CN115654922B - 连续芯片封装焊接真空炉及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体芯片封装技术领域，提供一种连续芯片封装焊接真空炉及其工作方法。该连续芯片封装焊接真空炉，包括：多个第一真空腔，多个第一真空腔沿作业流程方向依次设置；第二真空腔，第二真空腔罩设于多个第一真空腔的外侧。本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉及其工作方法，通过第一真空腔和第二真空腔形成的内外嵌套式结构，保证了工件在第一真空腔内部以及在不同第一真空腔流转时始终处于真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态，避免了工件氧化，且能够完美实现作业流程连续，提高工作效率。

Description

连续芯片封装焊接真空炉及其工作方法

技术领域

本发明涉及半导体芯片封装技术领域，尤其涉及一种连续芯片封装焊接真空炉及其工作方法。

背景技术

在半导体芯片封装时需要在真空环境下进行，一般可采用真空炉形式得以实现。现有技术中的真空炉设置多个预热区、一个真空区和多个冷却区，其中，预热区采用氮气保护，并不是完全低氧环境；焊接区为真空环境。芯片焊接完之后，焊接区和冷却区之间连接的门打开，芯片从焊接区进入到冷却区，同时，焊接区和预热区之间连接的门打开，将预热的芯片送入到焊接区进行焊接，这样，在完成一个焊接过程并进行下一个焊接过程中，焊接区的前后门要同时打开，冷却区和预热区会破坏焊接区的真空环境的保持；有的现有技术中设置多个真空腔，芯片依次经过第一腔、第二腔、第三腔.....但是依旧会存在真空腔的前后门同时打开的情况，形式上属于在线式焊接，若需要保证焊接区的真空环境，还需要再次对焊接环境进行抽真空，这样不能保证焊接过程是连续的，加工效率低。

发明内容

本发明提供一种连续芯片封装焊接真空炉及其工作方法，用以解决现有技术中真空炉在门开启时会破坏内部的真空环境，导致加工效率低的缺陷。

本发明提供一种连续芯片封装焊接真空炉，包括：

多个第一真空腔，多个所述第一真空腔沿作业流程方向依次设置；

第二真空腔，所述第二真空腔罩设于多个所述第一真空腔的外侧，用于在工件于多个所述第一真空腔流转时保持所述工件所处环境的真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态。

根据本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，多个所述第一真空腔包括：

至少一个预热区真空腔，用于在工件预热阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境；

至少一个焊接区真空腔，用于在工件焊接阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境；

至少一个冷却区真空腔，用于在工件冷却阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境；其中，

所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔沿作业流程方向依次设置。

根据本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，还包括：第一升降装置，所述第一升降装置分别一一对应设置于所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔，分别用于开启或关闭所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔。

根据本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，还包括：第一抽真空装置，所述第一抽真空装置分别一一对应与所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔连通，分别用于将所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔抽真空。

根据本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，所述第二真空腔内还包括：

入口待转区，所述入口待转区设于所述预热区真空腔的入口端；

出口待转区，所述出口待转区设于所述冷却区真空腔的出口端。

根据本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，还包括：

入口密封门，所述入口密封门可启闭切换地设置于所述入口待转区的入口端；

出口封闭门，所述出口封闭门可启闭切换地设置于所述出口待转区的出口端。

根据本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，还包括：第二抽真空装置，所述第二抽真空装置与所述第二真空腔连通，用于将所述第二真空腔抽真空。

本发明还提供一种根据本发明实施例的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法，包括：

S1、关闭第一真空腔保持其内部真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态，并开启第二真空腔，工件进入到第二真空腔内；

S2、关闭第二真空腔，将第二真空腔抽真空达到预定真空度或进行惰性气体或还原性气体的注入，然后在第一真空腔达到到预定真空值或进行惰性气体或还原性气体的注入开启第一真空腔，工件由第二真空腔进入到第一真空腔内；

S3、关闭第一真空腔，并开启第二真空腔，下一个工件进入第二真空腔内；

S4、重复步骤S2和S3，且工件沿作业流程依次经过多个第一真空腔，最终由第二真空腔移出。

根据本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉的工作方法，在步骤S1之前还包括：

S0、关闭第二真空腔，并保持第一真空腔和第二真空腔内部的真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态。

根据本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉的工作方法，在步骤S3中关闭第一真空腔后，还包括：将第一真空腔抽真空达到预定真空度或进行惰性气体或还原性气体的注入。

