用于在挠性基板上装配电组件的方法和装置以及电组件与挠性基板的组合件与流程

用于在挠性基板上装配电组件的方法和装置以及电组件与挠性基板的组合件

背景技术：
发明的技术领域本发明涉及用于在挠性基板上装配电组件的方法。本发明还涉及用于在挠性基板上装配电组件的装置。本发明还涉及电组件与挠性基板的组合件。相关技术挠性电子产品变得越来越重要，例如智能纺织品、挠性显示器等等形式的挠性电子产品。挠性电子产品通常需要并入半导体器件以操纵和监控该设备的多个方面。随着电子设备通常变得越来越复杂，操纵它们的芯片也倾向于变得越来越复杂。这导致较高的IO计数、较低的节距和线宽。这接下来还将导致对在接合时的集成电路的放置精度有较高的要求。除半导体器件之外，其它电组件以及电池可能必须与挠性电子产品集成。产品的期望挠性经常需要变薄的(<30μm)Si芯片的放置和互连。通常要求的放置精度是大约10-20μm。这些半导体器件以及其它电组件具有比安装它们的表面显著更小的横向尺寸。这防止了通常用于将多个箔层压到一起的机器的使用。相反，拾取和放置设备须被用于放置这些电组件。卷对卷(rolltoroll)制造工艺是合需的。这潜在地允许低成本的大尺寸以及大量的电子产品的装配，例如通过使用诸如目前在纸印刷工业中使用的生产工艺。在连续移动的带上以高精度放置大量芯片将需要相当高级和昂贵的设备。此外，每个芯片将需要被单独地接合，这可能每个芯片花费数秒时间。通过在组件放置之后估计它们的接触位置并且使连接适于所估计的位置从而允许以较低精度放置组件的装配方法是已知的。在这方面，注意GB2313713描述了用于制作电子电路板的高密度安装方法。其中，钉头凸点(studbump)形成在半导体芯片的连接端子上。半导体芯片埋置于印刷电路板中，使得钉头凸点的高度几乎等于印刷电路板的表面的高度。至少印刷电路板的埋置半导体芯片的表面被第一绝缘层覆盖。通过使用激光器来暴露钉头凸点在第一绝缘层中形成孔。在第一绝缘层上选择地形成电路图案，从而将电路图案与暴露的钉头凸点彼此连接，以及连接到电路板表面上的其它电路。还注意到，US2007/230103提供了用于将电子组件集成到导体轨道以及相应电子组件上的方法和装置。所公开的方法和装置允许以较低精度将电子组件应用到诸如要被印刷的基板或印刷的产品之类的印刷材料上。在放置组件之后，组件的位置由传感器系统(例如，相机系统)确定。在后续处理步骤中，一个或多个印刷单元印刷导体轨道。通过印刷单元或传送器机制与先前应用的电子组件的对准来定向导体轨道。WO/2010/071426(对应于EP2200412A1)描述了用于制造挠性电子产品的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一和第二互相相对主侧的挠性箔；将组件置于第一箔的第一主侧，该组件具有面向第二主侧的至少一个电气端子；估计该至少一个电气端子的位置；基于所述估计的位置，适应地形成到该至少一个电气端子的导电路径。根据已知方法的实施例，通过在箔的第二主侧形成凹槽且用导电材料或其前体填充所述凹槽来适应地形成导电路径。在另一实施例中，通过涂敷粘合层以及通过在其转换区中转换粘合剂的导电性质来形成导电路径。转换区的位置和/或定向依赖于所估计的位置。第一实施例中的填充单独凹槽的工艺相对费时。第二实施例需要相对昂贵的材料。因此，需要一种需要相对简单材料的方法，该方法允许较大的制造产量且显著地缓和对芯片放置对准精度的要求。US2009/158232提供一种方法，包括：检查电路布置的组件的一个或多个特征的位置，以确定通信触点的位置相对于组件的通信触点的设计位置的位移。基于所述位移提供所述电路布置的随后校正通信路径布局数据。然后根据校正的通信路径布局数据应用通信路径。

技术实现要素：
