CN107651648B - 一种基于微振动激励微器件自装配装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微振动激励微器件自装配装置及方法。该装置包括基板和隔板，基板上具有刻蚀出的凹坑阵列，凹坑阵列中的每个凹坑与微元件的外形相匹配，微元件由载体溶液承载，隔板与基板构成装配腔，基板通过连接板与压电叠堆驱动器一端刚性连接，压电叠堆驱动器的另一端固装在固定支座上，压电叠堆驱动器由计算机及驱动电源控制。本发明利用压电振动对基板进行激励，使基板上未有与基板完全嵌合的微元件取得由亚稳态跳跃到期望装配结构的能量，实现与基板完全嵌合，当载体溶液去除后，在范德华力作用下，微元件的下表面与凹坑的底面连接在一起。该激励可在频率、振幅、波形上进行调节，以适应不同尺度及外形的微装配要求，提高装配成功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种微元件的装配装置及方法，特别涉及一种微元件的自动装配装置及方法。
背景技术
平板显示(FPD)设备中的驱动器和显示单元、LED芯片进行高密度对位组装、微型控制系统、光电子灵巧阵列传感器和电子标签等都需要大批量微元件的重复性精密组装，流体自组装技术中的外形匹配式对位具有对大批量微元件在三维空间上并行地、精确地对位组装的能力，载体溶液中的微元件在自身重力、液态粘结材料的毛细管力和表面张力等的作用下会随机落入基板上相匹配的凹坑时，传统液压泵阀驱动溶液的匀速流动，当微元件接近基板组装点时，其运动的惯性会削弱对微元件与基板上的定位精度，会有部分微元件定位未有与基板完全嵌合，造成装配效率低下。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于微振动激励微器件自装配装置及方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种基于微振动激励微器件自装配装置，包括基板和隔板，所述基板上具有刻蚀出的凹坑阵列，所述凹坑阵列中的每个凹坑与从硅片上加工制造出的微元件的外形相匹配，所述微元件由载体溶液承载，所述隔板与基板构成装配腔，所述基板通过连接板与压电叠堆驱动器一端刚性连接，压电叠堆驱动器的另一端固装在固定支座上，压电叠堆驱动器由计算机及驱动电源控制。
本发明还提供一种基于微振动激励微器件自装配方法，过量的微元件分散悬浮在选定的载体溶液中，在压力的驱动下从基板和隔板之间流过，计算机由编程通过驱动电源控制压电叠堆驱动器以固定支座为支撑横向振动，计算机编程后通过驱动电源控制压电叠堆驱动器的振幅、频率、加速度。
作为本发明的进一步改进，当载体溶液悬浮着过量的微元件流经基板上的凹坑阵列时，微元件在液态粘结材料的毛细管力和表面张力的作用下随机落入相匹配的凹坑中；利用压电叠堆驱动器的压电振动对基板进行激励，使基板上未与基板完全嵌合的微元件取得由亚稳态跳跃到期望装配结构的能量，持续的激励逐渐使微元件与基板的凹坑完全嵌合；有机会进入的凹坑的元件被冲出基板表面。
本发明的有益效果如下：
本发明基于微振动激励微器件自装配装置及方法，利用压电振动对基板进行激励，使基板上的未有与基板完全嵌合的微元件取得由亚稳态跳跃到期望装配结构的能量，实现与基板完全嵌合，当载体溶液去除后，在范德华力作用下，微元件的下表面与凹坑的底面连接在一起。该激励可以在频率、振幅、波形上进行调节，以适应不同尺度及外形的微装配要求，提高装配成功率。有效解决了现有技术中因部分微元件定位不能与基板完全嵌合而造成造成装配效率低下的问题。
附图说明
图1是本发明基于微振动激励微器件自装配装置的结构原理图。
