CN111009481B - 芯片基板大压力倒装键合柔性加压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯片基板大压力倒装键合柔性加压方法，解决了如何在加压初期进行柔性加压和对加压过程实施监控的问题。在活动横梁（304）的上顶面上设置有圆柱状凹形槽（307），在圆柱状凹形槽的槽底设置有压力传感器（308），在压力传感器顶端中部螺纹孔（309）中螺接有带台阶螺柱（310），在带台阶螺柱（310）的环形台阶上设置有叠簧（311），在叠簧上的带台阶螺柱（310）上套接有压力传导套筒（312），在圆柱状凹形槽的顶端设置有带中心孔凹槽顶盖（317），伺服压机下压输出轴（313）的轴端穿过带中心孔凹槽顶盖（的中心孔后与压力传导套筒（312）的顶端面顶接；满足不同规格芯片键合的工艺需求。

Description

芯片基板大压力倒装键合柔性加压方法
技术领域
本发明涉及一种倒装键合设备，特别涉及一种大压力倒装键合机上的在对芯片基板实施大压力倒装键合时的柔性加压机构。
背景技术
倒装键合技术是把裸芯片通过焊球直接连接到基板上，省去了芯片与基板之间的引线连接，在芯片与基板间形成了最短的连接通路，可获得良好的电气性能和较高的封装速度，封装密度高，封装后的频率特性好，提高了生产效率；随着芯片尺寸规格的不断增大，倒装键合时，需要更大的键合压力，才能实现芯片与基板的可靠连接，传统的倒装键合设备已不能满足较大规格尺寸芯片的健合要求；目前，对大规格尺寸芯片的倒装健合，各生产厂家普遍是采用“小压力倒装对位预焊+大压力键合”分步键合的工艺方案，即：采用常规倒装焊设备进行裸芯片与基板的对位预焊，然后，再采用大压力键合设备完成键合任务。
在大压力键合设备的键合工位上，设置有调平台，在调平台上精确定位放置有下压板治具，在下压板治具上精确定位放置已完成预焊的芯片与基板，在预焊在一起的芯片与基板上，设置有精确定位的上压板治具，当大压力键合压机的下压板向下压到上压板治具上时，大压力键合压机操纵下压板以一定的压力（一般为10吨）下压，完成芯片与基板的大压力键合工艺；在最后的键合下压过程中，要求上、下压板治具要与已完成预焊的芯片与基板紧密贴合在一起，这样才能保证大压力下的键合质量；大压力键合下压是分两个阶段进行的，在第一阶段中，大压力键合机操作下压板以较小的压力下压，一般压力为几十公斤，使上压板治具、下压板治具、芯片与基板三者之间，完成适应、找正及贴合全过程，当判定三者之间已完成找正贴合后，再进行第二阶段的大压力键合；加压机构在进行最后阶段的大压力键合时，最大压力最终可达到10吨，如何在如此大的加压初期过程中，实现压力的柔性加压，使准确定位并预焊在一起的芯片与基板不会在加压的初期就出现错位，同时使芯片与基板能很好地相互适应，是加压机构所面对的一个问题；另外，在大压力施加过程中，如何对加压过程实施监控也是现场需要解决的一个问题。
发明内容
本发明提供了一种芯片基板大压力倒装键合柔性加压机构，解决了如何在加压初期进行柔性加压和对加压过程实施监控的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种芯片基板大压力倒装键合柔性加压机构，包括压台基座，在压台基座上固定设置有箱形框架，在箱形框架的顶板上固定设置有伺服压机，在箱形框架的顶板与压台基座之间设置有四根导向柱，在四根导向柱上活动穿接有活动横梁，在活动横梁的下底面中央处固定设置有下方连接板，在下方连接板的下底面上设置有上治具吸盘，在活动横梁的上顶面上设置有圆柱状凹形槽，在圆柱状凹形槽的槽底设置有压力传感器，在压力传感器的上顶面上设置有压力传感器顶端中部螺纹孔，在压力传感器顶端中部螺纹孔中螺接有带台阶螺柱，在带台阶螺柱的环形台阶上设置有叠簧，在叠簧上的带台阶螺柱上套接有压力传导套筒，在圆柱状凹形槽的顶端设置有带中心孔凹槽顶盖，伺服压机下压输出轴的轴端穿过带中心孔凹槽顶盖的中心孔后与压力传导套筒的顶端面顶接在一起。
