CN102804012B - 将光电部件组件被动对准在衬底上的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于将光电部件组件(OECA)对准在衬底上的方法包括将衬底对准在组装表面上并将OECA对准在衬底上，使得第一OECA对准面从第一衬底对准面突出。使衬底和OECA朝向第一组装对准机构的接触面行进，使得第一OECA对准面与第一组装对准机构的接触面接触之后第一衬底对准面与该接触面接触。当第一OECA对准面与接触面接触时OECA相对于第一衬底对准面移位，且衬底继续朝向接触面移动，由此将衬底上的OECA相对于第一衬底对准面对准。

Description

将光电部件组件被动对准在衬底上的方法

背景技术

本申请根据35USC119(e)要求2009年09月21日提交的美国专利申请第61/563,449号的优先权权益。

技术领域

本说明书总地涉及用于对准光学部件组件的方法，且更具体来说，涉及将光电部件组件对准在衬底上的方法。

技术背景

光电部件组件在消费电子和工业电子都有多种应用。例如，发射可见光的半导体激光二极管可用于传感器、高密度光存储装置和投影显示器。此外，高功率半导体激光二极管可用在材料加工应用、患者治疗系统和自由空间通信系统中。除了半导体激光二极管，这种装置还可包括其他光电部件，诸如透镜、波导、和/或可从包含其的装置产生所要求的光输出所需要的各种其他光电部件。

光电部件组件可通常附连到或焊接到金属或陶瓷衬底以形成子组件。该子组件然后可被纳入电子封装，这里，子组件与其他子组件和电子封装本身对准。为了确保所获得的装置的恰当功能，在构建子组件时，需要将光电部件组件与衬底对准。所需的对准精确度可取决于特定应用变化。例如，对于某些应用，在光电子组件与衬底之间所需的对准精确度可以是数十微米量级，而对于其他应用，所需的对准精确度可以小于1微米。

因此，存在着改善将光电部件子组件被动对准在衬底上的方法以实现所需要的对准精确度。

发明内容

根据一实施例，用于将光电部件组件(OECA)对准在衬底上的方法包括将衬底对准在组装表面上并将OECA对准在衬底上，使得第一OECA对准面从第一衬底对准面突出。此后，可使衬底和OECA朝向第一组装对准机构的接触面行进，使得在第一OECA对准面与第一组装对准机构的接触面接触之后第一衬底对准面与第一组装对准机构的接触面接触。当第一OECA对准面与第一组装对准机构的接触面接触时OECA相对于第一衬底对准面移位，且衬底继续朝向接触面移动，由此将衬底上的OECA相对于第一衬底对准面对准。第一衬底对准面与第一组装对准机构的接触面之间的接触可以是至少两点接触，这限制衬底在组装表面上沿一个以上自由度的运动。类似地，第一OECA对准面与第一组装对准机构的接触面之间的接触可以是至少两点接触，这限制光电部件组件在衬底上沿一个以上自由度的运动。

在另一实施例中，用于将光电部件组件(OECA)对准在衬底上的方法包括将衬底定位在组装表面上，使得衬底对准面与组装对准机构的接触面接触，并将OECA定位在衬底上使得OECA沿第一方向大致对准。此后，OECA朝向组装对准机构的接触面行进，直到OECA的OECA对准面与组装对准机构的接触面接触为止，由此将OECA沿第二方向对准在衬底上。第一衬底对准面与第一组装对准机构的接触面之间的接触是至少两点接触，这限制衬底在组装表面上沿一个以上自由度的运动。类似地，第一OECA对准面与第一组装对准机构的接触面之间的接触是至少两点接触，这限制OECA在衬底上沿一个以上自由度的运动。

将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的实施例可认识到。

应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者描述了各种实施例，并且它们旨在提供用于理解所要求保护主题的本质和特性的概观或框架。所包括的附图用于提供对各实施例的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。附图示出本文所述的各个实施例，并与本描述一起用于说明所要求保护主题的原理和操作。

附图简要说明

图1示出根据本文所示和所描述的至少一个实施例的用于光学封装的子组件，包括衬底和光电部件；

图2示出根据本文所示和所描述的至少一个实施例的用于将光电部件组件与衬底被动对准的对准设备；

图3A-3C示出根据本文所示和所描述的至少一个实施例的使用图2的对准设备将光电部件对准在衬底上的方法；

图4示出根据本文所示和所描述的至少一个实施例，在光电部件组件与衬底对准之前，衬底、光电部分组件、以及对准设备的相对定向；

图5示出根据本文所示和所描述的至少一个实施例，用于朝向组装对准机构的接触面前进衬底和光电部件组件的对准设备和定位机构；

图6A示出根据本文所示和所描述的至少一个实施例衬底、光电部分组件、第一组装对准机构、以及第二组装对准机构的相对定向，其中，光电组件部件沿第一方向和第二方向对准在衬底上；

