CN101419922B - 用于平面器件集成的多模块的拼接方法及拼接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多个模块的拼接方法，该方法中运用了拼接台、驱动控制系统、定位装置、用于搬运模块的机械手装置；它包括如下步骤：首先将工艺要求的参数输入驱动控制系统，实质是将各个模块的相对坐标值输入控制系统，以使机器手装置将按设定值动作；其次在基板上涂覆粘接材料，以便将经过对准、但仍然分散的模块粘接在一起，再次对单个模块进行起始定位，以便各个模块获得精确的初始位置；第四、抓取并按预定方式放置模块，使各个模块按精确的相对位置排列；最后，加压、加热；即完成拼接过程；该拼接方法和装置，能够精密地按阵列或者非阵列方式拼接各种不同的模块，且具有通用性，根据拼接模块的不同只需将工艺参数，输入驱动控制系统即可。

Description

用于平面器件集成的多模块的拼接方法及拼接装置

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，涉及一种在平面器件集成中能将多个零散模块器件按阵列或者非阵列方式进行精密拼接的方法及装置。

背景技术

在光电传感器无缝拼接技术中，需要将传感器或者芯片精密地按阵列方式排列，然后进行粘接固化、电器互联等工艺，最终实现高集成度和低成本的半导体或是光电器件。

在液晶显示模块无缝拼接中，要求将各个液晶子模块按阵列或者非阵列方式，然后将该排列好的子模块粘接在基板上面，完成拼接，实现大尺寸显示面积。

电子设备轻型化、小巧化对芯片的封装不断提出新的要求。将多个具有不同功能的芯片(比如：半导体，生物，流体，机械或是光学等微型芯片)集成并封装成一个功能完整的系统或模块将成为芯片加工和封装技术的一个十分重要的组成部分。这需要将各个尺寸形状不同的裸芯片按阵列或者非阵列方式拼接在基板上，然后使用光刻或者打印方式制作连接导线。

总之诸多电子产品开发需要精密拼接的方法和设备。但是目前的拼接技术普遍停留在手工操作阶段，存在对工人操作水平要求较高、产率低、成品率低、设备通用性差、自动化水平低的缺点。以航天技术中所用的光电传感器CCD的拼接为例，其就是使用万能工具显微镜和平行光管手动拼接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化水平高的多个芯片或模块的拼接方法及装置，该方法及装置能够精密地按阵列或者非阵列方式拼接各种不同的模块。

为了达到以上目的，本发明可以通过如下几种技术方案得以实现：

技术方案一：

一种用于平面器件集成的多模块的拼接方法，该拼接方法中运用了拼接台、驱动控制系统、定位装置、用于搬运模块的机械手装置；

它包括如下步骤：

(1)、调节定位装置上的基准位置，当调节好基准位置后，保持该基准位置固定不变；

(2)、根据预加工产品的要求，将多个模块在预加工产品中的相对坐标值输入到驱动控制系统中，该驱动控制系统通过输入的坐标值以及步骤(1)中的基准位置值计算得出机械手装置在搬运各个模块时所移动的轨迹；

(3)、通过上述的定位装置将一个模块进行起始定位，即使得该个模块上的标记位置与所述的定位装置上的基准位置相对准；

(4)、利用上述的驱动控制系统驱使机械手装置抓取已完成起始定位的该个模块，并根据步骤(2)中计算出的对应该个模块的移动轨迹值驱动机械手装置将该个模块搬运到拼接台的对应坐标位置；

(5)、重复步骤(3)～(4)直至所有模块均被放置到拼接台上的对应坐标位置；

(6)、在保持各个模块相对坐标位置固定不变的条件下，将全部模块放置到涂好胶层的基板之上，以使各个分散的模块粘接在一起，即完成多个模块的拼接；

其中，上述的步骤顺序为(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)。

在该技术方案中的优选方式中：所述的定位装置包括定位台、模块微调机构、观测机构；在步骤(3)中，首先将单个模块通过手动或者自动方式加载到定位台上，再利用所述的观测机构观测模块上的标记位置是否与所述的定位装置上的基准位置相对准；当两者不对准时，所述的模块微调机构带动模块移动，直至模块上的标记位置与所述的定位装置上的基准位置相对准。

技术方案二：

一种用于平面器件集成的多模块的拼接方法，该拼接方法中运用了拼接台、驱动控制系统、定位装置、用于搬运模块的机械手装置；

包括如下步骤：

(1)、调节定位装置上的基准位置，当调节好基准位置后，保持该基准位置固定不变；

(2)、根据预加工产品的要求，将多个模块在预加工产品中的相对坐标值输入到驱动控制系统中，该驱动控制系统通过输入的坐标值以及步骤(1)中的基准位置值计算得出机械手装置在搬运各个模块时所移动的轨迹；