本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉及其工作方法，其通过第二真空腔罩设于第一真空腔的外侧，从而给工件在不同第一真空腔流转时提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境，保证在第一真空腔中工件的传入、转移和传出过程始终处于真空状态、惰性气体状态或还原性气体状态。本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，通过第一真空腔和第二真空腔形成的内外嵌套式结构，保证了工件在第一真空腔内部以及在不同第一真空腔流转时始终处于真空状态、惰性气体状态或还原性气体状态，避免了工件氧化，且能够完美实现作业流程连续，提高工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的连续芯片封装焊接真空炉的结构示意图；

图2是本发明提供的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法中步骤S0的结构示意图；

图3是本发明提供的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法中步骤S1的结构示意图；

图4是本发明提供的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法中步骤S2的结构示意图；

图5是本发明提供的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法中步骤S3的结构示意图；

图6是本发明提供的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法中步骤S4的结构示意图；

图7是本发明提供的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法中步骤S5的结构示意图；

图8是本发明提供的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法中步骤S6的结构示意图。

附图标记：

10：第一真空腔；11：预热区真空腔；12：焊接区真空腔；13：冷却区真空腔；14：第一升降装置；15：第一抽真空装置；

20：第二真空腔；21：入口待转区；22：出口待转区；25：入口密封门；26：出口封闭门。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合图1描述本发明的一种连续芯片封装焊接真空炉。该连续芯片封装焊接真空炉包括：多个第一真空腔10和第二真空腔20。

其中，多个第一真空腔10沿作业流程方向依次设置；第二真空腔20罩设于多个第一真空腔10的外侧，用于在工件于多个第一真空腔10流转时保持工件所处环境的真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态。

具体来说，第一真空腔10可以根据作业流程设置多个，以半导体芯片封装的连续焊接过程为例，其至少包括预热、焊接和冷却三个步骤，也因此依次对应设置三个第一真空腔10，沿工件作业流程的顺序进行设置。第二真空腔20尺寸能够囊括多个第一真空腔10，其罩设于上述多个第一真空腔10的外围，当工件需要在不同的第一真空腔10之间流转时，需要开启第一真空腔10的密封门使工件通过，此时第二真空腔20的真空环境能够保证工件流转时也是在真空条件下进行。

进一步地，第二真空腔20是一个罩设在第一真空腔10外侧的大真空腔体，其在第一真空腔10的密封门开启时，第二真空腔20应保持关闭，保证其内部的真空环境，当工件在不同的第一真空腔10进行流转时，第二真空腔20内部为真空状态，保证工件始终处于真空状态；而当工件由第二真空腔20入口进入时，第二真空腔20开启，第一真空腔10处于关闭状态，保持其内部的真空环境，待工件进入第二真空腔20后关闭，并利用抽真空装置将第二真空腔20内部抽真空，直至其内部达到设定的真空度。

本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，其通过第二真空腔20罩设于第一真空腔10的外侧，从而给工件在不同第一真空腔10流转时提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境，保证在第一真空腔10中工件的传入、转移和传出过程始终处于真空状态、惰性气体环境或还原性气体环境。本发明提供的一种连续芯片封装焊接真空炉，通过第一真空腔10和第二真空腔20形成的内外嵌套式结构，保证了工件在第一真空腔10内部以及在不同第一真空腔10流转时始终处于真空状态、惰性气体环境或还原性气体环境，避免了工件氧化，且能够完美实现作业流程连续，提高工作效率。

在本发明的其中一个实施例中，多个第一真空腔10包括：至少一个预热区真空腔11、至少一个焊接区真空腔12和至少一个冷却区真空腔13。其中，预热区真空腔11用于在工件预热阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境；焊接区真空腔12用于在工件焊接阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境；冷却区真空腔13用于在工件冷却阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境。预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13沿作业流程方向依次设置。具体来说，半导体芯片封装焊接包括预热、焊接和冷却三个步骤，上述三个步骤分别采用三个第一真空腔10提供作业环境，其具体有以下功能：

