CN116313838A - 三维封装方法及三维封装装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维封装方法及三维封装装置，涉及三维封装技术领域。该三维封装方法包括以下步骤：将第一腔体固定于加压机构上，第二腔体固定于对准调节平台上，加压机构和对准调节平台相对设置；第一腔体吸附第一样品，第二腔体吸附第二样品；对准识别机构移动至第一样品和第二样品之间，识别第一样品和第二样品的对准偏差；对准调节平台根据计算出的对准偏差调节第二样品的位置，以使第一样品和第二样品对准，对准识别机构确认对准完成后移出；加压机构驱动第一腔体向靠近第二腔体的方向移动，以使第一腔体和第二腔体之间形成局部真空腔；对局部真空腔抽真空，以使第一腔体和第二腔体固定连接形成密闭腔体。

Description

三维封装方法及三维封装装置

技术领域

本发明涉及三维封装技术领域，尤其涉及一种三维封装方法及三维封装装置。

背景技术

随着信息技术的发展，电子器件对集成电路的小型化、高性能以及低能耗的要求与日俱增。对于芯片来说，利用空间堆叠的三维封装解决方案在上述方面相较于二维封装优势明显，因此三维封装正逐步成为主流的封装技术。

随着芯片以及集成电路的小型化，对准键合工艺的对准要求越来越高，且随着键合工艺的发展，键合前需要对键合面进行预处理，这样就要求对准完成后需要在特定的工艺环境对键合面进行处理，从而提高键合强度以及键合性能。对于需要进行预处理的键合工艺，需要在对位后进行键合面的预处理，而这些预处理一般需要在特定的氛围中进行，从而保证预处理的效果。因此需要在对位后，形成一个封闭的腔体保证预处理所需要的氛围。而为了对位，封闭腔体的下部相对上部会出现随机的错位，这给腔体的密封以及密封后固定带来了难题，进而限制了对位精度的提高。此外，如果将对准识别机构集成于同一腔体内，考虑到对准识别机构的可靠性和寿命，则会限制工艺气体的种类，影响表面预处理效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维封装方法及三维封装装置，以实现在样品对准后形成封闭腔体，避免影响封闭腔体的固定和限制工艺气体的种类；提高了对位精度，保证了对准识别机构的可靠性和寿命，且不会影响样品的预处理效果。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

三维封装方法，其中，所述三维封装方法包括以下步骤：

将第一腔体固定于加压机构上，第二腔体固定于对准调节平台上，所述加压机构和所述对准调节平台相对设置；

所述第一腔体吸附第一样品，所述第二腔体吸附第二样品；

对准识别机构移动至所述第一样品和所述第二样品之间，识别所述第一样品和所述第二样品的对位标记，并根据识别的所述对位标记计算所述第一样品和所述第二样品的对准偏差；

所述对准调节平台根据计算出的所述对准偏差调节所述第二样品的位置，以使所述第一样品和所述第二样品对准，所述对准识别机构确认对准完成并移出；

所述加压机构驱动所述第一腔体向靠近所述第二腔体的方向移动至所述第一腔体和所述第二腔体抵接，所述第一腔体和所述第二腔体之间形成局部真空腔；

对所述局部真空腔抽真空，以使所述第一腔体和所述第二腔体固定连接形成密闭腔体。

作为三维封装方法的一个可选方案，所述三维封装方法还包括以下步骤：

向所述密闭腔体内通入样品预处理所需的工艺气体，对所述第一样品和所述第二样品进行预处理；

预处理工艺完成后，通过所述加压机构驱动所述第一样品向靠近所述第二样品的方向移动直至所述第一样品和所述第二样品抵接，所述加压机构以设定压力保压，以使所述第一样品和所述第二样品键合。

作为三维封装方法的一个可选方案，在所述加压机构驱动所述第一样品移动的过程中，持续向所述密闭腔体内通入所述工艺气体。

作为三维封装方法的一个可选方案，所述第一样品和所述第二样品进行预处理时的温度为150℃～250℃，时间为1min～30min。

作为三维封装方法的一个可选方案，所述第一样品和所述第二样品键合时的温度为180℃～350℃，时间为1min～30min。

作为三维封装方法的一个可选方案，在所述第一样品和所述第二样品键合完成后，所述三维封装方法还包括以下步骤：

所述第一腔体释放所述第一样品，所述局部真空腔破真空，以使所述第一腔体和所述第二腔体解除固定连接；

所述加压机构驱动所述第一腔体向远离所述第二腔体的方向移动至初始位置；

所述第二腔体释放键合后的所述第一样品和所述第二样品，以将键合后的所述第一样品和所述第二样品取下。

作为三维封装方法的一个可选方案，所述第一腔体和所述第二腔体抵接时，所述加压机构施加的压力为10N～300N。

作为三维封装方法的一个可选方案，所述第一腔体靠近所述第二腔体的一侧吸附有第一样品工装，所述第一样品工装吸附所述第一样品；所述第二腔体靠近所述第一腔体的一侧吸附有第二样品工装，所述第二样品工装吸附所述第二样品。