图6B示出根据本文所示和所描述的至少一个实施例的用于沿两个方向将光电部件组件对准衬底上的两个对准设备；以及

图7示意性示出根据本文所示和所描述的至少一个实施例的用于将光电部件组件对准在衬底上的方法。

具体实施方式

图1总地示出用于根据所描述的方法对准的光学封装的子组件。该子组件总地包括定位在衬底上的光电部件组件。该光电部件组件通过将衬底定位在组装表面上并将光电部件组件放置在衬底上而与衬底对准。然后该衬底沿组装表面朝向第一组装对准机构行进直到衬底和光电部件组件与第一组装对准机构接触为止。将详细参照用于将光电部件组件对准在衬底上的方法的各实施例，在附图中示出了各实施例的示例。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。

参照图1，示意性地示出用于光学封装的子组件100。该子组件100总地包括衬底102和光电部件组件(OECA)110。在一实施例中，OECA110包括诸如半导体激光二极管之类的波导结构或类似波导结构。例如，OECA110可包括可操作以发出1060nm波长的输出相干光光束的分布布拉格反射镜(DBR)激光器。在本文所述的其它实施例中，OECA110包括诸如光子晶体之类的波长转换装置。例如，OECA110可包括周期极化铌酸锂(PPLN)二阶谐波发生器(SHG)光子晶体或可操作以将输入相干光光束转换成高阶谐波输出光束的类似晶体。OECA110通常包括至少一个OECA对准面112，该至少一个OECA对准面112可操作以与表面、较佳地是平坦表面形成至少两点接触。在图1所示光电子结构的实施例中，OECA对准面112是平坦小平面，诸如输入小平面或输出小平面。但是，应当理解，在其它实施例中，OECA对准面112可以是边缘，诸如由OECA110的两表面相交形成的边缘。

上面定位和对准有OECA110的衬底102通常包括由金属或陶瓷材料构成的板。在本文所述的实施例中，衬底102由钢合金构成。但是，在其它实施例中，衬底102可由不同合金、陶瓷材料或有机材料构成。该实施例的衬底大致包括上面定位有OECA110的平坦顶部表面104、底部表面106以及在顶部表面104与底部表面106之间延伸的多个侧面107、108、109。衬底102通常包括至少一个衬底对准面120，该至少一个衬底对准面120可与平坦表面形成至少两点接触。例如，在图1所示实施例中，衬底102是矩形板，且衬底对准面120是矩形板的一侧面(例如侧面108)，使得第一衬底对准面120是平坦的。

尽管本文已经将第一衬底对准面120描述为平坦的，但应当理解，第一衬底对准面120也可具有其它构造。例如，该衬底可形成为衬底的一侧面具有从衬底的一侧面延伸的楔形件或类似突起并可操作以形成衬底与平坦表面之间的线接触。或者，第一衬底对准面120可以是衬底102的边缘。

衬底102的顶部表面104包括粘结材料的衬垫122以便于OECA110在对准后粘结至衬底102。例如，粘结材料可包括能够粘附至衬底102和OECA110两者的焊料或聚合物材料。

现参照图2和3A，示意性地示出A110与衬底102对准的对准设备200。对准设备200大致包括布置在设备本体206内的组装表面202和第一组装对准机构204。在本文所示和所述的实施例中，设备本体206由铝合金加工而成。但是，应当理解，设备本体206可由各种其它金属或合金或者由包括陶瓷、碳和/或玻璃在内的其它材料制成。

组装表面202和第一组装对准机构204是大致平坦的，并在设备本体206内形成的V形槽203的相对两侧上沿设备本体206的长度L延伸，使得第一组装对准机构204的接触面208面向组装表面202。接触面208与组装表面202之间的角度α可为约60°至约120°，从而实现OECA与衬底之间所要求的定向，如本文将更详细描述的那样。图2和3A的对准设备200还包括在V形槽的顶点形成在设备本体206内并沿组装设备的长度L延伸的半圆形凹陷通道210。凹陷通道210便于衬底在V形槽的顶点直接抵靠第一组装对准机构。

