CN102664159A

CN102664159A - 一种多芯片对准方法和装置

Info

Publication number: CN102664159A
Application number: CN2012100918974A
Authority: CN
Inventors: 陈明祥; 吕亚平
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2012-03-31
Filing date: 2012-03-31
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-31
Also published as: CN102664159B

Abstract

本发明提出了一种多芯片对准方法和装置，将方形芯片置于模具中，模具提供限制芯片移动的边界，通过离心力使芯片紧靠模具实现对准，最后夹紧转移。该装置包括底板和压板，压板的上表面连接吸盘，吸盘的中心开有第一通孔，第一通孔连接空心杆；底板的上表面固接有开有方孔的模具，底板的下表面放置于托盘上；托盘中心处开有第二通孔，第二通孔连接空心轴的上端，空心轴的上端开有气孔，空心轴的下端连接电机；空心轴置于真空腔内，在空心轴侧壁开气孔与真空腔相通。本发明结构简单，操作方便，效率高，在三维封装、光电集成等领域有广泛应用。

Description

一种多芯片对准方法和装置

技术领域

本发明涉及芯片封装领域，具体涉及一种多芯片对准方法和装置，用于制造包含叠成结构的3D系统。

背景技术

随着微电子器件高度集成、多功能化的要求，现有的2D封装技术因为空间利用率低，连线长等缺点，难以满足要求，而三维封装具有尺寸小、重量轻，空间利用率高，能通过缩短连线来减少信号延迟提高效率等优点，逐渐成为主流。

两种最热门的封装趋势是叠层封装(POP)和多芯片封装(MCP)方法。为了使一个封装能包含更多的信息，合理的方法是采用垂直方向封装，或者说3D芯片封装。芯片的堆叠，突破传统的平面封装的概念，组装效率大大高。它使单个封装体内可以堆叠多个芯片，实现了存储容量的倍增；其次，它将芯片直接互连，互连线长度显著缩短，信号传输得更快且所受干扰更小；再则，它将多个不同功能芯片堆叠在一起，使单个封装体实现更多的功能，从而形成系统芯片封装新思路；最后，采用3D封装的芯片还有功耗低、速度快等优点，这使电子信息产品的尺寸和重量减小数十倍。因而，多芯片堆叠技术成为近来封装技术的热点，拥有广阔的发展前景。这也对于芯片的堆叠对准工艺提出了高要求。传统的多芯片堆叠方法是，先固定一片芯片，然后将当前芯片与之对准并放置在之前的芯片上，两者一起固定，再对准下一片。这种方法要花费时间可视化的对每一片芯片实现对准，这个过程操作复杂且非常耗时，无疑成本是高昂的。

市场急需一种高效率的多芯片对准方法和装置，近年来出现了一些对准方法和装置，比如，香港应科院的专利，用重力实现对准：先制作一个带凹槽的模具倾斜放置，将一叠芯片放入凹槽内，震动模具，依靠重力使每一片芯片紧靠模具来实现对准。这种方法有很高的效率，但是芯片对准之后的位置仍然是倾斜的，回归水平位置后芯片可能会移动，影响对准精度，也不便于芯片的固定和转移。还有一种IBM的多芯片对准方法：先制作一个带凹槽的模具，在凹槽的一侧装有小金属片，将一叠芯片放入凹槽中，加热使金属片膨胀变形，将芯片都向一个方向挤压靠紧模具来实现对准。这种方法同样具有较高的效率，但是一旦芯片的尺寸不一，将无法实现对准功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精准高效的多芯片堆叠对准方法和装置。

一种芯片对准方法和装置，首先制作对准装置。此装置主要由动力产生及其传输系统，抽真空系统两大部分组成，具体包括电机、真空腔、真空泵、空心轴、空心杆、托盘、压板、导轨、轴套、销等零部件。此装置主要作用是定位夹紧模具以及提供芯片对准时使芯片移动的力。

进一步地，运用对准装置进行对准。首先芯片必须具有统一大小的方形芯片，四边光滑；然后做出一个带方孔的模具，模具必须质量分布均匀，方孔内壁和底部光滑；然后将一叠一叠的大小统一的芯片放入模具的方孔内，转动模具，使芯片都靠向模具方孔的一角，靠紧后停止旋转；最后夹紧固定，转移。

作为改进，模具由石英材料制成，确保质量分布均匀且质量轻，同时石英和硅两种材料热膨胀系数接近，便于芯片加热键合时保证精度。

作为进一步改进，模具采用在真空吸附的方式固定，以减少转动时的振动。

作为进一步改进，抽真空系统要做到很好的密封效果。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过离心力使芯片向模具的方孔边靠齐，达到对准效果，效率高；使用真空吸附，装置运行平稳。本发明结构简单，可实施性强，效率高，易于推广。

