用於平面器件集成的多模塊的拼接方法及拼接裝置的製作方法
2024-02-09 15:24:15 1
專利名稱：用於平面器件集成的多模塊的拼接方法及拼接裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於半導體工藝技術領域，涉及一種在平面器件集成中能將多個零 散模塊器件按陣列或者非陣列方式進行精密拼接的方法及裝置。
背景技術：
在光電傳感器無縫拼接技術中，需要將傳感器或者晶片精密地按陣列方式 排列，然後進行粘接固化、電器互聯等工藝，最終實現高集成度和低成本的半 導體或是光電器件。
在液晶顯示模塊無縫拼接中 > 要求將各個液晶子模塊按陣列或者非陣列方 式，然後將該排列好的子模塊粘接在基板上面，完成拼接，實現大尺寸顯示面 積。
電子設備輕型化、小巧化對晶片的封裝不斷提出新的要求。將多個具有不 同功能的晶片(比如半導體，生物，流體，機械或是光學等微型晶片)集成並 封裝成一個功能完整的系統或模塊將成為晶片加工和封裝技術的一個十分重要 的組成部分。這需要將各個尺寸形狀不同的棵晶片按陣列或者非陣列方式拼接 在基板上，然後使用光刻或者列印方式製作連接導線。
總之諸多電子產品開發需要精密拼接的方法和設備。但是目前的拼接技術 普遍停留在手工操作階段，存在對工人操作水平要求較高、產率低、成品率低、 設備通用性差、自動化水平低的缺點。以航天技術中所用的光電傳感器CCD的 拼接為例，其就是使用萬能工具顯微鏡和平行光管手動拼接。
發明內容
本發明的目的在於提供一種自動化水平高的多個晶片或模塊的拼接方法及 裝置，該方法及裝置能夠精密地按陣列或者非陣列方式拼接各種不同的模塊。 為了達到以上目的，本發明可以通過如下幾種技術方案得以實現
技術方案一
一種用於平面器件集成的多模塊的拼接方法，該拼接方法中運用了拼接臺、 驅動控制系統、定位裝置、用於搬運模塊的機械手裝置；它包括如下步驟
(1) 、調節定位裝置上的基準位置，當調節好基準位置後，保持該基準位 置固定不變；
(2) 、根據預加工產品的要求，將多個模塊在預加工產品中的相對坐標值 輸入到驅動控制系統中，該驅動控制系統通過輸入的坐標值以及步驟(1 )中的 基準位置值計算得出機械手裝置在搬運各個模塊時所移動的軌跡；
(3) 、通過上述的定位裝置將一個模塊進行起始定位，即使得該個模塊上 的標記位置與所述的定位裝置上的基準位置相對準；
(4) 、利用上述的驅動控制系統驅使機械手裝置抓取已完成起始定位的該 個模塊，並根據步驟(2)中計算出的對應該個模塊的移動軌跡值驅動機械手裝 置將該個模塊搬運到拼接臺的對應坐標位置；
(5) 、重複步驟(3) - ( 4 )直至所有模塊均被放置到拼接臺上的對應坐 標位置；
(6) 、在保持各個模塊相對坐標位置固定不變的條件下，將全部模塊放置 到塗好膠層的基板之上，以使各個分散的模塊粘接在一起，即完成多個模塊的 拼接；
其中，上述的步驟順序為(1)、 (2)、 (3)、 (4)、 (5)、 (6)。 在該技術方案中的優選方式中所述的定位裝置包括定位臺、模塊微調機 構、觀測機構；在步驟(3)中，首先將單個模塊通過手動或者自動方式加栽到 定位臺上，再利用所述的觀測機構觀測模塊上的標記位置是否與所述的定位裝 置上的基準位置相對準；當兩者不對準時，所述的模塊微調機構帶動模塊移動， 直至模塊上的標記位置與所述的定位裝置上的基準位置相對準。
4支術方案二
一種用於平面器件集成的多模塊的拼接方法，該拼接方法中運用了拼接臺、 驅動控制系統、定位裝置、用於搬運模塊的機械手裝置；
包括如下步驟
(1)、調節定位裝置上的基準位置，當調節好基準位置後，保持該基準位 置固定不變；(2) 、根據預加工產品的要求，將多個模塊在預加工產品中的相對坐標值 輸入到驅動控制系統中，該驅動控制系統通過輸入的坐標值以及步驟(1 )中的 基準位置值計算得出機械手裝置在搬運各個模塊時所移動的軌跡；
(3) 、將基板固定在拼接臺上並在基板上塗覆或粘貼粘接材料，或直接將 含有粘接材料的基板固定在拼接臺上；
