CN110010518A - 共晶接合件 - Google Patents

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CN110010518A
CN110010518A CN201811448403.7A CN201811448403A CN110010518A CN 110010518 A CN110010518 A CN 110010518A CN 201811448403 A CN201811448403 A CN 201811448403A CN 110010518 A CN110010518 A CN 110010518A
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张智杭
黄彦豪
王乙翕
刘人豪
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Abstract

在一实施例中，一种共晶接合件包含：圆形框架，包括第一侧面以及与第一侧面相对的第二侧面，其中圆形框架包括穿过其形成的孔口；插入件，安置在孔口内；第一晶片，安置在插入件上方；第二晶片，安置在第一晶片上方，其中第一晶片以及第二晶片均配置成用于在加热时共晶接合；两个夹具，沿圆形框架安置在第一侧面上，其中两个夹具配置成在相应的夹具位置处接触第二晶片；以及多个片件，配置成将插入件紧固在孔口内，多个片件包括固定片件以及柔性片件，多个片件包括沿圆形框架的第二侧面分别邻近于夹具位置安置的两个固定片件。

Description

共晶接合件
技术领域
本公开的实施例中所描述的技术大体上涉及共晶接合件。
背景技术
在半导体技术中，产品可包含一种装置，所述装置中一个半导体晶片与另一半导体晶片接合。这些半导体晶片，或更简单地称为“晶片”，可使用共晶接合来接合。具体来说，共晶接合可利用一种中间金属层，所述中间金属层在特定组成和温度下直接从固态变换为液态或反过来从液态变换为固态。中间金属层可变换状态的共晶温度可远低于待接合的晶片的熔融温度。
为促进接合，晶片通常组装在共晶接合件内且被加热到共晶温度以促进所述晶片之间的共晶接合。然而，在加热期间，晶片可由于热膨胀而偏移，或共晶接合件的部分可由于施加到所述共晶接合件的热处理而翘曲。因此，传统的接合技术并不十分令人满意。
发明内容
本发明的实施例提供一种共晶接合件，包括：圆形框架，包括第一侧面以及与所述第一侧面相对的第二侧面，其中所述圆形框架包括穿过其形成的孔口；插入件，安置在所述孔口内；第一晶片，安置在所述插入件上方；第二晶片，安置在所述第一晶片上方，其中所述第一晶片以及所述第二晶片均配置成用于在加热时共晶接合；两个夹具，沿所述圆形框架安置在所述第一侧面上，其中所述两个夹具配置成在相应的夹具位置处接触所述第二晶片；以及多个片件，配置成将所述插入件紧固在所述孔口内，所述多个片件包括固定片件以及柔性片件，所述多个片件包括沿所述圆形框架的所述第二侧面分别邻近于所述夹具位置安置的两个固定片件。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解本公开的实施例的各方面。应注意，各种特征未必按比例绘制。实际上，出于论述的清楚起见，可任意地增大或减小各种特征的尺寸和几何结构。
图1是根据一些实施例的具有半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件的侧面横截面示意图。
图2是根据一些实施例的具有半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件的俯视示意图。
图3A是根据一些实施例的具有半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件的底视示意图。
图3B是根据一些实施例的具有替代的半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件的底视示意图。
图3C是根据一些实施例的具有另一替代的半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件的底视示意图。
