CN113327882A - 一种半导体器件封装用吸嘴及封装系统、封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体器件封装用吸嘴及封装系统、封装方法，吸嘴包括吸取部以及与吸取部相连的连接部；连接部设置有气路通孔；吸取部设置有第一吸取通孔以及环绕第一吸取通孔设置的多个第二吸取通孔，多个第二吸取通孔和第一吸取通孔均与气路通孔连通，并且第二吸取通孔的尺寸小于第一吸取通孔的尺寸。本发明在装片过程中，不仅能够减小吸嘴与芯片的接触面积，还能利用吸嘴为芯片传递较大的装片压力，达到良好的粘接效果，另外，利用与气路通孔连通的第一吸取通孔和多个第二吸取通孔，还能够有效去除附着在芯片表面的异物颗粒，从而大大降低芯片被压伤的风险，提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。

Description

一种半导体器件封装用吸嘴及封装系统、封装方法
技术领域
本发明属于半导体器件封装技术领域，具体涉及一种半导体器件封装用吸嘴及封装系统、封装方法。
背景技术
在半导体功率器件封装过程中，主要使用焊料、焊膏、高导热银浆等材料实现芯片和框架载片台之间的有效粘结，以满足功率器件工作时的高压、大电流等大功率要求。但是，使用传统粘结材料的装片方式存在粘结材料的厚度、空洞及芯片倾斜较难控制的问题，并且粘结材料中空洞、分层等导致器件热阻较大，工作时器件内部温度较高，降低器件的使用寿命。
另外一种传统的共晶装片方式，为了将焊头压力有效传递到芯片，吸嘴表面除了通孔外均为平面，平面部分直接与芯片表面接触，吸嘴表面会将芯片表面附着的颗粒压入芯片表面，从而造成芯片损伤。
熔扩装片作为一种新型装片工艺，是指芯片背面预先覆盖一层合金层，在高温下装片焊头需对芯片表面施加较大的压力，使芯片背面合金层和框架载片台表面之间直接形成可靠的合金粘结层，真正实现耐高温的无铅、绿色功率器件。
目前，熔扩装片所使用的传统吸嘴主要有两种结构。如图1所示，一种吸嘴A的内表面大面积镂空，这种吸嘴具有较强的吸附颗粒的功能，但传递给芯片的作用力很小，可能存在沾润不好的问题。如图2所示，另一种吸嘴B的内表面为平面结构，这种吸嘴能够传递给芯片较大的作用力，但颗粒吸附能力很弱，存在芯片表面被颗粒压伤的问题，影响装片良率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种半导体器件封装用吸嘴及封装系统、封装方法。
本发明的一个方面，提供一种半导体器件封装用吸嘴，所述吸嘴包括吸取部以及与所述吸取部相连的连接部；
所述连接部设置有气路通孔；
所述吸取部设置有第一吸取通孔以及环绕所述第一吸取通孔设置的多个第二吸取通孔，所述多个第二吸取通孔和所述第一吸取通孔均与所述气路通孔连通，并且所述第二吸取通孔的尺寸小于所述第一吸取通孔的尺寸。
在一些实施方式中，所述第二吸取通孔背离所述连接部的一侧横截面尺寸大于其朝向所述连接部的一侧横截面尺寸。
在一些实施方式中，所述第二吸取通孔的横截面尺寸，自所述第二吸取通孔背离所述连接部的一侧向朝向所述连接部的一侧依次减小。
在一些实施方式中，所述第二吸取通孔的纵截面呈梯形。
在一些实施方式中，所述吸取部背离所述连接部的表面为内凹面。
在一些实施方式中，所述内凹面的纵截面呈弧形。
在一些实施方式中，所述内凹面的纵截面呈倒V形。
本发明的另一个方面，提供一种半导体器件的封装方法，所述封装方法采用前文记载的任一项所述的吸嘴，所述封装方法包括：
利用所述吸嘴从片源中吸取出背面预先覆盖合金层的待封装芯片，并通过所述吸嘴中的所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的异物颗粒吸走；
将所述芯片背面放置在载片台上，并利用施压装置通过所述吸嘴作用于所述芯片，以使得所述合金层与所述载片台表面结合形成合金粘结层；
在施压过程中，继续利用所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的残留异物颗粒吸走。
在一些实施方式中，所述吸取部背离所述连接部的表面为内凹面；
所述利用施压装置通过所述吸嘴作用于所述芯片，包括：
通过所述施压装置持续向所述吸嘴施压，使得所述内凹面从四周逐步扩张至完全与所述芯片表面接触；
所述在施压过程中，继续利用所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的残留异物颗粒吸走，包括：
在所述内凹面完全与所述芯片表面接触之前，利用所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的残留异物颗粒吸走。