在图2中所示的对准设备200的实施例中，组装表面202与设备本体206一体形成。但是，在另一实施例(未示出)中，组装表面202可包括用粘合剂、焊料、紧固件等固定地附连至设备本体206的材料片或材料板。此外，在图2所示的实施例中，组装表面202包括将组装表面分成多个槽214的多个分隔件212。分隔件212可与组装表面202一体形成，或替代地，可以是用粘合剂、焊料或紧固件固定地附连至组装表面的离散部件。

尽管图2所示的对准设备200的实施例包括用分隔件212分成多个槽214的组装表面202，但在其它实施例(未示出)中，组装表面202不包括分隔件(例如，组装表面是沿对准设备的长度L的连续表面)。

仍参照图2和3A，在一实施例中，第一组装对准机构204是定位在V形槽203一侧上的玻璃板。玻璃板防止OECA110，且更具体地防止是用于将OECA附连至衬底的粘结材料在OECA对准至衬底的过程期间粘结至对准设备200。玻璃板还提供用于将OECA对准在衬底上的大致平坦接触表面。接触面208较佳地是平坦而光滑的，没有任何不想要的颗粒或污垢。表面平坦度应当较佳地小于25μm、更佳地小于10μm、且甚至更佳地小于1μm。玻璃板用真空源216保持在V形槽203内，真空源216经由形成在设备本体206内的真空端口218流体联接至V形槽。在真空端口上抽吸真空，将玻璃板抽吸至V形槽203的一侧。在替代实施例(未示出)中，玻璃板可用便于移除和更换玻璃板的一个或多个夹子或紧固件可移除地附连至V形槽。

尽管本文已经描述该第一组装对准机构204包括玻璃板，但应当理解，第一组装对准机构可替代地包括由陶瓷材料和/或碳形成的板。在又一些实施例中，第一组装对准机构204可一体地形成在对准设备200内，尤其是当对准设备由碳、陶瓷材料或玻璃形成时。

参照图3A，在一实施例中，对准设备200还包括固定地附连至设备本体206的振动源220。振动源220可包括由压电材料构成的超声换能器或对对准设备赋予振动能对类似源。在图3A所示实施例中，振动源220附连至设备本体206的与组装表面202相邻的一侧222。但是，在其它实施例中，振动源可附连至设备本体的与第一组装对准机构相邻的一侧224或设备本体的底部226。振动源220在将OECA与衬底对准的过程期间启用，由此使对准设备振动。振动对准设备有助于(i)克服当衬底沿组装表面202朝向第一组装对准机构的接触面208行进时衬底与组装表面202之间的摩擦力；(ii)在组装表面202与接触面208之间提供适当的2点接触。

尽管图3A示出对准设备200包括固定地附连至设备本体206的振动源，但在替代实施例(未示出)中，在对准过程期间对准设备可放置在振动平台上。该振动平台可用于在对准过程期间赋予对准设备200以振动能，如上所述，这有助于克服组装表面202与衬底之间的摩擦力。

现参照图3A-3C和4，示意性地示出用对准设备200将OECA110对准在衬底102上的方法的一实施例。该对准设备200首先定向成使得对准表面202大致水平，在图3A-3C中水平即是平行于所示坐标轴的x-y平面。定向对准设备200通过将对准设备200围绕其转动轴线230转动来实现，转动轴线230平行于坐标系的y轴。

此后，衬底定位在组装表面上，使得衬底102的底表面(未示出)与组装表面202接触，且第一衬底对准面120面向第一组装对准机构204的接触面208。当组装表面202如上所述分成多个槽时，衬底102可定位在其中一个槽内并如上所述相对于组装表面202和第一组装对准机构204定向。在一实施例中，可用常规拾取-放置机器或设备进行衬底102在组装表面202上的定位。在其它实施例中，可手动进行衬底的定位。

此后，OECA110定位在衬底102的顶部表面104上，且更具体地定位在衬底102的顶部表面104的衬垫122上。OECA110可用常规拾取放置机器或设备定位在衬底102上。OECA110定位在衬底112上，使得OECA对准面112面向第一组装对准机构204的接触面208，且从第一衬底对准面120突出的量为D，如图4所示。在一实施例中，量D可为从约20微米至50微米。但是，应当理解，量D可根据OECA对准面112与第一衬底对准面120的所要求的最终相对定向而变化，该所要求的最终相对定向由接触面208与组装表面202之间的角度α确定。

