封装对位贴合装置及封装对位贴合的控制方法与流程

1.本技术涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种封装对位贴合装置及封装对位贴合的控制方法。


背景技术：

2.硅基液晶显示器(liquid crystal on silicon，lcos)属于反射式微显示器件，与透射式液晶相比具有体积小、分辨率高以及光利用率高(开口率高)等优点，尤其是纯相位调制型lcos空间光调制器，因为能够灵活、方便的调制光波波前，在光通信、数字全息、微观光学等领域具有极其重要的应用，是波长选择开关(wss)、无掩模光刻系统、全息光镊系统的核心元件。
3.lcos器件的制备相对于传统透射式液晶器件的制备来说难度更高，其制备难点主要体现在lcos器件的尺寸更小，ito玻璃和硅基底的对位贴合精度要求更高；密封液晶的框胶更窄(在500um左右)，其中混合了一定直径的间隔子，在工艺中控制整体液晶盒厚度的均匀性更加困难。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种封装对位贴合装置及封装对位贴合的控制方法，能够对单个芯片进行封装，将压盒工艺和固化工艺整合为一体，提高封装过程中芯片和导电玻璃对位贴合的精度，提高封装的可靠性。
5.本技术实施例的一方面，提供了一种封装对位贴合装置，包括支架，所述支架包括设置有用于固定芯片的吸附平台，所述吸附平台的四周设置有调节机构和挡板以围合形成容置区域，通过所述容置区域以在所述芯片设置有框胶的一面上设置导电玻璃，所述调节机构调节所述容置区域的范围；
6.所述吸附平台上方还设置有可移动的震动模块和固化模块，所述震动模块可移动至所述导电玻璃并向所述导电玻璃加压，以向所述芯片和所述导电玻璃之间的框胶传递高频振荡，所述固化模块用于向所述框胶提供辐射能量以固化所述框胶。
7.可选地，所述调节机构包括丝杆，所述丝杆的端部连接有导板，所述导板随所述丝杆运动以靠近或远离所述吸附平台，以调节所述容置区域的范围。
8.可选地，在所述支架上还设置有沿所述丝杠运动方向延伸的导轨，所述导板沿所述导轨运动。
9.可选地，还包括弹簧，所述弹簧的一端连接所述导板、一端设置在所述支架上。
10.可选地，所述吸附平台为矩形，所述调节机构包括三组，三组所述调节机构分别设在所述吸附平台的三个侧面，所述挡板位于所述吸附平台未设置所述调节机构的侧面。
11.可选地，所述吸附平台包括平台体，所述平台体上设置有多个吸附孔，所述吸附孔连接真空泵，所述真空泵连接电磁阀，通过所述吸附孔产生的吸附力吸附固定放置在所述平台体上的芯片。
12.可选地，所述震动模块包括依次层叠连接超声波发射器、换能器、调幅器、压板，所述震动模块通过所述超声波发射器转换的高频电能、所述换能器转换的同频机械运动、所述调幅器转换的机械运动的振幅，以通过所述压板作用在所述导电玻璃上。
13.可选地，所述支架上设置有升降旋钮，所述震动模块与所述升降旋钮连接；
14.所述支架上设置有和所述升降旋钮同向的多个微调旋钮，多个所述微调旋钮分别和所述震动模块连接，以调整所述压板各方向的压力；所述升降旋钮的行程在0～100mm之间，所述微调旋钮的行程在5mm～20mm之间。
15.可选地，所述固化模块包括照射灯。
16.本技术实施例的另一方面，提供了一种封装对位贴合的控制方法，采用上述的封装对位贴合装置，用于使芯片及导电玻璃对位贴合，包括：控制吸附平台吸附固定芯片，所述芯片设置有框胶的一面远离所述吸附平台；
17.驱动调节机构调整容置区域的范围，以放置导电玻璃，所述导电玻璃设置有膜层的一面和所述芯片设置有框胶的一面贴合；