图4A是根据一些实施例的固定片件的透视图。
图4B是根据一些实施例的柔性片件的透视图。
图5是根据一些实施例的共晶接合过程的流程图。
附图标号说明
100：侧面横截面示意图；
102：共晶接合件；
104、406、426：圆形框架；
106A：第一侧面；
106B：第二侧面；
107：孔口；
108、408、428：插入件；
110A、110B：晶片；
112：旗形物；
112A：中心旗形物；
112B：左旗形物；
112C：右旗形物；
114：末端；
116：加热器；
118：夹具；
118A：右夹具；
118B：左夹具；
119A：第一部件；
119B：第二部件；
120：夹具位置；
122：接合件片件；
122A、402：固定片件；
122B、422：柔性片件；
200：俯视示意图；
300、320、330：底视示意图；
400、420：透视图；
404：刚性材料；
410、430：紧固结构；
424：互锁部件；
424A：凹部部分；
424B：延伸部部分；
500：过程；
502、504、506、508、510：操作。
具体实施方式
以下公开内容描述用于实施主题的不同特征的各种示范性实施例。下文描述组件和布置的特定实例以简化本公开。当然，这些只是实例且并不意欲为限制性的。举例来说，应理解，当元件被称作“连接到”另一元件或“耦合到”另一元件时，其可直接连接到另一元件或耦合到另一元件，或可存在一个或多个介入元件。
另外，本公开可以在各种实例中重复附图标号和/或字母。这种重复是出于简化和清楚的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
此外，本文中为易于描述，可使用例如“下方”、“在...下方”、“下部”、“在...上方”、“上部”以及类似术语的空间相对术语来描述如图式中所示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除图中所描绘的定向之外，空间相对术语意图涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的空间相对描述词同样可相应地进行解释。
本公开提供半柔性共晶接合件片件布置(semi-flexible eutectic bonderpiece arrangement)的各种实施例。共晶接合件可包含插入件(例如平台)，晶片经由夹具紧固在所述插入件上，所述夹具安置在圆形框架上，所述圆形框架包围所述插入件。夹具可在夹具位置处定位于圆形框架的第一侧面(例如顶部侧面)上。夹具位置可以是沿圆形框架的孔口的圆周的角度或其它指定位置，其中心在夹具与最顶部晶片之间的接触点处。插入件也可经由接合件片件(bonder piece)(又更简单地称为“片件”)相对于框架紧固，所述接合件片件安置在与夹具相对的圆形框架的一部分(例如圆形框架的背侧，或圆形框架的与第一侧面相对的第二侧面)上。传统地，共晶接合件的接合件片件全部为固定的(例如非柔性的)，或全部为柔性的(例如可移动的)。然而，在共晶接合期间，全部为固定的接合件片件可能由于热膨胀而使得共晶接合件(例如插入件)在加热过程期间翘曲。同样，在共晶接合期间，全部为柔性的(例如可移动的)接合件片件可能由于热膨胀而使得所紧固的晶片在加热过程期间偏移。此外，虽然柔性接合件片件和固定接合件片件均可利用，但是上文提及的缺陷可仍基于特定数目的接合件片件以及所述接合件片件的定向而存在。因此，可利用半柔性共晶接合件片件布置，其包含在靠近夹具位置的定位或位置处的固定接合件片件，以及在其它位置处的柔性接合件片件。举例来说，固定接合件片件(又称为固定片件)可沿圆形夹具的第二侧面而邻近于夹具位置。作为相邻的实例，固定接合件片件可基本上位于夹具位置处或紧靠夹具位置，或处于圆形夹具的第二侧面上的夹具位置的45度或小于45度内。同样，柔性接合件片件(又称为柔性片件)可离夹具位置更远，或处于大于圆形夹具的第二侧面上的夹具位置的45度。