本发明的另一个方面，提供一种半导体器件封装系统，所述封装系统包括前文记载的任一项所述的吸嘴，所述封装系统还包括气管，所述气管与所述吸嘴的气路通孔相连通。
本发明提供的半导体器件封装用吸嘴及封装系统、封装方法，通过在吸取部设置第一吸取通孔以及环绕第一吸取通孔的多个第二吸取通孔，多个第二吸取通孔和第一吸取通孔均与连接部的气路通孔连通，并且第二吸取通孔的尺寸小于第一吸取通孔，从而在装片过程中，不仅能够减小吸嘴与芯片的接触面积，还能利用吸嘴为芯片传递较大的装片压力，达到良好的粘接效果，另外，利用与气路通孔连通的第一吸取通孔和多个第二吸取通孔，还能够有效去除附着在芯片表面的异物颗粒，从而大大降低芯片被压伤的风险，提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。
附图说明
图1为一种传统吸嘴的结构示意图；
图2为另一种传统吸嘴的结构示意图；
图3为本发明一实施例的一种半导体器件封装用吸嘴的结构示意图；
图4为图3所示的半导体器件封装用吸嘴的仰视图；
图5为本发明另一实施例的一种半导体器件封装用吸嘴的结构示意图；
图6为本发明另一实施例的一种半导体器件封装用吸嘴的结构示意图；
图7为本发明另一实施例的一种半导体器件封装方法的流程图；
图8至图15为本发明另一实施例的一种半导体器件封装方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的一个方面，如图3所示，提供一种半导体器件封装用吸嘴100。吸嘴100包括吸取部110以及与吸取部110相连的连接部120。在实际使用时，可以通过连接部120，将吸嘴100与封装设备中的其他部件比如焊头相连接。连接部120设置有气路通孔121。气路通孔121可以与封装设备中的气管相连通。一并结合图4，吸取部110设置有第一吸取通孔111以及环绕第一吸取通孔111设置的多个第二吸取通孔112。多个第二吸取通孔112和第一吸取通孔111均与气路通孔121连通，并且第二吸取通孔112的尺寸小于第一吸取通孔111的尺寸。第二吸取通孔的具体数量可以根据实际需要进行设置，本实施例对此并不限制。
需要说明的是，吸嘴的具体形状、尺寸大小和材质可以根据实际需要进行选择，本实施例对此并不限制。
本实施例的半导体器件封装用吸嘴，通过在吸取部设置第一吸取通孔以及环绕第一吸取通孔的多个第二吸取通孔，多个第二吸取通孔和第一吸取通孔均与连接部的气路通孔连通，并且第二吸取通孔的尺寸小于第一吸取通孔，从而在装片过程中，不仅能够减小吸嘴与芯片的接触面积，还能利用吸嘴为芯片传递较大的装片压力，达到良好的粘接效果，另外，利用与气路通孔连通的第一吸取通孔和多个第二吸取通孔，还能够有效去除附着在芯片表面的异物颗粒，从而大大降低芯片被压伤的风险，提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。
示例性的，如图3所示，第二吸取通孔112背离连接部120的一侧横截面尺寸可以大于其朝向连接部120的一侧横截面尺寸。换句话说，第二吸取通孔112背离连接部120一侧的直径可以大于其朝向连接部120一侧的直径。
本实施例的半导体器件封装用吸嘴，第二吸取通孔背离连接部一侧的横截面尺寸大于其朝向连接部一侧的横截面尺寸，使得在装片过程中，能够更有效地去除附着在芯片表面的异物颗粒，从而进一步降低芯片被压伤的风险，提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。
示例性的，如图3所示，第二吸取通孔112的横截面尺寸，可以自第二吸取通孔112背离连接部120的一侧向朝向连接部120的一侧依次减小。换句话说，第二吸取通孔112的直径，可以自第二吸取通孔112背离连接部120的一侧向朝向连接部120一侧依次减小。
本实施例的半导体器件封装用吸嘴，通过将第二吸取通孔的横截面尺寸，设置为自第二吸取通孔背离连接部的一侧向朝向连接部的一侧依次减小，使得在装片过程中，能够更有效地去除附着在芯片表面的异物颗粒，从而进一步降低芯片被压伤的风险，提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。
示例性的，如图3所示，第二吸取通孔112的纵截面可以呈梯形。
示例性的，如图3所示，吸取部110背离连接部120的表面可以为内凹面113。换句话说，吸取部110在装片过程中与芯片接触的一面可以为内凹面113。
