CN116978819B - 一种晶圆贴片机构以及晶圆贴片装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆贴片机构以及晶圆贴片装置，包括上下相对设置的第一顶压件以及第二顶压件，所述第一顶压件与所述第二顶压件之间设有间隙，所述间隙用于供晶圆与基材进行放置；其中所述第二顶压件用于与所述晶圆贴片装置固定连接；所述第一顶压件远离所述第二顶压件的一侧连接有顶压控制装置，在所述顶压控制装置的驱动作用下，所述第一顶压件朝所述第二顶压件发生靠近运动，以将所述晶圆与所述基材相互贴合；其中所述顶压控制装置采用充气式控制。通过本发明实现避免因长期贴片而导致压力控制精度降低，同时能有效提高压力控制精度。

Description

一种晶圆贴片机构以及晶圆贴片装置

技术领域

本发明涉及晶圆贴片技术领域，特别涉及一种晶圆贴片机构以及晶圆贴片装置。

背景技术

半导体、RFID(Radio Frequency Identification，射频识别技术)等行业都需要用到晶圆材料，而对应晶圆材料需要使用的场景都是微小型空间/壳内/腔体内等，所以迫切需求高效高精的晶圆贴片装置。在相关技术中，晶圆贴片装置中的晶圆贴片机构通常是采用卡扣顶压式设计，即通过卡扣件控制顶压压力的方式，实现晶圆与基材之间的贴片工序；然而由于采用卡扣顶压式控制需要对卡扣件形状根据晶圆贴片的压力需求进行预先订制，尽管如此其压力控制精度值只能达到±0.05N，无法满足更高的压力控制精度需求。并且在长时间的贴片过程中，卡扣件也会因自身磨损而导致压力控制精度降低，从而导致压力不均、焊点接触不充分等不良缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种晶圆贴片机构以及晶圆贴片装置，旨在实现避免因长期贴片而导致压力控制精度降低，同时能有效提高压力控制精度。

为实现上述目的，本发明提出一种晶圆贴片机构，应用于晶圆贴片装置；包括上下相对设置的第一顶压件以及第二顶压件，所述第一顶压件与所述第二顶压件之间设有间隙，所述间隙用于供晶圆与基材进行放置；其中所述第二顶压件用于与所述晶圆贴片装置固定连接；所述第一顶压件远离所述第二顶压件的一侧连接有顶压控制装置，在所述顶压控制装置的驱动作用下，所述第一顶压件朝所述第二顶压件发生靠近运动，以将所述晶圆与所述基材相互贴合；其中所述顶压控制装置采用充气式控制。

可选地，所述顶压控制装置包括壳体以及杆体，所述壳体的上侧部设有进气孔，所述进气孔用于连接供气装置，所述壳体的下侧部设有出气孔，所述壳体的内部设有第一通道；所述杆体的一端上下滑动连接于所述第一通道中，所述杆体的另一端与所述第一顶压件固定连接；所述杆体的内部设有第二通道，所述进气孔、所述第一通道、所述第二通道以及所述出气孔依次连通；在所述供气装置的充气驱动下，所述杆体沿所述第一通道发生滑动运动。

可选地，包括两个所述出气孔，两个所述出气孔对称设置在所述壳体的相对两侧；其中一所述出气孔连接调压装置，另一所述出气孔连接气压检测装置；所述气压检测装置与所述调压装置电性连接。

可选地，所述杆体的侧部设有限位槽，所述限位槽与所述第二通道相互连通；所述出气孔处密封连接有限位销，所述限位销的一端位于所述限位槽中，所述限位销的另一端连接有调压装置或所述气压检测装置，所述限位销的内部设有第三通道，所述第三通道的两端分别连通所述第二通道以及所述调压装置或所述气压检测装置。

可选地，所述出气孔位于靠近所述第二通道远离所述第一通道的端部位置。

可选地，所述第一顶压件以及所述第二顶压件均包括固定部以及加热部，所述加热部用于与所述晶圆或所述基材相互接触；所述加热部的内部设有加热装置，通过所述加热装置提高所述加热部的表面温度，从而将所述晶圆与所述基材进行热压固化连接。

