CN117497425A - 一种半导体加工用高精度共晶设备及其共晶加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体加工用高精度共晶设备及其共晶加工方法，具体涉及半导体加工领域，该半导体加工用高精度共晶设备，包括固晶焊头组和真空共晶器，真空共晶器安装在固晶焊头组上，真空共晶器的内部设有固晶座和顶板，顶板下方设有压板，压板的底部安装有晶粒板，固晶座内设置有基板，晶粒板上设有晶粒，晶粒与基板上的焊接点位之间设置有接触镀材和金属焊材；固晶座的内部边缘与基板之间形成有设有抽气缝，固晶座的底部开设有通孔；固晶座内壁对应基板上边缘位置的焊接点位的位置处设置有顶块组件，顶块组件包括活动顶块。本发明有效防止位于边缘的接触镀材及金属焊材在熔化后溢流至抽气缝内部。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，更具体地说，本发明涉及一种半导体加工用高精度共晶设备及其共晶加工方法。
背景技术
共晶设备加工半导体时，需要将芯片晶粒焊接在散热基板上，然后把整件晶粒连同散热基板再焊接于封装器件上，以增强器件散热能力。
共晶焊接时，晶粒底部采用纯锡或锡金等合金作为接触镀层，晶粒放置在散热基板上，采用定位座对晶粒和散热基板进行定位，将该定位座放入真空共晶炉中，为了降低气体和杂质的含量，需要对容器进行抽真空，有助于减少氧化和杂质对共晶材料的影响，再将散热基板加热至适合的共晶温度，使金、银或铅元素渗透到金锡合金层，令晶粒通过接触镀层焊接在镀有金、银或铅的散热基板上。
为了避免散热基板上存积气体而形成空洞，排出散热基板处的气体，会在定位座底部开设连通散热基板的通孔，同时在散热基板与炉壁之间留置边缘缝隙，抽真空时，散热基板处的气体通过该边缘缝隙及通孔与外部连通，进行快速抽真空，由于在排出气体过程中，需晶粒与散热基板紧密贴合，防止晶粒偏移散热基板上的焊接点，因此需要顶板下压晶粒进行定位，而在压紧作用力下，在共晶加热时，位于边缘的熔融液态焊接材料会向边缘缝隙溢出，影响焊接质量。
发明内容
本发明提供的一种半导体加工用高精度共晶设备及其共晶加工方法，所要解决的问题是：现有的半导体加工用高精度共晶设备，在焊接时位于边缘的熔融液态材料会向边缘缝隙溢出。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体加工用高精度共晶设备，包括固晶焊头组和真空共晶器，真空共晶器安装在固晶焊头组上，真空共晶器的内部设有固晶座和顶板，顶板下方设有压板，压板的底部安装有晶粒板，固晶座内设置有基板，晶粒板上设有晶粒，晶粒与基板上的焊接点位之间设置有接触镀材和金属焊材；固晶座的内部边缘与基板之间形成有设有抽气缝，固晶座的底部开设有通孔；固晶座内壁对应基板上边缘位置的焊接点位的位置处设置有顶块组件，顶块组件包括活动顶块，活动顶块滑动安装在固晶座的内壁中，抽真空完毕后，活动顶块滑动至基板边缘与基板贴合。
在一个优选的实施方式中，固晶座的内部开设有气腔和顶块槽，且顶块槽设于气腔靠近抽气缝的一侧，固晶座的底部开设有连孔，气腔与连孔之间连通。
在一个优选的实施方式中，顶块组件还包括活塞片，活塞片固定设于活动顶块的一端，活塞片滑动设于气腔的内部，活动顶块滑动设于顶块槽的内部，活动顶块靠近抽气缝的一侧设有挡片和适配槽，适配槽的形状与基板的边缘形状相适配，气腔的内部填充有气体。
在一个优选的实施方式中，气腔靠近抽气缝的一侧固定设有缓冲片，且缓冲片弹性构件。
在一个优选的实施方式中，固晶座的顶部开设有定位孔，顶板底部对应定位孔的位置设有定位柱，定位柱活动设于定位孔的内部。
在一个优选的实施方式中，定位孔与气腔之间设有锁定槽，锁定槽的内部安装有锁定组件，锁定组件包括活塞柱、接触块一和接触块二，接触块一固定设于活塞柱的一端，接触块二固定安装在定位柱底部，接触块一与接触块二之间相互滑动接触，且接触块一与接触块二的接触面为弧形面。
在一个优选的实施方式中，活塞柱的外部套设有活塞缸，且活塞缸安装于气腔的内部，活塞缸靠近接触块一的一端设有密封轴套，气腔内部气体膨胀进入活塞缸的内部，通过活塞柱带动接触块一伸出锁定槽外部。