一旦OECA110定位在衬底102上，衬底102和OECA110就沿组装表面202朝向第一组装对准机构204行进，使得第一衬底对准面120和OECA对准面与第一组装对准机构204的接触面208接触。

在一实施例中，衬底102和OECA110在组装表面202上通过重力朝向接触面208递进。这可通过使对准设备200沿图3B所示实施例中的逆时针方向绕转动轴线230转动来完成。使对准设备如图3B所示转过角度β增加组装表面相对于x-y平面的倾角，且又使衬底102和OECA110在重力影响下朝向第一组装对准机构204的接触面208行进。图3C示出使用重力辅助技术的设备和OECA和衬底的最终定向。可用振动源220或外部源将振动能施加至对准设备200，以有助于(i)克服衬底与组装表面202之间的摩擦力，由此促进衬底102在组装表面202上的重力辅助滑动；和/或(ii)将衬底102与接触面208适当对准。

现参照图5，在另一实施例中，衬底102和OECA110在组装表面202上机械地朝向接触面208行进。例如，机械行进机构205可与衬底102接触，使得机械行进机构205将衬底102朝向接触面208推压。机械行进机构250可包括联接至驱动臂254的接触头252。驱动臂254可机械致动、气动致动或机电致动并可操作以沿x方向伸缩，由此将接触头152压抵衬底102并使衬底102和OECA110朝向接触面208递进。在一实施例中，当衬底102递进时可对对准设备200施加振动能来辅助克服如上所述组装表面202与衬底102之间的摩擦力。诸如当对准设备200定位在振动平台或以其它方式联接至振动能源时，可用振动源220或外部源施加振动能。但是，应当理解，当用机械行进机构使衬底102和OECA110在组装表面202上行进时，振动能的施加是可选的，因为由机械行进机构施加在衬底202上的力可能足以克服衬底102与组装表面202之间的摩擦力。

在任一实施例中，由于OECA对准面112和第一衬底对准面120的初始相对定位，在第一衬底对准面120与接触面208接触之前OECA对准面112与接触面208形成至少两点接触。但是，在OECA对准面112与接触面208接触之后，衬底102继续朝向接触面208行进，由此使OECA110相对于衬底102移位，且更具体地相对于第一衬底对准面120移位。衬底102朝向接触面208行进，直到第一衬底对准面120与第一组装对准机构204的接触面208形成至少两点接触为止。

如本文所述，OECA对准面112和第一衬底对准面120中每个与第一组装对准机构204的接触面208形成至少两点接触。至少两点接触限制OECA110和衬底102中的每个沿第一组装对准机构204的接触面208的方向的运动。此外，还应当理解，接触面208与OECA110和衬底102中每个之间的点接触还限制或者防止衬底102相对于组装表面202的转动以及OECA110相对于组装表面202和衬底102的转动。因而，应当理解，OECA对准面112和接触面208之间的至少两点接触限制OECA110在衬底上沿一个以上自由度的运动(即，沿接触面方向的侧向运动和相对于衬底和/或组装表面的转动)。类似地，应当理解，第一衬底对准面120和接触面208之间的至少两点接触限制衬底在组装表面上沿一个以上自由度的运动(即，沿接触面方向的侧向运动和相对于组装表面的转动)。振动能地受控施加便于克服衬底与组装表面之间的摩擦/静摩擦力，并便于可复制地将OECA和衬底面与组装对准机构对准。

OECA110与衬底102之间的相对对准通过组装表面202与第一对准组装机构204的接触面208之间的角度α确定。当角度α大于90°时，OECA110在对准之后会从衬底102的第一衬底对准面120突出(即，OECA110从衬底102的边缘突出)。但是，当角度α小于90°时，OECA110在对准之后会从衬底102的第一衬底对准面120凹入(即，OECA110从衬底102的边缘偏移)。当角度α为90°时，第一衬底对准面120和OECA110对准在垂直于对准设备200的组装表面的平面内。

在OECA110与衬底102对准之后，可用形成衬垫122的粘结材料将OECA110结合至衬底102。在一实施例中，为了便于将OECA110结合至衬底102，可将包括OECA110和衬底102在内的对准设备200置于炉内并加热至适于活化衬垫122的粘结材料的温度。例如，当粘结材料是焊料时，炉可能被加热至适于使焊料重新流动的温度。类似地，在粘结材料是聚合物材料的情况下，炉可被加热至用于固化将OECA110粘结至衬底的聚合物材料的适当温度。在另一实施例中，在粘结材料是UV可固化树脂的情况下，炉可以是UV固化炉，UV固化炉可用于活化并固化UV可固化树脂，由此将OECA固定至衬底。