在伺服压机外侧的箱形框架的顶板上间隔地设置有四个预压悬吊气缸，在活动横梁的上顶面上固定设置有活动接头，预压悬吊气缸向下伸出的输出轴轴端与活动接头连接在一起。
在带中心孔凹槽顶盖的柱形外侧面上设置有沿上下方向的导向凹槽，在导向凹槽两侧的带中心孔凹槽顶盖的柱形外侧面上对称地设置有一对滚针轴承，在伺服压机下压输出轴上设置有防转夹持台，在防转夹持台上夹持有防转夹持框，在防转夹持框上连接有防转悬臂，防转悬臂的下端嵌入在导向凹槽中，防转悬臂的下端被夹持在一对滚针轴承之间。
一种芯片基板大压力倒装键合柔性加压方法，包括在活动横梁的上顶面上设置有圆柱状凹形槽，在圆柱状凹形槽的槽底设置有压力传感器，在压力传感器的上顶面上设置有压力传感器顶端中部螺纹孔，在压力传感器顶端中部螺纹孔中螺接有带台阶螺柱，在带台阶螺柱的环形台阶上设置有叠簧，在叠簧上的带台阶螺柱上套接有压力传导套筒，在圆柱状凹形槽的顶端设置有带中心孔凹槽顶盖，伺服压机下压输出轴的轴端穿过带中心孔凹槽顶盖的中心孔后与压力传导套筒的顶端面顶接在一起；其特征在于以下步骤：
首先进行调整压机下压分辨率的工作，为压机第一阶段的小压力下压奠定基础，具体过程是：将活动横梁下降到键合工位上后，使伺服压机以50-80公斤的压力下压，该压力依次通过压力传导套筒、叠簧和带台阶螺柱压在压力传感器上，通过压力传感器的显示器观测压力传感器所感受到的压力，然后，通过调整四个预压悬吊气缸的输出轴的伸出长度，来改变压力传感器所感受到的压力，使压力传感器所感受到的压力达到设计的规定值；
其次，将上压板治具、下压板治具和预焊在一起的芯片与基板放置到键合工位上，操作伺服压机以上述调整好的压力值进行第一阶段的小压力下压，完成上压板治具、下压板治具和预焊在一起的芯片与基板的自适应及贴合；
最后，操作伺服压机进行第二阶段的大压力键合。
本发明的加压机构的最大压力达到10吨，系统全闭环反馈，可实现压力模式反馈控制，也可实现器件变形量反馈控制，满足不同的工艺需求；在加压键合第一阶段，实现了对压板治具、下压板治具、芯片与基板三者之间完成适应、找正及贴合全过程的柔性压力控制和分辨率的可调，适应了不同规格尺寸的芯片的键合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明在横剖下的结构示意图；
图3是图1中的I处局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种芯片基板大压力倒装键合柔性加压机构，包括压台基座301，在压台基座301上固定设置有箱形框架302，在箱形框架302的顶板上固定设置有伺服压机314，在箱形框架302的顶板与压台基座301之间设置有四根导向柱303，在四根导向柱303上活动穿接有活动横梁304，在活动横梁304的下底面中央处固定设置有下方连接板305，在下方连接板305的下底面上设置有上治具吸盘306，在活动横梁304的上顶面上设置有圆柱状凹形槽307，在圆柱状凹形槽307的槽底设置有压力传感器308，在压力传感器308的上顶面上设置有压力传感器顶端中部螺纹孔309，在压力传感器顶端中部螺纹孔309中螺接有带台阶螺柱310，在带台阶螺柱310的环形台阶上设置有叠簧311，在叠簧311上的带台阶螺柱310上套接有压力传导套筒312，在圆柱状凹形槽307的顶端设置有带中心孔凹槽顶盖317，伺服压机下压输出轴313的轴端穿过带中心孔凹槽顶盖317的中心孔后与压力传导套筒312的顶端面顶接在一起。
在伺服压机314外侧的箱形框架302的顶板上间隔地设置有四个预压悬吊气缸315，在活动横梁304的上顶面上固定设置有活动接头316，预压悬吊气缸315向下伸出的输出轴轴端与活动接头316连接在一起。