18.驱动震动模块移动至所述导电玻璃以对所述导电玻璃施加高频振荡；
19.驱动固化模块照射所述导电玻璃以固化所述框胶。
20.本技术实施例提供的封装对位贴合装置及封装对位贴合的控制方法，支架包括吸附平台，吸附平台上通过吸附作用固定芯片，进而提高单个die封装工艺中对位贴合的精度，芯片上设置有框胶，且芯片设置框胶的一面朝上；吸附平台四周的上方通过支架设置有调节机构和挡板以围合形成容置区域，调节机构调节容置区域的范围，容置区域确定后，通过容置区域在芯片设置有框胶的一面上设置导电玻璃，导电玻璃的一面设置有氧化铟锡(俗称ito)膜，使导电玻璃设置ito膜的一面和芯片的框胶贴合，以备后续封装；吸附平台上方还设置有可移动的震动模块和固化模块，当震动模块移动至导电玻璃时，向导电玻璃加压，以向芯片和导电玻璃之间的框胶传递高频振荡，使框胶的间隔子单层分布，避免间隔子堆叠形成多层影响压盒的高度，提高压盒过程中cell gap的均匀性；固化模块能够向框胶提供辐射能量以固化框胶，将压盒工艺和固化工艺整合在一起，实现lcos封装试验的良率、效率和可靠性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
22.图1是本实施例提供的封装对位贴合装置结构示意图之一；
23.图2是本实施例提供的封装对位贴合装置结构示意图之二；
24.图3是本实施例提供的封装对位贴合的控制方法流程图；
25.图4是本实施例提供的芯片、导电玻璃和框胶的设置位置示意图。
26.图标：1-丝杠；2-导轨；3-弹簧；4-导板；5-支架；6-吸附平台；7-微调旋钮；8-升降旋钮；9-连接板；10-固化模块；11-超声波发射器；12-换能器；13-调幅器；14-压板；15-挡板；101-芯片；102-导电玻璃；103-框胶；d1、d2-宽度。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
28.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
30.lcos芯片已被广泛应用于增强现实(augmented reality,ar)、虚拟现实(virtual reality,vr)、车载抬头显示(head up display，hud)、光通讯和微型投影(pico-projector)等新兴产品中。随着这些新兴产品逐渐走进我们的生活中，lcos微显示芯片设计和制备工艺技术受到了越来越多工作人员的研究。
31.lcos器件的制备相对于传统透射式液晶器件的制备来说难度更高，难点主要体现在lcos器件的尺寸更小，ito玻璃和硅基底的对位贴合精度要求更高；密封液晶的框胶更窄(在500um左右)，其中混合了一定直径的间隔子，在工艺中控制整体cell gap的均匀性更加困难；目前成熟的lcos工艺和设备基本属于国外垄断状态，国内基本没有这样的生产条件，特别是cell gap低于3um的lcos工艺，国内还在艰难探索中。
32.本技术实施例提供的封装对位贴合装置及封装对位贴合的控制方法，主要针对量产前材料的验证阶段，对单个lcos芯片101(die)进行封装，将压盒工艺和固化工艺整合到了一起，可提高试验的可靠性，对后期量产有着重要指导意义。
33.具体地，本技术实施例提供一种封装对位贴合装置，请参照图1和图2所示，包括支架5，支架5包括设置有用于固定芯片101的吸附平台6，吸附平台6的四周的上方设置有调节机构和挡板15以围合形成容置区域，通过容置区域以在芯片101设置有框胶103的一面上设置导电玻璃102，调节机构调节容置区域的范围；
