CN115004350A - 利用光学系统特性的调整的分立组件装配体的位置误差补偿 - Google Patents

Abstract

一种方法包括：确定安装在激光辅助转移系统中的分立组件装配体的分立组件和目标基板上的目标位置之间的对准误差，该分立组件装配体包括通过动态释放层附着至支承件的分立组件；基于该对准误差来确定光束偏移特性；以及将指示该光束偏移特性的信号提供至激光辅助转移系统的光学元件，该光学元件被配置为根据光束偏移特性来调整光束图案相对于分立组件的位置。

Description

利用光学系统特性的调整的分立组件装配体的位置误差补偿

优先权要求

本申请要求于2019年6月11日提交的美国专利申请62/859,830的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

本发明通常涉及将分立组件装配在基板上。

发明内容

在一方面中，一种装配体包括：基板；涂层，其包括布置在该基板的表面上的宾汉流体(Bingham fluid)；以及分立组件，其部分嵌入到包括该宾汉流体的涂层中或者布置在该涂层上。

实施例可以包括以下特征中的任意一个或多于一个特征。

宾汉流体包括助焊剂、焊膏、导电墨、半导电墨、凝胶和化学惰性材料中的一个或多于一个。

分立组件包括发光二极管(LED)。

基板包括半导体晶圆(wafer)。基板包括带。基板包括刚性基板。基板包括印刷电路板。

在一方面中，一种装配体包括基板；以及涂层，其包括布置在该基板上的宾汉流体，该涂层的第一表面接触该基板，其中，该涂层被配置成使得当分立组件入射到涂层的与该第一表面相反的第二表面上时，将该分立组件布置在该涂层上或者部分嵌入到该涂层中。

实施例可以包括以下特征中的任意一个或多于一个特征。

宾汉流体包括助焊剂、焊膏、导电墨、半导电墨、凝胶和化学惰性材料中的一个或多于一个。宾汉流体包括导电膏。

基板包括印刷电路板。

在一方面中，一种方法包括：照射布置在载体上的动态释放结构，其中分立组件附着至该动态释放结构，该照射使得该分立组件从该载体上释放；以及将所释放的分立组件容纳在布置在基板的表面上的涂层中或该涂层上，该涂层包括宾汉流体。

实施例可以包括以下特征中的任意一个或多于一个特征。

照射动态释放层包括利用激光能量来照射动态释放层。

照射引起动态释放层的至少一部分的磨蚀。

该方法包括在照射之前减小动态释放层的附着力。

照射动态释放层包括通过载体照射动态释放层。

分立组件包括LED。

第二基板包括带。第二基板包括印刷电路板。

在一方面中，一种方法包括：在目标基板的表面上形成涂层，该涂层包括宾汉流体；以及将分立组件容纳在该涂层中或该涂层上，该分立组件已通过激光辅助转移处理从载体转移。

在实施例中，形成包括宾汉流体的涂层包括将助焊剂、焊膏、导电墨、半导电墨、凝胶和化学惰性材料中的一个或多于一个布置在目标基板的表面上。

在一方面中，一种方法包括：确定安装在激光辅助转移系统中的分立组件装配体的分立组件和目标基板上的目标位置之间的对准误差，所述分立组件装配体包括通过动态释放层附着至支承件的所述分立组件；基于所述对准误差来确定光束偏移特性；以及将指示所述光束偏移特性的信号提供至所述激光辅助转移系统的光学元件，所述光学元件被配置为根据所述光束偏移特性来调整光束图案相对于所述分立组件的位置。

实施例可以包括以下特征中的任意一个或多于一个特征。

所述方法包括：由所述光学元件根据所述光束偏移特性来调整所述光束图案相对于所述分立组件的位置。所述方法包括：使用检流计式激光扫描器来调整所述光束图案的所述位置。

确定对准误差包括：确定所述对准误差的大小和所述对准误差的方向中的一个或多于一个。

确定光束偏移特性包括：确定所述分立组件的中心和所述分立组件的偏移位置之间的偏移。确定偏移包括：确定在所述分立组件的中心和所述分立组件的偏移位置之间的偏移的大小和方向中的一个或多于一个。

