CN111715999A - 半导体器件焊接装置及半导体器件焊接方法 - Google Patents

半导体器件焊接装置及半导体器件焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种半导体器件焊接装置，包括主体；激光器，设于所述主体中，用于调制及发射激光；及焊接头，连接于所述主体，用于接收焊料并在基材的焊盘上喷涂焊球，及接收所述激光器发射出的激光并将激光聚焦于待焊接的半导体器件上，以加热并固化焊球。该半导体器件焊接装置能够通过焊接头喷涂焊球和加热固化焊球，从而将半导体器件焊接在基材上，节省了成本且提升了焊接效率。本发明同时提出一种半导体器件焊接方法。

Description

半导体器件焊接装置及半导体器件焊接方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件焊接装置及半导体器件焊接方法。
背景技术
将发光二极体(light-emitting diode，LED)等半导体器件焊接到基材的制程中，通常先使用网印机在基材上的焊盘上网印锡膏，然后使用贴片机将半导体器件贴片到基材上，再使用回流焊机台加热固化锡膏。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术的焊接方法需要分别使用网印机、贴片机和回流焊机台，制程较为复杂，成本较高；网印锡膏的精度差，容易产生网印偏移和锡膏溢出问题；回流焊加热时间长且附着力差。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提出一种半导体器件焊接装置及半导体器件焊接方法，以解决上述问题。
本发明的实施例提供一种半导体器件焊接装置，包括：
主体；
激光器，设于所述主体中，用于调制及发射激光；及
焊接头，连接于所述主体，用于接收焊料并在基材的焊盘上喷涂焊球，及接收所述激光器发射出的激光并将激光聚焦于待焊接的半导体器件上，以加热并固化焊球。
上述半导体器件焊接装置的焊接头能够在基材的焊盘上喷涂焊球，从而能够精准控制焊球的位置和大小，解决了网印焊料精度差的问题，进而解决了网印偏移和焊料溢出的问题；并且，激光器发射激光，焊接头通过激光加热并固化焊球，以将半导体器件焊接在基材上。由于激光加热的效率较高，解决了回流焊加热时间长且附着力差的问题；上述半导体器件焊接装置能同时实现喷涂焊球和加热焊球，节省了机台成本且提升了焊接效率。
在一实施例中，所述半导体器件焊接装置还包括控制器，所述控制器与所述激光器电性连接。激光器能够接收控制器的信号并调制合适波长的激光，以使焊球中集中的热量不会损伤基材和半导体器件。
在一实施例中，所述半导体器件焊接装置还包括力敏传感器，所述力敏传感器与所述控制器电性连接，用于感测所述焊接头喷涂焊球时的喷涂压力，以保证焊球以足够的压力喷出，从而控制焊球的大小和精度。
在一实施例中，所述半导体器件焊接装置还包括温度感测器，所述温度感测器与所述控制器电性连接，用于感测焊球的温度，以避免焊球加热时的高温损伤半导体器件或基材。
在一实施例中，所述焊接头内能够形成负压，所述焊接头还用于吸附所述半导体器件以将所述半导体器件移动到所述基材上，从而无需使用贴片机来贴附半导体器件，进一步节省了机台成本且提升了半导体器件的焊接效率。
本发明的实施例还提供一种半导体器件焊接方法，包括：
喷涂焊球于基材的焊盘的一侧；
将半导体器件贴附在所述基材上，使所述半导体器件至少部分覆盖所述焊球；
激光加热半导体器件和焊球，并在冷却后固化焊球。
上述实施例提供的半导体器件焊接方法能够将半导体器件贴附并焊接在基材上，使半导体器件与基材之间获得较强的连接力。在上述实施例提供的半导体器件焊接方法中，在基材的焊盘上喷涂焊球，相较于网印焊料的方式，解决了网印偏移和焊料容易溢出的问题，能够精准控制焊球的位置和大小，进而提升了焊球喷涂的精度；通过激光加热焊球，具有较高的加热效率，解决了回流焊加热时间长且附着力差的问题；上述方法能够通过同一个焊接头实现喷涂焊球和加热焊球，不需使用网印机和回流焊机台，节省了机台成本，且提升了焊接效率。