在一个优选的实施方式中，固晶座的底部开设有导热片槽，导热片槽的内部安装有导热组件，导热组件包括外导热片、中导热片和内导热片，中导热片固定设于外导热片与内导热片之间，外导热片设于导热片槽的内部，内导热片设于气腔的内部远离缓冲片的一侧，且内导热片用于加热气腔内部气体。
在一个优选的实施方式中，抽气缝的内部设有垫板，垫板包括竖板和横板，且竖板与横板之间垂直固定连接。
本发明还提供了一种半导体加工用高精度共晶设备的共晶加工方法，具体包括如下操作步骤：
S1：使用粘胶将晶粒粘在晶粒板上，晶粒的位置与金属焊材相对应，将压板盖在基板上，使晶粒与对应的金属焊材通过接触镀材接触，将压板和基板放入固晶座的内部，顶板盖在固晶座上方，定位柱进入定位孔的内部，可组成加工组件，将加工组件放入真空共晶器内部。
S2：通过竖板和横板分别支撑在固晶座的侧面和底部，在固晶座的侧面形成抽气缝，在固晶座的底部形成连通缝，在真空共晶器内部抽真空时，可通过抽气缝、连通缝及通孔，可快速对压板与基板之间进行抽真空。
S3：抽真空时，在气腔的内部，通过连孔抽取活塞片靠近抽气缝一侧的气体，使活塞片带动活动顶块向抽气缝内部移动，直至适配槽被基板的边缘限位，此时活动顶块位于基板侧边的上方，加热升温后，接触镀材与金属焊材熔化结合，适配槽阻挡在位于边缘的金属焊材外侧，降温后接触镀材与金属焊材固化形成焊层，可将晶粒焊在基板上。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过连孔抽取活塞片靠近抽气缝一侧的气体，使活塞片带动活动顶块向抽气缝内部移动，直至适配槽被基板的边缘限位，此时活动顶块位于基板侧边的上方，加热机构工作进行加热升温后，接触镀材与金属焊材熔化结合，适配槽阻挡在位于边缘的金属焊材外侧，有效防止位于边缘的接触镀材及金属焊材在熔化后溢流至抽气缝内部。
2、本发明通过在活塞片与锁定槽之间的气腔内部气体膨胀时，可使气体进入活塞缸内部，从而推动T形的活塞柱，使接触块一伸出至定位孔内，并通过滑动接触移动至接触块二上方，对接触块二进行限位，从而将定位柱锁定在定位孔内，在接触镀材与金属焊材熔化时，弧形的接触面可逐渐带动压板向下靠近基板，使晶粒竖直向下贴合在基板上，避免晶粒因竖向压力小而向一侧倾斜。
3、本发明通过在加热升温时，中导热片向内导热片传递外导热片的温度，内导热片加热活塞片与锁定槽之间的气腔内部气体，使该处气体快速膨胀并向两侧推动活塞片及活塞柱。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的固晶座剖面结构示意图。
图3为本发明的气腔剖面结构示意图。
图4为本发明的压板结构示意图。
图5为本发明的垫板结构示意图。
图6为本发明的顶块组件结构示意图。
图7为本发明图2的A处结构放大示意图。
图8为本发明的锁定组件结构示意图。
图9为本发明的导热组件结构示意图。
图10为本发明的方法流程示意图。
图11为现有技术结构示意图。
图12为图11的B处结构放大示意图。
附图标记为：1、固晶焊头组；11、真空共晶器；2、固晶座；21、抽气缝；22、通孔；23、气腔；24、缓冲片；25、定位孔；26、锁定槽；27、顶块槽；28、连孔；29、导热片槽；3、顶板；31、定位柱；4、压板；41、晶粒板；42、晶粒；43、接触镀材；44、基板；45、金属焊材；5、垫板；51、竖板；52、横板；6、顶块组件；61、活塞片；62、活动顶块；63、挡片；64、适配槽；7、锁定组件；71、活塞缸；72、密封轴套；73、活塞柱；74、接触块一；75、接触块二；8、导热组件；81、外导热片；82、中导热片；83、内导热片。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