可选地，所述加热部用于接触所述晶圆或所述基材的接触表面为平面结构，所述接触表面与所述加热部的侧表面采用倒角连接。

为实现上述目的，本发明提出一种晶圆贴片装置，包括上述的晶圆贴片机构。

可选地，包括上下设置的第一底板以及第二底板，所述第一顶压件安装在所述第一底板上，所述第二顶压件安装在所述第二底板上；所述第一底板连接有驱动装置，在所述驱动装置的驱动作用下，所述第一底板朝所述第二底板发生靠近运动。

可选地，包括若干所述晶圆贴片机构，若干所述晶圆贴片机构沿第一方向直线阵列分布；或者，若干所述晶圆贴片机构分别沿所述第一方向以及第二方向直线阵列分布，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过采用顶压控制装置驱动第一顶压件朝第二顶压件发生靠近运动，其中顶压控制装置采用充气式控制；区别背景技术中的卡扣式顶压控制模式，本发明采用充气式顶压控制模式，一方面可以针对不同晶圆的大小设置不同压力，不同压力设置下顶压控制装置会精准反馈不同气体气压值，这样在压力控制精度以及反馈时间方向均比卡扣式顶压控制模式更为贴合产品，在相关实验数据中，压力控制精度可达到±0.01N级别；另一方面长期使用也不会出现因卡扣件磨损等问题而引起的压力不均、焊点接触不充分等不良缺陷，并且还能实现减少更换卡扣件等操作，有效提升晶圆贴片机构的使用寿命，在相关实验数据中，贴片良品和效率方向能提升10％-12％。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明晶圆贴片机构一实施例的结构示意图；

图2为本发明晶圆贴片机构一实施例的内部结构示意图；

图3为本发明晶圆贴片机构一实施例中四种压力档时卡扣式与充气式顶压模式的机构压力对比图；

图4为本发明晶圆贴片机构一实施例中两种压力档时卡扣式与充气式顶压模式的机构压力控制稳定性(过程能力)对比图；

图5为本发明晶圆贴片装置一实施例中单列式贴片组的结构示意图；

图6为本发明晶圆贴片装置一实施例中单列式贴片组的成品示意图；

图7为本发明晶圆贴片装置一实施例中多列式贴片组的结构示意图；

图8为本发明晶圆贴片装置一实施例中多列式贴片组的成品示意图。

图中所标各部件的名称如下：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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，所描述的仅仅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做出创造性劳动的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，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

此外，需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本实施例公开了一种晶圆贴片机构1，参考附图，应用于晶圆贴片装置2；包括上下相对设置的第一顶压件3以及第二顶压件4，在本实施例中，第一顶压件3位于上方，第二顶压件4位于下方；第一顶压件3与第二顶压件4之间设有间隙，间隙用于供晶圆与基材进行放置；其中第二顶压件4通过固定座401与晶圆贴片装置2固定连接；第一顶压件3远离第二顶压件4的一侧连接有顶压控制装置5，在顶压控制装置5的驱动作用下，第一顶压件3朝第二顶压件4发生靠近运动，以将晶圆与基材相互贴合；其中顶压控制装置5采用充气式控制。

本实施例通过采用顶压控制装置5驱动第一顶压件3朝第二顶压件4发生靠近运动，其中顶压控制装置5采用充气式控制；区别背景技术中的卡扣式顶压控制模式，本实施例采用充气式顶压控制模式，一方面可以针对不同晶圆的大小设置不同压力，不同压力设置下顶压控制装置5会精准反馈不同气体气压值，这样在压力控制精度以及反馈时间方向均比卡扣式顶压控制模式更为贴合产品，在相关实验数据中，压力控制精度可达到±0.01N级别；另一方面即使长期使用也不会出现因卡扣件磨损等问题而引起的压力不均、焊点接触不充分等不良缺陷，并且还能实现减少更换卡扣件等操作，有效提升晶圆贴片机构1的使用寿命，在相关实验数据中，贴片良品和效率方向能提升10％-12％。并且的，充气式设计在贴片后位置接触更为平缓，让接触瞬间不会让瞬间张力过大，所以能有效减少晶圆裂片的发生。