在一实施例中，在基材的焊盘上喷涂焊球的步骤具体为：喷涂焊球于基材的焊盘的一侧的步骤具体为：使用一焊接头接收焊料并喷涂焊球，并实时感测所述焊接头的喷涂压力，
以保证焊球以足够的压力喷出，从而控制焊球的大小和精度。
在一实施例中，在将半导体器件贴附在所述基材上的步骤中，在所述焊接头内形成负压，使用所述焊接头吸附半导体器件并将半导体器件贴附在所述基材上从而无需使用贴片机来贴附半导体器件，进一步节省了机台成本且提升了半导体器件的焊接效率。
在一实施例中，在激光加热半导体器件和焊球的步骤中，所述焊接头接收激光并将激光聚焦于所述半导体器件上，能够节省加热时间、控制焊接精度并提升加热效率。
在一实施例中，在激光加热半导体器件和焊球的步骤中，实时感测焊球的温度，以控制焊球的温度在150℃至200℃之间，从而避免损伤半导体器件或基材。
上述实施例提供的半导体器件焊接装置能够在基材的焊盘上喷涂焊球，取代了网印焊料的方式，提升了焊球的喷涂精度；并且通过激光加热焊球，取代了回流焊加热焊料的方式，提升了焊接效率且节省了机台成本。
附图说明
图1是本发明第一实施例的半导体器件焊接装置的结构示意图。
图2是本发明第一实施例的半导体器件焊接装置的结构模块图。
图3是本发明第二实施例的半导体器件焊接方法的流程图。
图4至图6是本发明第二实施例的半导体器件焊接方法的过程示意图。
主要元件符号说明
半导体器件焊接装置 100
焊接头 10
主体 20
控制器 30
激光器 40
供料机构 50
力敏传感器 60
温度感测器 70
真空发生器 80
基材 200
焊盘 210
焊球 220
半导体器件 300
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明的第一实施例提供了一种半导体器件焊接装置100，用于将半导体器件焊接在基材上。所述半导体器件可为LED，但不限于此。
半导体器件焊接装置100包括焊接头10和主体20，焊接头10连接于主体20的一端。焊接头10用于接收焊料并在基材的焊盘上喷涂焊球，以及接收激光并将激光聚焦于待焊接的半导体器件上，以加热并固化焊球，从而使半导体器件焊接在基材上。
请参照图2，半导体器件焊接装置100还包括控制器30、及与控制器30电性连接的激光器40。
激光器40用于调制激光及发射激光。激光器40可接受控制器30的信号并调制合适波长的激光，以使焊球中集中的热量不会损伤基材和半导体器件。激光器40可设于主体20中。
焊接头10能够接收激光器40发射出的激光。在一实施例中，焊接头10可为小螺距焊接头，以保证激光加热时的精度；激光加热固化焊球220的范围可精确控制在±1000μm。
上述半导体器件焊接装置100的焊接头10能够在基材的焊盘上喷涂焊球，从而能够精准控制焊球的位置和大小，解决了网印焊料精度差的问题，进而解决了网印偏移和焊料溢出的问题；并且，焊接头10通过激光加热并固化焊料，以将半导体器件焊接在基材上。由于激光加热的效率较高，解决了回流焊加热时间长且附着力差的问题；上述半导体器件焊接装置100能同时实现喷涂焊球和加热焊球，节省了机台成本且提升了焊接效率。
在一实施例中，半导体器件焊接装置100还包括与控制器30电性连接的供料机构50，供料机构50用于向焊接头10传送加压的焊料，以使焊接头10喷出珠状的焊球。供料机构50可设于主体20中或连接于主体20。在其他实施例中，供料机构50也可以为半导体器件焊接装置100外接的机构，只要焊接头10能够接收焊料即可。
在本实施例中，焊料可为锡料，但不限于此，焊料也可为导电胶等。
