一种自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法与流程

本发明涉及一种自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法，包括相关装置的设计与高度补偿方法，主要用于自动转移印刷操作过程优化。

背景技术：

1、基于高分子印章的转移印刷技术（转印技术），是一种将无机半导体、金属、氧化物薄膜或晶体管、小尺寸电路、传感器等功能物体从原衬底表面向目标衬底进行组装集成的技术。随着这些待转移印刷的功能物体种类更多样，结构越复杂，先前的手动转移印刷操作难以满足集成一致性和高效性的并行。因而自动化转印技术是未来批量化处理转移印刷组装的发展趋势。

2、现有的高分子印章的转印技术是干式转印技术的一种，主要是利用基于率相关理论实现功能物体与印章和衬底之间的粘附调控。其主要的原理是利用高分子印章粘弹特性，高速转移（拾取），低速印刷（放置）。然而当利用高分子印章在大面积衬底上进行转移印刷操作时，由于衬底在大面积范围内并非绝对平整，高度起伏可达10至40微米。印章在如此不平整的衬底表面进行全局转移印刷操作时，如果使用同一下降高度进行运行，则衬底表面部分区域内，印章无法与衬底表面形成有效接触，故不能形成有效的转移与印刷操作。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法。

2、技术方案：本发明提供了一种自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法，包括自动转移印刷设备的装置设计和实施印章高度补偿方法的步骤设计，其中，自动转移印刷设备的装置设计包括包括：带有水平y方向位移的第一工作台ys，第一工作台ys上设置的印章固定平台st、垂直方向的第一运动台z1，与印章固定平台st相对且固定连接的激光反射式测距传感器ls，印章固定平台st和第一运动台z1垂直共轴的图像观察系统vs、与第一运动台z1独立进行z向共轴运动的第二运动台z2，带有水平x方向位移的第二工作台xs，第二工作台xs安装在支座sg上，第二工作台xs上设置有待转移衬底固定平台ts和待印刷衬底固定平台ps；

3、实施印章高度补偿方法的步骤设计包括：

4、步骤1：分别在待转移衬底固定平台ts和待印刷衬底固定平台ps上放置第一方形衬底t1和第二方形衬底p1，并将固化在透明玻璃表面的高分子印章stamp倒置贴附在印章固定平台st上；

5、步骤2：通过第一工作台ys和第二工作台xs的位移操作，将图像观察系统vs移动在第一方形衬底t1的正上方；

6、步骤3：激光反射式测距传感器ls与印章固定平台st的水平固定偏差，将激光反射式测距传感器ls移至第一方形衬底t1的正上方；

7、步骤4：根据转移过程中等距步进值，将第一方形衬底t1分割为若干等步进区域，并将激光反射式测距传感器ls移至第一个区域位置；

8、步骤5：按照转移过程的步进值，使用激光反射式测距传感器ls依次测量激光反射式测距传感器ls的探头至转移衬底相邻划分区域间的高度值并记录为htl1，htl2，…；

9、步骤6：再将印章固定平台st移至待转移衬底的第一个区域位置，记录下此时传感器ls的高度数值htl0，缓慢降低印章直至印章与待转移衬底接触，再次记录传感器ls高度值htl0并将印章恢复至初始高度位置；

10、步骤7：通过第一工作台ys和第二工作台xs的位移操作，将图像观察系统vs移动在第二方形衬底p1的正上方；

11、步骤8：根据激光反射式测距传感器ls与印章固定平台st间的水平固定偏差，将激光反射式测距传感器ls移至第二方形衬底p1的正上方；

12、步骤9：根据印刷过程中等距步进值，将第二方形衬底p1分割为若干等步进区域，并将激光反射式测距传感器ls移至印刷衬底的第一个区域位置；

13、步骤10：按照印刷过程的步进值，使用激光反射式测距传感器ls依次测量激光反射式测距传感器ls的探头至印刷衬底相邻划分区域间的高度值并记录为hpl1，hpl2，…；