根据本发明的第一方面，提供一种方法，如权利要求1中所述。根据本发明的第二方面，提供一种装置，如权利要求5中所述。根据本发明的第三方面，提供一种组合件，如权利要求8中所述。在所要求保护的方法和装置中，通过从沉积层局部地移除导电材料薄条，获得图案化的导电结构。由于仅需移除材料薄条的事实，这可相对快速地、以相对低的能量消耗且具有对组件的相对低的热负载地进行。根据本发明的方法和装置使得可能以实践方式提供具有变化宽度的导电路径。例如，可由提供具有恒定宽度的束的激光器来移除材料条。这使得可能具有通常宽的导电路径，这些导电路径在必要时变窄。当根据第一替代将组件放置成使电触点背对基板时，导电材料层可被施加到与组件相同的一侧。根据第二替代，在组件的电触点朝向基板的情况下，导电材料层可被施加到与放置组件之处相对的基板一侧。在该情况下，根据本发明第一方面的方法具有以下附加步骤：施加穿孔贯通基板以在所述相对侧暴露组件的电触点。第一替代的有利之处在于在基板中施加穿孔的附加步骤不是必要的。在第一替代中，通过组件上的导电材料层使保持组件的基板表面变得平滑。在第二替代中，可通过在组件上施加材料(例如，粘合剂)的包封使承载组件的表面变得平滑。第二替代的优点是如果组件下沉到在基板中形成的腔中则可能甚至完全避免过渡。在腔中安排组件以及组件包封的措施可被组合。同样，在组件具有象背对基板的电触点一样的朝向基板的电触点的情况下，可组合用于电连接组件的触点的两种替代。用于该层的导电材料或其前体是例如包含金属纳米粒子的墨水，例如分散液中的银纳米粒子分散体。替代地，可使用有机或水基溶剂中的金属络合物，例如银络合物墨水，但是可替代地或组合地使用基于例如铜、镍、锌、钴、钯、金、钒和铋而非银的其它金属络合物。可例如通过涂覆技术(诸如，狭缝挤压涂覆、吻合涂覆、热熔涂覆、喷涂，等等)以及所有种类的印刷技术(诸如，喷墨印刷、凹版印刷、苯胺印刷、丝网印刷、旋转丝网印刷，等等)来沉积层。可通过应用光化辐射、通过加热(例如通过磁控管加热)或者两者的组合来固化沉积的层。代替通过印刷，可通过汽相沉积或通过电镀来施加该层。在该情况下，固化不是必要的。在如此获得的根据第三方面的组合件中，导电层通过长/宽比至少为10(优选地为至少20)的缝隙来分割。可获得组合件中的导电层，其具有相对适度的功率消耗且具有对组件的适度的热负载。附图说明参考附图更详细地描述这些以及其它方面。其中：图1示出根据本发明的第二方面的装置的第一实施例，图1A更详细地示出根据本发明的第二方面的装置的第二实施例的一部分，图1B更详细地示出根据本发明的第二方面的装置的第三实施例的一部分，图2A示出根据本发明的第一方面的方法的第一实施例的第一步骤的结果，图2B示出根据本发明的第一方面的方法的第一实施例的第二步骤的结果，图2C示出根据本发明的第一方面的方法的第一实施例的第三步骤的结果，图2D是根据本发明的第三方面的电子组件和挠性基板的组合件，该组合件是根据本发明的第一方面的方法的第一实施例的第四步骤的结果，图3A是在图2A中示意性地示出的半成品的照片，图3B是在图2D中示意性地示出的产品的照片，图3C是根据图3B中的横截面IIIC-IIIC的产品的照片，图3D是包括多个组件以及用于将它们互连的印刷电路的挠性基板的照片，图3E示出根据图3D中的E的详细照片，图3F示出根据图3D中的F的详细照片，图4示出根据本发明的第二方面的装置的第四实施例，图5A示出根据本发明的第一方面的方法的第二实施例的第一步骤的结果，图5B示出根据本发明的第一方面的方法的第二实施例的第二步骤的结果，图5C示出根据本发明的第一方面的方法的第二实施例的第三步骤的结果，图5D示出根据本发明的第三方面的电子组件和挠性基板的组合件的第二实施例，该组合件是根据本发明的第一方面的方法的第二实施例的第四步骤的结果，图6示出根据本发明的第三方面的电子组件和挠性基板的组合件的第三实施例，图7示出根据本发明的第三方面的电子组件和挠性基板的组合件的第四实施例，图8A、图8B示出根据本发明的第三方面的电子组件和挠性基板的组合件的第四实施例，其中图8B示出完成的产品，而图8A示出半成品，图8A和图8B各自示出根据顶视图中指示的X-X的顶视图和横截面。