作为三维封装方法的一个可选方案，所述对准识别机构移动至所述第一样品和所述第二样品之间的步骤包括：

所述加压机构驱动所述第一腔体带动所述第一样品移动至第一指定位置，所述对准调节平台驱动所述第二腔体带动所述第二样品移动至第二指定位置；

所述对准识别机构移动至所述第一指定位置和所述第二指定位置之间。

作为三维封装方法的一个可选方案，所述对准偏差包括X轴方向偏差、Y轴方向偏差和角度方向偏差，所述对准调节平台能驱动所述第二腔体沿X轴方向移动、沿Y轴方向移动和沿周向转动。

三维封装装置，其采用如以上任一方案所述的三维封装方法，所述三维封装装置包括：

第一腔体，包括第一腔体主体和第一真空吸附压头，所述第一真空吸附压头固定于所述第一腔体主体，用于吸附和加热所述第一样品；

第二腔体，包括第二腔体主体和第二真空吸附压头，所述第二真空吸附压头固定于所述第二腔体主体，用于吸附和加热所述第二样品，所述第二腔体主体的第一侧面间隔设置有第一密封部和第二密封部，所述第一腔体主体的第一密封面与所述第一侧面抵接，所述第一侧面、所述第一密封部、所述第二密封部和所述第一密封面之间形成所述局部真空腔；

相对设置的加压机构和对准调节平台，所述第一腔体固定于所述加压机构，所述加压机构用于驱动所述第一腔体向靠近所述对准调节平台的方向移动；所述第二腔体固定于所述对准调节平台，所述对准调节平台用于驱动所述第二腔体沿X轴方向移动、沿Y轴方向移动和沿周向转动；

对准识别机构，可移动地设置于所述加压机构和所述对准调节平台之间。

作为三维封装装置的一个可选方案，所述第一腔体主体包括波纹管组件和压头连接件，所述波纹管组件包括第一法兰、第二法兰和用于连接所述第一法兰与所述第二法兰的波纹管，所述压头连接件设于所述波纹管内，所述第一真空吸附压头通过所述压头连接件与所述第一法兰连接，所述加压机构通过第一转接件与所述第一真空吸附压头固定连接，所述第二法兰远离所述第一法兰的一侧为所述第一密封面，所述第一侧面、所述第一密封部、所述第二密封部和所述第一密封面之间形成所述局部真空腔。

作为三维封装装置的一个可选方案，所述第一腔体主体还包括导向柱，所述导向柱固定于所述第二法兰，所述第一法兰与所述导向柱滑动连接。

作为三维封装装置的一个可选方案，所述第一法兰与所述压头连接件之间设置有第一密封圈，所述压头连接件与所述第一真空吸附压头之间设置有第二密封圈；所述第二真空吸附压头和所述第二腔体主体之间设置有第三密封圈。

作为三维封装装置的一个可选方案，所述第二腔体主体上设置有工艺气体进气接头和工艺气体排气接头，所述工艺气体进气接头和所述工艺气体排气接头均与所述第二腔体主体的内部连通。

作为三维封装装置的一个可选方案，所述第二腔体主体上设置有第一真空吸附接头，所述第一密封部和所述第二密封部之间设置有第一吸附孔，所述第一真空吸附接头与所述第一吸附孔连通。

作为三维封装装置的一个可选方案，所述第一腔体主体上设置有第二真空吸附接头和第三真空吸附接头，所述第一真空吸附压头上设置有第二吸附孔和第三吸附孔，所述第二真空吸附接头与所述第二吸附孔连通，用于吸附第一样品工装；所述第三真空吸附接头与所述第三吸附孔连通，用于将所述第一样品吸附于所述第一样品工装；

所述第二腔体主体上还设置有第四真空吸附接头和第五真空吸附接头，所述第二真空吸附压头上设置有第四吸附孔和第五吸附孔，所述第四真空吸附接头与所述第四吸附孔连通，用于吸附第二样品工装，所述第五真空吸附接头与所述第五吸附孔连通，用于将所述第二样品吸附于所述第二样品工装。

本发明的有益效果：

本发明提供的三维封装方法，通过将第一腔体和第二腔体分别固定于相对设置的加压机构和对准调节平台上，第一腔体吸附第一样品，第二腔体吸附第二样品。然后将对准识别机构移动至第一样品和第二样品之间识别第一样品和第二样品的对位标记，并根据识别的对位标记计算第一样品和第二样品的对准偏差。对准调节平台根据计算出的对准偏差调节第二样品的位置，以使第一样品和第二样品对准，对准识别机构确认对准完成后移出。加压机构驱动第一腔体向靠近第二腔体的方向移动至第一腔体和第二腔体抵接，在第一腔体和第二腔体之间形成局部真空腔。最后对局部真空腔抽真空，将第一腔体和第二腔体固定连接形成密闭腔体。第一腔体和第二腔体通过真空吸附的方式固定连接，即使第一样品和第二样品在对位时出现了错位，也不会影响第一腔体和第二腔体的固定连接，实现样品对位和键合前的预处理在同一工位进行，避免移位影响对位精度，而且不影响第一腔体和第二腔体的密封固定和限制工艺气体的种类，保证了对准识别机构的可靠性和寿命，提高了样品表面预处理的效果。