在一实施例中，半导体器件焊接装置100还包括力敏传感器60，力敏传感器60与控制器30电性连接，用于感测焊接头10喷涂焊球时的喷涂压力，以保证焊球以足够的压力喷出，从而控制焊球的大小和精度。较佳地，焊球的直径控制在1μm～1000μm，喷涂的精度范围可控制在±100μm。力敏传感器60可设于主体20中。
在一实施例中，半导体器件焊接装置100还包括温度感测器70，温度感测器70与控制器30电性连接，用于感测焊球的温度，以避免焊球加热时的高温损伤半导体器件或基材。当温度感测器70感测到半导体器件的温度超出预设范围时，控制器30可控制激光器40停止发射激光，或控制激光器40重新调制激光的波长。温度感测器70可设于主体20上。
在一实施例中，焊球加热时的温度控制在150℃至200℃之间，例如150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、或200℃。若超出200℃，可能会损伤半导体器件300或基材200；若低于150℃，加热固化焊球220的效果不佳。
在一实施例中，焊接头10内还能形成负压，焊接头10还用于吸附半导体器件以将半导体器件移动到基材上以贴附半导体器件，无需使用贴片机来安装半导体器件，进一步节省了机台成本且提升了半导体器件的焊接效率。
半导体器件焊接装置100可包括真空发生器80，真空发生器80与控制器30电性连接，用于抽取焊接头10内的空气以使焊接头10内产生负压。真空发生器80可设于主体20中或与主体20相连接，在其他实施例中，真空发生器80可以为半导体器件焊接装置100外接的机构，只要焊接头10能够与真空发生器80相连接以形成负压即可。
较佳地，主体20可带动焊接头10移动，以使焊接头10吸附半导体器件后能够将半导体器件移动并贴附到基材上。主体20中可设置有驱动机构，驱动机构能够带动焊接头10相对于主体20移动；或者，主体20可连接一个驱动机构，驱动机构能够带动主体20和焊接头10同时移动。驱动机构可为伺服驱动机构、气缸等，在此不作限制。
请参照图3，本发明第二实施例提供一种半导体器件焊接方法，用于将半导体器件焊接于基材上。所述方法包括以下步骤。
步骤S1：喷涂焊球于基材的焊盘的一侧。
请参照图4，以下以半导体器件为LED为例说明该方法。基材200上设有若干焊盘210，在本实施例中，焊盘210的数量至少为两个，以分别焊接LED的两个电极。其中，基材200可为聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)材质，但不限于此，例如，基材200也可为电路板等。焊盘210可为导电薄膜，例如铜箔薄膜、氧化锌等。
具体地，使用焊接头10接收焊料且分别在基材200的两个焊盘210上喷涂珠状的焊球220，能够精准控制焊球220的位置和大小。焊料可为锡料，但不限于此，焊料也可为导电胶等。
在一实施例中，在喷涂焊球220时，通过力敏传感器60实时感测焊接头10的喷涂压力，以保证焊球220以足够的压力喷出，从而控制焊球220的大小和精度。较佳地，焊球220的直径控制在1μm～1000μm，喷涂的精度范围可控制在±100μm。
步骤S2：将半导体器件300贴附在基材200上，以使半导体器件300至少部分覆盖焊盘210上的焊球220。
具体地，请参照图5，在焊接头10内形成负压，使用焊接头10吸附半导体器件300并将半导体器件300贴附在基材200上，半导体器件300的两端分别部分覆盖一个焊球220。
在一实施例中，在焊接头10吸附半导体器件300后，主体20可带动焊接头10朝向基材200移动，以将半导体器件300移动至基材200上。
可以理解，在其他实施例中，也可由贴片机或其他机构来贴片或插装半导体器件300。
步骤S3，激光加热半导体器件300和焊球220，并在冷却后固化焊球220。
具体地，请参照图6，焊接头10接收激光并将激光聚焦于半导体器件300上，以加热半导体器件300和焊球220，使焊球220融化，并在冷却后固化焊球220，以使半导体器件300焊接于基材200上。激光焊接的方法能够节省加热时间并提升加热效率。由于激光加热的效率较高，激光加热的时间可小于1秒，甚至可为毫秒级别。较佳地，激光加热焊球220的范围可精确控制在±1000μm。