基于前述内容，现在应当理解，对准设备200可用于将OECA110沿至少一个方向对准在衬底102上。此外，应当理解，当对准设备200包括具有多个槽的组装表面时，诸如图2所示的对准设备，包括衬底和OECA在内的多个子组件可用对准设备大致同时对准。因而，应当理解，本文所述的方法适于大批量生产对准的子组件。

此外，尽管对准表面和第一组装对准机构在本文描述为形成或者以其它方式包含在单个对准设备中，但应当理解，本文所述的方法可用于第一组装对准机构和作为分开和离散件的组装衬底。

尽管图3A-3C示意性地示出用于将OECA沿一个方向对准在衬底上的方法，但应当理解，可使用相同的技术沿两个方向将OECA与衬底对准。

现参照图6A和6B，以图形示出用于沿第一方向(例如x方向)和第二方向(例如y方向)将OECA150对准在衬底102上的方法的实施例。为了便于沿x方向和y方向定位OECA150，OECA150包括可动定位块130和光电部件140。在该实施例中，第一组装对准机构204定位成沿x方向对准OECA150，且第二组装对准机构201定位成沿y方向对准OECA150。因而，应当理解，图6A的第一组装对准机构和第二组装对准机构相互垂直。

定位块130一般可由不粘结至衬底102的顶部表面104上衬垫122的粘结材料的材料构成。这便于光电部件140粘结到衬底102之后定位块的移动。因而，定位块130可由玻璃、陶瓷、碳或不会粘结至衬垫122的粘结材料的任何其它材料制成。在图6A和6B所示的实施例中，定位块是玻璃。定位块还包括定位块对准面，该定位块对准面在该实施例中是第一OECA对准面113。第一OECA对准面113适于与平坦表面形成至少两点接触。例如，在图6A所示定位块130的实施例中，第一OECA对准面113是大致平坦的。定位块130还可具有第二对准面，块体对准面115，其可在定位块130上与第一OECA对准面113相反定向。在图6A所示的实施例中，第一OECA对准面113与块体对准面115不平行，使得第一OECA对准面具有相对于块对准面115的倾角。

定位块可具有适于将光学部件对准在衬底的表面上的任何几何形状。例如，如上所述且如图6A所示，第一OECA对准面113具有相对于块体对准面115的倾角。可利用具有这种构造的OECA对准面来将光电部件相对于衬底的边缘移位以及将光电部件在衬底上转动，如本文将更详细描述的那样。这可例如在如图6A所示光电部件具有倾斜端部小平面时用于将光电部件140对准在衬底上。

尽管定位块130描述为具有倾斜对准面，使得对准块呈梯形，但应当理解，定位块130可以是矩形、任何适当几何形状的方形或者用于实现光电部件140在衬底上所要求的对准的形状。此外，从以下说明应当理解，定位块的尺寸可具体选择成实现所要求的对准。例如，可能理想的使光电部件平行于第一衬底对准面320并从第一衬底对准面320偏移均匀量。因而，定位块130可呈大致方形或矩形，沿x方向的宽度对应于从第一对准面320所要求的偏移距离。

OECA150的光电部件140可如上所述包括波导结构或光晶体。例如，光电部件140可包括周期极化铌酸锂(PPLN)二阶谐波发生器(SHG)光子晶体或可操作以将输入相干光光束转换成高阶谐波输出光束的类似晶体。在图6A所示实施例中，光电部件具有倾斜端部小平面，倾斜端部小平面之一可用作第二OECA对准面132，该第二OECA对准面132适于与平坦表面形成至少两点接触。在图6A所示光电子部件的实施例中，第二OECA对准面132是平坦小平面，诸如输入小平面或输出小平面。

如上所述，上面定位和对准有OECA150的衬底302通常包括由金属或陶瓷材料构成的板。衬底大致包括定位有OECA150的平坦顶部表面304和与组装表面202接触的底部表面(未示出)。衬底102通常包括第一衬底对准面320和第二衬底对准面321，两者都可操作以与平坦表面形成至少两点接触。例如，在图6A所示实施例中，衬底302是矩形板，且第一衬底对准面320是矩形板的一侧面，而第二衬底对准面321是矩形板的垂直于第一侧面的第二侧面，使得第一和第二衬底对准面320、321是平坦的。衬底302还可包括如上所述定位在顶部表面104上粘结材料的衬垫122。

