CN101477958A - 邦定装置和邦定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种邦定(Bonding)装置，它用于将单个或者多个模块与基板进行邦定，包括腔体、至少一个加载单元、工作台以及加压单元，腔体配有能对其进行抽真空的真空设备，加载单元设置在腔体内并具有至少两层相互平行的加载架，工作台位于所述的加载单元的一侧；加压单元具有至少一个充气后能膨胀的加压气囊，当向加压气囊中充入气体时，膨胀后的加压气囊能对与其邻近的加载架上的模块或基板直接施加压力，并且驱使位于相邻的两层加载架上的模块和基板相互贴合、压紧，本发明还涉及了一种与之相对应的邦定方法。该邦定装置与方法在整个邦定过程中加压均匀，且能去除胶层中的残余气泡。

Description

邦定装置和邦定方法

技术领域

本发明涉及一种邦定装置与邦定方法，尤其涉及一种用于将单个或者多个模块与基板进行邦定的装置和方法。

技术背景

在电子工业领域，邦定技术应用极为广泛。如：对电磁屏蔽要求较高的领域(如军工)，需要对显示器件进行电磁屏蔽处理，其中一种比较常用的办法就是在显示面板的外侧涂覆胶层，然后邦定一层镀有导电层的基板，基板一方面起到电磁屏蔽的效果，另一方面可以对面板进行加固，起到抗冲击的作用。多模块的光电器件(或者集成电路)集成工艺中，首先将多个模块精密排列，然后对基板或者模块涂覆胶层，其后再将多个模块和基板压合在一起，使用固化工艺对胶层进行固化，实现多模块与基板相邦定，从而组成大尺寸的光电器件或者集成电路。总之，诸多电子器件的制造过程需要邦定工艺和设备。

专利号为US005980663A的美国专利中公开了一种邦定装置，其主要着力解决胶层厚度不均引起的受压不均，以及如何更好的控制邦定过程中基板上的温度，通过采用在加压过程中施加离心力的方法，使得胶层涂抹厚度更均匀；通过在吸盘上设置加热器、温度传感器以及温度控制器使得基板的温度基本恒定，从而保证邦定工艺过程中胶层一直处于最适合的温度。如图9所示，该套邦定装置包括一个用于固定下基板(12)的下吸盘(16)、一个与下吸盘一起旋转并且将上基板(14)吸附在其上的上吸盘(18)、一个驱使下吸盘旋转的旋转装置(36)，一个设置在所述的上吸盘或下吸盘上的加热器(28)，一个设置在所述的上吸盘或下吸盘上的温度传感器(32)。上述的旋转装置(36)能给涂抹在所述的上基板或下基板上的胶层提供一个离心力，该离心力的作用能使得胶层涂抹厚度均匀。温度传感器(32)与设置在上吸盘或下吸盘上的温度控制器(34)相连接，该套邦定装置能很好的用于两个基板件之间的邦定。但是在该装置中仅是提及如何使两个基板之间的胶层更均匀，如何给上、下夹盘上的基板进行加热以及如何控制温度，此装置中并没有考虑如何消除胶层中残留的气泡。实际上，两个部件邦定以后，如果有气泡残留，邦定好的器件性能会受到影响，这在光电器件中尤为严重。

上述专利中提及的邦定装置的缺点也是目前的工艺方法或装置中普遍存在的缺陷，即在邦定过程中，胶层固化时会产生气泡，影响最终器件性能；加压时，模块和基板之间受力不均匀，导致局部压力过大，这对敏感器件(如光电传感器)的影响是致命的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能将单个或者多个模块与基板之间进行邦定的邦定装置及方法，该装置和方法能避免在胶层中留有气泡。