所述方法包括：确定光束偏移特性以至少部分地补偿所述对准误差。所述方法包括：确定光束偏移特性，使得在根据所述光束偏移特性使所述光束图案入射在所述分立组件装配体上的情况下，将所述分立组件转移到所述基板上的所述目标位置。

所述方法包括：使用机器视觉系统来确定所述对准误差。

所述方法包括：利用光束来照射所述动态释放层，根据所述光束偏移特性调整了所述光束图案相对于所述分立组件的位置，所述照射使得所述分立组件从载体基板释放。

所述方法包括：将所述分立组件容纳在所述目标基板上的所述目标位置处。

在一方面中，一种系统包括：计算系统，其包括耦接至存储器的一个或多于一个处理器，并且所述一个或多于一个处理器被配置为：确定分立组件装配体的分立组件和目标基板上的目标位置之间的对准误差，所述分立组件装配体包括通过动态释放层附着至支承件的所述分立组件，所述分立组件装配体安装在激光辅助转移系统中；基于所述对准误差来确定光束偏移特性；以及将指示所述光束偏移特性的信号提供至所述激光辅助转移系统的光学元件，所述光学元件被配置为根据所述光束偏移特性来调整光束图案相对于所述分立组件的位置。

实施例可以包括以下特征中的任意一个或多于一个特征。

所述系统包括所述光学元件。所述光学元件包括检流计式激光扫描器。

确定光束偏移特性包括：确定所述分立组件的中心和所述分立组件的偏移位置之间的偏移。确定偏移包括：确定所述分立组件的中心和所述分立组件的偏移位置之间的偏移的大小和方向中的一个或多于一个。

所述一个或多于一个处理器和存储器被配置为确定光束偏移特性以至少部分地补偿所述对准误差。所述一个或多于一个处理器和存储器被配置为确定光束偏移特性，使得在根据所述光束偏移特性使所述光束图案入射在所述分立组件装配体上的情况下，将所述分立组件转移到所述基板上的所述目标位置。

所述一个或多于一个处理器和存储器实现机器视觉系统。

附图说明

图1A和1B是激光辅助转移处理的图。

图2A至2C是激光辅助转移处理的图。

图3是用于激光辅助转移的系统的图。

图4是分立组件和目标基板的图。

图5A至5C是激光辅助转移处理的图。

具体实施方式

我们在这里描述了用于应对用于将分立组件从支承件转移到目标基板的激光辅助处理中的位置误差的方法。在一些示例中，入射在分立组件装配体上的光束图案可能相对于要转移到目标基板的分立组件而偏移。这种光束图案的偏移会导致当分立组件转移到目标基板时的放置误差。可以对光束图案的偏移进行调节以使得放置误差对目标基板和分立组件装配体之间的对准误差进行补偿，从而提高激光辅助转移处理的精确度。光束图案的偏移可以通过光学元件来进行，从而提供迅速的调整并且使得能够实现高吞吐量转移。

图1A描绘了用于使分立组件102到基板130上的高吞吐量、低成本无接触装配的激光辅助转移处理。术语“分立组件”通常是指要成为产品或电子装置的一部分的任何单元，例如，电子、机电、光伏、光子或光电子的组件、模块或系统，例如在半导体材料的一部分上形成有电路的任何半导体材料。在一些示例中，分立组件可以是发光二极管(LED)。分立组件可以是超薄的，这意味着具有100μm或更小、50μm或更小、40μm或更小、30μm或更小、25μm或更小、20μm或更小、10μm或更小，或者5μm或更小的最大厚度。分立组件可以是超小型的，这意味着具有小于或等于300μm/侧、100μm/侧、50μm/侧、20μm/侧或10μm/侧的最大长度尺寸或最大宽度尺寸。分立组件可以既超薄又超小型的。

在激光辅助转移处理中，分立组件装配体108定位在组件转移系统100中。分立组件装配体108包括支承件110，其中动态释放结构112布置在该支承件110的正面上。分立组件102通过动态释放结构112附着至支承件110。支承件110可以是诸如玻璃或刚性聚合物基板等的刚性支承件或者是诸如带等的柔性支承件。动态释放结构112可以是单层结构或者诸如具有两层、三层、四层或多于四层的结构等的多层结构。