具体实施方式在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节也可实践本发明。在其它情形中，众所周知的方法、程序和组件并未进行详细描述以免混淆本发明的各方面。在附图中，为清楚起见可能放大诸层和区域的尺寸和相对尺寸。可理解的是，虽然本文中的术语第一、第二、第三等可用来描述多个元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。因此，在不背离本发明示教的情况，下文所讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可被称为第二元件、组件、区域、层或部分。在此参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意性例证的截面示意图描述了本发明的实施例。如此，应预期到，因为例如制造技术和/或公差，示例的形状会有变化。因此，本发明的各实施例不应被解释为受限于本文所例示区域的特定形状，而应当包括例如源自制造的形状上的偏差。除非另外定义，否则在本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属技术领域的一名普通技术人员所通常理解相同的含义。进一步理解的是，各术语，诸如在常用字典中所定义的那些，应该被解释为具有与在相关领域上下文中的它们的含义一致的含义，且不被解释为理想化的或过分正式的程度，除非此处明白地这样定义了。本文中所提及的所有出版物、专利申请、专利、以及其他参考文献都通过引用其全文结合于此。如果发生冲突，以包括定义的本专利说明书为准。此外，材料、方法、以及示例只是说明性的，而不旨在进行限制。同样的元件具有同样的附图标记。图1示出用于装配组件30的装置，其中组件30具有在基板10上的电触点。该装置具有用于供给基板10的第一供给设施A。在所示实施例中，示出基板是挠性箔，基板是例如挠性聚合物基板，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚酰亚胺(PI)中之一，例如具有范围为25到250μm的厚度。通过供给轧辊A提供箔，且将装配有组件30的基板10卷绕到轧辊J。该装置具有另一设施B1，设施B1用于将组件30放置在基板10的第一主侧11上。可购得用于这种目的的具有在位置上约50μm以及在定向上约1度的放置精度的取放设备。该装置具有用于沉积导电材料或其前体的层的设施F，所述层32在由组件限定的基板区域上延伸至横向超出所述区域。在实施例中，该层在由箔限定的全部区域上延伸。在所示实施例中，设备具有用于使层32固化的固化设施G。层32可通过任何印刷设施来施加，诸如丝网印刷设施或喷墨印刷设施。典型地，固化设施G是光化辐射源，例如UV源。但是，在该层包括可热固化组件的情况下，可将热源替代地用作固化设施。在其它实施例中，可通过蒸发其中的溶剂来固化该层。在再一实施例中，可沉积加热的热塑树脂作为该层，其在冷却后凝固。该装置具有机器视觉系统C1、C2，该机器视觉系统被安排为估计组件的电触点的位置。机器视觉系统包括相机(例如CCD相机)C1以及模式识别单元C2。可购得用于这种目的的机器视觉系统，例如从Orbotech购得。该装置具有用于依赖于所估计的电触点位置来计算分割线的计算单元H1，以及用于通过沿所述分割线从所述层局部地移除材料将该层分割成相互绝缘的区域的分割单元H2。现在参考图2A到图2D描述根据第一方面的方法的实施例。在图2A到图2D的每一个图中，示出具有组件30的基板10的顶视图(附图的上半部分)以及根据顶视图中的虚线的横截面(附图的下半部分)。