(3)、将基板固定在拼接台上并在基板上涂覆或粘贴粘接材料，或直接将含有粘接材料的基板固定在拼接台上；

(4)、通过上述的定位装置将其中一个模块进行起始定位，即使得该模块上的标记位置与所述的定位装置上的基准位置相对准；

(5)、利用上述的驱动控制系统驱使机械手装置抓取已完成定位的该个模块，并根据步骤(2)中计算出的对应该模块的移动轨迹值驱使机械手装置将该个模块搬运到含有粘接材料的基板的对应坐标位置处；

(6)、重复步骤(4)～(5)直至将所有模块均被放置到所述基板的对应坐标位置处，即完成多个模块的拼接；

其中，上述的步骤顺序为(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)或(3)、(1)、(2)、(4)、(5)、(6)或(1)、(3)、(2)、(4)、(5)、(6)。

技术方案三：

一种用于平面器件集成的多模块的拼接装置，包括

一拼接台；

一驱动控制系统；

一定位装置，该定位装置用于将模块进行起始定位；

一机械手装置，该机械手装置与所述的驱动控制系统相电连接并在所述的驱动控制系统的控制下进行工作，能对已完成起始定位的单个模块进行抓取并搬运至所述的拼接台或基板的指定坐标位置处。

在该技术方案中的优选方式中：所述的拼接台上设置有固定机构，该固定机构能将搬运至拼接台上的模块固定在拼接台上。

在该技术方案中的优选方式中：所述的定位装置包括定位台，该定位台用于支撑模块；模块微调机构，该模块微调机构用于调节加载在所述的定位台上的模块，以使模块上的标记位置与所述的定位装置上的基准位置相对准；观测机构，该观测机构用于对加载在定位台上的模块上的标记位置是否与所述的定位装置上的基准位置相对准进行观测。

在该技术方案中的优选方式中：所述的观测机构为固定在定位台上的至少一个显微镜，在所述的定位装置对各个模块进行起始定位之前，要保证所述的显微镜上的镜头位置相对于所述的定位装置上的基准位置固定不变。

由于本发明采用了以上的技术方案，其取得了以下有益效果：(1)、本发明提供模块精密拼接和方法和装置，可以实现小尺寸的模块拼接成大尺寸的模块。这在大尺寸光电传感器(如CMOS传感器和CCD传感器)和液晶显示面板拼接中具有极大的实用性。可以利用现有的开发技术较为成熟的小尺寸光电传感器和液晶显示面板拼接成大尺寸的产品，降低生产成本。由于自动化水平较高，可以有效的提高成品率；

(2)、本发明的模块摆放装置采用可以三轴方向运动的机器手，可以根据拼接模块工艺的不同，修改控制软件。所以该方法和装置具有柔性制造的特点，方法和设备可以通用；

(3)、该方法和装置可以与先进的半导体封装技术结合，即通过本方法和装置拼接好的模块，由于相对位置具有高精度，所以可以通过光刻或者打印导电胶体实现模块电器互联。

附图说明

附图1为实施例一的拼接方法的流程图；

附图2为实施例一的拼接装置的流程图；

附图3为实施例一的拼接完成的效果示意图；

附图4为实施例二的拼接方法的流程图；

附图5为实施例二的拼接装置的流程图；

附图6为实施例二的拼接效果图；

其中：301、模块抓取吸盘；302、模块搬运装置；303、胶层；304、基板；305、拼接台；306、横梁；307、显微镜；308、模块；309、定位吸盘；310、模块微调机构；311、标记位置；312、过渡盘；313、驱动控制系统；315、电极；

601、模块抓取吸盘；602、模块搬运装置；603、胶层；604、基板；605、拼接台；606、横梁；607、显微镜；608、模块；609、定位吸盘；610、模块微调机构；611、标记位置；613、驱动控制系统；615、电极。

具体实施方式

实施例一：

CMOS大平板探测器拼接：

在本实施例中，将基于晶圆加工的CMOS传感器芯片，拼接成3X4的阵列形式，形成大尺寸探测器。由于传感器之间需要上万条电极315与电器互联，所以要求传感器之间位置精度较高。现结合附图1-3对拼接方法和装置进行详细描述。

如图2所示的一种多个模块的拼接装置，包括一拼接台305；该拼接台305上设置有固定机构(图中未示出)，该固定机构能将搬运至拼接台305上的模块固定在拼接台305上，通常为了使得固定牢固，采用真空吸附装置来固定安放好的模块。