34.吸附平台6上方还设置有可移动的震动模块和固化模块10，震动模块可移动至导电玻璃102并向导电玻璃102加压，以向芯片101和导电玻璃102之间的框胶103传递高频振荡，固化模块10用于向框胶103提供辐射能量以固化框胶103。
35.支架5作为封装对位贴合装置的支撑，支架5包括吸附平台6，吸附平台6上固定芯片101，芯片101的一面设置有框胶103，用于后续封装密封，芯片101放置在吸附平台6上时，未设置框胶103的一面和吸附平台6接触，设置框胶103的一面朝上；芯片101固定后，芯片101在吸附平台6上的位置是固定不变的；芯片101上放置导电玻璃102，为了保证导电玻璃102相对芯片101的位置，在吸附平台6的四周通过设置调节机构和挡板15围合形成容置区域，通过调节机构可以调整容置区域的范围，以适应不同规格的导电玻璃102的要求；导电玻璃102放置在芯片101上时，导电玻璃102相对芯片101具有一定的偏移，通过调节机构调节容置区域，以在确定好偏移范围后，方便导电玻璃102直接通过容置区域的限定放置在芯
片101上时，刚好能放在准确位置，容置区域的范围调节好后，导电玻璃102通过容置区域放置在芯片101上，完成导电玻璃102相对芯片101的定位偏移。
36.具体地，导电玻璃102为ito导电玻璃102，即导电玻璃102的一面上设置有氧化铟锡(俗称ito)膜，在将导电玻璃102通过容置区域放置在芯片101上时，将导电玻璃102设置有ito膜的一面朝向芯片101放置，此时，导电玻璃102的ito膜和芯片101上的框胶103贴合。
37.另一方面，支架5上、吸附平台6的上方设置有震动模块和固化模块10，震动模块和固化模块10可移动以靠近吸附平台6，震动模块移动至导电玻璃102以和导电玻璃102贴合，并根据需要向导电玻璃102施加一定的压力，此时震动模块向导电玻璃102传递高频振荡，高频振荡传递至导电玻璃102和芯片101之间的框胶103，以实现框胶103中间隔子的均匀分布，间隔子主要用来在芯片101和导电玻璃102之间形成支撑高度，通过高频振荡使间隔子单层分布，避免框胶103的间隔子堆叠形成多层而影响压盒的高度，进而提高压盒过程中cell gap的均匀性。而固化模块10靠近导电玻璃102时，通过导电玻璃102能向框胶103提供辐射能量以固化框胶103，实现lcos封装试验的良率和可靠性。当然，也可以不开启固化模块10，而是将本技术实施例提供的封装对位贴合装置整体置于烤炉中加热，通过加热固化框胶103。
38.由此，本技术实施例提供的封装对位贴合装置，支架5包括吸附平台6，吸附平台6上通过吸附作用固定芯片101，进而提高单个die封装工艺中对位贴合的精度，芯片101上设置有框胶103，且芯片101设置框胶103的一面朝上；吸附平台6四周的上方通过支架5设置有调节机构和挡板15以围合形成容置区域，调节机构调节容置区域的范围，容置区域确定后，通过容置区域在芯片101设置有框胶103的一面上设置导电玻璃102，导电玻璃102的一面设置有氧化铟锡(俗称ito)膜，使导电玻璃102设置ito膜的一面和芯片101的框胶103贴合，以备后续封装；吸附平台6上方还设置有可移动的震动模块和固化模块10，当震动模块移动至导电玻璃102时，向导电玻璃102加压，以向芯片101和导电玻璃102之间的框胶103传递高频振荡，使框胶103的间隔子单层分布，避免间隔子堆叠形成多层影响压盒的高度，提高压盒过程中cell gap的均匀性；固化模块10能够向框胶103提供辐射能量以固化框胶103，将压盒工艺和固化工艺整合在一起，实现lcos封装试验的良率、效率和可靠性。
