CN100426480C - 芯片压合座及其应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于封装工艺的芯片压合座及其应用装置，此芯片压合座至少包括一个陶瓷层。此陶瓷层借以承载要进行封装的芯片以及内引线，并且配合一压合头将芯片与内引线压合，其中陶瓷层是由80%(重量百分比)以上的氮化铝烧结体所构成。

Description

芯片压合座及其应用装置

技术领域

本发明是有关于一种芯片封装工艺及其设备，且特别是有关于一种使用于封装工艺的芯片压合座及其应用。

背景技术

倒装芯片封装技术之中，倒装芯片薄膜封装(Chip-On-Film package，COF)或卷带承载封装(Tape Carrier package，TCP)，主要是利用具有可挠性的封装薄膜、卷带或软板，作为具有电路图案的内引线(Inner Lead)的载体(Tap Carrier)，通过热压合步骤将芯片(Die)接合于封装卷带之上，以达到连续自动封装。

请参照图1，图1是根据现有技术所绘示的一种倒装芯片薄膜封装的热压合装置100的剖面示意图。此一现有的热压合装置100包括一个压合头(Bonding Tool)101、芯片压合座(Chip Bonding Stage)103、加热器105以及冷却装置(未绘示)。在热压合步骤中，当加热器105将芯片压合座103加温到预设的工作温度时，首先使用真空吸嘴104a与104b抓取芯片102的背面，将芯片102固定于芯片压合座103之上。接着压合头101将芯片102与位于薄膜卷带107上的接脚或内引线作热压合，移开压合头101之后再以冷却气体瞬间将芯片降温。

传统上，此一芯片热压合装置是采用铁系金属或特殊钢料作为芯片压合座103的主要材质，然而由于铁系金属膨胀系数较大，且多在高温之下长期使用，芯片压合座103的压着表面103a会产生软化变形，加上耐磨性不佳，表面无法维持抛光状态，因此在长期使用之下，容易造成金属压着表面残留胶体或锡渣，甚至会使金属压着表面产生毛边而压伤晶圆表面，进而使倒装芯片封装接合的良率下降。另一方面金属与周边零件摩擦会产生些微静电，长期的静电累积容易造成芯片接脚被静电所击穿，而造成接合失败。

另一种主要材质是将钻石薄膜沉积于预先预备的金属台座的表面上。然而，由于钻石薄膜与金属台座的膨胀系数不同，因此加热时会产生“双金属效应”使膨胀系数大者挤压膨胀系数较小者，而造成芯片压合座103的形变。因此，钻石薄膜只能在特定温度范围之内才能达到生产精度的要求，并不适用所有操作温度下的倒装芯片封装工艺，若同一机台使用数种温度替换生产时，无法共同使用同一个钻石薄膜芯片压合座。又，由于钻石薄膜的生产与加工费用昂贵，容易因为冷热温差或撞击而脱落，使用寿命不高，使工艺成本上升。再加上与金属材质同样无法避免静电的累积，也会影响封装的良品率。

发明内容

因此有需要提供一种成本较低，寿命较长，且表面不易变形的芯片压合座。

本发明的目的就是在提供一种芯片压合座，此芯片压合座至少包括一个陶瓷层。此陶瓷层用以承载所要进行封装的芯片以及内引线，并且配合一压合头将芯片与内引线压合，其中陶瓷层是由80％(重量百分比)以上的氮化铝烧结体所构成。

本发明的另一个目的就是在提供一种芯片压合座装置。在本发明的一个较佳实施例之中，此一芯片压合装置至少包括：压合头、芯片压合座。芯片压合座位于压合头的下方，具有包含80％(浓度百分比)以上的氮化铝烧结体的抛光陶瓷层，用以承载芯片以及至少一条内引线，并配合压合头将芯片与内引线压合。

本发明的另一目的是在提供一种使用于倒装芯片薄膜封装工艺的热压合装置。在本发明的另一个较佳实施例之中，此一热压合装置包括：压合头、芯片压合座、以及卷带载具。芯片压合座位于压合头的下方，具有包含80％(重量百分比)以上的氮化铝烧结体的抛光陶瓷层，用以承载芯片。卷带载具固持有至少一条内引线，位于芯片与压合头之间，当陶瓷层与压合头相互压合时，能将内引线压合于芯片上。

根据以上所述的实施例，本发明的技术优势，是采用含有至少80％(重量百分比)的氮化铝烧结体的陶瓷层的芯片压合座，来进行封装工艺的热压合，以解决现有技术的芯片压合座成本过高，使用寿命短且容易变形的问题。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图的详细说明如下：

