键合找平方法以及键合加工设备与流程

1.本发明涉及微纳器件制造技术领域，尤其是涉及一种键合找平方法以及键合加工设备。


背景技术：

2.micro-led是将传统的led薄膜化、微缩化的发光芯片阵列，一般定义为尺寸小于50μm的led芯片。目前micro-led显示技术被认为是继lcd、oled之后最有潜力的新一代显示技术。
3.制作微米级别的micro-led比较难，无论是对于加工精度的控制，还是对光刻、刻蚀、封装等全流程工艺的控制都提出了极高的要求。由于无法直接在硅基驱动芯片上完成micro-led芯片制程，如何实现micro-led与驱动芯片进行集成成了一大难点，一种可行的方案就是通过制作金属凸点阵列采用倒装焊技术将micro-led芯片与驱动芯片连接在一起。
4.目前主要采用热压倒装焊工艺实现micro-led阵列与驱动芯片的互连，以实现高像素密度micro-led芯片的显示。主要的工艺过程为：在micro-led晶圆上采用真空热蒸发技术沉积凸点材料金属膜层；lift off后将切割好的micro-led阵列片通过回流工艺制作凸点；将制作好凸点micro-led阵列片与驱动芯片通过热压倒装焊工艺进行连接。
5.现有技术难点有：1)因micro-led芯片和驱动芯片尺寸很小，焊球达到微米级，受限于现有技术水平，micro-led芯片和驱动芯片不能精准对位，导致倒装键合出现偏移，上下两基板之间无法形成良好的互联电路，以致出现无效电连接情况；2)因外延片翘曲、驱动基板翘曲问题的存在，加重了键合精度差、良率低的问题。
6.高精度倒装焊技术的开发是制备微米级micro-led阵列的基础，如何提对位精度是最关键的技术难点。这是因为连接micro-led芯片和驱动芯片的焊球非常小，有时会达到微米及以下，对焊球对位精度的控制就显得极为重要。但截止目前，没有一种能够有效监测是否精准对位的键合找平方法和键合加工设备。


技术实现要素：

7.基于此，有必要提供一种可以解决上述问题的键合找平方法。
8.此外，还有必要提供一种可以解决上述问题的键合加工设备。
9.一种键合找平方法，包括如下步骤：
10.提供检测传感器以及待进行倒装键合的上基板和下基板，所述检测传感器用于检测与距离相关的参数，所述上基板和所述下基板正对且间隔设置；
11.将所述检测传感器设置在所述上基板和所述下基板之间，使得所述检测传感器分别与所述上基板和所述下基板间隔，此时所述检测传感器位于第一位置，并测量得到所述检测传感器与所述上基板之间的参数x1和所述检测传感器与所述下基板之间的参数x2，此时所述检测传感器与所述上基板之间的距离记为h1，所述检测传感器与所述下基板之间的
距离记为h2，h1 h2＝f(x1 x2)；
12.将所述检测传感器自所述第一位置移动至第二位置，并且保持所述检测传感器分别与所述上基板和所述下基板间隔，并测量得到所述检测传感器与所述上基板之间的参数x3和所述检测传感器与所述下基板之间的参数x4，此时所述检测传感器与所述上基板之间的距离记为h3，所述检测传感器与所述下基板之间的距离记为h4，h3 h4＝f(x3 x4)；以及
13.比较(h1 h2 δh)和(h3 h4 δh)，即可转化为比较(x1 x2)和(x3 x4)，其中，δh为检测传感器自身的高度当(x1 x2)和(x3 x4)之间的差值大于预设值时，提醒调整所述上基板和/或所述下基板的位置。
14.在一个实施例中，所述检测传感器为电容传感器，所述参数为电容值；
15.或者，所述检测传感器为光电传感器，所述参数为电信号强度；
16.或者，所述检测传感器为红外传感器，所述参数为反射光强度；
17.或者，所述检测传感器为超声波传感器，所述参数为脉冲宽度。
18.在一个实施例中，所述预设值大于等于0。
19.在一个实施例中，所述第一位置在所述下基板上的正投影与所述第二位置在所述下基板上的正投影的距离为1μm～999μm。
20.在一个实施例中，所述第一位置与所述第二位置的高度相同。
21.在一个实施例中，还包括在所述提醒调整所述上基板和/或所述下基板的位置的操作之后，进行如下操作：
22.调整所述上基板和/或所述下基板的位置，接着再次测量得到所述检测传感器位于所述第一位置时的x1和x2以及所述检测传感器位于所述第二位置时的x3和x4，直至(x1 x2)和(x3 x4)之间的差值小于等于所述预设值；
23.将所述检测传感器移出所述上基板和所述下基板之间，键合所述上基板和所述下基板，得到led模组，接着点亮所述led模组，确认键合效果和良率。
24.一种键合加工设备，包括：载物台、设置在所述载物台上且用于放置下基板的第一夹具、间隔设置在所述载物台的上方的压合结构、设置在所述压合结构靠近所述载物台的一面且用于放置上基板的第二夹具以及设置在所述第一夹具和所述第二夹具之间的检测传感器；
25.所述第一夹具和所述第二夹具正对且彼此间隔，所述上基板和所述下基板用于进行倒装键合，所述检测传感器用于检测与距离相关的参数，并且所述检测传感器分别与所述上基板和所述下基板间隔。