参照图6A，为了沿第一方向(即x方向)和第二方向(即y方向)定位OECA150，首先将衬底302定位在组装表面上，使得第一衬底对准面320面向第一组装对准机构204的接触面208，而第二衬底对准面321面向第二组装对准机构201的接触面209。使用常规拾取放置装置可实现用该定向定位衬底302。

此后，将定位块130定位在衬底302的顶部表面304上，使得第一OECA对准面113面向第一组装对准机构204的接触面208，并从第一衬底对准面320突出。第一OECA对准面113可从第一衬底对准面120突出距离D，如上所述该距离D为约20微米至约50微米。与衬底302一样，可用常规拾取放置机器将定位块130定位在衬底102上。

光电部件140在衬底102的顶部表面304上定位成，使得光电部件140邻靠定位块130的与第一OECA对准面113相反的块体对准面115。因而，应当理解，当第一OECA对准面113与对准块的相反面不平行时，光电部件140也会与第一OECA对准面113不平行，且当第一OECA对准面113平行于定位块130的相反面时，光电部件140也会平行于第一OECA对准面113。在该实施例中，定位块130具有尺寸(宽度)为X的后表面。且光电部件140的中心(例如波导轴线或光晶体的轴线)定位在到第一对准面320的边缘的预定距离或偏移Y处。通过适当选择X尺寸，距离Y会将光电部件140定位在衬底302的顶部表面304上的预定位置处。光电部件140也在衬底302上定位成使得第二OECA对准面132(即光电部件的端部小平面)面向第二组装对准机构201的接触面209并从第二衬底对准面321突出一定量d，该量d可从约20微米至约50微米。光电部件140大致在衬底102上定位成使得当光电部件对准在衬底上时，光电部件定位在衬垫122上。如上所述，将可用拾取放置机器进行光电部件140的定位。

一旦光电部件140定位在衬底302上，则衬底302和OECA150朝向第一组装对准机构204的接触面208行进(如箭头500所示)，从而沿第一方向(在该实例中是x方向)将OECA150对准在衬底302的表面上。在一实施例中，衬底和OECA150如上所述在重力影响下朝向接触面208行进。例如，为了使衬底302和OECA150朝向接触面208行进，组装表面可绕大致平行于y轴的转动轴线倾斜，使得衬底302朝向接触面208倾斜。或者，衬底302和OECA150如上所述用机械行进机构(未示出)朝向接触面208行进。在任一实施例中，可对组装表面施加振动源以辅助克服衬底302与组装表面之间的摩擦力。

当衬底302和OECA150朝向接触面208行进时，由于第一OECA对准面113和第一衬底对准面320的初始相对定位，在第一衬底对准面320与接触面208接触之前第一OECA对准面113与接触面208形成至少两点接触。但是，在第一OECA对准面113与接触面208接触之后，衬底302继续朝向接触面208行进，由此使OECA150相对于衬底302移位，且更具体地相对于第一衬底对准面320移位。因而，定位块130和光电部件140都相对于第一衬底对准面320沿x方向移位。衬底302朝向接触面208行进，直到第一衬底对准面320与第一组装对准机构204的接触面208形成至少两点接触为止。

当如图6A所示第一OECA对准面113与接触面208不平行时，使第一OECA对准面113抵靠接触面208行进使得定位块在衬底302的顶部表面304上转动，这又使光电部件140也在衬底302的顶部表面304上转动。这对于定位具有倾斜端部小平面的光电部件140是尤其有用的，使得第二OECA对准面132平行于第二衬底对准面321。

在OECA150沿第一方向定位之后，则衬底302和OECA150朝向第二组装对准机构201的接触面209行进(如箭头502所示)，从而沿第二方向(在该实例中是y方向)将OECA150对准在衬底302的表面上。衬底302和OECA150机械地或在重力影响下朝向接触面208行进。例如，为了使衬底302和OECA150朝向接触面209行进，组装表面可绕大致平行于x轴的转动轴线倾斜，使得衬底302朝向接触面209倾斜。

当衬底302和OECA150朝向接触面209行进时，由于第二OECA对准面132和第二衬底对准面321的初始相对定位，在第二衬底对准面321与接触面209接触之前第二OECA对准面132与接触面209形成至少两点接触。但是，在第二OECA对准面132与接触面209接触之后，衬底302继续朝向接触面209行进，由此使OECA150相对于衬底302移位，且更具体地相对于第二衬底对准面321移位。因而，至少光电部件140相对于第二衬底对准面321沿y方向移位。衬底302朝向接触面209行进，直到第二衬底对准面321与第二组装对准机构201的接触面209形成至少两点接触为止。