图2A示出在利用图1的装置执行的方法的第一阶段中获得的结果。该阶段对应于图1所示生产线处的点Xa。其中示出附连到基板10的第一主侧11的组件30，且组件30的触点31背对基板10。组件的附连可通过粘合剂来实现，例如可热固化的粘合剂或可UV固化的粘合剂。替代地，可使用自动固化多组分粘合剂。图2B示出在与生产线的点Xb相对应的方法的第二阶段中获得的结果。在该阶段，将导电材料或其前体的层32沉积在基板10的第一主侧11。层32在由组件32限定的基板10的区域上延伸至横向超出所述区域。在所示实施例中，层32被预先图案化，在此被预先图案化成箱形部分32a以及线形部分32b。在另一实施例中，层32可均匀地覆盖具有组件30的第一主表面11。如上所述，由于组件30的放置的不精确，电触点32的实际位置可能偏离预期位置。如图1所示，用机器视觉系统C1、C2来确定触点31的实际位置。尽管层32覆盖组件30及其触点31，但是由于组件30的存在而在层32的表面中引起的高度轮廓，触点31的位置通常是完全可检测的。然而，替代的可能性是在沉积层32的步骤之前检测设备的触点的位置。现在已经知道电触点31的实际位置，计算分割线34，如图2C所示。随后通过沿着分割线34从层32局部地移除材料将层32分割成相互绝缘的区域，例如32p。这对应于图1中的阶段Xc。其结果在图2D中示出，其中36是层32中的缝隙。在所示示例中，所示相互绝缘的区域中的每一个(例如32p)将触点31连接至相应的线形部分32b，使得组件30的触点31可经由导电层32的线形部分32b被连接到其它设备。替代地，绝缘区域可在不止一个触点上延伸，如果这些触点相互连接是合需的话。若干方法对于计算包括分割线34的分割图案Pat而言是可能的。这通过图1A和图1B示出，其中计算单元H1的部分被更详细地示出。例如，可使用分割模板，该模板被赋予与组件30相对应的正确的定向和位置p。为此目的，如图1A所示，该装置可具有模板存储器H10以及转换单元H11，其中从模板存储器H10中选择适于特定组件的模板，转换单元H11应用与测得的模板的定向和位置p相对应的转换，以此获得分割图案Pat。在装置的另一实施例中，如参考图1B所示，利用图象处理单元H12直接根据检测到的图象数据Im计算分割图案Pat。用于这一目的的图象处理单元H12可例如具有第一单元H13，第一单元H13将图象Im转换成二进制图象Imb，该二进制图象Imb具有表示组件触点的前景以及表示触点以外区域的背景。第二单元H14将框架算法(例如，Hilditch算法)应用于二级制图象Imb以获得背景的框架。如此获得的框架形成分割图案Pat。随后通过沿着所述分割图案Pat中的分割线从所述层局部地移除材料,将层32分割成相互绝缘的区域，例如32d。作为示例，在图3A中示出具有四个电触点31的组件30被放置在25μm厚的PET箔上，且组件30的触点31背对基板。组件30具有0.8x0.8mm的横向尺寸以及20μm的厚度。四个触点31具有200μm的直径，且被安排成使其中心根据具有400μm尺寸的正方形的顶点而定。导电材料(在此是从Dupont获得的5025型丝网印刷糊料)的层通过丝网印刷被施加在组件30和箔10上，随后被热固化。如图3B所示，随后通过激光消融局部地移除导电材料，将导电材料的层分割成由缝隙36分离的相互绝缘区域32d，缝隙36具有范围为例如15μm到50μm的宽度。图3C在根据图2B中的IIIC-IIIC的横截面中对此进一步例示。为此目的，使用Nd:YAG激光器，其具有355nm的波长，在10kHz的频率下工作且具有17μm的斑直径。利用20mm/s的速率操作该激光器，从而产生3.4J/cm2的能流。取决于层32的厚度以及因此使用的材料类型，可使用具有不同设置的不同激光器。将激光束的直径维持在恒定宽度，使得缝隙36的宽度基本上恒定，即它们的宽度与其平均值相比较而言变化不会超过约20％。