为了达到上述的目的，本发明的第一个技术方案涉及一种邦定装置，它用于将单个或者多个模块与基板进行邦定，包括：

腔体，该腔体配有能对其进行抽真空的真空设备；

至少一个加载单元，该加载单元设置在所述的腔体内，所述的加载单元上具有至少两层相互平行的加载架，待邦定的模块和基板分别加载在相应的所述的加载架上；

当向所述的加压气囊中充入气体时，膨胀后的所述的加压气囊能对与其邻近的加载架上的模块或基板直接施加压力，并且驱使位于相邻的两层加载架上的模块和基板相互贴合、压紧。

上述的技术方案中通过设置腔体和真空设备，使得该邦定装置能够提供真空工作环境，从而避免了胶层中的气泡。通过柔性的加压气囊进行加压，使得在对工件邦定时，保证了加压的均匀，避免了过压对最终器件性能的影响，并且气囊加压方案可以保证即使在模块高度不同的情况下，一次加压就完成邦定。

根据上述的邦定装置的技术方案中，可有优选的设置为：所述的多层加载架之间设置有定位装置。所述的加载单元上具有与所述的加载架所在平面相垂直的两组导轨，所述的加载单元可沿着其中一组导轨向所述的工作台方向移动；在所述的加载单元中位于靠近加压气囊的加载架可沿着另一组导轨向靠近工作台的加载架方向移动。所述的加压气囊具有至少一个柔性面，该柔性面正对着与其邻近的加载架。所述的加压气囊的材质为橡胶、皮革或者塑料。所述的加载单元上设置有一组与加载架所在平面相平行的滑轨，所述的多层加载架可沿着该滑轨滑动。相邻的所述的两层加载架之间设置有弹性件。所述的邦定装置还包括一个能对所述的腔体内部进行加热的加热装置。所述的邦定装置还设有用于固定多个模块的模块固定装置，该模块固定装置采用真空吸附方式固定模块，具体结构为：固定装置在其工作面上留有吸附槽，此吸附槽与真空源相通。

根据上述的优选方案，所述的多层加载架只能沿着垂直于其所在平面的方向移动，从而避免了在邦定过程中，加载架带动加载在其上的工件沿着其他方向随意移动。

本发明的第二个技术方案涉及一种邦定方法，该方法用于将单个或者多个模块与基板在密闭腔体内进行邦定，包括以下工序：

第一工序、将待邦定的基板的一工作面涂敷胶层；

第二工序、将模块、涂覆好胶层的基板分别加载到所述的腔体内，加载后要使得所述的模块与基板以间隔方式相对设置；

第三工序、对所述的腔体内进行抽真空使其达到预定的真空度，以去除所述胶层中的气泡；

第四工序、对基板的另一工作面进行加压，使得基板与模块相互贴合、压紧，在该加压过程中采用充气气囊对基板进行加压；

第五工序、将所述的充气气囊卸载，恢复所述的腔体内的气压，取出邦定在一起的基板和模块。

利用上述的方法完成邦定的同时获得了如下优点：

1、整个邦定过程在真空环境内完成，从而去除了胶层中的残余气泡；

2、使用充气囊加压的方法，保证了模块和基板的受力均匀，避免了局部压力过大对最终器件性能的影响；

3、可以同时完成多组工件邦定，生产效率得到提高。

附图说明

附图1是本发明的邦定装置的剖视立体图；

附图2是模块固定装置；

附图3是基板加载装置；

附图4是表示加载定位过程；

附图5是加压示意图；

附图6是附图5中的加压局部放大图；

附图7是多模块和基板邦定效果图；

附图8是单一模块和基板邦定效果图；

附图9为背景技术中的邦定装置示意图；

其中：101、腔体；102、控制系统；103、加载架；104、加载架；105、加压气囊；201、定位孔；202、模块固定装置；203、CMOS传感器模块；301、定位销；303、玻璃基板；304、弹性元件；401、导轨；402、工作台；403、滑轨；405、升降操作装置；406、导轨；801、模块；802、基板。