在带中心孔凹槽顶盖317的柱形外侧面上设置有沿上下方向的导向凹槽321，在导向凹槽321两侧的带中心孔凹槽顶盖317的柱形外侧面上对称地设置有一对滚针轴承322，在伺服压机下压输出轴313上设置有防转夹持台318，在防转夹持台318上夹持有防转夹持框319，在防转夹持框319上连接有防转悬臂320，防转悬臂320的下端嵌入在导向凹槽321中，防转悬臂320的下端被夹持在一对滚针轴承322之间。
一种芯片基板大压力倒装键合柔性加压方法，包括在活动横梁304的上顶面上设置有圆柱状凹形槽307，在圆柱状凹形槽307的槽底设置有压力传感器308，在压力传感器308的上顶面上设置有压力传感器顶端中部螺纹孔309，在压力传感器顶端中部螺纹孔309中螺接有带台阶螺柱310，在带台阶螺柱310的环形台阶上设置有叠簧311，在叠簧311上的带台阶螺柱310上套接有压力传导套筒312，在圆柱状凹形槽307的顶端设置有带中心孔凹槽顶盖317，伺服压机下压输出轴313的轴端穿过带中心孔凹槽顶盖317的中心孔后与压力传导套筒312的顶端面顶接在一起；其特征在于以下步骤：
首先进行调整压机下压分辨率的工作，为压机第一阶段的小压力下压奠定基础，具体过程是：将活动横梁304下降到键合工位上后，使伺服压机314以50-80公斤的压力下压，该压力依次通过压力传导套筒312、叠簧311和带台阶螺柱310压在压力传感器308上，通过压力传感器的显示器观测压力传感器308所感受到的压力，然后，通过调整四个预压悬吊气缸315的输出轴的伸出长度，来改变压力传感器308所感受到的压力，使压力传感器308所感受到的压力达到设计的规定值；
其次，将上压板治具、下压板治具和预焊在一起的芯片与基板放置到键合工位上，操作伺服压机314以上述调整好的压力值进行第一阶段的小压力下压，完成上压板治具、下压板治具和预焊在一起的芯片与基板的自适应及贴合；
最后，操作伺服压机314进行第二阶段的大压力键合。

Claims (1)

1.一种芯片基板大压力倒装键合柔性加压方法，包括在活动横梁（304）的上顶面上设置有圆柱状凹形槽（307），在圆柱状凹形槽（307）的槽底设置有压力传感器（308），在压力传感器（308）的上顶面上设置有压力传感器顶端中部螺纹孔（309），在压力传感器顶端中部螺纹孔（309）中螺接有带台阶螺柱（310），在带台阶螺柱（310）的环形台阶上设置有叠簧（311），在叠簧（311）上的带台阶螺柱（310）上套接有压力传导套筒（312），在圆柱状凹形槽（307）的顶端设置有带中心孔凹槽顶盖（317），伺服压机下压输出轴（313）的轴端穿过带中心孔凹槽顶盖（317）的中心孔后与压力传导套筒（312）的顶端面顶接在一起；其特征在于以下步骤：
首先进行调整压机下压分辨率的工作，为压机第一阶段的小压力下压奠定基础，具体过程是：将活动横梁（304）下降到键合工位上后，使伺服压机（314）以50-80公斤的压力下压，该压力依次通过压力传导套筒（312）、叠簧（311）和带台阶螺柱（310）压在压力传感器（308）上，通过压力传感器的显示器观测压力传感器（308）所感受到的压力，然后，通过调整四个预压悬吊气缸（315）的输出轴的伸出长度，来改变压力传感器（308）所感受到的压力，使压力传感器（308）所感受到的压力达到设计的规定值；
其次，将上压板治具、下压板治具和预焊在一起的芯片与基板放置到键合工位上，操作伺服压机（314）进行第一阶段的小压力下压，完成上压板治具、下压板治具和预焊在一起的芯片与基板的自适应及贴合；
最后，操作伺服压机（314）进行第二阶段的大压力键合。
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