39.对于调节机构来说，调节机构位于吸附平台6的侧上方，示例地，在本技术的一个可实现的方式中，调节机构有三组，三组调节机构分别设在吸附平台6的三个侧面，以在三个方向上分别调节容置区域的大小。而在吸附平台6未设置调节机构的侧面设置挡板15，通过挡板15和三个方向的调节机构围合进而形成容置区域，挡板15用于限定导电玻璃102的移动位置，防止在对位贴合过程中和振动过程中的位置偏移。
40.进一步地，调节机构包括丝杆，丝杆的端部连接有导板4，导板4随丝杆运动以靠近或远离吸附平台6，以调节容置区域的范围。
41.丝杠1的一端固定在支架5上、另一端连接导板4，通过转动丝杠1，带动导板4靠近或远离吸附平台6，导板4靠近吸附平台6时，能够减小容置区域的范围；导板4远离吸附平台6时，能够增大容置区域的范围。
42.其中，丝杠1可为精密测微丝杆，其行程的精度不大于0.01mm，行程范围在5mm～20mm之间，通过精密测微丝杆以对容置区域的范围进行精确微调，以保证调节精度，进而保证导电玻璃102相对芯片101的设置位置。
43.在支架5上还设置有沿丝杠1运动方向延伸的导轨2，导板4沿导轨2运动。导板4设置在导轨2上，导板4通过丝杠1的推动沿导轨2运动。导轨2能够对导板4的运动方向进行导向，以固定导板4的行进方向，使导板4正向运动，避免导板4在运动过程中偏离。
44.并且，调节机构还包括弹簧3，弹簧3的一端连接导板4、一端设置在支架5上，弹簧3用于当丝杆回调时，提供导板4的拉力，回复导板4的初始状态。
45.而吸附平台6包括平台体，平台体上设置有多个吸附孔，吸附孔连接真空泵，真空泵连接电磁阀，通过吸附孔产生的吸附力吸附固定放置在平台体上的芯片101。
46.示例地，平台体位于图1的中部位置，平台体的三个侧面分别为调节机构，一个侧面为挡板15。平台体的顶面上设置有多个阵列排布的吸附孔，芯片101放置在具有吸附孔的顶面上，吸附孔的作用在于提供真空吸附力，平台体上放置芯片101后，通过吸附孔提供的吸附力，可保证芯片101在平台体上的位置不偏移；吸附孔和真空泵连接，真空泵为吸附孔提供真空动力，以使吸附孔产生真空吸附力，同时与真空泵连接的电磁阀可以实现对位贴合工艺结束后，在不关闭真空泵的同时，通过电磁阀对真空泵进行控制，实现吸真空或破真空，吸真空时能为吸附孔提供吸附力，使芯片101牢固吸附在平台体上；破真空时消除吸附力，可从平台体上取下芯片101，极大提高工作效率。
47.芯片101固定在平台体上后，通过调节机构确定好容置区域的范围，将导电玻璃102放置在芯片101上，然后启动震动模块。震动模块包括依次层叠连接超声波发射器11、换能器12、调幅器13、压板14，振荡模块通过超声波发射器11转换的高频电能、换能器12转换的同频机械运动、调幅器13转换的机械运动的振幅，以通过压板14作用在导电玻璃102上。
48.具体地，超声波发射器11主要用于将50/60赫兹电流转换成15、20、30以及40千赫兹电能；换能器12的主要作用是将超声波发射器11转换的高频电能通过换能器12再次被转换成为同等频率的机械运动；调幅器13的主要作用是改变换能器12提供的机械运动的振幅，并且传递到震动模块最下面的压板14，压板14可为高平整度钢化玻璃，高平整度钢化玻璃的平整度不低于λ/20，其中，λ为可见光波长，为纳米量级，换言之，高平整度钢化玻璃的表面均匀性非常高，一定程度上可以保证压盒的均匀性，并且通过压板14可以向框胶103传递高频振荡，实现框胶103中间隔子的均匀分布(单层分布)，同时由于压板14采用高平整度钢化玻璃，玻璃是透明的，可以看到对位贴合后的效果，也即观察牛顿环现象，以便后续消除或减小牛顿环。
49.在本技术的一个可实现的方式中，支架5上设置有升降旋钮8，震动模块与升降旋钮8连接；升降旋钮8用于控制震动模块的升降，并向压盒工艺提供的合适的压力，其升降的范围在0～100mm。