在所示实施例中，缝隙具有从沉积层的中心到边缘的大约0.8mm的长度。因此，缝隙具有长/宽比53，其大于10。将导电层32沉积在基板10的放置组件30的一侧不是必要的。沉积作为层32的材料例如是包含金属纳米粒子的墨水。其示例是如由Cabot(美国的Cabot印刷电子设备和显示器)提供的乙二醇/乙醇混合物中的银纳米粒子扩散。这种银墨水包含20wt％的银纳米粒子，其粒子直径的范围为从30到50nm。这种墨水的粘性和表面张力分别为14.4mPa.s和31mNm-1。替代地，可使用有机或水基溶剂中的金属络合物，例如包括溶剂和银酰胺的混合物的银络合物墨水，例如由InkTec生产的墨水。银酰胺在130-150℃之间的某一温度下分解成银原子、挥发性胺和二氧化碳。一旦溶剂和胺蒸发，银原子就保留在基板上。可替代地或组合地使用基于例如铜、镍、锌、钴、钯、金、钒和铋而非银的其它金属络合物。但是，尤其合适的是银络合物、铜络合物、镍络合物、铝络合物或其任何混合物。银、铜、铝和镍是极好的导体。以下表格示出要被沉积作为导电层32的材料的一些示例。表1：包括Cu络合物成分的物质的典型示例要沉积的导电层32可替代地是导电聚合物。这种结构可由包括导电聚合物粒子的物质形成，例如悬浮在液体中的导电聚合物粒子。导电聚合物的示例是聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)或聚苯胺(PANI)。相反，可使用包括导电聚合物的前体的粒子的悬浮液的物质。图3D-F示出如何将本发明应用于包括多个嵌入式组件的箔中。图3D是包括已经设有导电材料或前体的多个组件E、F以及用于将它们互连的印刷电路32c的挠性基板的照片。如在图3F的照片中更详细地示出的，组件F的层32已被分割成相互绝缘的区域32d。作为比较，图3E的照片示出组件E的层32尚未被分割。图4示出根据本发明的第一方面的替代装置。在该实施例中，导电层被沉积在基板10的主侧12，主侧12与基板的放置组件30的一侧11相对。图4所示的装置与图1的装置的区别在于用于穿孔基板10的附加设施D，以便获得从基板10的第一主侧11到第二主侧12的通孔以及形成与组件30的触点31的电接触。设施D，例如激光器(例如Nd-YAG激光器)，由计算机视觉系统C1、C2控制，该计算机视觉系统检测组件30的电触点31的实际位置。在所示实施例中，装置还具有设施B2，设施B2在基板10中将要放置组件30的位置处形成腔。例如，设施B2是具有1.2mm波束宽度的Nd-YAG激光器，其被安排成在具有100μm厚度的基板中形成具有相应直径且具有约20μm深度的腔。在所示实施例中，计算机视觉系统C1、C2还被用于向设施H提供输入数据，以通过沿着分割图案中的分割线从所述层中局部地移除材料来将导电层32分割成相互绝缘的区域。图4所示装置具有将来自供给设施A的基板沿着设施B2导引用于形成腔的导引轧辊E1、E2，用于放置组件30的设施B1，用于对准组件30的相机C1，用于穿孔基板10的激光器D，用于沉积导电层32的丝网印刷设施F，用于固化沉积层32的固化设施G，以及用于通过沿着分割图案的分割线从所述层32中局部地移除材料以将层分割成相互绝缘的区域的图案化设施。现在相对于图5A至图5D例示由所述装置在其操作期间执行的根据第一方面的方法。在图5A和图5B中，示出具有组件30的基板10的顶视图(附图的上半部分)以及根据顶视图中的虚线的横截面(附图的下半部分)。在图5C和图5D中，示出具有组件30的基板10的底视图(附图的下半部分)以及根据底视图中的虚线的横截面(附图的上半部分)。图5A示出第一阶段，其中通过设施B2(图4)在基板10中形成腔14。方法的该实施例产生一种产品，其中组件30下沉到基板中，使得组件的上表面不会在装配的产品中形成突起且由此较不易受到损坏。