(4) 、通過上述的定位裝置將其中一個模塊進行起始定位，即使得該模塊 上的標記位置與所述的定位裝置上的基準位置相對準；
(5 )、利用上述的驅動控制系統驅使機械手裝置抓取已完成定位的該個模 塊，並根據步驟(2)中計算出的對應該模塊的移動軌跡值驅使機械手裝置將該 個模塊搬運到含有粘接材料的基板的對應坐標位置處；
(6)、重複步驟(4) - ( 5)直至將所有模塊均被放置到所述基板的對應 坐標位置處，即完成多個模塊的拼接；
其中，上述的步驟順序為(1 )、 ( 2)、 ( 3 )、 ( 4)、 ( 5 )、 ( 6)或(3)、 ( 1)、 (2 )、 ( 4 )、 ( 5 )、 ( 6 )或(1 )、 ( 3 )、 ( 2 )、 ( 4 )、 ( 5 )、 ( 6 )。 技術方案三
一種用於平面器件集成的多模塊的拼接裝置，包括 一拼接臺； 一驅動控制系統；
一定位裝置，該定位裝置用於將模塊進行起始定位；
一機械手裝置，該機械手裝置與所迷的驅動控制系統相電連接並在所述的 驅動控制系統的控制下進行工作，能對已完成起始定位的單個模塊進行抓取並 搬運至所述的拼接臺或基板的指定坐標位置處。
在該技術方案中的優選方式中所述的拼接臺上設置有固定機構，該固定 機構能將搬運至拼接臺上的模塊固定在拼接臺上，
在該技術方案中的優選方式中所述的定位裝置包括定位臺，該定位臺用 於支撐模塊；模塊微調機構，該模塊微調機構用於調節加栽在所述的定位臺上 的模塊，以使模塊上的標記位置與所述的定位裝置上的基準位置相對準；觀測 機構，該觀測機構用於對加栽在定位臺上的模塊上的標記位置是否與所述的定 位裝置上的基準位置相對準進行觀測。在該技術方案中的優選方式中所述的觀測機構為固定在定位臺上的至少 一個顯微鏡，在所述的定位裝置對各個模塊進行起始定位之前，要保證所述的 顯微鏡上的鏡頭位置相對於所述的定位裝置上的基準位置固定不變。
由於本發明採用了以上的技術方案，其取得了以下有益效果(1)、本發 明提供模塊精密拼接和方法和裝置，可以實現小尺寸的模塊拼接成大尺寸的模 塊。這在大尺寸光電傳感器(如CMOS傳感器和CCD傳感器)和液晶顯示面板拼 接中具有極大的實用性。可以利用現有的開發技術較為成熟的小尺寸光電傳感 器和液晶顯示面板拼接成大尺寸的產品，降低生產成本。由於自動化水平較高， 可以有效的提高成品率；
(2) 、本發明的模塊擺放裝置採用可以三軸方向運動的機器手，可以根據 拼接模塊工藝的不同，修改控制軟體。所以該方法和裝置具有柔性製造的特點， 方法和設備可以通用；
(3) 、該方法和裝置可以與先進的半導體封裝技術結合，即通過本方法和 裝置拼接好的模塊，由於相對位置具有高精度，所以可以通過光刻或者列印導 電膠體實現模塊電器互聯。
附圖1為實施例一的拼接方法的流程圖； 附圖2為實施例一的拼接裝置的流程圖； 附圖3為實施例一的拼接完成的效果示意圖； 附圖4為實施例二的拼接方法的流程圖； 附圖5為實施例二的拼接裝置的流程圖； 附圖6為實施例二的拼接效果其中301、模塊抓取吸盤；302 、模塊搬運裝置；303 、膠層；304、基板； 305 、拼接臺；306 、橫梁；307 、顯微鏡；308 、模塊；309 、定位吸盤；310、模塊微調機構；311、標記位置；312、過渡盤；313、驅動控制系統；315、電 極；
601、模塊抓取吸盤；602 、模塊搬運裝置；6 03、膠層；604、基板；605 、 拼接臺；606、橫梁；6 07 、顯微鏡；6 08 、模塊；609 、定位吸盤；610、模塊微 調才幾構；611、標記位置；613、驅動控制系統；615、電極。
具體實施例方式
實施例一
CMOS大平板探測器拼接
在本實施例中，將基於晶圓加工的CMOS傳感器晶片，拼接成3X4的陣列形 式，形成大尺寸探測器.由於傳感器之間需要上萬條電極315與電器互聯，所 以要求傳感器之間位置精度較高。現結合附圖1- 3對拼接方法和裝置進行詳細 描述.