50.升降旋钮8和超声波发射器11之间设置有连接板9，连接板9的两端滑动设置在支架5上，操作升降旋钮8，可使连接板9沿支架5移动，进而使超声波发射器11、换能器12、调幅器13、压板14整体移动，以作用于导电玻璃102向芯片101和导电玻璃102之间的框胶103传递高频振荡。
51.前述提到，通过震动模块向框胶103传递高频振荡，可通过压板14观察对位贴合后的效果，换言之，即是观察牛顿环现象。而为了消除牛顿环，支架5上设置有和升降旋钮8同向的多个微调旋钮7，多个微调旋钮7分别和震动模块连接，具体是和连接板9连接，以调整压板14各方向的压力；当压盒工艺中发现某个方向存在牛顿环，通过操作微调旋钮7可针对
调节某个方向的压力，升降旋钮8的行程在0～100mm之间，微调旋钮7的行程在5mm～20mm之间。可见，升降旋钮8的行程相较于微调旋钮7较大，微调旋钮7是在升降旋钮8的作用基础上，辅助升降旋钮8进行微调，通过升降旋钮8操控震动模块整体下压作用于导电玻璃102，以进行对位贴合；之后，可通过微调旋钮7操控震动模块整体下压，针对某个存在牛顿环的方向进行微调，以消除或减小牛顿环，微调cell gap的均匀性。
52.固化模块10连接在连接板9上，用于为框胶103提供一定的辐射能量，固化模块10可采用照射灯的方式，其照射灯的波长主要分布在紫外波段，通常采用的紫外波长是313nm和365nm。同时固化模块10中还可安装散热模块，以提高uv等的寿命。
53.本技术实施例提供的封装对位贴合装置使用时，首先需要将震动模块通过升降旋钮8抬高，留出芯片101和导电玻璃102的操作空间，然后将需要封装的单个芯片101放置到平台体上正确的芯片101区域，打开真空吸附，可保证在对位贴合工艺中芯片101的位置不会发生偏移，再微调三侧的丝杆，直到调整到正确的容置区域范围以放置导电玻璃102，然后通过升降旋钮8下调震动模块的高度，直到下降到压板14与导电玻璃102接触，再根据需要施加一定的压力，此时开启震动模块向芯片101和导电玻璃102之间的框胶103传递高频振荡，就可以实现框胶103中间隔子的均匀分布(单层分布)，进而提高压盒过程中cell gap的均匀性；还可根据压盒结果，通过微调旋钮7调整多个方向的压力，最后根据框胶103的性质，选择热固化或者uv固化。本技术实施例提供的封装对位贴合装置操作简单，位置控制精度高，对位贴合过程中可实时观察到cell的牛顿环线性，通过多个微调旋钮7可动态微调cell的牛顿环的现象，并且将对位贴合和固化工艺整合在一起，极大的提高了试验工艺的效率。
54.另一方面，本技术实施例还提供一种封装对位贴合的控制方法，请参照图3，采用前述的封装对位贴合装置，用于使芯片101及导电玻璃102对位贴合，该方法包括：
55.s100：控制吸附平台6吸附固定芯片101，芯片101设置有框胶103的一面远离吸附平台6。
56.吸附平台6包括设置有多个吸附孔的平台体，以及和多个吸附孔连通的真空泵、与真空泵连接的电磁阀，电磁阀控制真空泵开启或关闭，以通过真空泵向吸附孔提供真空吸附力；同时，电磁阀还可以实现对位贴合工艺结束后，在不关闭真空泵的同时，实现吸真空或破真空，提高工作效率。
57.此外，平台体设置吸附孔的面上还可形成下陷的凹槽，吸附孔位于凹槽的底面上，通过凹槽下陷，将芯片101放置在凹槽内，使芯片101和凹槽的底面接触，放置后的芯片101的表面和平台体的表面平齐，以对芯片101限位。
58.芯片101上有框胶103，因此芯片101在固定于平台体时，芯片101有框胶103的一面朝上、无框胶103的一面和平台体贴合。
