CN106098576A - 晶圆热压超声植球装置和工艺 - Google Patents

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金中
何西良
曾祥君
罗旋升
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Abstract

本发明公开了一种晶圆热压超声植球装置和工艺，植球装置包括加热台、超声杆和劈刀，在劈刀上缠绕有加热线圈，加热线圈通过开关与电源连接。测温装置与功率控制模块连接，功率控制模块与电源连接，功率控制模块根据测温装置检测到的劈刀头温度控制电源的功率大小，以使劈刀头温度维持在需要水平。本发明利用加热线圈将劈刀加热到需要的工艺温度，使劈刀内的金丝温度升高；同时超声杆将超声能量传递到劈刀，在摩擦热和加热线圈传导给金丝的热共同作用下，将金丝熔化，完成植球工艺。本发明能够解决晶圆上芯片烧伤问题，晶圆上的图形不存在位移问题，植球效率高。

Description

晶圆热压超声植球装置和工艺
技术领域
本发明涉及晶圆植球技术改进，具体指利用热压超声技术对晶圆进行植球的装置和工艺，属于晶圆植球技术领域。
背景技术
在声表面波（SAW）滤波器的小型化CSP（芯片级封装）中，需要在有图形的晶圆上进行植球操作，然后将晶圆倒扣在基板上。利用植球工艺代替原有的引线工艺，使晶圆上的芯片能够和外部电路进行连通。
图1是现有技术对晶圆进行植球的示意图，植球过程主要涉及加热台1、超声杆2和劈刀3，劈刀3安装在超声杆2前端。植球时，晶圆放在加热台上，对加热台加热使之温度升高到工艺温度（150°），超声杆将超声能量传递到劈刀上，劈刀与晶圆接触时，超声能量使劈刀和晶圆间产生摩擦力，摩擦生热，再辅以加热台对晶圆的外部加热（此时晶圆加热到150°），在两方面作用下，产生高温使金丝熔化，再经过断线操作即将球放置在晶圆表面。通常晶体材料为LiTaO3，该材料具有热释电性和各向异性。现有植球工艺存在以下不足：1、直接对晶圆进行加热，由于温度升高可能对晶圆上芯片产生烧伤隐患；2、通过加热台对晶圆进行加热，为了尽量减小器件的热释电效应，需要缓慢加热，加热时间较长，植球效率低；3、由于晶圆存在热膨胀各向异性，直接对其加热，晶圆上的图形存在位移问题，增加了设备对于图形的识别时间。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种晶圆热压超声植球装置和工艺。本发明能够解决晶圆上芯片烧伤问题，晶圆上的图形不存在位移问题，植球效率高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
晶圆热压超声植球装置，包括加热台、超声杆和劈刀，劈刀安装在超声杆前端；其特征在于：在劈刀上缠绕有加热线圈，加热线圈通过开关与电源连接；
还包括测温装置，测温装置用于检测劈刀头温度；所述测温装置与功率控制模块连接，功率控制模块与电源连接，功率控制模块根据测温装置检测到的劈刀头温度控制电源的功率大小，以使劈刀头温度维持在需要水平。
所述测温装置为红外测温装置或者热电偶。
晶圆热压超声植球工艺，本植球工艺采用前述的晶圆热压超声植球装置，植球时，先将晶圆放在加热台上，利用加热线圈将劈刀加热到需要的工艺温度，通过热传导，使劈刀内的金丝温度升高；同时超声杆将超声能量传递到劈刀，该超声能量使相互接触的劈刀和晶圆间产生摩擦力，摩擦生热，在摩擦热和加热线圈传导给金丝的热共同作用下，将金丝熔化，完成植球工艺。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、由于不用对晶圆加热，杜绝了由于温度升高导致的晶圆上芯片烧伤的隐患；