一驱动控制系统313，该驱动控制系统采用一台计算机，它可作为整个拼接装置的控制中心；

一定位装置，该定位装置用于将模块进行起始定位；如图所示，定位装置包括定位台，该定位台用于支撑模块，该定位台上有一个定位吸盘309；

一模块微调机构310，该模块微调机构310用于调节加载在定位台上的模块，以使模块上的标记位置311与定位装置上的基准位置相对准；

一观测机构，该观测机构用于对加载在定位台上的模块上的标记位置311是否与定位装置上的基准位置相对准进行观测。该实施例中观测机构选用了安装在横梁306上的两个显微镜307，在定位装置对各个模块进行起始定位之前，要保证这两个显微镜307上的镜头位置固定不变。

一机械手装置，该机械手装置与驱动控制系统313相电连接并在驱动控制系统313的控制下进行工作，能对已完成起始定位的单个模块进行抓取并搬运至拼接台305或基板的指定坐标位置处，图中，机械手装置由一个模块搬运装置302和一个模块抓取吸盘301构成。

下面详述一下该套装置是如何实现多模块拼接的：如图1所示，该实施例中的拼接方法包括如下步骤：

步骤201：将要拼接的模块相对坐标输入驱动控制系统313中，驱动控制系统311通过这些数值计算出机械手装置中的模块搬运装置302在搬运各个模块的移动轨迹；

步骤202：对基板304进行涂覆胶层303，此处的胶层也可采用双面胶为粘接材料；

步骤203：手动或者自动加载模块308到模块微调机构310的吸盘309上，开启吸盘真空阀，吸住该模块308使其固定在吸盘309上；

步骤204：调节模块微调机构310，使模块308上的对准标记311与高分辨率显微镜307的镜头中心标记(即定位装置上的基准位置)重合，即完成单个模块对准。

步骤205：

1)模块搬运装置302带动模块抓取吸盘301贴附在步骤204对准后的模块308上面；

2)开启模块抓取吸盘301的真空阀，然后关闭定位台上的定位吸盘309，将模块308抓起；

3)模块搬运装置302在驱动控制系统313的控制下带动模块308运动到工艺指定的位置，并使模块308贴附于摆放系统305之上；

4)开启摆放系统相应位置的真空阀，吸住模块308，关闭模块抓取吸盘301的真空阀，完成单个模块的摆放。重复步骤203-205，直至放置所有模块到指定位置，完成模块的摆放。

步骤206：将过渡真空盘312放置于摆放装置之上，将模块吸附到过渡盘312上。

步骤207：将吸住全部模块的过渡盘312放置于涂好胶层303的基板304之上，在此过程中一定要注意保持各个模块之间的相对位置关系保持不变；

步骤208：对过渡盘312加压，对基板304进行加热，即完成传感器的拼接，如图3所示，即为拼装好的3×4阵列的探测器。

实施例二：

多个裸芯片的拼接：

在本实施例中，对多个未封装的裸芯片进行拼接。本实施例中提供的方法和装置可以将多个模块(具体为三个裸芯片)按工艺指定的位置放置并拼接成一个整体。由于本发明装置的高精度水平，能够保证各个电极615之间精确的位置关系，故可以对拼接后的芯片进行光刻或者打印导电液来电器互联，从而高效的实现MCM(multi-chip model)封装。如图5所示，该实施例中所采用的拼接装置与实施例一相同，在此不再赘述。

现结合附图4对多个裸芯片的拼接方法进行详细说明。

步骤501：将胶层603涂覆于基板604上；

步骤502：将基板604放置于拼接台605的真空盘上面，保持位置固定不动；

步骤503：手动或者自动加载模块611至定位台的定位吸盘609上；

步骤504：调节模块微调机构610，使模块611对准标记与高分辨率显微镜607的镜头中心标记重合，完成单个模块对准。

步骤505：

1)模块搬运装置602带动模块抓取吸盘601贴附在步骤504对准后的模块611上面

2)开启模块抓取吸盘601的真空阀，然后关闭定位台上的的定位吸盘609，将模块611抓起；

3)模块搬运装置602在驱动控制系统613的控制下带动模块611运动到工艺指定的位置，使模块611贴附于基板604之上；

步骤506：加热、加压；

重复步骤503-506，直至放置所有模块到指定位置，完成所有模块的摆放，见附图6所示的效果图，该基板上拼接了3个模块。

实施例二中，在开始搬运模板之前，要往驱动控制系统613中输入各个模块的位置坐标，以使得驱动控制系统613能计算出机械手装置在搬运各个模块的移动轨迹，此步骤与实施例一完全相同，可参考实施例一。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于平面器件集成的多模块的拼接方法，该拼接方法中运用了拼接台、驱动控制系统、定位装置、用于搬运模块的机械手装置；

