[發明專利]一種用于集成微型熱電換能器件的裝置與方法

在審

• 申請號: 202011349524.3
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN114551710A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 邰凱平;趙洋;喬吉祥;孫東明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種用于集成微型熱電換能器件的裝置，其特征在于，該裝置包括：減震支撐基座、顯微識別定位系統、供料器、轉移吸附系統、基板樣品臺、控制器，具體結構如下：

減震支撐基座設有大理石支架和減震平臺，大理石支架放置在減震平臺上；顯微識別定位系統固定在大理石支架和減震平臺上，轉移吸附系統固定在大理石支架上，供料器、基板樣品臺和控制器固定在減震底座，熱電粒子和上電極基板放置在供料器上，下電極基板固定在基板樣品臺上；控制器通過數據線與顯微識別定位系統、轉移吸附系統和基板樣品臺的互連，并實現各部分的集中控制和聯動過程。

2.根據權利要求1所述的用于集成微型熱電換能器件的裝置，其特征在于，顯微識別定位系統設有一套垂直向下的基板定位顯微鏡組、一套垂直向上的CCD相機、兩套水平顯微鏡組，其中：基板定位顯微鏡組沿豎向安裝于基板樣品臺上方的大理石支架水平橫梁上，通過手動變焦實現不同大小的基板定位；CCD相機設置于減震平臺上的供料器、基板樣品臺之間，用于輔助對熱電粒子的方位進行調整；兩套水平顯微鏡安裝于基板樣品臺的側面，分別與基板樣品臺上方相對應，用于對熱電粒子與下電極基板的Z軸方位從兩個方向進行檢測。

3.根據權利要求2所述的用于集成微型熱電換能器件的裝置，其特征在于，基板定位顯微鏡組為可變倍數組合鏡頭，最高分辨率達1μm，最大視場為直徑20mm；CCD相機和水平顯微鏡組為定倍數組合鏡頭，分辨率為1μm，視場為直徑2mm。

4.根據權利要求1所述的用于集成微型熱電換能器件的裝置，其特征在于，供料器位于CCD相機旁，提供編帶線性排布或方形陣列排布的供料方式。

5.根據權利要求1所述的用于集成微型熱電換能器件的裝置，其特征在于，轉移吸附系統設有X-Y-Z電控位移平臺、傾斜旋轉臺、電子傾角儀、吸附機械臂、氣泵、負壓泵，其中：X-Y-Z電控位移平臺安裝在大理石龍門架的水平橫梁底部，X-Y-Z電控位移平臺的底部安裝傾斜旋轉臺，傾斜旋轉臺的底部安裝電子傾角儀、吸附機械臂，吸附機械臂的水平部分為中空型的360°電控旋轉臺，360°電控旋轉臺的前端底部設置真空吸嘴，360°電控旋轉臺用于真空吸嘴的面內旋轉，氣泵、負壓泵分別通過管路與360°電控旋轉臺相連通，真空吸嘴上開設吸附陣列孔，以實現負壓吸取和正壓釋放。

6.根據權利要求1所述的用于集成微型熱電換能器件的裝置，其特征在于，真空吸嘴壓力在-200kPa～100kPa連續可調，真空吸嘴內徑直徑為0.02mm～2mm可選，電子傾角儀分辨率為0.001°；真空吸嘴的材質采用石英玻璃、單晶氧化鋁、單晶硅、不銹鋼或橡膠材質制作，其中：石英玻璃和單晶氧化鋁為透明材質，實現原位監控裝配，單晶硅采用MEMS制造工藝實現最小直徑5μm的吸附陣列孔。

7.根據權利要求1所述的用于集成微型熱電換能器件的裝置，其特征在于，基板樣品臺設有加熱吸附平臺、壓力傳感器、電子傾角儀、傾斜旋轉臺、X-Y-Z電控位移平臺，從上到下依次是加熱吸附平臺、壓力傳感器、電子傾角儀、傾斜旋轉臺、X-Y-Z電控位移平臺。

8.根據權利要求7所述的用于集成微型熱電換能器件的裝置，其特征在于，加熱吸附平臺采用PID控溫方式，最高加熱溫度為400℃；壓力傳感器的監測范圍為0～100N，監測分辨率為0.05N，電子傾角儀分辨率為0.001°。

9.一種使用權利要求1至8之一所述裝置的用于集成微型熱電換能器件的集成方法，其特征在于，轉移吸附系統將位于供料器的熱電粒子吸取轉移到固定在基板樣品臺上的下電極基板上，此過程需要配合顯微識別定位系統的圖形識別和定位，以及基板樣品臺精確位移控制來實現；控制器對顯微識別定位系統采集的圖像進行圖像識別，并輸出到轉移吸附系統和基板樣品臺進行自動化位置調整，實現程控轉移熱電粒子，輸入坐標文件實現自動化的貼裝熱電粒子。

10.按照權利要求9所述的用于集成微型熱電換能器件的集成方法，其特征在于，包括如下步驟：

(S1)將規則排列的熱電粒子固定在供料器上，并將坐標信息輸入到控制器里；

(S2)將下電極基板固定在在基板樣品臺上，調整基板定位顯微鏡組，以清晰的觀察下電極基板，并下電極基板外形均處于基板定位顯微鏡組的視場內；調整兩套水平顯微鏡，以觀察到下電極基板上表面為準；

(S3)調整基板樣品臺和轉移吸附系統的傾斜旋轉臺，以電子傾角儀的讀數為參考，對基板樣品臺上的加熱吸附平臺和轉移吸附系統上的吸附機械臂進行校平；

(S4)在控制器里設置下電極基板的坐標信息，輸入需要集成熱電粒子的坐標參數和貼裝程序；在程序運行中，吸附機械臂通過負壓吸取正壓釋放，將熱電粒子以分步或整體轉移的方式貼裝到下電極基板的設定位置上；

(S5)將上電極基板放置在供料器上，使用轉移吸附系統將上電極基板貼裝到熱電粒子上，完成微型熱電換能器件的集成和裝配，進一步通過基板樣品臺上的加熱吸附平臺進行熱電粒子與下電極基板、上電極基板間的焊接。