本发明提供的三维封装装置，采用上述的三维封装方法，第一腔体固定于加压机构上，第二腔体固定于对准调节平台上，第一腔体通过第一真空吸附压头吸附和加热第一样品，第二腔体通过第二真空吸附压头吸附和加热第二样品。将对准识别机构可移动地设置于加压机构和对准调节平台之间，对准识别机构能移动至第一样品和第二样品之间识别第一样品和第二样品的对位标记，并根据识别的对位标记计算对准偏差。对准调节平台根据对准偏差调节第二样品的位置，以使第一样品和第二样品对准。对准识别机构确认完成对准后移出，不影响第一腔体和第二腔体的密封。通过在第二腔体主体的第一侧面间隔设置第一密封部和第二密封部，第一腔体主体的第一密封面和第一侧面抵接，第一侧面、第一密封部、第二密封部和第一密封面之间形成局部真空腔，通过对局部真空腔抽真空，能在第一样品和第二样品对准之后，将第一腔体和第二腔体固定连接形成密闭腔体，以对第一样品和第二样品进行预处理，第一腔体和第二腔体通过真空吸附的方式固定连接，即使第一样品和第二样品在对位时出现了错位，也不会影响第一腔体和第二腔体的固定连接。该三维封装装置，不仅提高了对准精度，保证了对准识别机构的可靠性和寿命，而且不会影响样品的预处理效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的三维封装装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的第一腔体和第二腔体的装配图；

图3是本发明实施例一提供的第二腔体的俯视图；

图4是图3中A-A向剖视图；

图5是本发明实施例一提供的第一腔体主体的结构示意图；

图6是本发明实施例一提供的第一腔体的俯视图；

图7是图6中B-B向剖视图；

图8是本发明实施例二提供的三维封装方法的流程图。

图中：

1、第一腔体；11、第一腔体主体；111、第一法兰；112、第二法兰；113、波纹管；114、压头连接件；115、导向柱；116、第二真空吸附接头；117、第三真空吸附接头；12、第一真空吸附压头；13、第一转接件；14、第一密封圈；15、第二密封圈；

2、第二腔体；21、第二腔体主体；211、工艺气体进气接头；212、工艺气体排气接头；213、第一真空吸附接头；214、第四真空吸附接头；215、第五真空吸附接头；22、第二真空吸附压头；23、第一密封部；24、第二密封部；25、第三密封圈；26、观察窗；27、固定板；28、第二转接件；

3、对准调节平台；

4、加压机构。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一：

如图1-图7所示，本实施例提供了一种三维封装装置，包括第一腔体1、第二腔体2、加压机构4和对准调节平台3，第一腔体1包括第一腔体主体11和第一真空吸附压头12，第一真空吸附压头12固定于第一腔体主体11，用于吸附和加热第一样品。第二腔体2包括第二腔体主体21和第二真空吸附压头22，第二真空吸附压头22固定于第二腔体主体21，用于吸附和加热第二样品，第二腔体主体21的第一侧面间隔设置有第一密封部23和第二密封部24，第一腔体主体11的第一密封面与第一侧面抵接，第一侧面、第一密封部23、第二密封部24和第一密封面之间形成局部真空腔。加压机构4和对准调节平台3相对设置，第一腔体1固定于加压机构4，加压机构4用于驱动第一腔体1向靠近对准调节平台3的方向移动；第二腔体2固定于对准调节平台3，对准调节平台3用于驱动第二腔体2沿X轴方向移动、沿Y轴方向移动和沿周向转动。对准识别机构可移动地设置于加压机构4和对准调节平台3之间。

第一腔体1通过第一转接件13与加压机构4连接，第一转接件13上设置有螺纹孔，加压机构4上设置有第一连接孔，连接螺钉穿过第一连接孔与螺纹孔螺接。加压机构4将第一腔体1远离第二腔体2的一侧封堵。对准调节平台3上设置有连接柱，第二腔体2通过第二转接件28与对准调节平台3连接，第二转接件28上设置有与连接柱配合的第二连接孔，连接柱与第二连接孔过盈配合，以实现第二腔体2与对准调节平台3的固定。

对准识别机构包括支撑架和分别设置于支撑架两侧的两个工业摄像机，其中一个工业摄像机的摄像头对准第一样品设置，另一个工业摄像机对准第二样品设置，第一样品上设置有第一对位标记，第二样品上设置有第二对位标记，两个工业摄像机分别拍摄第一样品和第二样品的照片。

三维封装装置还包括控制器，两个工业摄像机将拍摄的第一样品和第二样品的照片进行对比，根据第一对位标记的位置和第二对位标记的位置计算第一样品和第二样品的对准偏差，然后根据计算出的对准偏差控制对准调节平台3调节第二样品的位置。该对准偏差包括X轴方向的偏差、Y轴方向的偏差和角度偏差，对准调节平台3驱动第二腔体2带动第二样品沿X轴方向移动，沿Y轴方向移动和沿周向转动，以使第一样品和第二样品对准。将第一样品和第二样品对准后，两个工业摄像机再次拍摄第一样品和第二样品的照片进行对比，控制器确认对准完成后，控制加压机构4驱动第一腔体1移动，使得第一腔体1和第二腔体2抵接，然后对局部真空腔抽真空，使得第一腔体1和第二腔体2吸附固定。即使第一样品和第二样品在对准时，第一腔体1和第二腔体2有少许错位，也不会影响局部真空腔的形成，从而不会影响第一腔体1和第二腔体2的固定。需要说明的是，为了保证预处理的效果，第一腔体1和第二腔体2抵接时，第一样品和第二样品不接触，以在预处理时，第一样品和第二样品的待预处理表面能和工艺氛围环境充分接触，达到理想的预处理效果。