其特征在于：它包括如下步骤：

(1)、调节定位装置上的基准位置，当调节好基准位置后，保持该基准位置固定不变；

(2)、根据预加工产品的要求，将多个模块在预加工产品中的对应坐标值输入到驱动控制系统中，该驱动控制系统通过输入的坐标值以及步骤(1)中的基准位置值计算得出机械手装置在搬运各个模块时所移动的轨迹；

(3)、通过上述的定位装置将其中的一个模块进行起始定位，即使得该个模块上的标记位置与所述的定位装置上的基准位置相对准；

(4)、利用上述的驱动控制系统驱使机械手装置抓取已完成起始定位的该个模块，并根据步骤(2)中计算出的对应该个模块的移动轨迹值驱动机械手装置将该个模块搬运到拼接台的对应坐标位置；

(5)、重复步骤(3)～(4)直至所有模块均被放置到拼接台上的对应坐标位置；

(6)、在保持各个模块相对坐标位置固定不变的条件下，将全部模块放置到涂好粘接材料的基板之上，以使各个分散的模块粘接在一起，即完成多个模块的拼接；

其中，上述的步骤顺序为(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)。

2.根据权利要求1所述的用于平面器件集成的多模块的拼接方法，其特征在于：所述的定位装置包括定位台、模块微调机构、观测机构；在步骤(3)中，首先将单个模块通过手动或者自动方式加载到定位台上，再利用所述的观测机构观测模块上的标记位置是否与所述的定位装置上的基准位置相对准；当两者不对准时，所述的模块微调机构带动模块移动，直至模块上的标记位置与所述的定位装置上的基准位置相对准。

3.一种用于平面器件集成的多模块的拼接方法，该拼接方法中运用了拼接台、驱动控制系统、定位装置、用于搬运模块的机械手装置；

其特征在于：包括如下步骤：

(1)、调节定位装置上的基准位置，当调节好基准位置后，保持该基准位置固定不变；

(2)、根据预加工产品的要求，将多个模块在预加工产品中的对应坐标值输入到驱动控制系统中，该驱动控制系统通过输入的坐标值以及步骤(1)中的基准位置值计算得出机械手装置在搬运各个模块时所移动的轨迹；

(3)、将基板固定在拼接台上并在基板上涂覆或粘贴粘接材料，或直接将含有粘接材料的基板固定在拼接台上；

(4)、通过上述的定位装置将其中一个模块进行起始定位，即使得该模块上的标记位置与所述的定位装置上的基准位置相对准；

(5)、利用上述的驱动控制系统驱使机械手装置抓取已完成定位的该个模块，并根据步骤(2)中计算出的对应该模块的移动轨迹值驱使机械手装置将该个模块搬运到含有粘接材料的基板的对应坐标位置处；

(6)、重复步骤(4)～(5)直至将所有模块均被放置到所述基板的对应坐标位置处，即完成多个模块的拼接；

其中，上述的步骤顺序为(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)或(3)、(1)、(2)、(4)、(5)、(6)或(1)、(3)、(2)、(4)、(5)、(6)。

4.一种用于平面器件集成的多模块的拼接装置，其特征在于：包括

一拼接台；

一驱动控制系统；

一定位装置，该定位装置用于将模块进行起始定位，所述的定位装置包括定位台，该定位台用于支撑模块；模块微调机构，该模块微调机构用于调节加载在所述的定位台上的模块，以使模块上的标记位置与所述的定位装置上的基准位置相对准；观测机构，该观测机构用于对加载在定位台上的模块上的标记位置是否与所述的定位装置上的基准位置相对准进行观测；

一机械手装置，该机械手装置与所述的驱动控制系统相电连接并在所述的驱动控制系统的控制下进行工作，能对已完成起始定位的单个模块进行抓取并搬运至所述的拼接台的指定坐标位置处。

5.根据权利要求4所述的用于平面器件集成的多模块的拼接装置，其特征在于：所述的拼接台上设置有固定机构，该固定机构能将搬运至拼接台上的模块固定在拼接台上。

6.根据权利要求4所述的用于平面器件集成的多模块的拼接装置，其特征在于：所述的观测机构为固定在定位台上的至少一个显微镜，在所述的定位装置对各个模块进行起始定位之前，要保证所述的显微镜上的镜头位置相对于所述的定位装置上的基准位置固定不变。

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