图中：1、基板；2、微元件；3、溶液；4、隔板；5、连接板；6、压电叠堆驱动器；7、固定支座；8、驱动电源；9、计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一
本实施例提供一种基于微振动激励微器件自装配装置，结构如图1所示：
硅或玻璃等基板上1上具有刻蚀出的相应形状的凹坑阵列，每个凹坑与从硅片上加工制造出特定外形的微元件2相匹配，微元件2由载体溶液3承载，隔板4与基板1构成装配腔，硅或玻璃等基板上1通过刚性连接板5与压电叠堆驱动器6一端刚性联结，压电叠堆驱动器6的另一端固装在固定支座7上，压电叠堆驱动器由计算机9及驱动电源8控制。
实施例二
本实施例提供一种基于实施例一所述自装配装置的自装配方法。
过量的微元件2分散悬浮在选定的载体溶液3中，可在压力的驱动下从基板上1和隔板4中流过，计算机9由编程通过驱动电源8控制压电叠堆驱动器6以固定支座7为支撑横向振动，计算机9编程后通过驱动电源8控制压电叠堆驱动器6的振幅、频率、加速度。
当载体溶液3悬浮着过量的微元件2流经基板上1上凹坑阵列时，微元件、液态粘结材料的毛细管力和表面张力等的作用下会随机落入基板上相匹配的凹坑，一部分微元件2与基板凹坑完全嵌合，还有一大部分微元件2未基板1的凹坑完全嵌合，利用压电叠堆驱动器6的压电振动对基板1进行激励，使基板上的未有与基板完全嵌合的微元件取得由亚稳态跳跃到期望装配结构的能量，持续的激励会逐渐使微元件2陆续的与基板1的凹坑完全嵌合，如同拼装积木。经过一段时间的振动激励，保证绝大多数的微元件2与基板1的凹坑完全嵌合，没有机会进入的凹坑的元件将被冲出基板表面。经过清洗，进入下一次的组装。微元件在基板组装点上对位后，将溶液清除干净，经过引线互连完成产品的组装。
计算机通过程序参数化改变驱动电源8向压电叠堆驱动器6施加驱动信号,控制压电叠堆驱动器6的振幅和频率及加速度，可以调整对基板1激励能量，以适应不同形状及尺度的微装配要求。
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。
Claims (3)
1.一种基于微振动激励微器件自装配装置，其特征在于：包括基板(1)和隔板(4)，所述基板(1)上具有刻蚀出的凹坑阵列，所述凹坑阵列中的每个凹坑与从硅片上加工制造出的微元件(2)的外形相匹配，所述微元件(2)由载体溶液(3)承载，所述隔板(4)与基板(1)构成装配腔，所述基板(1)通过连接板(5)与压电叠堆驱动器(6)一端刚性连接，压电叠堆驱动器(6)的另一端固装在固定支座(7)上，压电叠堆驱动器(6)由计算机(9)及驱动电源(8)控制，计算机(9)通过驱动电源(8)控制压电叠堆驱动器(6)以固定支座(7)为支撑横向振动。
2.权利要求1所述装置的自装配方法，其特征在于：过量的微元件(2)分散悬浮在选定的载体溶液(3)中，在压力的驱动下从基板(1)和隔板(4)之间流过，计算机(9)由编程通过驱动电源(8)控制压电叠堆驱动器(6)以固定支座(7)为支撑横向振动，计算机(9)编程后通过驱动电源(8)控制压电叠堆驱动器(6)的振幅、频率、加速度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当载体溶液(3)悬浮着过量的微元件(2)流经基板(1)上的凹坑阵列时，微元件(2)在液态粘结材料的毛细管力和表面张力的作用下随机落入相匹配的凹坑中；利用压电叠堆驱动器(6)的压电振动对基板(1)进行激励，使基板(1 )上未与基板(1 )完全嵌合的微元件(2)取得由亚稳态跳跃到期望装配结构的能量，持续的激励逐渐使微元件(2)与基板(1)的凹坑完全嵌合；没有机会进入的凹坑的元件被冲出基板(1 )表面。
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