在激光辅助转移处理中，利用诸如激光等的辐射(例如，光束图案116)来照射支承件110的背面。光束图案116可以是单个光束(如图所示)或例如来自单个光源或多个光源的多个光束的图案。支承件110对于辐射(例如，激光能量)的波长来说是可透射的。对于给定波长来说是可透射的元件是该给定波长的至少一些辐射穿过该元件所针对的元件。辐射穿过支承件110并且入射在动态释放结构112的区域上，从而使得激光束图案116入射的区域(称为照射区域)中的动态释放层的至少部分厚度被磨蚀。磨蚀生成会膨胀的封闭气体，从而在动态释放结构112中生成应力。应力使动态释放结构112的材料的至少一部分变形，从而形成一个或多于一个气泡118。例如，在光束图案116是单个光束或者多个间隔紧凑的光束的图案的情况下，形成单个气泡118。在光束图案116包括充分间隔开的多个光束的情况下，形成多个气泡118的图案。这里，术语“气泡”118通常是指单个气泡或多个气泡的图案。

气泡118在分立组件102上施加机械力。当气泡118所施加的机械力足以克服分立组件102和动态释放结构112之间的附着力时，气泡118所施加的机械力(结合重力)使分立组件(例如，在向下方向上)远离支承件110以供转移到目标基板130。

可以在美国专利公布US 2014/0238592中找到对激光辅助转移处理的进一步描述，该美国专利的全部内容通过引用而包含于此。

转移向量150指示当分立组件102从支承件110释放时的行进方向，并且指向分立组件102在目标基板130上的最终放置。转移向量150的方向是激光束图案116相对于分立组件102的位置的函数。如图1A和1B所示，在入射的激光束图案116相对于分立组件102居中的情况下，由此得到的气泡118(例如，单个气泡或多个气泡的图案)也相对于分立组件102居中，并且转移向量150(被称为法线转移向量)与动态释放结构112的表面垂直。作为结果，分立组件102落在目标基板130上的在分立组件装配体108中的分立组件102的位置的正下方位置处。

激光辅助转移处理的目的可以是将分立组件102转移到目标基板130上的特定目标位置140。目标位置140可以是目标基板130上的分立组件102的中心意图被定位的位置。例如，在目标基板130是诸如印刷电路板等的装置基板的情况下，目标位置140可以是目标基板130上的诸如焊盘等的互连元件将与分立组件102上的互连元件对准的位置。

为了将目标基板130上的目标位置140与分立组件装配体108中的分立组件102的位置对准，目标基板130可以相对于分立组件装配体108移动，或者分立组件装配体108可以相对于目标基板130移动，或者这两者。可以使用诸如线性平移台、致动器或其他适合的机械调整装置等的机械调整机构来实现该相对运动。例如，分立组件装配体108中的分立组件102的中心的在全局x-y坐标系统中的坐标可以被调整为与目标位置的全局x-y坐标相匹配。

对分立组件装配体108和目标基板130的相对定位的机械调整有时可能会例如由于机械调整装置的不精确而经受诸如沿x轴、y轴或这两者的偏差等的误差。这样的误差可能导致分立组件102的x-y坐标与目标位置140的x-y坐标之间的对准误差。例如除了由于机械调整引起的误差之外或者代替该误差，其他来源的误差也可能导致分立组件102的x-y坐标和目标位置140的x-y坐标之间的对准误差。例如，在诸如分立组件的切割(singulation)或者将分立组件102放置在支承件110上期间等的先前处理期间，可能出现分立组件装配体108中的分立组件102的期望位置和分立组件装配体108中的分立组件102的实际位置之间的差异。在目标位置140和分立组件装配体108中的分立组件102的位置之间的x-y坐标对准是基于分立组件102的期望位置的情况下，先前处理所导致的该差异可能导致分立组件102的x-y坐标与目标位置140的x-y坐标之间的对准误差。在一些示例中，可以通过在发起激光辅助转移处理之前对目标基板130和分立组件装配体108的相对位置进行精细的机械调整来至少部分地应对这样的对准误差。