图1是根据一些实施例的具有半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件102的侧面横截面示意图100。共晶接合件102包含圆形框架104，所述圆形框架104包括第一侧面106A以及与第一侧面相对的第二侧面106B。如将在下图中更清楚地示出，圆形框架104可包括穿过其形成的孔口107。圆形框架104可以是圆形的，因为圆形框架104用圆圈(例如圆形孔口107)成形或可在孔口107内容纳圆形形状。插入件108可安置在孔口107内。插入件108可配置成支持晶片110A、晶片110B以供用于共晶接合。举例来说，插入件108可支持在插入件108上方的第一晶片110A。换句话说，第一晶片110A可位于插入件108上。同样，第二晶片110B可在第一晶片110A上方。第一晶片110A和第二晶片110B可由旗形物112间隔开，所述旗形物112邻近于第一晶片110A和第二晶片110B的末端114且邻接第一晶片110A和第二晶片110B的末端114，以在接合之前将晶片110A、晶片110B间隔开。如上文所论述，可通过使用加热器116将共晶接合件102至少加热到共晶温度来执行接合。加热器116可面向第二侧面106B。以这种方式，第一晶片110A与第二晶片110B之间的中间金属层可转换(例如熔融或液化)，以形成一种接合，在冷却时所述接合可接合第一晶片110A与第二晶片110B。可在圆形框架104的第一侧面上安置两个夹具118。两个夹具118可在与彼此隔开180度的夹具位置处接触晶片110B。换句话说，夹具位置120可以是夹具118接触第二晶片110B所处于的位置。同样，如所示出，夹具可包含从圆形框架104延伸的第一部件119A以及与第一部件119A连接的第二部件119B。在某些实施例中，第一部件119A和第二部件119B可经由接头连接。同样，第二部件119B可配置成接触第二晶片110B。因此，两个夹具118可配置成将第一晶片110A和第二晶片110B紧固在插入件108上。同样，可能存在配置成将插入件108紧固在孔口107内的多个接合件片件122。多个接合件片件122可包含固定片件以及柔性片件，如下文将进一步论述。在各种实施例中，多个接合件片件122可包含沿圆形框架104的第二侧面分别邻近于夹具位置安置的至少两个固定片件
在某些实施例中，位置可以指占据区的绝对中心点或等分线。举例来说，夹具位置可以是夹具与晶片之间的接触占据区的绝对中心点。作为另一实例，夹具位置可以是夹具与晶片之间的接触占据区的等分线，所述等分线也穿过共晶接合件和/或插入件的中心点(例如轴)或极点。举例来说，夹具位置可以用角坐标、极角或方位角(且任选地径向坐标或距极点的半径)表示。在特定实施例中，夹具位置可以仅指角坐标、极角或方位角。这可能是因为夹具位置设置成邻接插入件108以及圆形框架104，且因此具有远离共晶接合件和/或插入件的中心点或极点的设定的、已知的或预定的距离(例如半径)。因此，接合件片件相对于夹具位置的相对位置可以指接合件片件相对于夹具位置角坐标、极角或方位角的角坐标、极角或方位角。换句话说，夹具位置和接合件片件位置均可表示为反射角坐标、极角或方位角的角。
图2是根据一些实施例的具有半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件102的俯视示意图200。图200示出圆形框架104的第一侧面106A(例如顶部侧面)。圆形框架104具有圆形形状且包含孔口，插入件108安置在所述孔口内。同样，两个夹具118可配置成在彼此成180度的夹具位置(例如左夹具位置和右夹具位置)处接触晶片。夹具可各自包含第一部件119A和第二部件119B。相对于夹具118，相应的夹具位置120的中心可在对于右夹具118A为零度处且在对于左夹具118B为180度处。同样，标记112可定位于对于中心旗形物112A为90度、对于左旗形物112B为215度以及对于右旗形物112C为325度处。
图3A是根据一些实施例的具有半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件102的底视示意图300。图300示出圆形框架104的第二侧面106B(例如底部侧面)。圆形框架104具有圆形形状且包含孔口，插入件108安置在所述孔口内。同样，如在沿圆形框架的开口部分中可看出，两个夹具安置为彼此成180度，如左夹具118B和右夹具118A。因此，相应的夹具位置120的中心可在对于右夹具118A为零度处且在对于左夹具118B为180度处。