本实施例的半导体器件封装用吸嘴，通过将吸取部背离连接部的表面设置为内凹面，使得在装片过程中，内凹面与芯片完全接触之前，能够通过吸嘴持续去除附着在芯片表面的异物颗粒，大大降低芯片被压伤的风险，在内凹面与芯片完全接触之后，还能够通过内凹面持续为芯片传递较大装片压力，减小芯片和载片台表面之间的合金层空洞和沾润不良等风险，达到良好的粘接效果，进一步提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。
示例性的，如图5所示，内凹面113的纵截面可以呈弧形。该弧形的弧度可以根据实际需要进行设置，本实施例对此并不限制。
示例性的，如图6所示，内凹面113的纵截面还可以呈倒V形。该倒V形的内角角度可以根据实际需要进行设置，本实施例对此并不限制。
本发明的另一个方面，如图7所示，提供一种半导体器件的封装方法S100。封装方法S100采用前文所记载的吸嘴，吸嘴的具体结构可以参考前文相关记载，在此不作赘述。封装方法S100包括：
S110、利用所述吸嘴从片源中吸取出背面预先覆盖合金层的待封装芯片，并通过所述吸嘴中的所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的异物颗粒吸走。
具体的，一并结合图8至图11，在本步骤中，可以通过真空负压吸取装置等为吸嘴100中的第一吸取通孔111和多个第二吸取通孔112提供吸力，利用该吸力从片源300中吸取出背面预先覆盖合金层的待封装芯片200，并在吸取芯片200的过程中，利用第一吸取通孔111以及多个第二吸取通孔112中的吸力将芯片200表面的异物颗粒400吸走。合金层的具体材质可以根据实际需要进行选择，本实施例对此并不限制。
S120、将所述芯片背面放置在载片台上，并利用施压装置通过所述吸嘴作用于所述芯片，以使得所述合金层与所述载片台表面结合形成合金粘结层。
具体的，一并结合图12和图13，在本步骤中，可以通过吸嘴100将芯片200背面放置在载片台500上，利用施压装置向吸嘴100施压，吸嘴100将压力传递到芯片200上，以使芯片背面的合金层与载片台500表面结合形成合金粘结层。
S130、在施压过程中，继续利用所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的残留异物颗粒吸走。
具体的，一并结合图13，在施压过程中，可以利用第一吸取通孔111以及多个第二吸取通孔112持续将芯片200表面残留的异物颗粒400吸走。
本实施例的半导体器件的封装方法，不仅能够减小吸嘴与芯片的接触面积，还能利用吸嘴为芯片传递较大的装片压力，减小芯片和载片台表面之间的合金层空洞和沾润不良等风险，达到良好的粘接效果，另外，利用第一吸取通孔和多个第二吸取通孔，还能够有效去除附着在芯片表面的异物颗粒，从而大大降低芯片被压伤的风险，提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。
示例性的，一并结合图3，吸取部110背离连接部120的表面为内凹面113。换句话说，吸取部110在装片过程中与芯片接触的一面为内凹面113。内凹面113的纵截面可以呈弧形，也可以呈倒V形，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，本实施例对此并不限制。
所述利用施压装置通过所述吸嘴作用于所述芯片，包括：
一并结合图12和图13，通过施压装置持续向吸嘴100施压，使得内凹面113从四周逐步扩张至完全与芯片200表面接触。
所述在施压过程中，继续利用所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的残留异物颗粒吸走，包括：
一并结合图12和图13，在内凹面113完全与芯片200表面接触之前，利用第一吸取通孔111和多个第二吸取通孔112将芯片200表面的残留异物颗粒400吸走。
本实施例的半导体器件的封装方法，吸取部背离连接部的表面为内凹面，在装片过程中，内凹面与芯片表面完全接触之前，能够通过第一吸取通孔和多个第二吸取通孔持续去除附着在芯片表面的异物颗粒，大大降低芯片被压伤的风险，在内凹面与芯片表面完全接触之后，还能够通过内凹面持续为芯片传递较大装片压力，减小芯片和载片台表面之间的合金层空洞和沾润不良等风险，达到良好的粘接效果，进一步提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。
下面结合图8至图14，详细描述上述过程。
如图8所示，待封装芯片200位于片源300上，芯片200背面预先覆盖有合金层(图中并未示出)，芯片200表面有时会附着有异物颗粒400。
如图9至图11所示，将吸嘴100逐渐靠近芯片200并从片源300中吸取出芯片200，在此过程中，芯片200表面的异物颗粒400逐渐被吸嘴100吸到第一吸取通孔111和多个第二吸取通孔112中。