关于加压机构4和对准调节平台3的具体结构、工作原理已是现有技术，在此不再赘述。

第一腔体1固定于加压机构4上，第二腔体2固定于对准调节平台3上，第一腔体1通过第一真空吸附压头12吸附第一样品，第二腔体2通过第二真空吸附压头22吸附第二样品。将对准识别机构可移动地设置于加压机构4和对准调节平台3之间，对准识别机构能移动至第一样品和第二样品之间，识别第一样品和第二样品的对位标记，并根据识别的对位标记计算对准偏差。对准调节平台3根据对准偏差调节第二样品的位置，以使第一样品和第二样品对准。确认对准完成后再将对准识别机构移出，不影响第一腔体1和第二腔体2的封闭。通过在第二腔体主体21的第一侧面间隔设置第一密封部23和第二密封部24，第一腔体主体11的第一密封面和第一侧面抵接，第一侧面、第一密封部23、第二密封部24和第一密封面之间形成局部真空腔，通过对局部真空腔抽真空，能在第一样品和第二样品对准之后，将第一腔体1和第二腔体2固定连接形成密闭腔体，以对第一样品和第二样品进行预处理。该三维封装装置，不仅提高了对准精度，保证了对准识别机构的可靠性和寿命，而且不会影响样品的预处理效果。

本实施例提供的三维封装装置中的第一样品和第二样品的键合为Cu-Cu共晶键合。

为了便于固定第一样品和第二样品，第一样品通过第一样品工装固定，第二样品通过第二样品工装固定。在第一真空吸附压头12和第二真空吸附压头22上均设置有两路真空系统，分别吸附样品工装和样品。如图4、图6和图7所示，第一腔体主体11上设置第二真空吸附接头116和第三真空吸附接头117，第一真空吸附压头12上设置有第二吸附孔和第三吸附孔，第二真空吸附接头116与第二吸附孔连通，用于吸附第一样品工装；第三真空吸附接头117与第三吸附孔连通，用于将第一样品吸附于第一样品工装。第二腔体主体21上还设置有第四真空吸附接头214和第五真空吸附接头215，第二真空吸附压头22上设置有第四吸附孔和第五吸附孔，第四真空吸附接头214与第四吸附孔连通，用于吸附第二样品工装，第五真空吸附接头215与第五吸附孔连通，用于将第二样品吸附于第二样品工装。

如图4和图7所示，第一转接件13设于第一真空吸附压头12远离第二腔体2的一侧，第二真空吸附接头116和第三真空吸附接头117均安装于第一转接件13上。第二转接件28设于第二真空吸附压头22远离第一腔体1的一侧，第四真空吸附接头214和第五真空吸附接头215均安装于第二转接件28上。

在本实施例中，第一转接件13焊接于第一真空吸附压头12，第二转接件28焊接于第二真空吸附压头22上。当然，在其他实施例中，第一转接件13也可以通过螺栓连接或卡接等方式连接，第二转接件28也可以通过螺栓连接或卡接等方式连接。

在第一腔体1和第二腔体2抵接后，需要对局部真空腔抽真空以实现第一腔体1和第二腔体2吸附固定。如图3所示，第二腔体主体21上设置有第一真空吸附接头213，第一密封部23和第二密封部24之间设置有第一吸附孔，第一真空吸附接头213与第一吸附孔连通。通过第一真空吸附接头213对局部真空腔抽真空，从而实现第一腔体1和第二腔体2的吸附固定。

第一样品和第二样品对准之后，将第一腔体1和第二腔体2吸附固定形成密闭腔体，以便第一样品和第二样品在密闭腔体内进行预处理。在进行预处理时，需要向密闭腔体内持续通入工艺气体，以使第一样品和第二样品在工艺氛围环境中进行预处理，且第一真空吸附压头12和第二真空吸附压头22分别对第一样品和第二样品进行加热处理，使样品达到预处理所需得温度。第二腔体主体21上设置有工艺气体进气接头211和工艺气体排气接头212，工艺气体进气接头211和工艺气体排气接头212均与第二腔体主体21的内部连通。工艺气体进气接头211和工艺气体排气接头212相对设置于第二腔体主体21的外周，且均与第二腔体主体21内部连通。通过工艺气体进气接头211持续向密闭腔体内通入工艺气体，工艺气体在密闭腔体内循环后，经工艺气体排气接头212排出，以对密闭腔体内的工艺氛围进行调节，从而对第一样品和第二样品进行预处理。

预处理完成后，需要对第一样品和第二样品进行加压键合工艺，为了适应加压键合工艺，如图5-图7所示，第一腔体主体11包括波纹管组件和压头连接件114，波纹管组件包括第一法兰111、第二法兰112和用于连接第一法兰111与第二法兰112的波纹管113，压头连接件114设于波纹管113内，第一真空吸附压头12通过压头连接件114与第一法兰111连接，加压机构4通过第一转接件13与第一真空吸附压头12固定连接，第二法兰112远离第一法兰111的一侧为第一密封面，第一侧面、第一密封部23、第二密封部24和第一密封面之间形成局部真空腔。由于波纹管113具有可压缩性，在预处理完成后，通过加压机构4带动第一真空吸附压头12向靠近第二样品的方向移动，第一真空吸附压头12通过压头连接件114带动第一法兰111压缩波纹管，当第一样品和第二样品抵接时，加压机构4以设定压力保压，第一真空吸附压头12和第二真空吸附压头22分别对第一样品和第二样品进行加热处理，使第一样品和第二样品达到键合所需的温度，从而实现第一样品和第二样品键合。在第一样品和第二样品键合的过程中，需要持续向密闭腔体内通入工艺气体。