在一实施例中，在步骤S3中，通过温度感测器70实时感测焊球220的温度，以控制焊球220的温度在预设范围内，从而避免损伤半导体器件300或基材200。在本实施例中，焊球220的温度控制在150℃至200℃之间，例如150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、或200℃。若超出200℃，可能会损伤半导体器件300或基材200；若低于150℃，加热焊球220的效果不佳。
在一实施例中，步骤S2和步骤S3可同时进行，即在贴附半导体器件300的同时加热焊球220，可进一步提升焊接效率。
在步骤S3之后，焊接头10不再吸附半导体器件300并朝向远离基材200的方向移动。
上述实施例提供的半导体器件焊接方法能够将半导体器件300贴附并焊接在基材200上，使半导体器件300与基材200之间获得较强的连接力，通过调制的激光加热焊球220，可避免半导体器件300和基材200发生损伤，不会影响产品的外观。进一步地，在上述实施例提供的半导体器件焊接方法中，在基材200的焊盘210上喷涂焊球220，相较于网印焊料的方式，提升了焊球220喷涂的精度，能够精准控制焊球220的位置和大小，解决了网印偏移和焊料容易溢出的问题；通过激光加热焊球220，具有较高的加热效率，解决了回流焊加热时间长且附着力差的问题；上述方法能够通过同一个焊接头10实现喷涂焊球220和加热焊球220，不需使用网印机和回流焊机台，节省了机台成本，且提升了焊接效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种半导体器件焊接装置，其特征在于，包括：
主体；
激光器，设于所述主体中，用于调制及发射激光；及
焊接头，连接于所述主体，用于接收焊料并在基材的焊盘上喷涂焊球，及接收所述激光器发射出的激光并将激光聚焦于待焊接的半导体器件上，以加热并固化焊球。
2.如权利要求1所述的半导体器件焊接装置，其特征在于，所述半导体器件焊接装置还包括控制器，所述控制器与所述激光器电性连接。
3.如权利要求2所述的半导体器件焊接装置，其特征在于，所述半导体器件焊接装置还包括力敏传感器，所述力敏传感器与所述控制器电性连接，用于感测所述焊接头喷涂焊球时的喷涂压力。
4.如权利要求2所述的半导体器件焊接装置，其特征在于，所述半导体器件焊接装置还包括温度感测器，所述温度感测器与所述控制器电性连接，用于感测焊球的温度。
5.如权利要求1所述的半导体器件焊接装置，其特征在于，所述焊接头内能够形成负压，所述焊接头还用于吸附所述半导体器件以将所述半导体器件移动到所述基材上。
6.一种半导体器件焊接方法，包括：
喷涂焊球于基材的焊盘的一侧；
将半导体器件贴附在所述基材上，使所述半导体器件至少部分覆盖所述焊球；
激光加热半导体器件和焊球，并在冷却后固化焊球。
7.如权利要求6所述的半导体器件焊接方法，其特征在于，喷涂焊球于基材的焊盘的一侧的步骤具体为：使用一焊接头接收焊料并喷涂焊球，并实时感测所述焊接头的喷涂压力。
8.如权利要求7所述的半导体器件焊接方法，其特征在于，在将半导体器件贴附在所述基材上的步骤中，在所述焊接头内形成负压，使用所述焊接头吸附半导体器件并将半导体器件贴附在所述基材上。
9.如权利要求7或8所述的半导体器件焊接方法，其特征在于，在激光加热半导体器件和焊球的步骤中，所述焊接头接收激光并将激光聚焦于所述半导体器件上。
10.如权利要求9所述的半导体器件焊接方法，其特征在于，在激光加热半导体器件和焊球的步骤中，实时感测焊球的温度，以控制焊球的温度在150℃至200℃之间。
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