一旦第二衬底对准面与第二组装对准机构201的接触面209接触，则OECA150沿第一方向和第二方向对准在衬底302上。然后光电部件140可如上所述使用粘结材料结合至衬底302。但是，应当理解，定位块130未粘结至衬垫122，且由此定位块130可在光电部件粘结至衬底302之后从衬底移除。

现参照图6B，可用类似于图2所示对准设备的两个对准设备200、500进行将OECA150对准在衬底302上的方法。首先将衬底302、定位块130和光电部件140如上所述定位在对准设备200的组装表面202上。然后使衬底302抵靠第一组装对准机构204的接触面208行进，以沿第一方向对准光电部件。在图6B所示的实施例中，通过使对准设备200倾斜使衬底302朝向接触面208行进。

此后，将对准设备200定位在第二对准设备255的组装表面233上。这用定向成组装表面233大致水平的固定设备200来进行。用定位在第二对准设备255上的对准设备200，第二对准设备转动以使衬底302在重力的影响下沿组装表面202朝向第二组装定位机构201的接触面209行进。当衬底302和光电部件140与接触面209接触时，如上所述，光电部件沿第二方向对准在衬底上。

现参照图7，示意性地示出将OECA110对准在衬底102上的方法的第二实施例。在该实施例中，首先将衬底102放置在组装表面202上，使得衬底102与第一组装对准机构204的接触面208直接接触，并与接触面形成至少两点接触。此后，首先将OECA110定位在衬底102的顶部表面上并沿y方向对准在衬垫(未示出)上，使OECA对准面112面向接触面208。可用拾取和放置机器或类似定位装置进行OECA110的初始定位。一旦OECA初始定位好，则OECA在衬底102的顶部表面上朝向接触面208行进。在图7所示的实施例中，OECA用定位装置400朝向接触面208行进。定位装置400包括联接至支承支架402的附连头部404。在图7所示的实施例中，附连头部404是可操作以与OECA110接触并在OECA110上抽吸真空的真空附连头部。支承支架402可联接至计算机数字控制(CNC)定位系统，使得定位装置可沿x、y和z方向定位。

为了将OECA110对准在衬底102上，通过在OECA110上抽吸真空而将附连头部404附连至OECA110。在OECA上抽吸的真空度可设定成使得受控的对准面之间的接触使得如果接触力超过预定值，则附连头部404相对于OECA110滑动，由此防止OECA上过大的力。这允许OECA110与接触面208对准，同时防止损坏OECA。当定位装置采用弹簧加载的或类似行进机构时类似受控的接触力可能是有用的。此后，定位装置400施加向下的力(即，沿z方向的力)，由此强制OECA110抵靠衬底102的顶部表面并压平。然后定位装置将衬底沿x方向朝向接触面208滑动，直到OECA对准面112与接触面208形成至少两点接触。当OECA对准面与接触面208形成至少两点接触时，附连头部404继续朝向接触面208移动，而不沿x方向赋予OECA110以任何附加运动(即，附连头部沿OECA110滑动但不使OECA移动)。此后，可将OECA110结合至衬底102，如上所述。

基于前述内容，现应当理解本文所述的技术可用于以高度对准精度和可重复性将一个或多个光电部件对准在衬底上。例如，本文所述方法使光电部件能够以小于约1微米和低至0.5微米的可重复精度定位在衬底上。此外，用于进行该方法的设备可用低成本容易地实现并容易缩放。因而，应当理解，本文所述的方法和设备可容易地适用于以比当前采用的基于芯片焊接机的机器视觉显著低的成本进行大量制造操作而不会降低对准精度。实际上，本文所述方法的对准精度实际上是以显著低的成本对现有技术的改进。

对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下对本文所述的实施例作出各种修改和变化。因此，意味着说明书覆盖本文所述各种实施例的修改和变化，这种修改和变化在所附权利要求书和其等同物的范围内。

Claims (19)

1.一种将光电部件组件对准在衬底上的方法，所述方法包括：

将所述衬底定位在组装表面上；

将光电部件组件定位在所述衬底上，使得第一光电部件组件对准面从第一衬底对准面突出；以及

使所述衬底和所述光电部件组件朝向第一组装对准机构的接触面行进，使得在所述第一光电部件组件对准面与所述第一组装对准机构的所述接触面接触之后所述第一衬底对准面与所述第一组装对准机构的所述接触面接触，其中：