59.s110：驱动调节机构调整容置区域的范围，以放置导电玻璃102，导电玻璃102设置有ito膜层的一面和芯片101设置有框胶103的一面贴合。
60.平台体上固定好芯片101后，通过平台体三个侧上方的调节机构以及一个挡板15围合而形成容置区域，通过调节机构可以调整容置区域的范围，容置区域用于定位导电玻璃102的位置，待容置区域的范围调整好后，将导电玻璃102通过容置区域放在芯片101上，通过容置区域能使导电玻璃102相对芯片101偏移预设的错位距离。
61.导电玻璃102放置在芯片101上时，和芯片101有预设错位距离的偏移，芯片101和导电玻璃102错位设置，预设的错位距离通过容置区域的调节实现，容置区域刚好卡合导电玻璃102。并且，在将导电玻璃102放置在芯片101上后，通过挡板15和调节机构，还能够对导电玻璃102进行限位，避免在后续封装压盒时，导电玻璃102偏移。其中，导电玻璃102放置时，使设置有ito膜的一面和芯片101上的框胶103贴合。
62.图4示出了芯片101、导电玻璃102以及框胶103的设置位置，由图4中芯片101的宽度d1、导电玻璃102的宽度d2可见，芯片101和导电玻璃102错位设置，框胶103位于芯片101和导电玻璃102的公共区。
63.s120：驱动震动模块移动至导电玻璃102以对导电玻璃102施加高频振荡。
64.震动模块下移作用于导电玻璃102上，震动模块向导电玻璃102传递高频振荡，高频振荡进而传递至导电玻璃102和芯片101之间的框胶103，以实现框胶103中间隔子的均匀分布。
65.s130：驱动固化模块10照射导电玻璃102以固化框胶103。
66.固化模块10开启，通过固化模块10照射导电玻璃102以提供辐射能量，使芯片101和导电玻璃102之间的框胶103固化，完成封装。
67.上述各过程通过控制器实现自动控制，控制器与上述各相应器件电连接，以完成对上述过程的驱动。
68.综上，本技术实施例提供的封装对位贴合装置及封装对位贴合的控制方法，是针对现有硅基微显示器件试验封装工艺中种存在的对位贴合精度差、框胶103中间隔子分布不均导致的cell gap不均以及工艺时间长、效率低等问题而提出，给出了一种精确的、高效的、适用于试验封装工艺的装置和方法。本技术实施例提供的封装对位贴合装置及封装对位贴合的控制方法，可以在多个方向上通过调节机构分别高精度微调容置区域的范围，进而调整导电玻璃102相对芯片101的偏移位置，lcos芯片101的位置固定不变，并且在工艺过程中lcos芯片101由平台体上的数个吸附孔真空吸附，其位置稳定不变，进而提高单个die封装工艺中对位贴合的精度；平台体上方的超声波发射器11通过换能器12、调幅器13以及透明的高平整度钢化玻璃制作的压板14与导电玻璃102接触，进而向芯片101和导电玻璃102之间的框胶103传递高频振荡，可以实现框胶103中间隔子的均匀分布(单层分布)，进而提高压盒过程中cell gap的均匀性，关闭高频震动模块可实现对导电玻璃102的压盒；此外，超声波发射器11上方连接有多对微调旋钮7，对在压盒过程中出现的牛顿环(cell gap不均匀的体现)具有一定程度的矫正功能，即通过微调导电玻璃102多个方向的受力，减小或消除牛顿环现象，提高cell gap均匀性；同时还引入了uv灯以及uv灯控制模块形成的固化模块10，无论封装过程中使用的是uv胶还是热固化胶，通过固化模块10对框胶103进行固化，实现密封；本技术将压盒工艺和固化工艺整合于一体，提高了封装试验的效率和可靠性。
69.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。