下面针对卡扣式和充气器两种控制模式专门做了压力控制分布分析与压力控制过程能力分析，详细如图3-4，结果显示：(1)对比四种类型的压力模式下两种机构的压力控制分布，这也是满足绝大多数半导体类晶元贴片的需求。有小档-1.2N，常规档-2.5N，中高档-5.0N，高档-8.0N；(2)由图3可知：在小档与常规档压力模式下，充气顶压模式的贴片机构压力分布明显比卡扣顶压模式机构更为集中，更稳定，中高档与高档时差异不明显，说明两种模式的压力控制均能有效达贴片的功能，但对小型晶圆(<500um*500um)等而言，充气式压力贴片更稳有效和稳定；(3)由图4可知：选小档与中高档压力时的运行对比，两种模式在压力控制方面均能达标，压力的过程能力控制上CP(无偏情形下的过程能力指数)及Cpk(有偏情形下的过程能力指数)均大于1.33，说明两种模式均为有效的机构，但同时也发现，小档时充气式压力控制稳定性明显优于卡扣式，这样也进一步说明在小晶元类的贴片采用充气式更有效。

作为上述实施例的优选方案，顶压控制装置5包括壳体6以及杆体7，壳体6的上侧部设有进气孔601，进气孔601用于连接供气装置(附图未示出)，壳体6的下侧部设有出气孔602，壳体6的内部设有第一通道603；杆体7的一端上下滑动连接于第一通道603中，杆体7的另一端与第一顶压件3固定连接；杆体7的内部设有第二通道701，进气孔601、第一通道603、第二通道701以及出气孔602依次连通；在供气装置的充气驱动下，杆体7沿第一通道603发生滑动运动。如此设置，通过供气装置向进气孔601注入气体，其气体依次通过第一通道603以及第二通道701，期间气体会带动杆体7沿第一通道603发生滑动运动，即驱使第一顶压件3朝第二顶压件4发生靠近运动，以将晶圆与基材相互贴合。当驱动压力值达到预设值后，额外的气体从出气孔602排出，从而使第一通道603以及第二通道701中的气体量保持在一定范围，即确保压力值保持在一定预设值，从而达到控制压力精度的目的。要说明的一点是，为了确保本实施例的顺利实施，杆体7的外侧表面与第一通道603的内侧表面之间应为贴合连接或设置防泄气结构，以避免气体从杆体7与第一通道603之间的间隙排出，从而影响压力控制的精准度。

进一步的，包括两个出气孔602，两个出气孔602对称设置在壳体6的相对两侧；其中一出气孔602连接调压装置8，另一出气孔602连接气压检测装置9；气压检测装置9与调压装置8电性连接。如此设置，通过一侧的气压检测装置9检测第一通道603以及第二通道701内部的气体的实际气压值，并根据实际气压值与预设气压值的差值控制调压装置8进行调压作业，以确保其内部的气体的实际气压值近乎等于预设气压值，从而实现控制压力精度的目的。其中调压装置8在软件上能设置电压模拟量，通过软件设置和每组机构张力的校准，可以预先设置优化基准曲线，让压力更稳定，有效减少贴片脱落的异常；同时，在每个贴片机构中也配套压力校正设置曲线和压力极限报警限度，让贴片压力控制更稳定。

进一步的，杆体7的侧部设有限位槽702，限位槽702与第二通道701相互连通；出气孔602处密封连接有限位销10，限位销10的一端位于限位槽702中，限位销10的另一端连接有调压装置8或气压检测装置9，限位销10的内部设有第三通道1001，第三通道1001的两端分别连通第二通道701以及调压装置8或气压检测装置9。如此设置，通过限位销10与限位槽702的配合作用，实现杆体7与壳体6之间的上下限位，避免在非作业期间或者充气作用下杆体7与壳体6相互分离。同时在限位销10的内部设置第三通道1001，利用第三通道1001分别连接调压装置8以及气压检测装置9，在避免杆体7与壳体6相互分离的同时，确保本申请技术方案的顺利实施。在本实施例中，调压装置8可选择为电磁气阀，通过调节电磁气阀的开度大小以对气体进行定量排气，从而达到调节第一通道603以及第二通道701的内部气体量值的目的。要说明的是，由于晶圆属于小型精密零件，对杆体7活动空间需求量相对较小；因此在实际使用中，杆体7只需在限位槽702所限制的范围内活动即可满足对晶圆与基材之间的贴片需求。

进一步的，出气孔602位于靠近第二通道701远离第一通道603的端部位置。如此设置，将出气孔602设置在靠近第二通道701远离第一通道603的端部位置，即第二通道701靠近第一顶压件3的端部位置，此时对第二通道701内气体压力值的控制点距离其目标作用点(第一顶压件3)的距离最近，使得对气压-压力值的反馈数值能够更近似于第一顶压件3对晶圆/基材的压力值数据，从而进一步提高压力控制的精准度。