如图12和图13所示，通过吸嘴100将芯片200的背面放置在载片台500上，在此过程中，吸嘴100持续将芯片200表面的异物颗粒400吸到第一吸取通孔111和多个第二吸取通孔112中。通过施压装置持续向吸嘴100施压，当吸取部110背离连接部120的表面为内凹面113时，即吸取部110与芯片200接触的一面为内凹面113时，内凹面113从四周逐步扩张至完全与芯片200表面接触，在持续施压过程中，内凹面113扩张后完全与芯片200表面接触。在内凹面113完全与芯片200表面接触之前，利用第一吸取通孔111和多个第二吸取通孔112将芯片200表面的残留异物颗粒400吸走。
如图14所示，当芯片200背面的合金层与载片台500表面结合形成合金粘结层后，将吸嘴100从芯片200上移开，内凹面113恢复至扩张前状态，部分异物颗粒400在持续吸力的作用下，从第一吸取通孔111和多个第二通孔112转移至气路通孔121中。此时，一并结合图15，可以将吸嘴100移动至指定位置，通过向吸嘴100中吹气，将异物颗粒400从气路通孔121以及第一吸取通孔111和多个第二吸取通孔112中排出。
本发明的另一个方面，提供一种半导体器件封装系统，所述封装系统包括前文所记载的吸嘴，吸嘴的具体结构可以参考前文相关记载，在此不作赘述。所述封装系统还包括气管，所述气管与所述吸嘴的气路通孔相连通。
本实施例的半导体器件封装系统，不仅能够减小吸嘴与芯片的接触面积，还能利用吸嘴为芯片传递较大的装片压力，减小芯片和载片台表面之间的合金层空洞和沾润不良等风险，达到良好的粘接效果，另外，利用第一吸取通孔和多个第二吸取通孔，还能够有效去除附着在芯片表面的异物颗粒，从而大大降低芯片被压伤的风险，提高装片的良率及封装产品的可靠性表现。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体器件封装用吸嘴，其特征在于，所述吸嘴包括吸取部以及与所述吸取部相连的连接部；
所述连接部设置有气路通孔；
所述吸取部设置有第一吸取通孔以及环绕所述第一吸取通孔设置的多个第二吸取通孔，所述多个第二吸取通孔和所述第一吸取通孔均与所述气路通孔连通，并且所述第二吸取通孔的尺寸小于所述第一吸取通孔的尺寸。
2.根据权利要求1所述的吸嘴，其特征在于，所述第二吸取通孔背离所述连接部的一侧横截面尺寸大于其朝向所述连接部的一侧横截面尺寸。
3.根据权利要求2所述的吸嘴，其特征在于，所述第二吸取通孔的横截面尺寸，自所述第二吸取通孔背离所述连接部的一侧向朝向所述连接部的一侧依次减小。
4.根据权利要求3所述的吸嘴，其特征在于，所述第二吸取通孔的纵截面呈梯形。
5.根据权利要求1至4任一项所述的吸嘴，其特征在于，所述吸取部背离所述连接部的表面为内凹面。
6.根据权利要求5所述的吸嘴，其特征在于，所述内凹面的纵截面呈弧形。
7.根据权利要求5所述的吸嘴，其特征在于，所述内凹面的纵截面呈倒V形。
8.一种半导体器件的封装方法，其特征在于，所述封装方法采用权利要求1至7任一项所述的吸嘴，所述封装方法包括：
利用所述吸嘴从片源中吸取出背面预先覆盖合金层的待封装芯片，并通过所述吸嘴中的所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的异物颗粒吸走；
将所述芯片背面放置在载片台上，并利用施压装置通过所述吸嘴作用于所述芯片，以使得所述合金层与所述载片台表面结合形成合金粘结层；以及，
在施压过程中，继续利用所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的残留异物颗粒吸走。
9.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述吸取部背离所述连接部的表面为内凹面；
所述利用施压装置通过所述吸嘴作用于所述芯片，包括：
通过所述施压装置持续向所述吸嘴施压，使得所述内凹面从四周逐步扩张至完全与所述芯片表面接触；
所述在施压过程中，继续利用所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的残留异物颗粒吸走，包括：
在所述内凹面完全与所述芯片表面接触之前，利用所述第一吸取通孔和所述多个第二吸取通孔将所述芯片表面的残留异物颗粒吸走。
10.一种半导体器件封装系统，其特征在于，所述封装系统包括权利要求1至7任一项所述的吸嘴，所述封装系统还包括气管，所述气管与所述吸嘴的气路通孔相连通。
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