26.在一个实施例中，所述检测传感器为电容传感器，所述参数为电容值；
27.或者，所述检测传感器为光电传感器，所述参数为电信号强度；
28.或者，所述检测传感器为红外传感器，所述参数为反射光强度；
29.或者，所述检测传感器为超声波传感器，所述参数为脉冲宽度。
30.在一个实施例中，还包括运动结构，所述检测传感器设置在所述运动结构上，所述运动结构用于驱动所述检测传感器运动。
31.在一个实施例中，还包括设置在所述动力结构上的ccd镜头，所述动力结构用于驱动所述检测传感器和所述ccd镜头一起运动。
32.这种键合找平方法通过在上基板和下基板之间设置检测传感器，可以分别测量检
测传感器与上基板之间的参数和检测传感器与下基板之间的参数，通过分别在第一位置和第二位置进行上述测量，当两次测量得到的参数之间的差值小于预设值时，由于参数反应了上下基板间的距离，两次测量过程中的其他值没有改变，表明上基板和下基板在第一位置和第二位置的距离相等，从而可以实现上基板和下基板在水平方向精准调平，从而可以有效监测是否精准对位。
33.这种键合找平方法可以在上基板和下基板之间的距离不符合要求时，提醒工程人员对基板做微调整，以实现精准对位，从而可以减小或避免基板翘曲或未对位未准导致的对位偏移，提升键合良率。
34.此外，这种键合找平方法在实现上基板和下基板在水平方向精准调平时，检测传感器无需与上基板和下基板接触，从而避免了对上基板和下基板造成损伤。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.其中：
37.图1为一实施方式的键合找平方法的流程图。
38.图2为如图1所示的键合找平方法的原理图。
39.图3为一实施方式的键合加工设备的结构示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.结合图1和图2，本发明公开了一实施方式的键合找平方法，包括如下步骤：
42.s10、提供检测传感器10以及待进行倒装键合的上基板20和下基板30。
43.检测传感器10用于检测与距离相关的参数，上基板20和下基板30正对且间隔设置。
44.由于参数与距离相关，如果检测传感器10在测量过程中的其他值没有发生改变，则该参数值的一致性可以代表距离的一致性。
45.具体来说，在一个实施例中，检测传感器10为电容传感器，此时，参数为电容值。电容传感器由上下两电极、绝缘体和衬底构成。在该实施例中，由于距离与电容相关，具体来说，两个物件的距离越近，则电容值越高，当物件本身没有发生改变时，电容值的一致，则意味着距离的一致。
46.此外，电容传感器本领域内还未有用于micro-led器件距离测量的应用案例，电容传感器通过将被测量距离转换成电容量变化的一种传感器。电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作，
适应能力强，尤其可以承受很大的温度变化。且体积可以做到很小，以便实现特殊要求的测量。
47.在另一个实施例中，检测传感器10还可以为光电传感器，参数为电信号强度。光电传感器传感器由三部分构成：发送器、接收器和检测电路。在该实施例中，由于距离与电信号强度相关，具体来说，两个物件的距离越近，则电信号强度值越高，当物件本身没有发生改变时，电信号强度的一致，则意味着距离的一致。光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，光电传感器的结构简单，形式灵活多样。
48.在再一个实施例中，检测传感器10为红外传感器，参数为反射光强度。红外传感器由三部分构成：发光管、接收管和检测电路。红外传感器的的测距基本原理为发光管发出红外光，接收管接收的光强随反射物体的距离而变化的，距离近则反射光强，距离远则反射光弱通过光电传感器来测试上下基板的距离。在该实施例中，由于距离与反射光强度相关，具体来说，两个物件的距离越近，则反射光强度值越高，当物件本身没有发生改变时，反射光强度的一致，则意味着距离的一致。红外传感器的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。
49.在有一个实施例中，检测传感器10为超声波传感器，参数为脉冲宽度。超声波传感器包括发生器、接收器和超声探测电路。超声波传感器的发生器发出的输出脉冲为一系列方波，这一系列方波的宽度为发射超声与接收超声的时间间隔，显然被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲的个数与被测距离成正比。在该实施例中，由于距离与脉冲宽度相关，具体来说，两个物件的距离越大，脉冲宽度越大，当物件本身没有发生改变时，脉冲宽度的一致，则意味着距离的一致。超声波传感器的优点是比较耐脏污，即使超声波传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用，缺点是精度较低，有盲区，且成本较高。