在本实施例中，不对设定压力的具体值做限定，本领域技术人员可根据实际情况设定。

压头连接件114的一端通过螺栓与第一法兰111连接，另一端通过螺栓与第一真空吸附压头12连接。第二真空吸附压头22也通过螺栓与第二腔体主体21远离第一侧面的一端连接。

本实施例中，将对准识别机构设置于第一腔体1和第二腔体2形成的密闭腔体外，在预处理时，无需考虑将对准识别机构设置于密闭腔体内对对准识别机构的稳定性和寿命的影响，因此工艺气体的种类不受限，能够保证预处理的效果。

需要说明的是，第二法兰112的第一密封面的面积设置的较大，即使在第一样品和第二样品对准时，第一腔体1和第二腔体2因调整对准而产生少许错位，也能保证第一密封面与第一侧面接触后，在第一密封部23和第二密封部24之间形成局部真空腔。

为了提高第一腔体1和第二腔体2真空吸附固定连接后的密封性以及波纹管113的寿命，第一腔体主体11还包括导向柱115，导向柱115固定于第二法兰112，第一法兰111与导向柱115滑动连接。第一法兰111和第二法兰112之间设置有多个导向柱115，第一法兰111的周向设置有多个通孔，导向柱115的一端设置有限位头，另一端设置有外螺纹，导向柱115穿过通孔后与第二法兰112螺纹固定。

如图4和图7所示，为了保证密闭腔体的密封性，第一法兰111与压头连接件114之间设置有第一密封圈14，压头连接件114与第一真空吸附压头12之间设置有第二密封圈15；第二真空吸附压头22和第二腔体主体21之间设置有第三密封圈25。通过第一密封圈14、第二密封圈15和第三密封圈25保证密闭腔体的密封性。

在本实施例中，压头连接件114的上下两个端面均设置有密封槽，第一密封圈14和第二密封圈15分别设置于两个密封槽内。第二真空吸附压头22与第二腔体主体21连接的一侧设置有密封槽，第三密封圈25设置于第二真空吸附压头22的密封槽内。第一密封圈14、第二密封圈15和第三密封圈25均为O型密封圈。第一密封部23和第二密封部24也设置为O型密封圈，即在第一侧面间隔设置有两个密封槽，每个密封槽内设置一个O型密封圈。需要说明的是，第一侧面为第二腔体主体21靠近第一腔体1一侧的表面。

当然，在其他实施例中，第一密封部23和第二密封部24也可以设置为气囊式的密封结构。

可选地，第二腔体主体21上还设置有观察窗26，观察窗26设置于第二腔体主体21的周向，观察窗26通过固定板27固定在第二腔体主体21上，通过观察窗26能够实时观察密闭腔体内第一样品和第二样品的变化。

在第一样品和第二样品键合完成后，先停止通过第三真空吸附接头117抽真空，释放第一样品，然后停止第一真空吸附接头213对局部真空腔抽真空，恢复常压，解除第一腔体1和第二腔体2的固定连接。最后通过加压机构4驱动第一腔体1向远离第二腔体2的方向移动，使得第一腔体1回到初始位置，停止通过第五真空吸附接头215抽真空，释放第二样品，从而将键合后的第一样品和第二样品取下。

本实施例提供的三维封装装置，能够将需要封装的第一样品和第二样品在同一工位完成对准、预处理和键合工艺，避免对准之后移动至预处理工位的过程中影响对位精度，提高了对位精度。将对准识别机构设置于密闭腔体外，无需考虑工艺气体对对准识别机构的可靠性和寿命的影响，因此，工艺气体的种类不受限，提高了预处理效果。通过将第一腔体1和第二腔体2设置为吸附固定，即使由于对准造成第二腔体1与第一腔体2之间存在错位，也不会影响第一腔体1和第二腔体2固定连接形成密闭腔体。

实施例二：

本实施例提供了一种三维封装方法，应用于实施例一提供的三维封装装置，如图8所示，三维封装方法包括以下步骤：

S10、将第一腔体1固定于加压机构4上，第二腔体2固定于对准调节平台3上，加压机构4和对准调节平台3相对设置。

在本实施例中，将加压机构4设置于对准调节平台3的上方，第一腔体1的第一转接件13与加压机构4通过连接螺钉连接，将第二转接件28上的第二连接孔与对准调节平台3的连接柱过盈配合。

加压机构4能驱动第一腔体1向靠近第二腔体2的方向移动，对准调节平台3能驱动第二腔体2沿X轴方向移动、沿Y轴方向移动和沿周向移动。

S20、第一腔体1吸附第一样品，第二腔体2吸附第二样品。

可选地，第一腔体1靠近第二腔体2的一侧吸附有第一样品工装，第一样品工装吸附第一样品；第二腔体2靠近第一腔体1的一侧吸附有第二样品工装，第二样品工装吸附第二样品。通过第一样品工装固定第一样品，通过第二样品工装固定第二样品，使得第一样品和第二样品的固定更便利，无需因调整第一样品和第二样品的固定位置浪费时间。