多个接合件片件122可沿圆形框架104的第二侧面106B安置。这些接合件片件122可配置成将插入件紧固在孔口内。多个接合件片件122可包含固定片件122A以及柔性片件122B。具体来说，多个接合件片件122可包含沿圆形框架104的第二侧面106B分别邻近于夹具位置120安置的两个固定片件122A。换句话说，两个固定片件122A可以基本上处于194度和344度，这处于夹具位置(例如0度或180度)中的任一个的45度内。同样，柔性片件122B可以处于不邻近于夹具位置120的其它位置。作为相邻的实例，固定片件122A可基本上位于夹具位置120处，或处于圆形框架104的第二侧面106B上的夹具位置120的45度或小于45度内。同样，柔性片件122A可离夹具位置120更远，或处于大于圆形框架104的第二侧面106B上的夹具位置120的45度。
图3B是根据一些实施例的具有替代的半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件102的底视示意图320。图320在功能上与图3A的图300相同，不同之处在于多个接合件片件122A、接合件片件122B的布置不同。具体来说，返回参看图3B，固定片件122A位于夹具位置处(例如处于0度和180度处)。
图3C是根据一些实施例的具有另一替代的半柔性共晶接合件片件布置的共晶接合件102的底视示意图330。图330在功能上与图3A的图300相同，不同之处在于多个接合件片件122的布置不同。具体来说，返回参看图3C，固定接合件片件122A位于夹具位置处(例如处于0度和180度处)，且多个接合件片件122A、接合件片件122B在左侧和右侧上的布置为镜像的。举例来说，多个接合件片件122A、接合件片件122B在90度到270度的任一侧上的布置为镜像。
图4A是根据一些实施例的固定片件402的透视图400。固定片件包含紧固到圆形框架406以及插入件408的刚性材料404。刚性材料404可桥接圆形框架406和插入件408，因为从邻接圆形框架406到邻接插入件408，单一刚性材料404可能是连续的。刚性材料404可经由螺栓、螺钉、焊接或其它类型的常规紧固结构410紧固到圆形框架406和插入件408。刚性材料404基本上可以是非柔性的。在特定实施例中，材料可以是例如钢、铝或陶瓷。同样，在某些实施例中，刚性材料404基本上可以为单一材料或单一组件(例如并不由多个组件组合而成)。因此，固定片件可将圆形框架稳固地紧固到插入件。
图4B是根据一些实施例的柔性片件422的透视图420。与由基本上单一材料或单一组件形成的图4A的固定片件402相反，图4B的柔性片件422可由基本上多种材料或多个组件形成。举例来说，柔性片件422可包含互锁部件424，所述互锁部件424彼此互锁且分别紧固到圆形框架426或插入件428。这些互锁部件424可包含凹部部分424A和延伸部部分424B，所述凹部部分424A包含凹部，所述延伸部部分424B包含延伸部。延伸部部分424B可配置成至少部分地进入凹部部分424A的凹部。延伸部部分424B可紧固到圆形框架426。互锁部件424本身皆不能桥接圆形框架426和插入件428，因为从邻接圆形框架426到邻接插入件428，没有单一互锁部分424可能是连续的。在特定实施例中，每一单独互锁部分424的材料可以是例如钢、铝或陶瓷。所述紧固可利用例如螺栓、螺钉、焊接或其它类型的常规紧固结构430。同样，凹部部分424A可紧固到插入件428。所述紧固可利用螺栓、螺钉、焊接或其它类型的常规紧固结构430。凹部的横截面可略微大于延伸部的横截面，所述延伸部配置成插入到凹处中。因此，柔性片件422可基于凹处比延伸部大多少而给出的量来灵活地将插入件428紧固到圆形框架426，所述延伸部配置成插入到凹处中。
图5是根据一些实施例的共晶接合过程的流程图。应注意，过程500仅为一实例且不意图限制本公开。因此，应理解，可在图5的过程500之前、期间以及之后提供额外操作，可省略某些操作，可与其它操作同时执行某些操作，且一些其它操作可在本文中仅简单描述。