所述第一衬底对准面与所述第一组装对准机构的所述接触面之间的接触是至少两点接触，这限制所述衬底在所述组装表面上沿一个以上自由度的运动；

所述第一光电部件组件对准面与所述第一组装对准机构的所述接触面之间的接触是至少两点接触，这限制所述光电部件组件在所述衬底上沿一个以上自由度的运动；以及

当所述第一光电部件组件对准面与所述第一组装对准机构的所述接触面接触时所述光电部件组件相对于所述第一衬底对准面移位，且所述衬底继续朝向所述第一组装对准机构的所述接触面移动，由此将所述衬底上的所述光电部件组件相对于所述第一衬底对准面对准。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(i)通过使所述组装表面倾斜；或(ii)用定位装置使所述衬底朝向所述第一组装对准机构的所述接触面行进。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光电部件组件选自由激光二极管和光晶体组成的一组。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一组装对准机构的所述接触面和所述组装表面之间的角度从60°至120°。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一组装对准机构的所述接触面是玻璃。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一组装对准机构的所述接触面是玻璃。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：当所述衬底朝向所述第一组装对准机构的所述接触面行进时使所述组装表面振动。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述光电部件组件定位在施加至所述衬底的粘结材料上；以及

所述方法还包括加热所述组装表面、所述衬底和所述光电部件组件，以将所述光电部件组件粘结至所述衬底。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组装表面是对准设备内V形槽的一侧，且所述第一组装对准机构在所述V形槽的相反侧上定向。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对准设备包括所述V形槽顶点处的凹陷通道。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述组装表面包括多个槽。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述光电部件组件包括光电部件和定位块；

所述第一光电部件组件对准面是定位块对准面；

所述光电部件组件定位在所述衬底上，使得第二光电部件组件对准面从第二衬底对准面突出；以及

所述方法还包括使所述衬底和所述光电部件组件朝向第二组装对准机构的接触面行进，使得在所述第二光电部件组件对准面与所述第二组装对准机构的所述接触面接触之后所述第二衬底对准面与所述第二组装对准机构的所述接触面接触，其中：

所述第二衬底对准面与所述第二组装对准机构的所述接触面之间的接触是至少两点接触，这限制所述衬底在所述组装表面上沿一个以上自由度的运动；

所述第二光电部件组件对准面与所述第二组装对准机构的所述接触面之间的接触是至少两点接触，这限制所述光电部件组件在所述衬底上沿一个以上自由度的运动；以及

当所述第二光电部件组件对准面与所述第二组装对准机构的所述接触面接触时所述光电部件相对于所述第二衬底对准面移位，且所述衬底继续朝向所述第二组装对准机构的所述接触面移动。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，(i)当所述第一衬底对准面与所述第一组装对准机构的所述接触面接触时所述光电部件与所述第一衬底对准面不平行；和/或(ii)通过使所述组装表面绕第一轴线倾斜而使所述衬底朝向所述第一组装对准机构行进，且通过使所述组装表面绕第二轴线倾斜而使所述衬底朝向所述第二组装对准机构行进。

14.一种将光电部件组件对准在衬底上的方法，所述方法包括：

将所述衬底定位在组装表面上，使得衬底对准面与组装对准机构的接触面接触；

将光电部件组件定位在所述衬底上，使得所述光电部件组件沿第一方向大致对准；

使所述光电部件组件朝向所述组装对准机构的所述接触面行进，直到所述光电部件组件的光电部件组件对准面与所述组装对准机构的所述接触面接触，由此将所述光电部件组件沿第二方向对准在所述衬底上；其中：

所述衬底对准面与所述组装对准机构的所述接触面之间的接触是至少两点接触，这限制所述衬底在所述组装表面上沿一个以上自由度的运动；以及

所述光电部件组件对准面与所述组装对准机构的所述接触面之间的接触是至少两点接触，这限制所述光电部件组件在所述衬底上沿一个以上自由度的运动。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：用定位装置使所述光电部件组件朝向所述组装对准机构的所述接触面行进。

16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，还包括：在所述光电部件组件朝向所述组装对准机构行进时使所述组装表面振动。

17.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述光电部件组件(i)包括光晶体；和/或(ii)在光电部件组件朝向所述组装对准机构行进时压抵所述衬底。

18.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述组装对准机构的所述接触面与所述组装表面之间的角度从60至120°。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述组装对准机构的所述接触面与所述组装表面之间的角度从60至120°。