先通过第二真空吸附接头116抽真空，将第一样品工装吸附于第一真空吸附压头12，然后将第一样品放置于第一样品工装内，再通过第三真空吸附接头117抽真空，将第一样品固定于第一样品工装内。同样地，通过第四真空吸附接头214抽真空，将第二样品工装吸附于第二真空吸附压头22，然后将第二样品放置于第二样品工装内，再通过第五真空吸附接头215抽真空，将第二样品固定于第二样品工装内。

S30、对准识别机构移动至第一样品和第二样品之间，识别第一样品和第二样品的对位标记，并根据识别的对位标记计算第一样品和第二样品的对准偏差。

对准识别机构移动至第一样品和第二样品之间的步骤包括：

加压机构4驱动第一腔体1带动第一样品移动至第一指定位置，对准调节平台3驱动第二腔体2带动第二样品移动至第二指定位置。

对准识别机构移动至第一指定位置和第二指定位置之间。

由于通过工业摄像机对第一样品和第二样品拍照，工业摄像机不具有调焦功能，因此，必须将第一样品放置于第一指定位置，第二样品放置于第二指定位置才能对第一样品和第二样品拍摄出清晰的照片，以便于控制器计算对准偏差。

第一指定位置和第二指定位置根据对准识别机构的位置和工业摄像机的焦距设定。

当然，在其他实施例中，也可以设置具有调焦功能的图像采集器，只需将具有调焦功能的图像采集器移动至第一样品和第二样品之间，通过调焦实现对第一样品和第二样品的对准识别。

对准偏差包括X轴方向偏差、Y轴方向偏差和角度方向偏差，对准调节平台3根据对准偏差驱动第二腔体2沿X轴方向移动、沿Y轴方向移动和沿周向转动。对准调节平台3能够对第二样品实现三个方向的驱动，以满足第一样品和第二样品的对位精度。

S40、对准调节平台3根据计算出的对准偏差调节第二样品的位置，以使第一样品和第二样品对准，对准识别机构确认完成对准后移出。

确认对准完成后，将对准识别机构移出，以避免影响后续第一腔体1和第二腔体2的封闭。

控制器接收到对准识别机构拍摄的第一样品和第二样品的照片后，根据第一样品上第一对位标记和第二样品上的第二对位标记的偏差进行计算，然后根据计算结果控制对准调节平台3在三个方向移动，从而实现第一样品和第二样品的对准，对准完成后，对准识别机构再拍摄第一样品和第二样品的照片，以确认对准。当确认对准完成后再将对准识别机构移出。

S50、加压机构4驱动第一腔体1向靠近第二腔体2的方向移动至第一腔体1和第二腔体2抵接，第一腔体1和第二腔体2之间形成局部真空腔。

将第一样品和第二样品对准后，加压机构4驱动第一腔体1向靠近第二腔体2的方向移动，以使第一侧面、第一密封部23、第二密封部24和第一密封面之间形成局部真空腔。

可选地，第一腔体1和第二腔体2抵接时，加压机构4施加的压力为10N～300N，以保证能够形成局部真空腔，使第一腔体1和第二腔体2稳定连接。局部真空腔由两个非密闭的腔体之间的接触面形成，即使第一样品和第二样品在对位时出现错位，也不会影响第一腔体1和第二腔体2的固定连接。

S60、对局部真空腔抽真空，以使第一腔体1和第二腔体2固定连接形成密闭腔体。

通过第一真空吸附接头213对局部真空腔抽真空，使得局部真空腔和外界环境之间形成压力差，从而使得第一腔体1和第二腔体2吸附固定，形成密闭腔体，第一样品和第二样品可以在密闭腔体内进行预处理。

S70、向密闭腔体内通入样品预处理所需的工艺气体，对第一样品和第二样品进行预处理。

在第一样品和第二样品预处理时，第一真空吸附压头12和第二真空吸附压头22分别对第一样品和第二样品进行加热处理，使样品达到预处理所需得温度。第一样品和第二样品预处理时的温度为150℃～250℃，时间为1min～30min。

通过工艺气体进气接头211和工艺气体排气接头212对密闭腔体内的工艺氛围进行调节，使得第一样品和第二样品处于稳定的预处理工艺氛围中，且第一样品和第二样品分开固定，保证第一样品和第二样品的待预处理表面与工艺气体充分接触，提高了预处理效果。

S80、预处理工艺完成后，通过加压机构4驱动第一样品向靠近第二样品的方向移动直至第一样品和第二样品抵接，加压机构4以设定压力保压，以使第一样品和第二样品键合。

在第一样品和第二样品键合时，第一真空吸附压头12和第二真空吸附压头22分别对第一样品和第二样品进行加热处理，使样品达到键合所需得温度，第一样品和第二样品键合时的温度为180℃～350℃，时间为1min～30min。