在操作502处，插入件安置在由圆形框架包围的孔口内。插入件可位于孔口内，使得其可在孔口内紧固并相对于圆形框架。
在操作504处，固定片件可组装为邻近于夹具位置。这些固定片件可用于将插入件紧固在孔口内。举例来说，由于相邻，这些固定片件可放置在位于夹具位置的固定片件位置处，或处于夹具位置的45度内。这些固定片件可由大体上单一刚性组件制成，且经由基本上单一刚性组件连接圆形框架和插入件。因此，固定片件可与柔性片件相反，所述柔性片件由多个组件(例如延伸部部分和凹部部分，如上文所论述)制成，且经由多个组件连接圆形框架和插入件。柔性片件可放置或定位成不邻近于夹具位置，或处于大于夹具位置的45度。在某些实施例中，固定片件位置可以位于小于夹具位置的45度的相邻定位，例如处于夹具位置的5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度或40度。定义相邻定位的值范围可称为固定片件值范围。固定片件值范围可与夹具位置的数目反向地相关，使得固定片件值范围可随着共晶接合件内的夹具位置的增大而减小。举例来说，在存在三个夹具位置时，固定片件范围可以是20度。换句话说，在存在三个夹具位置时，固定片件位置的相邻定位可在夹具位置的20度内(而不是具有两个夹具位置的实施例中的45度)。同样，如上文所论述，固定片件和/或柔性片件可经由螺栓、螺钉、焊接或其它类型的常规紧固结构紧固到圆形框架或插入件。
在操作506处，晶片可在插入件上对齐。晶片可以适合于共晶接合的方式对齐。举例来说，可使晶片对齐以使得晶片的中心均处于相同点(例如在共晶接合件的相同中心点或极点处)。作为另一实例，可使晶片对齐以使得部分晶片可在共晶接合之后可为选择性导电通信。如上所述，旗形物可用于使对齐的晶片间隔开。
在操作508处，可将晶片夹持到插入件上。通过将晶片夹持到插入件上，插入件可经由夹具从第一侧面或顶部侧面紧固。同样，插入件可能已经由接合件片件沿第二侧面或底部侧面紧固。同样，如上文所论述，夹具接触晶片的定位(例如角位)可以是夹具位置。在某些实施例中，夹具位置彼此成180度。
在操作510处，晶片可以共晶方式接合在一起。举例来说，插入件可安置在加热器上方，所述加热器可配置成加热共晶接合件，所述共晶接合件与晶片一起使用以供用于接合。通过加热共晶接合件，可将晶片加热到共晶温度，所述共晶温度可使得晶片以共晶方式接合。具体来说，晶片之间的中间金属层可在共晶温度下变换以熔融和连接所述晶片。随后，在从共晶温度冷却时，晶片可接合在一起。
在一实施例中，一种系统包含：圆形框架，包括第一侧面以及与第一侧面相对的第二侧面，其中圆形框架包括穿过其形成的孔口；插入件，安置在孔口内；第一晶片，安置在插入件上方；第二晶片，安置在第一晶片上方，其中第一晶片以及第二晶片均配置成用于在加热时共晶接合；两个夹具，沿圆形框架安置在第一侧面上，其中两个夹具配置成在相应的夹具位置处接触第二晶片；以及多个片件，配置成将插入件紧固在孔口内，多个片件包括固定片件以及柔性片件，多个片件包括沿圆形框架的第二侧面分别邻近于夹具位置安置的两个固定片件。
根据一些实施例，其中所述多个片件包括的柔性片件比固定片件多。
根据一些实施例，其中所述两个固定片件处于所述夹具位置的45度内。
根据一些实施例，其中所述第一晶片以及所述第二晶片由邻接所述第一晶片以及所述第二晶片的末端的旗形物间隔开。
根据一些实施例，其中所述夹具位置彼此隔开180度。
根据一些实施例，其中所述两个固定片件彼此隔开180度。
根据一些实施例，其中所述两个固定片件以螺栓固定在紧固到所述圆形框架以及所述插入件。
根据一些实施例，其中所述柔性片件各自以螺栓固定在所述圆形框架以及所述插入件。
根据一些实施例，其中所述圆形框架的所述第二侧面面向加热器，所述加热器配置成加热所述第一晶片以及所述第二晶片以供用于所述共晶接合。
在另一实施例中，一种系统包含：框架，包括第一侧面以及与第一侧面相对的第二侧面，其中框架包括穿过其形成的孔口；插入件，安置在孔口内，插入件配置成在加热时支持晶片的共晶接合；两个夹具，安置在第一侧面上，其中两个夹具配置成将晶片紧固在相应的夹具位置处；以及多个固定片件以及柔性片件，配置成将插入件紧固在孔口内，其中多个固定片件以及柔性片件包括两个固定片件，所述两个固定片件沿框架的第二侧面分别邻近于夹具位置安置。