参照说明书附图1-图12，一种半导体加工用高精度共晶设备及其共晶加工方法，包括固晶焊头组1和真空共晶器11，真空共晶器11安装在固晶焊头组1上，真空共晶器11的内部设有固晶座2和顶板3，顶板3下方设有压板4，压板4的底部安装有晶粒板41，固晶座2内设置有基板44，晶粒板41上设有晶粒42，晶粒42与基板44上的焊接点位之间设置有接触镀材43和金属焊材45；固晶座2的内部边缘与基板44之间形成有设有抽气缝21，固晶座2的底部开设有通孔22；固晶座2内壁对应基板44上边缘位置的焊接点位的位置处设置有顶块组件6，顶块组件6包括活动顶块62，活动顶块62滑动安装在固晶座2的内壁中，抽真空完毕后，活动顶块62滑动至基板44边缘与基板44贴合。
在本实施例中，实施场景具体为：使用粘胶将多组晶粒42粘在晶粒板41上，晶粒42的位置与金属焊材45相对应，将压板4盖在基板44上，使晶粒42与对应的金属焊材45通过接触镀材43接触，将压板4和基板44放入固晶座2的内部，顶板3盖在固晶座2上方，定位柱31进入定位孔25的内部，可组成加工组件，固晶焊头组1包括用于放置及取出加工组件，通过固晶焊头组1将加工组件放入真空共晶器11内部，真空共晶器11内设有抽真空机构及加热机构，通过垫板5的支撑，在固晶座2的侧面形成抽气缝21，在固晶座2的底部形成连通缝，抽真空机构在真空共晶器11内部抽真空时，可通过抽气缝21、连通缝及通孔22，可快速对压板4与基板44之间进行抽真空，抽真空时，在气腔23的内部，活塞片61远离活动顶块62一侧的气压大于活塞片61另一侧的气压，通过连孔28抽取活塞片61靠近抽气缝21一侧的气体，使活塞片61带动活动顶块62向抽气缝21内部移动，直至适配槽64被基板44的边缘限位，此时活动顶块62位于基板44侧边的上方，加热机构工作进行加热升温后，接触镀材43与金属焊材45熔化结合，适配槽64阻挡在位于边缘的金属焊材45外侧，有效防止位于边缘的接触镀材43及金属焊材45在熔化后溢流至抽气缝21内部，降温后接触镀材43与金属焊材45固化形成焊层，从而将晶粒42焊在基板44上，加工完成后，从真空共晶器11内取出加工组件，冷却放置一段时间后，晶粒板41上粘胶的粘接强度小于焊接强度，而后即可直接取下压板4。
固晶座2的内部开设有气腔23和顶块槽27，且顶块槽27设于气腔23靠近抽气缝21的一侧，固晶座2的底部开设有连孔28，气腔23与连孔28之间连通。
需要说明的是，通孔22进行抽真空时，通过连孔28抽出气腔23一侧的空气，在气腔23的内部，使活塞片61远离活动顶块62一侧的气压大于活塞片61另一侧的气压，而在常规状态下，活动顶块62位于顶块槽27内。
顶块组件6还包括活塞片61，活塞片61固定设于活动顶块62的一端，活塞片61滑动设于气腔23的内部，活动顶块62滑动设于顶块槽27的内部，活动顶块62靠近抽气缝21的一侧设有挡片63和适配槽64，适配槽64的形状与基板44的边缘形状相适配，气腔23的内部填充有气体。
需要说明的是，气腔23与活塞片61组成简单的气缸结构，通过增加气腔23气压，使活塞片61向一端移动，活动顶块62移动至基板44上时，挡片63靠近边缘的接触镀材43与金属焊材45，起到阻挡的作用，适配槽64的形状适配基板44的边缘形状，使活动顶块62与基板44紧密贴合。
气腔23靠近抽气缝21的一侧固定设有缓冲片24，且缓冲片24弹性构件，而为了能够承受共晶加热的高温，缓冲片24优选金属弹簧或者簧片结构。
需要说明的是，当活塞片61在气腔23内部移动至最边侧时，缓冲片24对活塞片61进行弹性缓冲，防止活动顶块62大力撞击基板44的边缘。
固晶座2的顶部开设有定位孔25，顶板3底部对应定位孔25的位置设有定位柱31，定位柱31活动设于定位孔25的内部。
需要说明的是，定位孔25和定位柱31为常见的导向定位组件，使固晶座2与顶板3准确合并，如附图8，定位孔25还用于固定接触块二75，起到锁定的作用。
定位孔25与气腔23之间设有锁定槽26，锁定槽26的内部安装有锁定组件7，锁定组件7包括活塞柱73、接触块一74和接触块二75，接触块一74固定设于活塞柱73的一端，接触块二75固定安装在定位柱31底部，接触块一74与接触块二75之间相互滑动接触，且接触块一74与接触块二75的接触面为弧形面。
需要说明的是，加工前接触块二75先进入定位孔25内部，加工时接触块一74伸出并从上方对接触块二75进行锁定，接触块一74与接触块二75的弧形面结构便于滑动连接。