1、提供真空环境，预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13均具有该功能；

2、提供腔体内部气体置换的功能；具体为：抽真空，充氮气，达到在高洁净度氮气下焊接的功能，主要在焊接区真空腔12用到此功能；

3、真空腔体做密封；可以在腔体内部充入甲酸、氮氢混合气体，氢气等还原性气体，给工件表面做还原，提高焊接质量，主要在焊接区真空腔12用到此功能；

4、或者在无氧环境中，通过氮气快速降温，主要在冷却区真空腔13用到此功能。

应当理解的是，可以根据作业流程设置对应个数的第一真空腔10。

在本发明的其中一个实施例中，该连续芯片封装焊接真空炉还包括：第一升降装置14，第一升降装置14分别一一对应设置于预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13，分别用于开启或关闭预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13，以使工件在预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13之间流转或营造真空环境。具体来说，第一真空腔10为由密封门围设形成的空间，通过第一升降装置14可以带动密封门进行升降运动。当密封门升起时，即第一真空腔10开启，供工件流转，且与第二真空腔20连通；当密封门下降时，即第一真空腔10关闭，内部形成密闭空间，以便形成真空环境。应当理解的是，通过第一升降装置14开启第一真空腔10，即表示第一真空腔10与第二真空腔20连通，通过第一升降装置14关闭第一真空腔10，即表示第一真空腔10与第二真空腔20隔绝。

进一步地，上述的第一升降装置14可以采用直线往复驱动机构，例如：油缸、气缸等直线推杆部件，通过油缸的伸缩运动，带动密封门进行升降。

在本发明的其中一个实施例中，该连续芯片封装焊接真空炉还包括：第一抽真空装置15，第一抽真空装置15分别一一对应与预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13连通，分别用于将预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13抽真空。当然，根据实际需要，也可以采用气体注入装置分别向预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13内部注入惰性气体或还原性气体。在本实施例中，当第一升降装置14控制密封门关闭后，通过第一抽真空装置15对对应的第一真空腔10进行抽真空。本实施例中的第一抽真空装置15可采用真空泵，其与第一真空腔10内部的空间连通。

在本发明的其中一个实施例中，第二真空腔20内还包括：入口待转区21和出口待转区22。其中，入口待转区21设于预热区真空腔11的入口端；出口待转区22设于冷却区真空腔13的出口端。在本实施例中，第二真空腔20的尺寸不仅囊括了上述三个第一真空腔10，其在预热区真空腔11的入口端还构造了入口待转区21，在冷却区真空腔13的出口端构造了出口待转区22。当工件进入到第二真空腔20时，首先进入到入口待转区21的位置，当工件完成作业流程，从冷却区真空腔13移出时，通过出口待转区22排出真空炉。应当理解的是，入口待转区21和出口待转区22是第二真空腔的一部分，即入口待转区21和出口待转区22与第二真空腔20中间部分（即第一真空腔上方10的区域）为连通。

在本发明的其中一个实施例中，该连续芯片封装焊接真空炉还包括：入口密封门25和出口封闭门26，入口密封门25可启闭切换地设置于入口待转区21的入口端；出口封闭门26可启闭切换地设置于出口待转区22的出口端。当入口密封门25和出口密封门26升起时，即第二真空腔20开启，供工件进出；当入口密封门25和出口密封门26下降关闭时，即第二真空腔20关闭，内部形成密闭空间，以便形成真空环境。

在本发明的其中一个实施例中，该连续芯片封装焊接真空炉还包括：第二抽真空装置（图中未示出），第二抽真空装置与第二真空腔20连通，用于将第二真空腔20抽真空。当然，根据实际需要，也可以采用气体注入装置向第二真空腔20内部注入惰性气体或还原性气体。在本实施例中，当控制密封门关闭后，通过第二抽真空装置对第二真空腔20进行抽真空。本实施例中的第二抽真空装置可采用真空泵，其与第二真空腔20内部的空间连通。

如图2至图8所示，本发明还提供一种根据上述实施例的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法。该工作方法包括：

S1、关闭第一真空腔10保持其内部真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态，并开启第二真空腔20，工件进入到第二真空腔20内；

S2、关闭第二真空腔20，将第二真空腔20抽真空达到预定真空度或进行惰性气体或还原性气体的注入，然后在第一真空腔10达到预定真空值或进行惰性气体或还原性气体的注入开启第一真空腔10，工件由第二真空腔20进入到第一真空腔10内；

S3、关闭第一真空腔10，并开启第二真空腔20，下一个工件进入第二真空腔20内；

S4、重复步骤S2和S3，且工件沿作业流程依次经过多个第一真空腔10，最终由第二真空腔20移出。

在本发明的其中一个实施例中，在步骤S1之前还包括：

S0、关闭第二真空腔20，并保持第一真空腔10和第二真空腔20内部的真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态。

在本发明的其中一个实施例中，在步骤S3中关闭第一真空腔10后，还包括：将第一真空腔10抽真空达到预定真空度或进行惰性气体或还原性气体的注入。

基于以上几个实施例，如图2至图8所示，本发明的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法，包括如下步骤：