14、步骤11：再将印章固定平台st移至待印刷衬底的第一个区域位置，记录下此时传感器ls的高度数值hpl0，缓慢降低印章直至印章与待印刷衬底接触，再次记录传感器ls高度值hpl0并将印章恢复至初始高度位置；

15、步骤12：通过计算得到待转移和待印刷衬底上第n个区域的高度补偿值分别为htln- htl1和hpln- hpl1，可得印章在待转移衬底和待印刷衬底不同区域上进行拾取和放置所需结构，印章平台st所需下降的高度分别为htl0- htl0+htln- htl1和hpl0- hpl0+hpln- hpl1，当印章移动到待转移或待印刷衬底的对应区域时，按照计算所得的高度值直接控制第一运动台z1拾取或放置所需结构。

16、进一步地，y方向位移的第一工作台ys采用直线电机驱动，并配精度优于1μm的光栅尺定位形成闭环运动。

17、进一步地，垂直方向的第二运动台z1采用直线电机驱动，脉冲精度优于0.5μm。

18、进一步地，激光反射式测距传感器ls采用激光反射式测距，测量精度优于1μm。

19、进一步地，图像观察系统vs采用单色光源照射。

20、进一步地，垂直方向的第二运动台z2采用直线电机驱动，脉冲精度优于1μm。

21、进一步地，带有水平x方向位移的第二工作台xs采用直线电机驱动，并配精度优于1μm的光栅尺定位形成闭环运动。

22、进一步地，支座sg采用超平材料。

23、进一步地，待转移衬底固定平台ts和待印刷衬底固定平台ps的表面采用超平处理。

24、进一步地，步骤1中，第一方形衬底t1和第二方形衬底p1的总面积均大于10mm*10mm。

25、进一步地，步骤1中，固化用的透明玻璃使用jsg1型高透石英片，厚度为1-2mm。

26、进一步地，步骤1中，高分子印章采用聚二甲基硅氧烷材料常温固化制备，厚度为5-10mm。

27、进一步地，步骤4和步骤9中，设置的等距步进值均大于5mm。

28、进一步地，步骤6和步骤11中，缓慢降低印章直至印章与待转移衬底接触的判断依据为通过图像观察系统vs观察到印章与当前下方的待转移或带印刷衬底接触后垂直方向的第一运动台z1再下降10μm。

29、有益效果：使用本发明的方法，在不改变转移印刷技术的机理的情况下，通过对待转移与待印刷衬底表面按周期性步进进行区域划分，并快速获得衬底表面的高度起伏数据，并补偿给各位置印章拾取与放置的高度下降值，精度可以达到1μm量级，能够极大提高自动转移印刷的成功率。

技术特征：

1.一种自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法，其特征在于，包括自动转移印刷设备的装置设计和实施印章高度补偿方法的步骤设计；

2.根据权利要求1所述的自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法，其特征在于，步骤1中，所述第一方形衬底t1和所述第二方形衬底p1的总面积均大于10mm*10mm；

4.根据权利要求1所述的自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法，其特征在于，步骤4和步骤9中，设置的所述等距步进值均大于5mm。

5.根据权利要求1所述的自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法，其特征在于，步骤6和步骤11中，缓慢降低所述印章直至所述印章与待转移衬底接触的依据为通过所述图像观察系统vs观察到所述印章与当前下方的待转移或带印刷衬底接触后垂直方向的所述第一运动台z1再下降10μm。

技术总结
本发明提供了一种自动转移印刷过程中的印章高度补偿方法，该方法通过使用激光测距装置和多轴运动位移台，依次测量出待转移和待印刷衬底表面不同位置的高度数值并依次记录形成一个相对高度矩阵，再通过印章标定其中一个位置的垂直高度位移量，结合已获得的高度矩阵，从而得到印章在衬底范围内不同位置上转移和印刷物体所需准确高度位移量；本发明主要用于提升自动转移印刷工作的可靠性，解决由于大面积待转移和待印刷衬底范围内高度起伏引起的印章拾取与放置时的失效问题。

技术研发人员：王宇轩,孔月婵,陈堂胜
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十五研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13