作为上述实施例的优选方案，第一顶压件3以及第二顶压件4均包括固定部301以及加热部302，加热部302用于与晶圆或基材相互接触；加热部302的内部设有加热装置(附图未示出)，通过加热装置提高加热部302的表面温度，从而将晶圆与基材进行热压固化连接。如此设置，通过加热装置对加热部302进行加热处理，从而在对晶圆与基材贴合的过程中进行热压固化，保证晶圆与基材之间的有效连接，结构简单实用性强。在本实施例中，加热装置可选择为热电偶。

进一步的，加热部302用于接触晶圆或基材的接触表面3021为平面结构，接触表面3021与加热部302的侧表面采用倒角连接。如此设置，将接触表面3021设置为平面结构，以提高接触表面3021与晶圆/基材之间平面贴合度，保证所施与的压力均匀。同时，将接触表面3021与加热部302的侧表面采用倒角连接，由于倒角连接只需占用接触表面3021的少量边缘区域，从而变相增大接触表面3021的接触面积，使得接触表面3021能够充分与晶圆/基材相互接触，不留有未接触区域，从而提高压力施于均匀度；在此基础上，对压力控制的精准度得到进一步加强，使其能够适用于晶圆/基材厚度更薄的产品，为企业的产品轻薄化生产提供技术基础。

本实施例还公开一种晶圆贴片装置2，包括上述实施例的晶圆贴片机构1。由于本晶圆贴片装置2采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

具体的，晶圆贴片装置2包括上下设置的第一底板201以及第二底板202，第一顶压件3安装在第一底板201上，第二顶压件4安装在第二底板202上；第一底板201连接有驱动装置203，在驱动装置203的驱动作用下，第一底板201朝第二底板202发生靠近运动。在本实施例中，驱动装置203可选择为液压驱动装置。

下面结合上述实施例，对晶圆贴片加工过程进行详细说明，包括如下步骤：步骤①：通过供气装置向顶压控制装置5注入一定气体，使其内部存在一定气压值，此时限位销10抵接限位槽702的上端位置；步骤②：将晶圆与基材拉料放置至第一顶压件3与第二顶压件4之间并进行定位，且基材位于第二顶压件4的上表面；步骤③：开启驱动装置203，利用驱动装置203带动第一底板201向下运动，运动至第一顶压件3与晶圆相互接触为止；期间由于第一顶压件3受到晶圆的反作用力从而带动杆体7向上运动，此时限位销10位于限位槽702的中部位置；步骤④：针对晶圆与基材之间的所需压力值大小设置预设气压值，通过气压检测装置9实时检测顶压控制装置5内部的气体实际气压值，并据实际气压值与预设气压值的差值控制调压装置8进行调压作业，以确保其内部的气体的实际气压值近乎等于预设气压值，从而对晶圆与基材提供预设的所需压力值；步骤⑤：在保持第一顶压件3与第二顶压件4之间一定压力值的基础上，启动加热装置对加热部302进行加热升温，从而对晶圆与基材贴合的过程中进行热压固化，实现晶圆与基材之间的有效连接；步骤⑥：启动驱动装置203对第一底板201进行复位，解除第一顶压件3与第二顶压件4对晶圆与基材的顶压，随后再进行一次拉料，周期性重复上述拉料-定位-下压-贴片-压制-抬起-拉料的过程。

其中，晶圆贴片机构1设有若干个，若干晶圆贴片机构1沿第一方向直线阵列分布，从而形成单列式贴片组，如附图5-6所示。如此设置，为了满足不同产品需求，同时为了定位清晰，所以在初期都是采用简单的单列式贴片组进行晶圆贴片加工。另外由于多个机构中热电偶是单独安装，是分别控制，所以可以根据不同的需求设计，多个贴片平面温度一致或者不同的梯度，以便满足不同晶圆11与基材12封装工艺的需要。再次，本机构实际温度控制能够达0.2精度级别，热压的有效接触控制时间也能由1s到20s的区分控制，让贴片热压的工艺更具广泛契合的条件。