参考图2A至2C，在一些示例中，光束图案116可以在激光辅助转移处理期间从分立组件102的中心偏移，这意味着光束图案116入射在从分立组件的中心偏移的位置处。光束图案116的偏移可以用于至少部分地补偿分立组件102的x-y坐标和目标位置140的x-y坐标之间的对准误差。

在光束图案116从分立组件102偏移(例如，未在分立组件102上居中)的情况下，由此得到的气泡118(例如，单个气泡或多个气泡的图案)也未相对于分立组件102居中。该偏移使得转移向量150从表面法线偏离了角度α(被称为有角度的转移向量)。转移向量150的角度α与光束图案116从分立组件102的中心偏移(有时被称为光束偏移)的大小d和方向相关。利用法线转移向量(例如，如图1A所示)，分立组件102将转移到分立组件装配体中的分立组件102的位置的正下方的目标位置140。有角度的转移向量使得分立组件102转移到目标基板130上的相对于目标位置140移位的偏移位置134。

图2B和2C示出具有所附着的分立组件102的分立组件装配体108的俯视图，其中光束图案116从分立组件102的中心偏移。虚线框132描绘目标基板130上的转移之后的分立组件102的位置，其中虚线框以偏移位置134为中心。目标位置140和偏移位置134之间的距离是光束图案116的偏移所引起的放置误差ε。放置误差ε可以：如图2B所示沿x轴；沿y轴(未示出)；如图2C所示可以具有沿x轴和y轴中的各个轴的分量。

放置误差ε的大小与光束偏移的大小d以及分立组件装配体108中的分立组件102的底面与目标基板130的顶面之间的间隙135的高度g相关。例如，在给定间隙高度g的情况下，光束偏移的大小d可以与放置误差ε具有直接的线性关系。转移向量150指向的空间方向与光束偏移的方向相反。例如，在图2A中，在转移向量150朝向图右侧指向的情况下，光束图案116向图左侧偏移。

如以上所论述的，可能在分立组件102的x-y坐标和目标位置140的x-y坐标之间发生对准误差。为了补偿这种误差，可以特意使光束图案116偏移，以使得放置误差ε与分立组件102的x-y坐标和目标位置140的x-y坐标之间的对准误差相匹配。通过引入对光束图案116的偏移来补偿对准误差可以有助于实现用于激光辅助转移处理的精确对准，并且可以使得能够实现快速对准，从而促进高吞吐量转移处理。

在示例中，参考图3，在激光辅助转移系统300中，在分立组件102的x-y坐标和目标位置140的x-y坐标之间可能存在对准误差a(未示出)。对准误差a可以是由于例如机械对准机构的不精确、分立组件102在支承件110上的位置误差或其他原因而引起的。为了补偿对准误差，可以使光束图案116偏移以得到导致放置误差ε等于对准误差a的有角度的转移向量150。然后，尽管存在分立组件装配体108中的分立组件102的x-y坐标和目标位置140的x-y坐标之间的对准误差a，但将分立组件102直接转移到其目标位置140。

激光辅助转移系统300包括诸如激光等的光源302。来自光源302的光束306可以入射在可以将来自光源302的光束306形成为光束图案116的诸如透镜、衍射光学元件(例如分束器)等的一个或多于一个光学元件304上。光束图案116可以是单束光(如图所示)，或者可以包括作为与光束306相比具有更小尺寸(例如直径)的光束的光的多个细光束(beamlet)。

对诸如照相机等的光检测器310进行定位以拍摄分立组件102和目标位置140在目标基板130上的相对位置的图像。将来自光检测器310的图像312提供至包括耦接至存储器并且被配置为处理图像312以确定对准误差a的一个或多于一个处理器的计算系统314。例如，计算系统314可以实现用于识别分立组件102和目标位置140并确定分立组件102的中心与目标位置140之间的分隔的大小和方向的机器视觉方法。

