弹性片1作为顶针单元100的核心部件，通过第一驱动装置控制弹性片1两端相对移动，从而弹性片1会由于挤压而向上凸起顶起芯片实现剥离，由于剥离过程是依托弹性片1的凸起，而弹性片1的凸起是一个逐渐变化的过程，因此该方式对于芯片的剥离是十分柔和的，十分适用于较薄的柔性芯片，不会造成破裂的情况。弹性片1的凸起依托其两端的夹紧，区别于薄膜充气的方式，无需再考虑薄膜的材质，无需再考虑充气的控制方法，更容易操作，可靠性更高。

如图2和3所示，在一个实施例中，拾取单元200包括吸附装置8、多个真空气管9、多个抽气装置，吸附装置8中开设有多个贯穿的真空气孔821，每个真空气管9与至少一个真空气孔821连通，每个抽气装置与至少一个真空气管9连通。

其中，拾取单元200主要用于吸附芯片从而能够对芯片进行转移，当真空气孔821和与芯片表面接触后形成密闭空间，抽气装置将对应真空气管9和真空气孔821中的空气抽出，形成负压，大气压将芯片压在吸附装置8上实现吸附，从而被拾取转移。

其中，由于设有多个抽气装置，并每个抽气装置与对应的真空气管9连通，而每个真空气管9又与对应的真空气孔821连通，使得真空气孔821被分为多组，每组都具有独立的吸附能力，当处于弯曲状态的芯片与吸附装置8接触面积很小时也能具有吸附能力，可靠性极高。

在一个实施例中，真空气孔、真空气管和抽气装置一一对应，采用一一对应，使得每个真空气孔都具有独立的吸附能力。

如图2和3所示，在一个实施例中，吸附装置8包括套管81和吸嘴82，套管81中开设有多个贯穿的气管通道，吸嘴82中开设有多个贯穿的真空气孔821，真空气管9穿过气管通道与真空气孔821连通。

其中，套管81主要用于对真空气管9的束缚，使其按照一定的方式排列固定，从而真空气管9与真空气孔821的连接能够更加稳定。

其中，气管通道可以和真空气管9一一对应，也可以是一个气管通道容纳多个真空气管9。

如图2所示，在一个实施例中，吸附装置8中的套管81包括与真空气管9相接的大径部811，以及与大径部811相接的小径部812，小径部812上靠近大径部811的位置设有密封圈813。密封圈813同时与小径部812和大径部811接触。

其中，大径部811和小径部812是为了形成径差，从而可以被卡入对应的安装结构中，在安装结构一般为具有弹性的卡扣。密封圈813是橡胶材质，密封圈813则是为了使得安装过程中的接触具有缓冲，卡扣过程更加安全，也使得吸附装置8的安装更加稳定，不易发生晃动。此外还具有防尘的目的。

如图2和3所示，在一个实施例中，多个真空气孔821在吸附装置8上呈阵列分布，多个真空气孔821所构成的图案为正方形。阵列分布相对均匀，能够对芯片提供稳定的吸附力。当然在其他实施例中，多个真空气孔821所构成的图案还可以是长方形、圆形等，具体的可以根据芯片的形状设计。

在一个实施例中，真空气孔的直径为0.5-1mm。

第三方面，如图2、3、4、5、6和7所示，在一个实施例中，本发明提供一种采用上述任一种芯片剥离装置的芯片剥离拾取方法，包括：

如图4所示，将顶针单元100安装到对应位置；将晶圆10放置到顶针单元100上，晶圆10包括背膜102和粘结在背膜102表面的芯片101，且背膜102朝向顶针单元100。

其中，通常情况顶针单元100是安装到贴片机底座上，从而晶圆10整体是放置在贴片机上的，并将需要剥离的区域对准弹性片1。该芯片的剥离拾取装置就是为了实现芯片101和背膜102的分离。

如图5所示，启动第一驱动装置，控制弹性片1的两端相向移动，使得弹性片1向上凸起从而顶起晶圆10，背膜102和芯片101从边缘开始剥离。

其中，在随着弹性片1的不断凸起，弹性片1的相对半径会越来越小，凸起的高度会越来越高，背膜102会发生形变弯曲，芯片101同样也会发生弯曲，但是背膜102和芯片101的弹性模量差异很大，芯片101的弹性模量比背膜102大，相对背膜102形变小，因此芯片101和背膜102会出现剥离，由于形变从边缘开始，因此也是从边缘开始剥离。