如果组件部分地下沉到腔中则获得对组件的部分保护。腔可具有比组件的高度更大的深度，但是这不会帮助进一步保护组件并且不必要地削弱了基板。接下来通过放置设备B1(图4)将组件30放在腔14中，如图5B所示。随后通过设施D(图4)对基板10进行穿孔，使得获得穿孔18，该穿孔18从第二主侧12延伸到第一主侧11且暴露组件30的电触点31，如图5C所示。在所示实施例中，通过激光打孔来获得穿孔。如此获得的锥形穿孔18朝向基板10的第二主表面12变宽。这是有利的，因为这提高了与穿孔18底部中的电触点31的电连接的可靠性。在当前情况下，其中基板是25μm的PET箔，穿孔是通过施加来自波长为248nm的准分子激光器的具有75mJ/cm2能量密度的10个脉冲来获得的。替代地，可使用另一激光器。例如，使用波长为1μm且能量密度为1-1.5J/cm2的CO2激光器。同样在这种情况下，发现10个脉冲的序列适于对25μm的PET箔进行穿孔。取决于基板的厚度以及用于基板的材料，可以施加较少或较多数量的激光脉冲。随后，通过设施F(例如，丝网印刷设施)在第二主侧12施加导电层32，该导电层32在由组件限定的基板区域上延伸至横向地超出所述区域。由此印刷的材料还穿过穿孔18且接触组件30的电触点31。由于穿孔18的锥形形状而促进了印刷的材料的穿过。随后通过固化设施G(例如，UV固化设施)来固化导电层32。根据组件30的电触点31的估计位置，通过沿着分割图案的分割线从所述层中局部地移除材料来将固化的层32分割成相互绝缘的区域32d。可按与相对于图1A和图1B所述方式类似的方式来计算分割图案。但是，可以想到使用单独的机器视觉系统。如图5D所示，在这种情况下层32被分割成四个相互绝缘的区域32d，它们各自电连接到组件30的相应电触点31。在所示实施例中，通过机器视觉系统C1、C2来估计电触点的位置，该机器视觉系统也被用于确定穿孔18的要求位置。注意，分割图案中的分割线并不一定是直线。替代地，导电层有可能被具有曲线的分割图案分割，如图6所示意性地示出的。在其中所示的实施例中，导电层被与分割图案中的弯曲分割线相对应的弯曲的缝隙36”分割成相互绝缘的区域32d”。图7示出图5D的组合件的替代。图7的组合件是按与图5D的组合件所述方式类似的方式获得的。但是，组件30没有下沉到基板10的腔中，而是由保护材料(例如，固化的粘合剂)的层19包封。在另一实施例中，这些措施可被组合，即组件30部分地下沉到基板的腔中且它的延伸到腔外的部分被保护材料层所保护。图8A和图8B用于示出根据本发明的第三方面的电子组件和挠性基板的组合件的第四实施例。其中图8B示出完成的产品，而图8A示出半成品。图8A的底部以顶视图的方式示出半成品。图8A的顶部示出根据顶视图中的线X-X的横截面。在该半成品中，组件30由粘合剂19包封。箔还设置有电导体32c。组件的触点31通过由粘合剂形成的包封中的开口来暴露。图8B的底部以顶视图的方式示出最后产品。图8B的顶部示出根据顶视图中的线X-X的横截面。图8B示出随后如何将导电材料的层32施加到组件上。层在由组件限定的基板10的区域上延伸至横向超出电导体32c上的所述区域。通过沿着所述分割线从所述层中局部地移除材料来将层32分割成相互绝缘的区域32d。由此在层中形成缝隙36。图8A和图8B各自示出根据底视图中指示的X-X的顶视图和横截面。通过对附图、公开内容以及所附权利要求的研究，本领域普通技术人员在实施所要求保护的发明时可理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他要素或者步骤，并且不定冠词“a”或“an”不排除复数形式。单个处理器或其他单元可履行权利要求中所述的若干项目的功能。在相互不同的权利要求中描述了特定措施的事实并不意味着这些措施的组合不能用于产生良好效果。权利要求中的任何附图标记都不应解释为范围的限制。