计算系统314基于对准误差a来确定光束图案116的光束偏移特性，使得在光束图案116按照该光束偏移特性偏移的情况下，分立组件102将被转移到目标位置140。光束偏移特性指示光束偏移的大小d和光束偏移的方向。在一些示例中，光束偏移特性可以指示诸如光束图案116中的细光束的数量或排列等的其他参数。

计算系统314将指示光束偏移特性的信号316提供至激光辅助转移系统300，以例如根据光束偏移特性控制一个或多于一个光学元件318调整光束图案116的位置。在示例中，一个或多于一个光学元件318可以是能够调整光束图案116的位置的诸如检流计式激光扫描器等的扫描器。

通过由扫描器来实现光束偏移特性，可以快速地实现对对准误差的补偿，从而使得每个分立组件的转移时间低，并且由此增加激光辅助转移处理的吞吐量。

参考图4，在一些示例中，在激光辅助转移处理中用于容纳分立组件102的目标基板430可以包括涂层，该涂层包括布置在该涂层表面上的裸片卡合(die catching)材料402。裸片卡合材料(DCM)402可以是用于当分立组件从载体基板转移时容纳分立组件、并且在减少分立组件在目标基板上的转移后移动的同时使该分立组件保持在其目标位置的材料。有时将用于容纳分立组件并且使分立组件保持在其目标位置的处理称为卡合分立组件。DCM可以是当分立组件102入射在涂层402上时使分立组件102的速度减缓的粘性流体。

在一些情况下，一旦分立组件102被涂层402的DCM卡合，分立组件102就可以在涂层中“浮动”。分立组件102的浮动是分立组件102从其原始放置位置起任意距离的缓慢运动移位。浮动可以由表面张力、热漂移、组件撞击之后流体的找平(leveling)、布朗运动或其他因素、或者多个因素的组合所引起。所容纳的分立组件的浮动可能是不期望的，例如其原因在于：浮动可能导致转移处理中的整体放置误差。例如，组件浮动可能使得放置误差超过既定标准，从而使所放置的分立组件无法用于该分立组件所希望的应用。在一些示例中，诸如在涉及间距紧凑的分立组件的应用等中，组件浮动可能使得即将进入的分立组件与先前所放置的分立组件接触，从而向先前所放置的分立组件添加进一步的放置误差或者在分立组件集中产生其他不期望的特性。

在一些示例中，可以针对特定应用，例如针对特定尺寸或质量的分立组件来调节涂层402的DCM的流变特性，以改善激光辅助转移处理的准确度和可靠性。

参考图5A和5B，在一些示例中，目标基板530包括涂层502，该涂层502包括布置在基板504的表面上的宾汉流体。宾汉流体是在低应力处表现为刚性体、但在其屈服应力处或屈服应力以上如粘性流体一样流动的粘塑性材料。宾汉流体有时也被称为宾汉液体、宾汉塑料、结构化液体或粘塑性固体。宾汉流体可以包括凝胶(例如，醇凝胶、水凝胶、有机凝胶或其他类型的凝胶)、合成聚合物、胶粘膏、助焊剂、焊膏、悬浮液、导电墨或半导电墨(例如，有机墨)、化学惰性材料或其中的任意两个或多于两个的组合。

当在激光辅助转移处理中分立组件102转移到目标基板530时，分立组件102由包括宾汉流体的涂层502卡合，并且部分嵌入在该涂层中(如图5B所示)或布置在该涂层上。通过部分嵌入，意味着：分立组件102的底面136低于涂层502的顶面506，而分立组件102的顶面508高于涂层502的顶面506。一旦分立组件102部分嵌入涂层502中，宾汉流体的流变特性就会防止分立组件102自发地使其位置移位或浮动。通过使用包括作为裸片卡合材料的宾汉流体的涂层，可以由此提高组件放置精确度和准确度。

基板504可以是诸如晶圆带等的带。基板504可以是诸如玻璃基板或半导体基板等的刚性基板。基板504可以是诸如印刷电路板(PCB)等的装置基板。在一些示例中，基板504可以是意图用于多芯片堆叠体的诸如半导体晶圆或其一部分等的半导体基板。