图1是根据现有技术所绘示的一种倒装芯片薄膜封装的热压合装置的剖面示意图。

图2是根据本发明的一较佳实施例，所绘示的一种适用于倒装芯片薄膜封装制成的芯片压合装置的剖面示意图。

图3是根据本发明的另一较佳实施例，所绘示的一种芯片压合座的剖面示意图。

为了清楚绘示起见，图标中的组件并未按照比例尺加以绘示。在不同图标之中，组件参照号码可能会有重复，用以标示相对应或相似的组件。

附图标记说明：

100、200：芯片压合装置    101、201：压合头

102、202、302：芯片       103、203、303：芯片压合座

103a、203a、303a：压着表面

104a、104b、204a、204b、204a、204b、304a、304b：真空吸嘴

105、205、305：加热器

106a、106b、206a、206b、306a、306b：真空通道

108、208、308：冷却气体通道

108a、108b、208a、208b、308a、308b：热气排出孔

107、207：卷带(载具)

303b：陶瓷层    303c：基台

具体实施方式

本发明的目的就是在提供一种使用于封装工艺的热压合步骤中的芯片压合座，其特征是采用具有整体为陶瓷烧结体或是具有陶瓷层固着于金属座台上的芯片压合座，来取代现有的铁材、钻石薄膜或其它材料。其中，此一芯片压合座包括一个至少含有80％(重量百分比)以上的氮化铝烧结体的陶瓷层。此陶瓷层本身具有制造成本较低、表面不易磨损、导热特性佳以及膨胀系数较低的特性，可以降低倒装芯片薄膜封装工艺的工艺成本。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，特举较佳实施例说明如下。在以下所提供的实施例，是适用于倒装芯片薄膜封装工艺中的芯片压合装置。值得注意的是，其它合适的封装工艺也适用此一芯片压合装置。

请参照图2，图2是根据本发明的一较佳实施例，所绘示的一种适用于倒装芯片薄膜封装工艺的芯片压合装置的剖面示意图。此一芯片压合装置200包括：压合头201以及芯片压合座203。芯片压合座203具有一个压着表面203a，其中压着表面203a可进一步加以抛光或加工，以用来承载芯片202。当压着表面203a与压合头201相互压合时，能将位于芯片202与压合头201之间的内引线(固持于卷带载具207之上)压合于芯片上。

在本实施例之中，此一芯片压合座203是完全由陶瓷材质所构成，其中此一陶瓷材质是氮化铝化合物的烧结体。其中，氮化铝较佳是由氮化铝(AlN)，或是氮化铝的同素异形体所构成。在本发明的较佳实施例之中，构成芯片压合座203的陶瓷材质为含有氮化铝80％(重量百分比)以上的烧结体。其所形成的芯片压合座203导热系数则实质在于170W/mK到260W/mK之间；膨胀系数实质在于4.5到5之间，而硬度实质在于1800N/mm²到2000N/mm²之间。由于芯片压合座203的导热系数相当高，利于快速加温与冷却。膨胀系数低，因此不会因为急速热胀冷缩而导致变形或造成压合座本体产生裂化，而使压着表面203a的精度下降。加上压着表面203a的硬度与钻石薄膜(1965N/mm²到2000N/mm²)相近，因此可以承受长期使用的磨损与撞击，不会产生毛边，也不会因为磨擦而产生静电。

在本发明的一些实施例之中，芯片压合座203可以包括一个导热装置，例如导热板或导热线圈。导热装置外接一加热器205并与芯片压合座接触，通过热传导来提供芯片压合座进行热压合步骤时的热源。在本发明较佳实施例之中，芯片压合座203直接与加热器接触205。

在本发明的一些实施例之中，芯片压合座203还具有至少一个真空吸嘴以及至少一个对应的真空通道，通过真空吸引来固定要进行热压合的芯片202，以进行该热压合步骤。例如，芯片压合座203具有数个真空孔，简图如204a与204b，各真空孔在压合座的受压面上另有真空沟互相连接而且真空孔204a与204b各与一个对应的真空通道206a或206b连通。其中，真空通道206a与206b连接一个真空产生装置(未绘示)，以提供芯片压合座203真空吸引力，用来固定所要进行压合的芯片202。

在本发明的一些实施例之中，还具有一个冷却气体通道208，一端与冷却气体产生或喷出装置(未绘示)连通，用来导入冷却气体，提供加热后的芯片压合座203一个瞬间冷却的功能，以避免卷带膜层因热压合的高温而扭曲变形。在本发明的较佳实施例之中，冷却气体通道208还包含两个热气排出孔208a与208b，以供热空气排出芯片压合座203之中。

请参照图3，图3是根据本发明的另一较佳实施例，所绘示的一种芯片压合座的剖面示意图。其中，图3所绘示的芯片压合座303与图2所绘示的芯片压合座203结构大致类似，差别只在于芯片压合座203是完全由陶瓷材质所构成，而芯片压合座303则只有部分由陶瓷材质所构成。