如圖2所示的一種多個模塊的拼接裝置，包括一拼接臺305;該拼接臺305 上設置有固定機構(圖中未示出)，該固定機構能將搬運至拼接臺305上的模塊 固定在拼接臺305上，通常為了使得固定牢固，採用真空吸附裝置來固定安放 好的模塊。
一驅動控制系統313，該驅動控制系統採用一臺計算機，它可作為整個拼接 裝置的控制中心；
一定位裝置，該定位裝置用於將模塊進行起始定位；如圖所示，定位裝置 包括定位臺，該定位臺用於支撐模塊，該定位臺上有一個定位吸盤309;
一模塊微調機構310,該模塊微調機構310用於調節加栽在定位臺上的模 塊，以使模塊上的標記位置311與定位裝置上的基準位置相對準；
一觀測機構，該觀測機構用於對加栽在定位臺上的模塊上的標記位置311 是否與定位裝置上的基準位置相對準進行觀測，該實施例中觀測機構選用了安 裝在橫梁3 06上的兩個顯微鏡3 07 ,在定位裝置對各個模塊進行起始定位之前， 要保證這兩個顯微鏡307上的鏡頭位置固定不變。
一機械手裝置，該機械手裝置與驅動控制系統313相電連接並在驅動控制 系統313的控制下進行工作，能對已完成起始定位的單個模塊進行抓取並搬運至拼接臺305或基板的指定坐標位置處，圖中，機械手裝置由一個模塊搬運裝 置302和一個模塊抓取吸盤301構成。
下面詳述一下該套裝置是如何實現多模塊拼接的如圖1所示，該實施例 中的拼接方法包括如下步驟
步驟201:將要拼接的模塊相對坐標輸入驅動控制系統313中，驅動控制系 統311通過這些數值計算出機械手裝置中的模塊搬運裝置302在搬運各個模塊 的移動軌跡；
步驟2 02:對基板3 04進行塗覆膠層303,此處的膠層也可採用雙面膠為粘 接材料；
步驟203:手動或者自動加載模塊308到模塊微調機構310的吸盤309上， 開啟吸盤真空閥，吸住該模塊308使其固定在吸盤309上；
步驟2 04:調節模塊微調機構310,使模塊308上的對準標記311與高分辨 率顯微鏡3 07的鏡頭中心標記(即定位裝置上的基準位置)重合，即完成單個 模塊對準。
步驟2 05:
1) 模塊搬運裝置302帶動模塊抓取吸盤301貼附在步驟2 04對準後的模塊 3 08上面；
2) 開啟模塊抓取吸盤301的真空閥，然後關閉定位臺上的定位吸盤3 09， 將模塊308抓起；
3) 模塊搬運裝置302在驅動控制系統313的控制下帶動模塊308運動到工 藝指定的位置，並使模塊308貼附於擺放系統305之上；
4) 開啟擺放系統相應位置的真空閥，吸住模塊308 ，關閉模塊抓取吸盤301 的真空閥，完成單個模塊的擺放。重複步驟203-205 ,直至放置所有模 塊到指定位置，完成模塊的擺放。
步驟206:將過渡真空盤312放置於擺放裝置之上，將模塊吸附到過渡盤 312上。
步驟207:將吸住全部模塊的過渡盤312放置於塗好膠層303的基板304 之上，在此過程中一定要注意保持各個模塊之間的相對位置關係保持不變；步驟2 08:對過渡盤312加壓，對基板304進行加熱，即完成傳感器的拼接， 如圖3所示，即為拼裝好的3x 4陣列的探測器。
實施例二 多個棵晶片的拼接
在本實施例中，對多個未封裝的棵晶片進行拼接。本實施例中提供的方法 和裝置可以將多個模塊(具體為三個棵晶片)按工藝指定的位置放置並拼接成 一個整體。由於本發明裝置的高精度水平，能夠保證各個電極615之間精確的 位置關係，故可以對拼接後的晶片進行光刻或者列印導電液來電器互聯，從而 高效的實現MCM ( multi-chip model )封裝。如圖5所示，該實施例中所採用的 拼接裝置與實施例一相同，在此不再贅述。