50.s20、将检测传感器10设置在上基板20和下基板30之间，使得检测传感器10分别与上基板20和下基板30间隔，此时检测传感器10位于第一位置，并测量得到检测传感器10与上基板20之间的参数x1和检测传感器10与下基板30之间的参数x2。
51.此时，检测传感器10与上基板20之间的距离记为h1，检测传感器10与下基板30之间的距离记为h2，h1 h2＝f(x1 x2)。
52.s30、将检测传感器10自第一位置移动至第二位置，并且保持检测传感器10分别与上基板20和下基板30间隔，并测量得到检测传感器10与上基板20之间的参数x3和检测传感器10与下基板30之间的参数x4。
53.此时，检测传感器10与上基板20之间的距离记为h3，检测传感器10与下基板30之间的距离记为h4，h3 h4＝f(x3 x4)。
54.为了保证检测的实际效果，第一位置在下基板30上的正投影与第二位置在下基板30上的正投影的距离为1μm～999μm。
55.为了提高检测的精度，本实施方式中，第一位置与第二位置的高度相同。这样的设置，也是为了尽量保证两次测量过程中，除了上基板20和下基板30的上下距离的改变之外，其他条件保持不变。
56.s40、比较(h1 h2 δh)和(h3 h4 δh)，即可转化为比较(x1 x2)和(x3 x4)，当(x1 x2)和(x3 x4)之间的差值大于预设值时，提醒调整上基板20和/或下基板30的位置。
57.结合图2，δh为检测传感器10自身的高度。
58.结合图2，上基板20和下基板30在第一位置的上下距离实际上为h1 h2 δh，上基板20和下基板30在第一位置的上下距离实际上为h3 h4 δh。
59.当需要比较(h1 h2 δh)和(h3 h4 δh)时，δh可以省略。
60.因此，本技术中只需要比较(h1 h2)和(h3 h4)这两个值，即比较f(x1 x2)和f(x3 x4)。
61.结合前文论述，本技术中实际上只需要比较(x1 x2)和(x3 x4)即可。
62.预设值可以根据实际的需求设置。
63.本实施方式中，预设值大于等于0。
64.这种键合找平方法通过在上基板20和下基板30之间设置检测传感器10，可以分别测量检测传感器10与上基板20之间的参数和检测传感器10与下基板30之间的参数，通过分别在第一位置和第二位置进行上述测量，当两次测量得到的参数之间的差值小于等于预设值时，由于参数与距离相关，而两次测量过程中的其他值没有改变，从而表明上基板20和下基板30在第一位置和第二位置的距离符合距离要求，从而可以实现上基板20和下基板30在水平方向精准调平。
65.这种键合找平方法可以在上基板20和下基板30之间的距离不符合要求时，提醒工程人员对基板做微调整，以实现精准对位，从而可以减小或避免基板翘曲导致的对位偏移，提升键合良率。
66.此外，这种键合找平方法在实现上基板20和下基板30在水平方向精准调平时，检测传感器10无需与上基板20和下基板30接触，从而避免了对上基板20和下基板30造成损伤。
67.优选的，本技术的键合找平方法还s40之后，进行如下操作：
68.调整上基板20和/或下基板30的位置，接着再次测量得到检测传感器10位于第一位置时的x1和x2以及检测传感器10位于第二位置时的x3和x4，直至(x1 x2)和(x3 x4)之间的差值小于等于预设值；
69.将检测传感器10移出上基板20和下基板30之间，键合上基板20和下基板30，得到led模组，接着点亮led模组，确认键合效果和良率。
70.结合图3，本技术还公开了一实施方式的键合加工设备，包括：载物台101、设置在载物台101上且用于放置下基板30的第一夹具102、间隔设置在载物台101的上方的压合结构103、设置在压合结构103靠近载物台101的一面且用于放置上基板20的第二夹具104以及设置在第一夹具102和第二夹具104之间的检测传感器10。
71.第一夹具102和第二夹具104正对且彼此间隔，上基板20和下基板30用于进行倒装键合，检测传感器10用于检测与距离相关的参数，并且检测传感器10分别与上基板20和下基板30间隔。
72.这种键合加工设备用于上基板20和下基板30之间的键合。
73.具体来说，检测传感器10用于分别测量得到检测传感器10与上基板20之间的参数和检测传感器10与下基板30之间的参数。
74.例如，当检测传感器10位于第一位置时，测量得到参数x1和x2，当检测传感器10位于第二位置时，测量得到参数x3和x4，只需要比较(x1 x2)与(x3和x4)之间的差值，即可确
认上基板20和下基板30在第一位置和第二位置的距离是否符合距离要求。
75.具体论述过程可以参考前文，在这里不再赘述。
76.具体来说，在一个实施例中，检测传感器10为电容传感器，此时，参数为电容值。电容传感器由上下两电极、绝缘体和衬底构成。在该实施例中，由于距离与电容相关，具体来说，两个物件的距离越近，则电容值越高，当物件本身没有发生改变时，电容值的一致，则意味着距离的一致。