当预处理工艺完成后，再进行键合工艺，加压机构4通过第一转接件13驱动第一真空吸附压头12移动，进而通过压头连接件114带动第一法兰111移动，此时由于第二法兰112与第一侧面吸附固定，第二法兰112无法移动，波纹管113可压缩，使得第一样品向靠近第二样品的方向移动直至第一样品和第二样品抵接，此时加压机构4以设定压力保压。关于设定压力在本实施例中不做具体限定，本领域技术人员可根据实际情况设定。

在加压机构4驱动第一样品移动的过程中，持续向密闭腔体内通入工艺气体，保证预处理后第一样品和第二样品的表面不会被二次污染，增加了键合强度和键合质量，提高了键合产品的性能。

S90、第一样品和第二样品键合完成后，第一腔体1释放第一样品，局部真空腔破真空，以使第一腔体1和第二腔体2解除固定连接。

在第一样品和第二样品键合完成后，先停止通过第三真空吸附接头117抽真空，释放第一样品，然后停止第一真空吸附接头213对局部真空腔抽真空，恢复常压，解除第一腔体1和第二腔体2的固定连接。

S100、加压机构4驱动第一腔体1向远离第二腔体2的方向移动至初始位置。

通过加压机构4驱动第一腔体1向远离第二腔体2的方向移动，使得第一腔体1回到初始位置。

初始位置为加压机构4未驱动第一腔体1移动时，第一腔体1所处的位置。

S110、第二腔体2释放键合后的第一样品和第二样品，以将键合后的第一样品和第二样品取下。

最后，停止通过第五真空吸附接头215抽真空，释放第二样品，从而将键合后的第一样品和第二样品取下。

本实施例提供的三维封装方法，在第一样品和第二样品对位之前，第一腔体1和第二腔体2为分离状态。对准识别机构设置于密闭腔体外，在对第一样品和第二样品进行对准识别时，将对准识别机构移动至第一样品和第二样品之间。在将第一样品和第二样品对准之后，再将对准识别机构移出，保证第一样品和第二样品对位完成之后再合体形成密闭腔体，将对准识别机构设置于第一腔体1和第二腔体2形成的密闭腔体外，在预处理时，无需考虑将对准识别机构设置于密闭腔体内对对准识别机构的稳定性和寿命的影响，因此工艺气体的种类不受限，能够保证预处理的效果。在预处理时，第一样品和第二样品分开固定，保证了第一样品和第二样品的待预处理表面与工艺气体充分接触，提高了预处理效果。而且，本实施例提供的三维封装方法，可以一次装夹固定样品完成对准、预处理和键合工艺，减少了样品的装夹次数，从而提高了产品的对准精度，保证了产品的最终性能和质量。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (17)

1.三维封装方法，其特征在于，所述三维封装方法包括以下步骤：

将第一腔体(1)固定于加压机构(4)上，第二腔体(2)固定于对准调节平台(3)上，所述加压机构(4)和所述对准调节平台(3)相对设置；

所述第一腔体(1)吸附第一样品，所述第二腔体(2)吸附第二样品；

对准识别机构移动至所述第一样品和所述第二样品之间，识别所述第一样品和所述第二样品的对位标记，并根据识别的所述对位标记计算所述第一样品和所述第二样品的对准偏差；

所述对准调节平台(3)根据计算出的所述对准偏差调节所述第二样品的位置，以使所述第一样品和所述第二样品对准，所述对准识别机构确认完成对准后移出；

所述加压机构(4)驱动所述第一腔体(1)向靠近所述第二腔体(2)的方向移动至所述第一腔体(1)和所述第二腔体(2)抵接，所述第一腔体(1)和所述第二腔体(2)之间形成局部真空腔；

对所述局部真空腔抽真空，使所述第一腔体(1)和所述第二腔体(2)固定连接形成密闭腔体。

2.根据权利要求1所述的三维封装方法，其特征在于，所述三维封装方法还包括以下步骤：

向所述密闭腔体内通入样品预处理所需的工艺气体，对所述第一样品和所述第二样品进行预处理；

预处理工艺完成后，通过所述加压机构(4)驱动所述第一样品向靠近所述第二样品的方向移动直至所述第一样品和所述第二样品抵接，所述加压机构(4)以设定压力保压，以使所述第一样品和所述第二样品键合。

3.根据权利要求2所述的三维封装方法，其特征在于，在所述加压机构(4)驱动所述第一样品移动的过程中，持续向所述密闭腔体内通入所述工艺气体。

4.根据权利要求2所述的三维封装方法，其特征在于，所述第一样品和所述第二样品进行预处理时的温度为150℃～250℃，时间为1min～30min。

5.根据权利要求2所述的三维封装方法，其特征在于，所述第一样品和所述第二样品键合时的温度为180℃～350℃，时间为1min～30min。

6.根据权利要求2所述的三维封装方法，其特征在于，在所述第一样品和所述第二样品键合完成后，所述三维封装方法还包括以下步骤：

所述第一腔体(1)释放所述第一样品，所述局部真空腔破真空，以使所述第一腔体(1)和所述第二腔体(2)解除固定连接；

所述加压机构(4)驱动所述第一腔体(1)向远离所述第二腔体(2)的方向移动至初始位置；

所述第二腔体(2)释放键合后的所述第一样品和所述第二样品，以将键合后的所述第一样品和所述第二样品取下。

7.根据权利要求1所述的三维封装方法，其特征在于，第一腔体(1)和所述第二腔体(2)抵接时，所述加压机构(4)施加的压力为10N～300N。

8.根据权利要求1所述的三维封装方法，其特征在于，所述第一腔体(1)靠近所述第二腔体(2)的一侧吸附有第一样品工装，所述第一样品工装吸附所述第一样品；所述第二腔体(2)靠近所述第一腔体(1)的一侧吸附有第二样品工装，所述第二样品工装吸附所述第二样品。