或者，若干晶圆贴片机构1分别沿第一方向以及第二方向直线阵列分布，第一方向与第二方向相互垂直，从而形成多列式贴片组或者圆弧式贴片组，如附图7-8所示。

如此设置，

对于多列式贴片组，基本功能和步骤与单列式控制一致，一样能够完成不同材质基材12的贴片需求，主要区分在于，多列式一般是针对宽幅基材，对多列矩形产品同时贴片，这样能有效提升产能，同时多列贴片的难点在于协同运作，所以对于基材12定位与控制精度更为严格。组合式小型压力控制机构能依需求设计成多种组合方阵，这样在协同运行时才能提升效率，而常用的贴片方阵组有3列式3*30pcs，3*50pcs，3*80pcs，3*100pcs等，同时也有4列式，6列式等，依据不同宽度的窄带需求选择使用。多列式宽幅贴片机组的运行给产能带来质的提升，这样实际产能也能提升到2W，3W甚至有5W UPH的成品。

对于圆弧式贴片组，即相当于将多列式贴片组中的部分关闭，使其各组贴片组之间形成类似于圆弧式形状。依据不同需求定制贴片组模式，主要功能与运行模式与前两种类似，主要区别在于，可以让不用类似两种宽幅的基材同时运作，满足同时贴片不同IC的需求，同时上半区与下半区在运行时可以同步也可以异步，这样的圆弧式贴片组设计可以让产品实现贴片更广泛。

需要说明的是，本发明公开的晶圆贴片机构以及晶圆贴片装置的其它内容为现有技术，在此不再赘述。

以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种晶圆贴片机构，应用于晶圆贴片装置；其特征在于，包括上下相对设置的第一顶压件以及第二顶压件，所述第一顶压件与所述第二顶压件之间设有间隙，所述间隙用于供晶圆与基材进行放置；其中所述第二顶压件用于与所述晶圆贴片装置固定连接；所述第一顶压件远离所述第二顶压件的一侧连接有顶压控制装置，在所述顶压控制装置的驱动作用下，所述第一顶压件朝所述第二顶压件发生靠近运动，以将所述晶圆与所述基材相互贴合；其中所述顶压控制装置采用充气式控制；

其中，所述顶压控制装置包括壳体以及杆体，所述壳体的上侧部设有进气孔，所述进气孔用于连接供气装置，所述壳体的下侧部设有出气孔，所述壳体的内部设有第一通道；所述杆体的一端上下滑动连接于所述第一通道中，所述杆体的另一端与所述第一顶压件固定连接；所述杆体的内部设有第二通道，所述进气孔、所述第一通道、所述第二通道以及所述出气孔依次连通；在所述供气装置的充气驱动下，所述杆体沿所述第一通道发生滑动运动；

包括两个所述出气孔，两个所述出气孔对称设置在所述壳体的相对两侧；其中一所述出气孔连接调压装置，另一所述出气孔连接气压检测装置；所述气压检测装置与所述调压装置电性连接；所述出气孔位于靠近所述第二通道远离所述第一通道的端部位置；

所述杆体的侧部设有限位槽，所述限位槽与所述第二通道相互连通；所述出气孔处密封连接有限位销，所述限位销的一端位于所述限位槽中，所述限位销的另一端连接有调压装置或所述气压检测装置，所述限位销的内部设有第三通道，所述第三通道的两端分别连通所述第二通道以及所述调压装置或所述气压检测装置。

2.根据权利要求1所述的晶圆贴片机构，其特征在于：所述第一顶压件以及所述第二顶压件均包括固定部以及加热部，所述加热部用于与所述晶圆或所述基材相互接触；所述加热部的内部设有加热装置，通过所述加热装置提高所述加热部的表面温度，从而将所述晶圆与所述基材进行热压固化连接。

3.根据权利要求2所述的晶圆贴片机构，其特征在于：所述加热部用于接触所述晶圆或所述基材的接触表面为平面结构，所述接触表面与所述加热部的侧表面采用倒角连接。

4.一种晶圆贴片装置，其特征在于：包括如权利要求1-3任一项所述的晶圆贴片机构。

5.根据权利要求4所述的晶圆贴片装置，其特征在于：包括上下设置的第一底板以及第二底板，所述第一顶压件安装在所述第一底板上，所述第二顶压件安装在所述第二底板上；所述第一底板连接有驱动装置，在所述驱动装置的驱动作用下，所述第一底板朝所述第二底板发生靠近运动。

6.根据权利要求4所述的晶圆贴片装置，其特征在于：包括若干所述晶圆贴片机构，若干所述晶圆贴片机构沿第一方向直线阵列分布；或者，若干所述晶圆贴片机构分别沿所述第一方向以及第二方向直线阵列分布，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。