S0.初始位置，第二真空腔20的入口密封门25和出口密封门26关闭，入口待转区21、出口待转区22和第一真空腔10均处于真空状态，前端工件1处于等待状态，即如图2所示；

S1. 入口待转区21、出口待转区22释放真空（第一真空腔10真空保持），打开第二真空腔20的入口密封门25和出口密封门26，前端工件1流入入口待转区（即入口待转区21所在区域），即如图3所示；

S2.关闭第二真空腔20的入口密封门25和出口密封门26，整个第二真空腔20处于密封状态，并开始抽真空（第一真空腔10真空保持），使整个第二真空腔20处于一个真空状态，即如图4所示；

S3.当第二真空腔20真空达到预定值，并且第一真空腔10内根据工艺节拍工件预热、焊接、冷却完成后，第一真空腔10腔体开启，工件1传输至预热区真空腔11，即如图5所示。

S4. 第一真空腔10腔体关闭，开始抽真空，第二真空腔20真空释放，打开第二真空腔20的入口密封门25和出口密封门26，将工件2传入到入口待转区（即入口待转区21所在区域），将后端出口待转区（即出口待转区22所在区域）工件传出，即如图6所示；

S5.依次重复上述步骤，工件逐次进入预热区真空腔11、焊接区真空腔12和冷却区真空腔13，即如图7所示；

S6.工件1依次完成上述加工流程，即如图8所示。

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，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种连续芯片封装焊接真空炉，其特征在于，包括：

多个第一真空腔，多个所述第一真空腔沿作业流程方向依次设置；

第二真空腔，所述第二真空腔罩设于多个所述第一真空腔的外侧，用于在工件于多个所述第一真空腔流转时保持所述工件所处环境的真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态；

所述的连续芯片封装焊接真空炉的工作方法，包括：

S1、关闭第一真空腔保持其内部真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态，并开启第二真空腔，工件进入到第二真空腔内；

S2、关闭第二真空腔，将第二真空腔抽真空达到预定真空度或进行惰性气体或还原性气体的注入，然后在第一真空腔达到预定真空值或进行惰性气体或还原性气体的注入后开启第一真空腔，工件由第二真空腔进入到第一真空腔内；

S3、关闭第一真空腔，并开启第二真空腔，下一个工件进入第二真空腔内；

S4、重复步骤S2和S3，且工件沿作业流程依次经过多个第一真空腔，最终由第二真空腔移出；

多个所述第一真空腔包括：

至少一个预热区真空腔，用于在工件预热阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境；

至少一个焊接区真空腔，用于在工件焊接阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境；

至少一个冷却区真空腔，用于在工件冷却阶段提供真空环境、惰性气体环境或还原性气体环境；其中，

所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔沿作业流程方向依次设置。

2.根据权利要求1所述的连续芯片封装焊接真空炉，其特征在于，还包括：第一升降装置，所述第一升降装置分别一一对应设置于所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔，分别用于开启或关闭所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔。

3.根据权利要求1所述的连续芯片封装焊接真空炉，其特征在于，还包括：第一抽真空装置，所述第一抽真空装置分别一一对应与所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔连通，分别用于将所述预热区真空腔、所述焊接区真空腔和所述冷却区真空腔抽真空。

4.根据权利要求1所述的连续芯片封装焊接真空炉，其特征在于，所述第二真空腔内还包括：

入口待转区，所述入口待转区设于所述预热区真空腔的入口端；

出口待转区，所述出口待转区设于所述冷却区真空腔的出口端。

5.根据权利要求4所述的连续芯片封装焊接真空炉，其特征在于，还包括：

入口密封门，所述入口密封门可启闭切换地设置于所述入口待转区的入口端；

出口封闭门，所述出口封闭门可启闭切换地设置于所述出口待转区的出口端。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的连续芯片封装焊接真空炉，其特征在于，还包括：第二抽真空装置，所述第二抽真空装置与所述第二真空腔连通，用于将所述第二真空腔抽真空。

7.根据权利要求1所述的连续芯片封装焊接真空炉，其特征在于，在步骤S1之前还包括：

S0、关闭第二真空腔，并保持第一真空腔和第二真空腔内部的真空状态、惰性气体状态或者还原性气体状态。

8.根据权利要求1所述的连续芯片封装焊接真空炉，其特征在于，在步骤S3中关闭第一真空腔后，还包括：将第一真空腔抽真空达到预定真空度或进行惰性气体还原性气体的注入。

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