9.根据权利要求1所述的三维封装方法，其特征在于，所述对准识别机构移动至所述第一样品和所述第二样品之间的步骤包括：

所述加压机构(4)驱动所述第一腔体(1)带动所述第一样品移动至第一指定位置，所述对准调节平台(3)驱动所述第二腔体(2)带动所述第二样品移动至第二指定位置；

所述对准识别机构移动至所述第一指定位置和所述第二指定位置之间。

10.根据权利要求1所述的三维封装方法，其特征在于，所述对准偏差包括X轴方向偏差、Y轴方向偏差和角度方向偏差，所述对准调节平台(3)能驱动所述第二腔体(2)沿X轴方向移动、沿Y轴方向移动和沿周向转动。

11.三维封装装置，其特征在于，采用如权利要求1-10任一项所述的三维封装方法，所述三维封装装置包括：

第一腔体(1)，包括第一腔体主体(11)和第一真空吸附压头(12)，所述第一真空吸附压头(12)固定于所述第一腔体主体(11)，用于吸附和加热所述第一样品；

第二腔体(2)，包括第二腔体主体(21)和第二真空吸附压头(22)，所述第二真空吸附压头(22)固定于所述第二腔体主体(21)，用于吸附和加热所述第二样品，所述第二腔体主体(21)的第一侧面间隔设置有第一密封部(23)和第二密封部(24)，所述第一腔体主体(11)的第一密封面与所述第一侧面抵接，所述第一侧面、所述第一密封部(23)、所述第二密封部(24)和所述第一密封面之间形成所述局部真空腔；

相对设置的加压机构(4)和对准调节平台(3)，所述第一腔体(1)固定于所述加压机构(4)，所述加压机构(4)用于驱动所述第一腔体(1)向靠近所述对准调节平台(3)的方向移动；所述第二腔体(2)固定于所述对准调节平台(3)，所述对准调节平台(3)用于驱动所述第二腔体(2)沿X轴方向移动、沿Y轴方向移动和沿周向转动；

对准识别机构，可移动地设置于所述加压机构(4)和所述对准调节平台(3)之间。

12.根据权利要求11所述的三维封装装置，其特征在于，所述第一腔体主体(11)包括波纹管组件和压头连接件(114)，所述波纹管组件包括第一法兰(111)、第二法兰(112)和用于连接所述第一法兰(111)与所述第二法兰(112)的波纹管(113)，所述压头连接件(114)设于所述波纹管(113)内，所述第一真空吸附压头(12)通过所述压头连接件(114)与所述第一法兰(111)连接，所述加压机构(4)通过第一转接件(13)与所述第一真空吸附压头(12)固定连接，所述第二法兰(112)远离所述第一法兰(111)的一侧为所述第一密封面，所述第一侧面、所述第一密封部(23)、所述第二密封部(24)和所述第一密封面之间形成所述局部真空腔。

13.根据权利要求12所述的三维封装装置，其特征在于，所述第一腔体主体(11)还包括导向柱(115)，所述导向柱(115)固定于所述第二法兰(112)，所述第一法兰(111)与所述导向柱(115)滑动连接。

14.根据权利要求12所述的三维封装装置，其特征在于，所述第一法兰(111)与所述压头连接件(114)之间设置有第一密封圈(14)，所述压头连接件(114)与所述第一真空吸附压头(12)之间设置有第二密封圈(15)；所述第二真空吸附压头(22)和所述第二腔体主体(21)之间设置有第三密封圈(25)。

15.根据权利要求11所述的三维封装装置，其特征在于，所述第二腔体主体(21)上设置有工艺气体进气接头(211)和工艺气体排气接头(212)，所述工艺气体进气接头(211)和所述工艺气体排气接头(212)均与所述第二腔体主体(21)的内部连通。

16.根据权利要求11所述的三维封装装置，其特征在于，所述第二腔体主体(21)上设置有第一真空吸附接头(213)，所述第一密封部(23)和所述第二密封部(24)之间设置有第一吸附孔，所述第一真空吸附接头(213)与所述第一吸附孔连通。

17.根据权利要求11所述的三维封装装置，其特征在于，所述第一腔体主体(11)上设置有第二真空吸附接头(116)和第三真空吸附接头(117)，所述第一真空吸附压头(12)上设置有第二吸附孔和第三吸附孔，所述第二真空吸附接头(116)与所述第二吸附孔连通，用于吸附第一样品工装；所述第三真空吸附接头(117)与所述第三吸附孔连通，用于将所述第一样品吸附于所述第一样品工装；

所述第二腔体主体(21)上还设置有第四真空吸附接头(214)和第五真空吸附接头(215)，所述第二真空吸附压头(22)上设置有第四吸附孔和第五吸附孔，所述第四真空吸附接头(214)与所述第四吸附孔连通，用于吸附第二样品工装，所述第五真空吸附接头(215)与所述第五吸附孔连通，用于将所述第二样品吸附于所述第二样品工装。

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