現結合附圖4對多個棵晶片的拼接方法進行詳細說明。
步驟501:將膠層6 03塗覆於基板604上；
步驟5 02:將基板6 04放置於拼接臺6 05的真空盤上面，保持位置固定不動； 步驟503:手動或者自動加栽模塊611至定位臺的定位吸盤6 09上； 步驟5 04:調節模塊微調機構610，使模塊611對準標記與高解析度顯微鏡 6 07的鏡頭中心標記重合，完成單個模塊對準。 步驟5 05:
1) 模塊搬運裝置602帶動模塊抓取吸盤601貼附在步驟504對準後的模塊 611上面
2) 開啟模塊抓取吸盤601的真空閥，然後關閉定位臺上的的定位吸盤6 09, 將模塊611抓起；
3)模塊搬運裝置602在驅動控制系統613的控制下帶動模塊611運動到 工藝指定的位置，使模塊611貼附於基板604之上； 步驟5 06:加熱、加壓；
重複步猓5 03-5 06,直至放置所有模塊到指定位置，完成所有模塊的擺放， 見附圖6所示的效果圖，該基板上拼接了 3個模塊。
實施例二中，在開始搬運模板之前，要往驅動控制系統613中輸入各個模 塊的位置坐標，以使得驅動控制系統613能計算出機械手裝置在搬運各個模塊 的移動軌跡，此步驟與實施例一完全相同，可參考實施例一。上迷實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技 術的人士能夠了解本發明的內容並加以實施，並不能以此限制本發明的保護範 圍，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護 範圍內。
權利要求
1、一種用於平面器件集成的多模塊的拼接方法，該拼接方法中運用了拼接臺、驅動控制系統、定位裝置、用於搬運模塊的機械手裝置；其特徵在於它包括如下步驟(1)、調節定位裝置上的基準位置，當調節好基準位置後，保持該基準位置固定不變；(2)、根據預加工產品的要求，將多個模塊在預加工產品中的對應坐標值輸入到驅動控制系統中，該驅動控制系統通過輸入的坐標值以及步驟(1)中的基準位置值計算得出機械手裝置在搬運各個模塊時所移動的軌跡；(3)、通過上述的定位裝置將其中的一個模塊進行起始定位，即使得該個模塊上的標記位置與所述的定位裝置上的基準位置相對準；(4)、利用上述的驅動控制系統驅使機械手裝置抓取已完成起始定位的該個模塊，並根據步驟(2)中計算出的對應該個模塊的移動軌跡值驅動機械手裝置將該個模塊搬運到拼接臺的對應坐標位置；(5)、重複步驟(3)～(4)直至所有模塊均被放置到拼接臺上的對應坐標位置；(6)、在保持各個模塊相對坐標位置固定不變的條件下，將全部模塊放置到塗好粘接材料的基板之上，以使各個分散的模塊粘接在一起，即完成多個模塊的拼接；其中，上述的步驟順序為(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)。
2、 根據權利要求1所述的用於平面器件集成的多模塊的拼接方法，其特徵 在於所述的定位裝置包括定位臺、模塊微調機構、觀測機構；在步驟(3)中， 首先將單個模塊通過手動或者自動方式加載到定位臺上，再利用所述的觀測機 構觀測模塊上的標記位置是否與所述的定位裝置上的基準位置相對準；當兩者 不對準時，所迷的模塊微調機構帶動模塊移動，直至模塊上的標記位置與所述 的定位裝置上的基準位置相對準。