在基板504是装置基板的情况下，包括宾汉流体的涂层502可以促进分立组件102与基板504上的诸如焊盘等的电触点的互连。例如，包括宾汉流体的涂层502可以是诸如导电焊膏等的导电膏。参考图5C，在一些示例中，可以在分立组件102的激光辅助转移之后进行处理步骤，以使分立组件102的底面136与基板504上的电触点相接触。在示例中，包括宾汉流体的涂层502可以是在焊接处理期间被移除的助焊剂。在示例中，在分立组件102部分嵌入涂层502中的状态下的基板504的装配体经受例如来自热电极的用于使宾汉流体从分立组件102和基板504之间挤出的压力，从而使得能够在分立组件102和基板504之间进行电接触。

已描述许多实施例。然而，将要理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种修改。例如，上述步骤中的一些步骤可以是顺序无关的，并且因此可以与所描述的顺序不同的顺序进行这些步骤。

其他实现也在所附权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种方法，包括：

确定安装在激光辅助转移系统中的分立组件装配体的分立组件和目标基板上的目标位置之间的对准误差，所述分立组件装配体包括通过动态释放层附着至支承件的所述分立组件；

基于所述对准误差来确定光束偏移特性；以及

将指示所述光束偏移特性的信号提供至所述激光辅助转移系统的光学元件，所述光学元件被配置为根据所述光束偏移特性来调整光束图案相对于所述分立组件的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，包括：由所述光学元件根据所述光束偏移特性来调整所述光束图案相对于所述分立组件的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，包括：使用检流计式激光扫描器来调整所述光束图案的所述位置。

4.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中，确定对准误差包括：确定所述对准误差的大小和所述对准误差的方向中的一个或多于一个。

5.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，其中，确定光束偏移特性包括：确定所述分立组件的中心和所述分立组件的偏移位置之间的偏移。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定偏移包括：确定在所述分立组件的中心和所述分立组件的偏移位置之间的偏移的大小和方向中的一个或多于一个。

7.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，包括：确定光束偏移特性以至少部分地补偿所述对准误差。

8.根据权利要求7所述的方法，包括：确定光束偏移特性，使得在根据所述光束偏移特性使所述光束图案入射在所述分立组件装配体上的情况下，将所述分立组件转移到所述基板上的所述目标位置。

9.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，包括：使用机器视觉系统来确定所述对准误差。

10.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法，包括：利用光束来照射所述动态释放层，根据所述光束偏移特性调整了所述光束图案相对于所述分立组件的位置，所述照射使得所述分立组件从载体基板释放。

11.根据权利要求10所述的方法，包括：将所述分立组件容纳在所述目标基板上的所述目标位置处。

12.一种系统，包括：

计算系统，其包括耦接至存储器的一个或多于一个处理器，并且所述一个或多于一个处理器被配置为：

确定分立组件装配体的分立组件和目标基板上的目标位置之间的对准误差，所述分立组件装配体包括通过动态释放层附着至支承件的所述分立组件，所述分立组件装配体安装在激光辅助转移系统中；

基于所述对准误差来确定光束偏移特性；以及

将指示所述光束偏移特性的信号提供至所述激光辅助转移系统的光学元件，所述光学元件被配置为根据所述光束偏移特性来调整光束图案相对于所述分立组件的位置。

13.根据权利要求12所述的系统，包括所述光学元件。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述光学元件包括检流计式激光扫描器。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的系统，其中，确定光束偏移特性包括：确定所述分立组件的中心和所述分立组件的偏移位置之间的偏移。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，确定偏移包括：确定所述分立组件的中心和所述分立组件的偏移位置之间的偏移的大小和方向中的一个或多于一个。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的系统，其中，所述一个或多于一个处理器和存储器被配置为确定光束偏移特性以至少部分地补偿所述对准误差。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述一个或多于一个处理器和存储器被配置为确定光束偏移特性，使得在根据所述光束偏移特性使所述光束图案入射在所述分立组件装配体上的情况下，将所述分立组件转移到所述基板上的所述目标位置。

19.根据权利要求17或18所述的系统，其中，所述一个或多于一个处理器和存储器实现机器视觉系统。

Images