如图2、3和6所示，在芯片101的边缘剥离一定程度后，启动拾取单元200，控制吸附装置8与处于弯曲状态的芯片101上表面的中心区域接触及吸附。

其中，在过程中顶针单元100和拾取单元200同时工作，使得芯片101与吸附装置8相向移动，当吸附装置8和芯片101接触后，可以控制吸附装置8停止在当前位置，使弹性片1继续向上凸起，导致芯片101抵住吸附装置8并受压形成一定平面，从而芯片101的中心区域能够被吸附。当然也可以使吸附装置8和芯片101继续相向移动，或者使芯片101停止在当前位置，使吸附装置8继续下移。由于真空气孔821具有独立的吸附能力，因此对芯片101的中心区域能够具有足够的吸附力，此外由于在弹性片1向上凸起的过程中，芯片101会由于背膜102的粘结作用发生一定形变，边缘是向下弯曲的，因此最先和吸附装置8接触的只能是中心区域。

如图2、3和7所示，控制弹性片1和吸附装置8进行背向移动，使得背膜102和芯片101的中心区域开始剥离，同时使得吸附装置8逐渐吸附芯片101的边缘区域。

其中，在上一个实施例中，芯片101与背膜102在边缘已经剥离，并且芯片101的中心区域被吸附，此时芯片的中心区域还未被剥离，因此在该实施例中控制弹性片1和吸附装置8进行背向移动，利用吸附装置8的吸附力实现芯片101中心区域的剥离。具体的可以同时使弹性片1向下移动，而吸附装置8向上移动，芯片101受到背膜102的拉力(该拉力的产生依托于背膜102的向下移动和吸附装置8的向上移动，拉力的大小由背膜102和芯片101之间的粘结胶决定)、吸附装置8的吸附力，吸附力大于拉力，并且拉力还会逐渐减小，从而实现芯片101中心区域的剥离。还可以使弹性片1停止在当前位置，而吸附装置8向上移动；或者吸附装置8停止在当前位置，弹性片1向下移动；具体原理同上述弹性片1向下移动，吸附装置8向上移动基本相同，在此就不再赘述。

其中，在中心区域的剥离过程中，芯片101逐渐与背膜102剥离，芯片101会逐渐变平，吸附装置8与芯片101的接触面积逐渐变大，吸附程度变高，直至完全剥离，同时完全吸附。

通过上述芯片剥离拾取方法，创新性的使用弹性片1作为顶针单元100的核心部件，通过第一驱动装置控制弹性片1两端相对移动，从而弹性片1会由于挤压而向上凸起顶起芯片101实现剥离，由于剥离过程是依托弹性片1的凸起，而弹性片1的凸起是一个逐渐变化的过程，因此该方式对于芯片101的剥离是十分柔和的，十分适用于较薄的柔性芯片，不会造成破裂的情况。弹性片1的凸起依托其两端的夹紧，区别于薄膜充气的方式，无需再考虑薄膜的材质，无需再考虑充气的控制方法，更容易操作，可靠性更高。

在一个实施例中，在启动第一驱动装置，控制弹性片1的两端相向移动的步骤之前，还包括：

控制弹性片1向上移动第二预设高度，使弹性片1至少一部分区域与背膜102接触。

其中，该实施例是考虑到弹性片1自身参数的问题可能会导致凸起程度不够，而弹性片1又和背膜102具有一定距离，从而不能实现完全剥离，因此可以将顶针单元100向上移动一个预设高度，使得弹性片1先预先和背膜102接触一部分，此时只要弹性片1开始向上凸起就能够开始对背膜102顶出，而不再需要使弹性片1凸起到一定高度后才能够开始对背膜102顶出。

其中，顶针单元100需要整体上移，比如采用上述具有套筒7的实施例，在该实施例中则需要将水平导轨31、竖直导轨32等与套筒7接触的区域是可活动的，比如水平导轨31两端是位于套筒7上的滑槽中，此类的设计可以使得顶针单元100能够整体上移。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。