根据一些实施例，其中所述多个固定片件以及柔性片件包括的柔性片件比固定片件多。
根据一些实施例，其中所述两个固定片件处于所述夹具位置的45度内。
根据一些实施例，其中所述晶片包括第一晶片以及第二晶片，所述第一晶片以及所述第二晶片由邻接所述第一晶片以及所述第二晶片的末端的旗形物间隔开。
根据一些实施例，其中所述两个固定片件彼此隔开约180度。
在另一实施例中，一种方法包含：提供第一晶片与第二晶片；使用安置在圆形框架的第一侧面上的两个夹具来在夹具位置处将所述第一晶片与所述第二晶片紧固到插入件，其中所述圆形框架定义孔口；以及使用多个固定片件以及柔性片件来将插入件紧固在孔口内，其中多个固定片件以及柔性片件包括两个固定片件，所述两个固定片件沿圆形框架的第二侧面分别邻近于夹具位置安置。
根据一些实施例，所述的方法，更包括用邻接所述第一晶片以及所述第二晶片的末端的旗形物来使所述第一晶片与所述第二晶片间隔开。
根据一些实施例，其中所述多个固定片件以及柔性片件包括的柔性片件比固定片件多。
根据一些实施例，其中所述两个固定片件处于所述夹具位置的45度内。
根据一些实施例，其中所述两个固定片件彼此隔开约180度。
根据一些实施例，所述的方法，更包括使用加热器来加热所述第一晶片与所述第二晶片，所述加热器面向所述圆形框架的所述第二侧面。
前文概述若干实施方案的特征使得本领域的普通技术人员可以更好地理解本公开的实施例的各方面。本领域的技术人员应了解，其可以易于使用本公开的实施例作为设计或修改用于进行本文中所介绍的实施例的相同目的和/或获得相同优势的其它方法和结构的基础。本领域的技术人员还应认识到，这类等效构造并不脱离本公开的实施例的精神和范围，且本领域的技术人员可在不脱离本公开的实施例的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、替代以及更改。
除非另外确切地陈述，或另外在如所使用的上下文内进行理解，否则条件性语言(如“可(can、could、might或may)”)一般旨在传达某些实施例包含而其它实施例并不包含某些特征、要素和/或步骤。因此，这类条件性语言一般不旨在暗示特征、要素和/或步骤无论如何都是一个或多个实施例所需要的，或一个或多个实施例无论有或没有用户输入或提示都必然包含用于决定任何特定实施例中是否包含或将执行这些特征、要素和/或步骤的逻辑。
此外，本领域的技术人员将能够配置功能性实体，从而在阅读本公开的实施例之后执行本文中所描述的操作。如本文中相对于指定操作或功能所使用，术语“配置”是指以物理方式或以虚拟方式构建、编程和/或经布置来执行指定操作或功能的系统、装置、组件、电路、结构、机器等。
除非另外确切地陈述，否则如词组“X、Y或Z中的至少一个”的分离性语言结合如所使用的上下文以其它方式理解为一般呈现项目、术语等可为X、Y或Z，或其任何组合(例如X、Y和/或Z)。因此，这类分离性语言一般无意且不应暗示某些实施例要求X中的至少一个、Y中的至少一个，或Z中的至少一个各自都存在。
应强调，可对上述实施例进行许多变化和修改，其元素将被理解为在其它可接受实例之中。所有这类修改和变化意图包含在本文中，在本公开的实施例的范围内并受随附权利要求的保护。

Claims (1)

1.一种共晶接合件，其特征在于，包括：
圆形框架，包括第一侧面以及与所述第一侧面相对的第二侧面，其中所述圆形框架包括穿过其形成的孔口；
插入件，安置在所述孔口内；
第一晶片，安置在所述插入件上方；
第二晶片，安置在所述第一晶片上方，其中所述第一晶片以及所述第二晶片均配置成用于在加热时共晶接合；
两个夹具，沿所述圆形框架安置在所述第一侧面上，其中所述两个夹具配置成在相应的夹具位置处接触所述第二晶片；以及
多个片件，配置成将所述插入件紧固在所述孔口内，所述多个片件包括固定片件以及柔性片件，所述多个片件包括沿所述圆形框架的所述第二侧面分别邻近于所述夹具位置安置的两个固定片件。
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