3、 一種用於平面器件集成的多模塊的拼接方法，該拼接方法中運用了拼接 臺、驅動控制系統、定位裝置、用於搬運模塊的機械手裝置；其特徵在於包括如下步驟(1)、調節定位裝置上的基準位置，當調節好基準位置後，保持該基準位 置固定不變；(2) 、根據預加工產品的要求，將多個模塊在預加工產品中的對應坐標值 輸入到驅動控制系統中，該驅動控制系統通過輸入的坐標值以及步驟(1)中的基準位置值計算得出機械手裝置在搬運各個模塊時所移動的軌跡；(3) 、將基板固定在拼接臺上並在基板上塗覆或粘貼粘接材料，或直接將舍有粘接材料的基板固定在拼接臺上；(4) 、通過上述的定位裝置將其中一個模塊進行起始定位，即使得該模塊 上的標記位置與所述的定位裝置上的基準位置相對準；(5 )、利用上述的驅動控制系統驅使機械手裝置抓取已完成定位的該個模 塊，並根據步驟(2)中計算出的對應該模塊的移動軌跡值驅使機械手裝置將該 個模塊搬運到含有粘接材料的基板的對應坐標位置處；(6)、重複步驟(4) ~ ( 5)直至將所有模塊均被放置到所述基板的對應坐標位置處，即完成多個模塊的拼接；其中，上述的步驟順序為(1 )、 ( 2 )、 ( 3 )、 ( 4 )、 ( 5 )、 ( 6 )或(3 )、 ( 1 )、 (2 )、 ( 4 ), ( 5 )、 ( 6 )或(1 )、 ( 3 )、 (2)、 ( 4 )、 ( 5 )、 ( 6 )。
4、 一種用於平面器件集成的多模塊的拼接裝置，其特徵在於包括 一拼接臺；一驅動控制系統；一定位裝置，該定位裝置用於將模塊進行起始定位；一機械手裝置，該機械手裝置與所述的驅動控制系統相電連接並在所述的 驅動控制系統的控制下進行工作，能對已完成起始定位的單個模塊進行抓取並 搬運至所述的拼接臺或基板的指定坐標位置處。
5、 根據權利要求4所述的用於平面器件集成的多模塊的拼接裝置，其特徵 在於所迷的拼接臺上設置有固定機構，該固定機構能將搬運至拼接臺上的模 塊固定在拼接臺上。
6、 根據權利要求4所迷的用於平面器件集成的多模塊的拼接裝置，其特徵 在於所述的定位裝置包括定位臺，該定位臺用於支撐模塊；模塊微調機構，該模塊微調機構用於調節加載在所述的定位臺上的模塊， 以使模塊上的標記位置與所述的定位裝置上的基準位置相對準；觀測機構，該觀測機構用於對加栽在定位臺上的模塊上的標記位置是否與 所迷的定位裝置上的基準位置相對準進行觀測。
7、根據權利要求6所迷的用於平面器件集成的多模塊的拼接裝置，其特徵 在於所述的觀測機構為固定在定位臺上的至少一個顯微鏡，在所述的定位裝 置對各個模塊進行起始定位之前，要保證所述的顯微鏡上的鏡頭位置相對於所 述的定位裝置上的基準位置固定不變。
全文摘要
本發明涉及一種多個模塊的拼接方法，該方法中運用了拼接臺、驅動控制系統、定位裝置、用於搬運模塊的機械手裝置；它包括如下步驟首先將工藝要求的參數輸入驅動控制系統，實質是將各個模塊的相對坐標值輸入控制系統，以使機器手裝置將按設定值動作；其次在基板上塗覆粘接材料，以便將經過對準、但仍然分散的模塊粘接在一起，再次對單個模塊進行起始定位，以便各個模塊獲得精確的初始位置；第四、抓取並按預定方式放置模塊，使各個模塊按精確的相對位置排列；最後，加壓、加熱；即完成拼接過程；該拼接方法和裝置，能夠精密地按陣列或者非陣列方式拼接各種不同的模塊，且具有通用性，根據拼接模塊的不同只需將工藝參數，輸入驅動控制系統即可。
文檔編號H01L21/02GK101419922SQ20081013636
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者劉建強, 苗新利, 波 範, 濤 郭 申請人:江蘇康眾數字醫療設備有限公司