具体实施方式

下面，参照附图1～7对本发明的邦定装置的具体结构以及邦定方法进行详细说明。

如图1所示，邦定装置，包括一个腔体101，该腔体101上设置有一扇门，腔体101上配备有一套真空设备，该真空设备可根据设定要求对腔体101内进行抽真空，以使得整个邦定过程在真空环境下完成。

腔体101内设置有一个加载单元，如图2～4所示，该加载单元上具有两层相互平行的加载架103、104，待邦定的基板可加载在加载架103上，单个或多个模块可加载在加载架104上。加载架103、104之间设置有能将两者水平定位的定位件，如图4所示，加载架103上设置有定位销301，加载架104上设置有定位孔201，当加载架103、104上均加载好工件(即模块和基板)后，将定位销301插在定位孔201中，即可将加载架103和加载架104进行水平定位，从而完成工件之间的对准。

加载单元上还设置有使得多层加载架(此实施例中为加载架103、104)一起沿着水平方向滑动的滑轨403，当加载架103和104沿着水平方向布置的滑轨403滑动时，即能实现加载架103和104在腔体101内、外滑进滑出。另一方面，为了能够确保模块和基板以及下述将会提及的加压气囊105相对准，滑轨403的末端配有限位装置(图中未标出)，当加载架103和104顺着滑轨403滑到末端时即停止进一步滑动，此时模块、基板以及加压气囊105正好对准。

腔体101内还设置有工作台402，工作台402位于加载单元的底部，并且与加载架103、104相正对，即水平布置。在邦定过程中，工作台402可以起到一个支撑加载架103和104的作用。

加载单元上还设置有与加载架103、104所在平面相垂直的两组竖直导轨401和406，本实施例中，为了使得整个邦定装置的部件尽可能的少，将导轨406与定位销301一体设置，这样定位销301不但能起到水平定位两层加载架103的作用，而且还能起到作为上层加载架103向下层加载架104滑动时的导轨作用。加载单元上还设置有一个升降操作装置405，上层加载架103与下层加载架104可在升降操作装置405的驱动下沿着导轨401一起向工作台402方向移动。上层加载架103还可单独在加压气囊105的驱动下沿着另一组导轨406(即定位销301)向下移动。通常，两层加载架103和104之间还应设置有弹性元件304(附图所示实施例中为弹簧)，该弹簧304不但能有效调节两层加载架103之间的距离，而且还使得两层加载架103在贴合时更加平稳。

如图5、6所示，该加压单元还具有一个充气后能膨胀的加压气囊105，该加压气囊105的可选材质为橡胶、皮革或者塑料，但是无论加压气囊105为何种材质，一定要保证加压气囊105与上层加载架103上的基板接触的面为柔性面。如图所示，该加压气囊105位于整个加载单元的上侧，当加压气囊105的进一步膨胀而推动上层加载架103沿着导轨406向下移动时，可驱使位于加载架103上的基板和加载架104上的多模块相互贴合并压紧。

有时根据实际加工工件的要求(如胶层需要热固化工艺)，在腔体101中还配备有能对腔体101内进行加热的加热装置，该加热装置能够提供胶层固化的温度。

为了使得整个邦定装置能用于将拼接好的多个模块与基板相邦定，本装置本身还附有一个能将多个模块相固定的附件，即模块固定装置202。在本实施例中，该模块固定装置202为一种真空吸附固定方式的装置，具体结构为：模块固定装置202在其工作面上留有吸附槽，该吸附槽与真空源相通，并且两者之间设有开关，打开开关即可实现工作面的吸附。该多模块固定装置202能将拼接好的多模块一起从吸附到工作面上，并且在保持位置关系不发生变化的情况下加载到加载架上，这也就使得在邦定过程中多模块的相对位置关系不会发生变化。