活塞柱73的外部套设有活塞缸71，且活塞缸71安装于气腔23的内部，活塞缸71靠近接触块一74的一端设有密封轴套72，气腔23内部气体膨胀进入活塞缸71的内部，通过活塞柱73带动接触块一74伸出锁定槽26外部。
在本实施例中，实施场景具体为：当活塞片61与锁定槽26之间的气腔23内部气体膨胀时，可使气体进入活塞缸71内部，从而推动T形的活塞柱73，使接触块一74伸出至定位孔25内，并通过滑动接触移动至接触块二75上方，对接触块二75进行限位，从而将定位柱31锁定在定位孔25内，在接触镀材43与金属焊材45熔化时，弧形的接触面可逐渐带动压板4向下靠近基板44，使晶粒42竖直向下贴合在基板44上，避免晶粒42因竖向压力小而向一侧倾斜。
固晶座2的底部开设有导热片槽29，导热片槽29的内部安装有导热组件8，导热组件8包括外导热片81、中导热片82和内导热片83，中导热片82固定设于外导热片81与内导热片83之间，外导热片81设于导热片槽29的内部，内导热片83设于气腔23的内部远离缓冲片24的一侧，且内导热片83用于加热气腔23内部气体。
在本实施例中，实施场景具体为：在加热升温时，中导热片82向内导热片83传递外导热片81的温度，内导热片83加热活塞片61与锁定槽26之间的气腔23内部气体，使该处气体快速膨胀并向两侧推动活塞片61及活塞柱73。
抽气缝21的内部设有垫板5，垫板5包括竖板51和横板52，且竖板51与横板52之间垂直固定连接。
需要说明的是，通过竖板51和横板52分别支撑在固晶座2的侧面和底部，在固晶座2的侧面形成抽气缝21，在固晶座2的底部形成连通缝。
本发明还提供了一种半导体加工用高精度共晶设备的共晶加工方法，具体包括如下操作步骤：
S1：使用粘胶将晶粒42粘在晶粒板41上，晶粒42的位置与金属焊材45相对应，将压板4盖在基板44上，使晶粒42与对应的金属焊材45通过接触镀材43接触，将压板4和基板44放入固晶座2的内部，顶板3盖在固晶座2上方，定位柱31进入定位孔25的内部，可组成加工组件，将加工组件放入真空共晶器11内部。
S2：通过竖板51和横板52分别支撑在固晶座2的侧面和底部，在固晶座2的侧面形成抽气缝21，在固晶座2的底部形成连通缝，在真空共晶器11内部抽真空时，可通过抽气缝21、连通缝及通孔22，可快速对压板4与基板44之间进行抽真空。
S3：抽真空时，在气腔23的内部，通过连孔28抽取活塞片61靠近抽气缝21一侧的气体，使活塞片61带动活动顶块62向抽气缝21内部移动，直至适配槽64被基板44的边缘限位，此时活动顶块62位于基板44侧边的上方，加热升温后，接触镀材43与金属焊材45熔化结合，适配槽64阻挡在位于边缘的金属焊材45外侧，降温后接触镀材43与金属焊材45固化形成焊层，可将晶粒42焊在基板44上。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种半导体加工用高精度共晶设备，包括固晶焊头组（1）和真空共晶器（11），所述真空共晶器（11）安装在固晶焊头组（1）上，所述真空共晶器（11）的内部设有固晶座（2）和顶板（3），其特征在于：所述顶板（3）下方设有压板（4），所述压板（4）的底部安装有晶粒板（41），所述固晶座（2）内设置有基板（44），所述晶粒板（41）上设有晶粒（42），所述晶粒（42）与基板（44）上的焊接点位之间设置有接触镀材（43）和金属焊材（45）；
所述固晶座（2）的内部边缘与基板（44）之间形成有设有抽气缝（21），所述固晶座（2）的底部开设有通孔（22）；
所述固晶座（2）内壁对应基板（44）上边缘位置的焊接点位的位置处设置有顶块组件（6），所述顶块组件（6）包括活动顶块（62），所述活动顶块（62）滑动安装在固晶座（2）的内壁中，抽真空完毕后，所述活动顶块（62）滑动至基板（44）边缘与基板（44）贴合。
2.根据权利要求1所述的一种半导体加工用高精度共晶设备，其特征在于：所述固晶座（2）的内部开设有气腔（23）和顶块槽（27），且顶块槽（27）设于气腔（23）靠近抽气缝（21）的一侧，所述固晶座（2）的底部开设有连孔（28），所述气腔（23）与连孔（28）之间连通。