77.此外，电容传感器本领域内还未有用于micro-led器件距离测量的应用案例，电容传感器通过将被测量距离转换成电容量变化的一种传感器。电容式传感器结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣的环境条件下工作，适应能力强，尤其可以承受很大的温度变化。且体积可以做到很小，以便实现特殊要求的测量。
78.在另一个实施例中，检测传感器10还可以为光电传感器，参数为电信号强度。光电传感器传感器由三部分构成：发送器、接收器和检测电路。在该实施例中，由于距离与电信号强度相关，具体来说，两个物件的距离越近，则电信号强度值越高，当物件本身没有发生改变时，电信号强度的一致，则意味着距离的一致。光电传感器具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，光电传感器的结构简单，形式灵活多样。
79.在再一个实施例中，检测传感器10为红外传感器，参数为反射光强度。红外传感器由三部分构成：发光管、接收管和检测电路。红外传感器的的测距基本原理为发光管发出红外光，接收管接收的光强随反射物体的距离而变化的，距离近则反射光强，距离远则反射光弱通过光电传感器来测试上下基板的距离。在该实施例中，由于距离与反射光强度相关，具体来说，两个物件的距离越近，则反射光强度值越高，当物件本身没有发生改变时，反射光强度的一致，则意味着距离的一致。红外传感器的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。
80.在有一个实施例中，检测传感器10为超声波传感器，参数为脉冲宽度。超声波传感器包括发生器、接收器和超声探测电路。超声波传感器的发生器发出的输出脉冲为一系列方波，这一系列方波的宽度为发射超声与接收超声的时间间隔，显然被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲的个数与被测距离成正比。在该实施例中，由于距离与脉冲宽度相关，具体来说，两个物件的距离越大，脉冲宽度越大，当物件本身没有发生改变时，脉冲宽度的一致，则意味着距离的一致。超声波传感器的优点是比较耐脏污，即使超声波传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用，缺点是精度较低，有盲区，且成本较高。
81.优选的，本实施方式中，键合加工设备还包括动力结构(图中未显示)，检测传感器10设置在运动结构上，动力结构用于驱动检测传感器10移动。
82.更优选的，本实施方式中，键合加工设备还包括设置在动力结构上的ccd镜头105，动力结构用于驱动检测传感器10和ccd镜头105一起移动。
83.特别优选的，动力结构用于驱动检测传感器10和ccd镜头105在水平方向上一起移动。
84.下面对键合加工设备的具体工作流程进行介绍：
85.1、首先启动电源，开启真空泵，清洗好固定夹具，并将固定夹具安装到承载台和键
合柄上，注意中心孔对位；
86.3、选择校准程序，完成精度校准；
87.4、分别将上基板20设置在第二夹具104上，下基板30设置在第一夹具102上，接着动力结构驱动ccd镜头105检测上基板20和下基板30是否对准。
88.5、动力结构驱动检测传感器10移动至若干个预设位置，分别检测各个位置的参数值，若各个预设位置测得的参数值的差值均小于等于预设值，则进行后续步骤；若参数值的差值大于预设值，则按照差值对上基板20和/或下基板30进行调整，然后从而参数值测量的操作，直至各个预设位置测得的参数值的差值均小于等于预设值；
89.6、进行键合操作，键合上下基板，完成键合；
90.7、关闭电源和气阀；
91.8、点亮键合后的micro-led，确认是否有不能点亮芯片及良率。
92.具体来说，这种键合加工设备的上基板20和下基板30之间设置检测传感器10，可以分别测量检测传感器10与上基板20之间的参数和检测传感器10与下基板30之间的参数，通过分别在不同位置进行上述测量，当两次测量得到的参数之间的差值小于等于预设值时，由于参数反应了上下基板间的距离，两次测量过程中的其他值没有改变，表明上基板20和下基板30在不同的距离符合距离要求，从而可以实现上基板20和下基板30在水平方向精准调平，从而可以有效监测是否精准对位。
93.这种键合找平方法可以在上基板20和下基板30之间的距离不符合要求时，提醒工程人员对基板做微调整，以实现精准对位，从而可以减小或避免基板翘曲或对位未准导致的对位偏移，提升键合良率。
94.此外，这种键合找平方法在实现上基板20和下基板30在水平方向精准调平时，检测传感器10无需与上基板20和下基板30接触，从而避免了对上基板20和下基板30造成损伤。
95.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。