上述介绍的邦定装置尤其适用于将CMOS图像传感器模块邦定在玻璃基板上，组成大尺寸平板探测器的制作中。利用该装置进行邦定工艺，能克服传统制作工艺中模块与基板粘接时，所加压力不均匀以及残留有少量气泡的问题，从而实现了这一工艺目标，且将能大大提高大尺寸图像传感器的成像质量及工作的稳定性。

利用该套邦定装置进行CMOS图像传感器模块203与玻璃基板303进行邦定工艺中，首先，对玻璃基板303进行涂覆胶层，根据胶层和玻璃基板303的选取，本工艺可以使用点胶机，丝网印刷，匀胶设备，贴膜设备涂敷胶层，在此不赘述。

加载涂覆好胶层的玻璃基板303到上层加载架103上面，如图3所示。再将固定CMOS图像传感器模块203(模块203实际上其实是有多个小面接的模块拼接而成)的模块固定装置202加载到下层的加载架104上面，利用两层加载架之间的定位销301和定位孔201对两层加载架进行水平方向的定位，即可将CMOS图像传感器模块203和玻璃基板303进行水平定位。

利用滑轨403，将加载在相应加载架上且对准后的CMOS图像传感器模块203和玻璃基板303推入腔体101中，滑轨403末端配置的限位装置能够确保CMOS图像传感器模块203和玻璃基板303以及气囊加压105上下对准。

驱动升降操作装置405，使下层加载架104上的CMOS图像传感器模块203和上层加载架103上的玻璃基板303一起沿着导轨401下降，从而使得模块固定装置302与工作台402接触。

而后关闭腔体101的门使其处于封闭状态，根据实际加工工件的要求，利用控制系统102驱动真空设备对腔体101进行抽真空，并依靠加热系统对腔体101内进行加热(非必须的)。

根据待邦定的CMOS图像传感器模块203和玻璃基板303的要求，使用控制系统102对加压气囊105进行充气使其膨胀，当加压气囊105膨胀到一定程度时将会驱动上层的加载架103连同其上的CMOS图像传感器模块203一起向下沿着导轨406移动，从而对玻璃基板303和CMOS图像传感器模块203加压，使得二者实现邦定。

保持一定时间后，使用控制系统102控制加压气囊105、腔体101内分别进行卸载，再打开腔体101的门，将加载架103和104沿着滑轨403从腔体101中拉出，最后从加载架上取下邦定成一体的玻璃基板和CMOS图像传感器模块203，即完成整个一个产品的邦定，邦定后的效果如附图7所示。

下面简要概括一下上述的邦定装置各个部件的作用：

腔体、真空设备、加热装置—抽真空以便去除胶层内的气泡；加热以便胶层的固化；加压气囊—可以提供均匀的压力，并可以对不同高度的模块同时加压；加载单元—加载基板和模块，并实现两者的对准；控制系统—控制与腔体配套的真空设备、加热装置，以使得腔体内能有满足邦定工艺要求的真空度和温度，控制系统还控制加压气囊的压力，使得其能施加的压力与基板和模块邦定所需要的压力相符。模块固定装置—将多个模块固定，并保持在邦定过程中模块之间相对位置不变。

大尺寸平板探测器制造过程中，需要对将多个模块(如光电模块)和基板进行邦定，从而实现大尺寸的光电器件。下面叙述一下将多个模块与基板进行邦定的方法，该方法方案是在密闭腔体内进行邦定，包括以下工序：

第一工序、将待邦定的玻璃基板的粘接面涂敷胶层；

第二工序、将摆放整齐并且相对位置固定的多个CMOS图像传感器模块、涂覆好胶层的基板分别加载到密闭的腔体内，加载后要使得多个CMOS图像传感器模块与玻璃基板以间隔方式相对设置；

第三工序、对密闭的腔体内进行抽真空使其达到预定的真空度，以去除涂覆在玻璃基板粘接面的胶层中的气泡，并且腔体内要一直保持合适的的真空度；

第四工序、对加载好的多个CMOS图像传感器模块和玻璃基板进行加压，使得玻璃基板与多个CMOS图像传感器模块相互贴合、压紧，在该加压过程中采用充气气囊对玻璃基板进行加压，使得玻璃基板和多个CMOS图像传感器模块之间受力均匀，压紧后保持一段时间使得两者完全粘接在一起；