3.根据权利要求2所述的一种半导体加工用高精度共晶设备，其特征在于：所述顶块组件（6）还包括活塞片（61），所述活塞片（61）固定设于活动顶块（62）的一端，所述活塞片（61）滑动设于气腔（23）的内部，所述活动顶块（62）滑动设于顶块槽（27）的内部，所述活动顶块（62）靠近抽气缝（21）的一侧设有挡片（63）和适配槽（64），所述适配槽（64）的形状与基板（44）的边缘形状相适配，所述气腔（23）的内部填充有气体。
4.根据权利要求3所述的一种半导体加工用高精度共晶设备，其特征在于：所述气腔（23）靠近抽气缝（21）的一侧固定设有缓冲片（24），且缓冲片（24）弹性构件。
5.根据权利要求4所述的一种半导体加工用高精度共晶设备，其特征在于：所述固晶座（2）的顶部开设有定位孔（25），所述顶板（3）底部对应定位孔（25）的位置设有定位柱（31），所述定位柱（31）活动设于定位孔（25）的内部。
6.根据权利要求5所述的一种半导体加工用高精度共晶设备，其特征在于：所述定位孔（25）与气腔（23）之间设有锁定槽（26），所述锁定槽（26）的内部安装有锁定组件（7），所述锁定组件（7）包括活塞柱（73）、接触块一（74）和接触块二（75），所述接触块一（74）固定设于活塞柱（73）的一端，所述接触块二（75）固定安装在定位柱（31）底部，所述接触块一（74）与接触块二（75）之间相互滑动接触，且接触块一（74）与接触块二（75）的接触面为弧形面。
7.根据权利要求6所述的一种半导体加工用高精度共晶设备，其特征在于：所述活塞柱（73）的外部套设有活塞缸（71），且活塞缸（71）安装于气腔（23）的内部，所述活塞缸（71）靠近接触块一（74）的一端设有密封轴套（72），所述气腔（23）内部气体膨胀进入活塞缸（71）的内部，通过所述活塞柱（73）带动接触块一（74）伸出锁定槽（26）外部。
8.根据权利要求7所述的一种半导体加工用高精度共晶设备，其特征在于：所述固晶座（2）的底部开设有导热片槽（29），所述导热片槽（29）的内部安装有导热组件（8），所述导热组件（8）包括外导热片（81）、中导热片（82）和内导热片（83），所述中导热片（82）固定设于外导热片（81）与内导热片（83）之间，所述外导热片（81）设于导热片槽（29）的内部，所述内导热片（83）设于气腔（23）的内部远离缓冲片（24）的一侧，且内导热片（83）用于加热气腔（23）内部气体。
9.根据权利要求8所述的一种半导体加工用高精度共晶设备，其特征在于：所述抽气缝（21）的内部设有垫板（5），所述垫板（5）包括竖板（51）和横板（52），且竖板（51）与横板（52）之间垂直固定连接。
10.一种如权利要求9所述半导体加工用高精度共晶设备的共晶加工方法，其特征在于，具体包括如下操作步骤：
S1：使用粘胶将晶粒（42）粘在晶粒板（41）上，晶粒（42）的位置与金属焊材（45）相对应，将压板（4）盖在基板（44）上，使晶粒（42）与对应的金属焊材（45）通过接触镀材（43）接触，将压板（4）和基板（44）放入固晶座（2）的内部，顶板（3）盖在固晶座（2）上方，定位柱（31）进入定位孔（25）的内部，组成加工组件，将加工组件放入真空共晶器（11）内部；
S2：通过竖板（51）和横板（52）分别支撑在固晶座（2）的侧面和底部，在固晶座（2）的侧面形成抽气缝（21），在固晶座（2）的底部形成连通缝，在真空共晶器（11）内部抽真空时，通过抽气缝（21）、连通缝及通孔（22），对压板（4）与基板（44）之间进行抽真空；
S3：抽真空时，在气腔（23）的内部，通过连孔（28）抽取活塞片（61）靠近抽气缝（21）一侧的气体，使活塞片（61）带动活动顶块（62）向抽气缝（21）内部移动，直至适配槽（64）被基板（44）的边缘限位，此时活动顶块（62）位于基板（44）侧边的上方，加热升温后，接触镀材（43）与金属焊材（45）熔化结合，适配槽（64）阻挡在位于边缘的金属焊材（45）外侧，降温后接触镀材（43）与金属焊材（45）固化形成焊层，将晶粒（42）焊在基板（44）上。
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