2、由于加热部分从晶圆改到了劈刀部分，则整个加热的时间大大缩短，提高了效率；
3、由于晶圆不用加热，则对于各向异性的压电晶圆来说，不存在膨胀问题，晶圆上的图形不存在位移问题，如此大大缩短了设备对于图形的识别时间。
附图说明
图1-现有晶圆热压超声植球示意图。
图2-本发明晶圆热压超声植球装置示意图。
图3-本发明加热线圈工作控制原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
参见图2，从图上可以看出，本发明晶圆热压超声植球装置，包括加热台1、超声杆2和劈刀3，劈刀3安装在超声杆2前端。本发明在原有设备结构上，取消加热台加热功能，使其仅仅用于放置晶圆。在劈刀3位置增加一个加热线圈4，利用加热线圈4将劈刀3直接加热到需要的工艺温度。通过热传导，使金丝的温度升高，再通过与原有相同的超声结构，传递能量，将金丝熔化，完成植球工艺。
同时，利用测温装置（如红外测温装置或者热电偶），对劈刀头实时进行温度检测，保证实时反馈工艺温度。所述测温装置与功率控制模块连接，功率控制模块与电源连接，功率控制模块根据测温装置检测到的劈刀头温度控制电源的功率大小，以使劈刀头温度维持在需要水平。本发明控制原理见图3。
开始工作前，先将晶圆放在加热台上，真空将晶圆牢牢固定在加热台上，调整温度控制模块，利用位于劈刀部分的加热线圈将其加热到需要的工艺温度，通过计算沿着劈刀方向的热损耗值，将加热线圈的温度折算到劈刀端部（与晶圆接触部分），并在系统中显示劈刀端部温度值，通过热传导，使劈刀内的金丝温度升高。工作时，在达到工艺温度的同时超声杆将超声能量传递到劈刀，该超声能量使相互接触的劈刀和晶圆间产生摩擦力，摩擦生热，在摩擦热和加热线圈传导给金丝的热共同作用下，将金丝熔化，并于晶圆焊盘处产生共晶作用，再通过线夹断线，在晶圆焊盘处形成一个金球，完成植球工艺。
本发明将加热台加热改为劈刀加热，这样的好处在于：首先，可以不用对放在加热台上的晶圆进行加热，防止由于温度升高导致的晶圆上芯片烧伤的隐患，由于大多数产品是静电敏感器件，温度的急剧变化会导致静电在器件内部积累，造成器件的击穿；第二，由于加热部分从晶圆改到了劈刀部分，则整个加热的时间大大缩短，提高了效率；第三，由于晶圆不用加热，可以大大缩短设备对图形的识别时间。因为通常衬底材料为压电晶圆，它具有各向异性，温度升高时在X方向和Y方向存在膨胀比例不一致的问题，晶圆上的图形会存在不规则的位移，设备需要对每个单独图形进行识别，而在识别时间将占据整个工艺时间的一半以上，本发明晶圆不用加热，则很好地解决了这个问题。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.晶圆热压超声植球装置，包括加热台、超声杆和劈刀，劈刀安装在超声杆前端；其特征在于：在劈刀上缠绕有加热线圈，加热线圈通过开关与电源连接；
还包括测温装置，测温装置用于检测劈刀头温度；所述测温装置与功率控制模块连接，功率控制模块与电源连接，功率控制模块根据测温装置检测到的劈刀头温度控制电源的功率大小，以使劈刀头温度维持在需要水平。
2.根据权利要求1所述的晶圆热压超声植球装置，其特征在于：所述测温装置为红外测温装置或者热电偶。
3.晶圆热压超声植球工艺，其特征在于：本植球工艺采用权利要求1所述的晶圆热压超声植球装置，植球时，先将晶圆放在加热台上，利用加热线圈将劈刀加热到需要的工艺温度，通过热传导，使劈刀内的金丝温度升高；同时超声杆将超声能量传递到劈刀，该超声能量使相互接触的劈刀和晶圆间产生摩擦力，摩擦生热，在摩擦热和加热线圈传导给金丝的热共同作用下，将金丝熔化，完成植球工艺。
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