第五工序、将充气的加压气囊卸载，并恢复腔体内的气压，取出邦定成一体的玻璃基板和多个CMOS图像传感器模块。

该方法的突出优点为：整个邦定过程在真空环境内完成，胶层中无气体残留，压合过程工件受力均匀，有效降低气泡和压力不均对工件影响。

本发明专利的邦定装置和邦定方法还可用于单个模块与基板之间互相邦定，如附图8所示，该图展示的是将单一模块801和基板802邦定在一起的效果图。

以上实施方式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做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1、一种邦定装置，用于将单个或者多个模块与基板进行邦定，包括：

腔体，该腔体配有能对其进行抽真空的真空设备；

至少一个加载单元，该加载单元设置在所述的腔体内，所述的加载单元上具有至少两层相互平行的加载架，待相互邦定的模块和基板分别加载在相应的所述的加载架上；

工作台，该工作台位于所述的加载单元的一侧，并且与所述的加载架相正对，所述的加载单元可向靠近所述工作台的方向滑动地设置；

其特征在于：

所述的邦定装置还包括加压单元，该加压单元具有至少一个充气后能膨胀的加压气囊，所述的加压气囊位于所述的加载单元的另一侧，膨胀后的所述的加压气囊与所述的加载架相正对设置；

当向所述的加压气囊中充入气体时，膨胀后的所述的加压气囊能对与其邻近的加载架上的模块或基板直接施加压力，并且驱使位于相邻的两层加载架上的模块和基板相互贴合并压紧。

2、根据权利要求1所述的邦定装置，其特征在于：所述的多层加载架之间设置有定位装置。

3、根据权利要求1或2所述的邦定装置，其特征在于：所述的加载单元上具有与所述的加载架所在平面相垂直的两组导轨，所述的加载单元可沿着其中一组导轨向所述的工作台方向移动；在所述的加载单元中位于靠近加压气囊的加载架可沿着另一组导轨向靠近工作台的加载架方向移动。

4、根据权利要求1所述的邦定装置，其特征在于：所述的加压气囊具有至少一个柔性面，该柔性面正对着与其邻近的加载架。

5、根据权利要求1或4所述的邦定装置，其特征在于：所述的加压气囊的材质为橡胶、皮革或者塑料。

6、根据权利要求1所述的邦定装置，其特征在于：所述的加载单元上设置有一组与加载架所在平面相平行的滑轨，所述的多层加载架可沿着该滑轨滑动。

7、根据权利要求1所述的邦定装置，其特征在于：相邻的所述的两层加载架之间设置有弹性件。

8、根据权利要求1所述的邦定装置，其特征在于：该邦定装置还包括一套能对所述的腔体内部进行加热的加热装置。

9、根据权利要求1所述的邦定装置，其特征在于：该邦定装置上还设有用于固定多个模块的模块固定装置，该模块固定装置使用真空吸附方式固定模块。

10、一种邦定方法，用于将单个或者多个模块与基板在密闭腔体内进行邦定，其特征在于：包括以下工序：

第一工序、将待邦定的基板的工作面涂敷胶层；

第二工序、将模块、涂覆好胶层的基板分别加载到所述的腔体内，加载后要使得模块与基板以间隔方式相对设置；

第三工序、对所述的腔体内进行抽真空使其达到预定的真空度，以去除所述胶层中的气泡；

第四工序、对基板的另一工作面进行加压，使得基板与模块相互贴合并压紧，在该加压过程中采用充气气囊对基板进行加压；

第五工序、将所述的充气气囊卸载，恢复所述的腔体内的气压，取出邦定在一起的基板和模块。

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