附图说明

图1为芯片对准装置的整体示意图；

图2为带方孔的模具的示意图；

图3为对准方法原理示意图；

图4为将芯片放入模具中的示意图；

图5为对准后芯片对准示意图，并说明了芯片的受力方向；

图6为抽真空装置示意图，也表明了模具旋转的动力来源；

图7为夹紧固定装置示意图，图7(a)为夹紧固定装置原理和结构示意图，图7(b)为夹紧时芯片附近的放大图。

具体实施方式

图1为整个装置的总体结构，包括底板11和压板10，底板11与压板10用来协作夹紧芯片，两板优选采用石英材料。压板10的上表面连接吸盘20，吸盘20的中心开有通孔，通孔连接空心杆50。底板11的上表面焊接有模具30，底板11放置于托盘21上。托盘21中心处开有通孔，通孔连接空心轴80的上端，空心轴80的上端开有气孔，空心轴80的下端通过销130连接电机70。空心轴80置于真空腔60内，在空心轴80侧壁开气孔与真空腔相通。在空心轴80与真空腔60之间设有轴套90，以保证气体密封。

如图2所示，模具30焊接在底板11上，模具30为一开有方孔31的石英板，方孔31用于放置待对准的多层芯片40。图3、图4和图5给出了芯片对准原理示意图，在对准前，芯片40a，40b位置无序(参见图4)，在对准过程中，多层芯片受到离心力作用同时向一个方孔直角处产生位移，当其移动到方孔边界后受到阻挡均不再移动，实现多层芯片对准(参见图5)。

如图6所示，由于真空腔60、空心轴80和托盘21气流相通，通过对真空腔60抽真空，则在托盘21表面形成负压，吸紧底板11；同时，对压板11上部的空心杆50抽真空，在吸盘20的表面形成负压，吸紧压板10。电机70提供动力，通过空心轴80带动模具30和底板11转动。

采用上述装置实现多层芯片对准的方法具体如下：

1.准备芯片：芯片要是规则的方形，四边平滑；

2.将芯片叠成一叠放入模具的方孔中，应该保证最上面一片芯片的上表面要高出模具一点，若芯片太少，应该用其他物体(如硅片)将芯片垫高；

3.将放入了芯片的模具放到托盘21上，两者尽量做到同心，打开抽气机抽真空，将模具吸住，同时对空心杆抽真空，将压板吸紧；

4.启动电机，芯片随着模具旋转，并受到离心力的作用开始向模具的方孔壁靠紧，最终全部靠在一个直角处，如图5所示；

5.待芯片都靠紧在直角处后，停下电机，压下压板10，直到压紧芯片，如图7(a)所示；

6.停止抽真空，松开模具和石英板10，用夹具200在石英板10的上表面和石英板11的下表面上，夹紧；

7.将之前夹紧在一起的模具石英板等转移，用于之后的工序。

Claims

1.一种多芯片对准装置，包括底板(11)和压板(10)，压板(10)的上表面连接吸盘(20)，吸盘(20)的中心开有第一通孔，第一通孔连接空心杆(50)；底板(11)的上表面固接有开有方孔的模具(30)，底板(11)的下表面放置于托盘(21)上；托盘(21)中心处开有第二通孔，第二通孔连接空心轴(80)的上端，空心轴(80)的上端开有气孔，空心轴(80)的下端连接电机；空心轴(80)置于真空腔(60)内，在空心轴(80)侧壁开气孔与真空腔(60)相通。

2.根据权利要求1所述的多芯片对准装置，其特征在于，在所述空心轴(80)与所述真空腔(60)之间设有轴套(90)。

3.根据权利要求1所述的多芯片对准装置，其特征在于，所述底板(11)、压板(10)和模具(30)采用石英材料。

4.一种采用权利要求1至3任意一种多芯片对准装置进行多芯片对准的方法，具体为：

(1)将方形芯片放置于模具的方孔内，位于最上层的芯片略高出模具；

(2)将模具放置于托盘上，对真空腔抽真空，使得模具紧紧吸附在托盘上，同时对空心杆抽真空，使压板也紧紧吸附在吸盘上；

(3)启动电机，空心轴带动模具旋转，各芯片受到离心力的作用均向同一个方向移动，最终停靠在方孔的同一个直角处；

(4)停止对真空腔和空心杆抽真空，使用夹具夹紧压板和底板。