在本实施例之中，芯片压合座303至少包括一个陶瓷层303b覆盖于一个基台303c之上。其中，陶瓷层303b具有一个压着表面303a可进一步加以抛光或加工，以用来对芯片进行热压合步骤。基台303c可以是由铁系金属的特殊钢料或其它陶瓷材质所组成。

其中，陶瓷层3 03b含有氮化铝，较佳是由氮化铝(AlN)、或是氮化铝同素异形体所构成。在本发明的较佳实施例之中，陶瓷层303b是由氮化铝含量超过80％(重量百分比)以上的烧结体所构成。陶瓷层303b导热系数则实质在于170W/mK到260W/mK之间；膨胀系数实质在于4.5到5之间，而硬度实质在于1800N/mm²到2000N/mm²之间。由于陶瓷层300b的导热系数相当高，利于快速加温与冷却。膨胀系数低，因此不会因为急速热胀冷缩而导致变形，而使压着表面303a的精度下降。加上压着表面303a的硬度与钻石薄膜(1965N/mm到2000N/mm)相近，因此可以承受长期使用的磨损与撞击，不会产生毛边，也不会因为磨擦而产生静电。

在本发明的一些实施例之中，芯片压合座303可以包括一个导热装置，例如导热板或导热线圈。导热装置外接一加热器305并与芯片压合座接触，通过热传导来提供芯片压合座进行热压合步骤时的热源。在本发明的一些实施例例之中，芯片压合座303还具有至少一个真空吸嘴以及至少一个对应的真空通道，各真空孔在压合座的受压面上另有真空沟互相连接，通过真空吸引来固定要进行热压合的芯片，以进行该热压合步骤。例如，芯片压合座303具有两个真空吸嘴304a与304b，而且真空吸嘴304a与304b各与一个对应的真空通道306a或306b连通。其中，真空通道306a与306b连接一个真空产生装置(未绘示)，以提供芯片压合座303真空吸引力，用来固定所要进行压合的芯片302。

在本发明的一些实施例之中，还具有一个冷却气体通道308，一端与冷却气体产生装置(未绘示)连通，用来导入冷却气体，提供加热后的芯片压合座303一个瞬间冷却的功能，以避免卷带膜层因热压合的高温而扭曲变形。在本发明的较佳实施例之中，冷却气体通道308还包含两个热气排出孔308a与308b，以供热空气排出芯片压合座303之中。

由上述本发明较佳实施例可知，本发明的技术优势是，采用陶瓷材质来取代现有的铁系材料与钻石薄膜作为芯片压合座的压合表面。其中，本发明所提供的陶瓷材质膨胀系数低、导热率高、硬度大、耐高温、且在急速升温降温之中不易产生形变，可以解决上述材料寿命较短，良品率较低的问题。再加上陶瓷材质制作成本较低且可加工性高，经过加工可重复使用降低工艺成本，可达成以上所述的目的。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，都可作各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围以权利要求所界定的为准。

Claims (8)

1.一种芯片压合座，适用于一芯片封装工艺，其特征在于，该芯片压合座整个由陶瓷材料所构成，用以承载一芯片以及至少一内引线，并且配合一压合头将所述芯片与这些内引线压合，所述陶瓷材料是由重量百分比80％以上的氮化铝烧结体所构成。

2.如权利要求1所述的芯片压合座，其特征在于，所述氮化铝烧结体是氮化铝烧结体或氮化铝的同素异形体烧结体。

3.如权利要求1所述的芯片压合座，其特征在于，所述芯片压合座还包括至少一真空孔以及一真空通道，通过使用真空吸引的方式来固定所述芯片。

4.如权利要求1所述的芯片压合座，其特征在于，所述芯片压合座还包括至少一冷却气体通道，借以导入一冷却气体，来冷却所述芯片。

5.一种芯片压合装置，适用于芯片封装工艺，其特征在于，所述芯片压合装置包括：

一压合头；以及

一芯片压合座，位于压合头的下方，其中该芯片压合座整个由陶瓷材料所构成，用以承载一芯片以及至少一内引线，并且配合所述压合头将所述芯片与这些内引线压合，所述陶瓷材料是由重量百分比80％以上的氮化铝烧结体所构成。

6.如权利要求5所述的芯片压合装置，其特征在于，所述氮化铝烧结体是氮化铝烧结体或氮化铝的同素异形体烧结体。

7.如权利要求5所述的芯片压合装置，其特征在于，所述芯片压合座还包括至少一真空孔以及一真空通道，通过使用真空吸引的方式来固定所述芯片。

8.如权利要求5所述的芯片压合装置，其特征在于，所述芯片压合座还包括至少一冷却气体通道，借以导入一冷却气体，来冷却所述芯片。

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