CN218517921U - 一种载体及焊接系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于半导体产品制程能量穿透性的载体及焊接系统。载体具有第一面以及与第一面相对并用于承载产品的第二面，第一面处设置有能量阻挡层，第一面处还设置有由能量阻挡层定义的第一开口，第一开口为能量提供部分地穿过载体的路径以局部加热产品。通过上述载体至少能够实现高精度加热。

Description

一种载体及焊接系统

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，更具体的，涉及应用于半导体产品制程具有能量穿透性的载体及焊接系统。

背景技术

在一些半导体产品中，例如在硅光电产品中，光的传递扮演着重要角色，特别是光源是否能有效的进入产品中。因此产品的设计上需额外注意光对准与光路径的问题。现行产品使用的光源一般为激光，并借由高精度(<1～3μm)的焊接系统来达到精准对位。然而，随着产品需求的厚度降低(<100μm)，皆须伴随着载体(carrier)一同进行封装制程，然而载体在封装制程中的影响却相当严重。

参考图1A所示，在目前激光焊接(Lasersoldering)制程中，会将激光源12和硅晶圆10设置在载体(如玻璃载体)20的相对两侧，并且在硅晶圆10的UBM(UnderBumpMetallurgy，凸块下金属)15和焊料16上设置元件30(如激光二极管)，硅晶圆10上的焊球(如C4凸块)18由胶层22包覆。由激光源12发出的激光从载体20的一侧往硅晶圆10照射，使激光的能量聚集于焊料16并使其熔融，从而让元件30与UBM15焊接接合在一起。目前，当将景深(DoF，DepthofField)调整至刚好时，无法同时达到激光焊接效果，所以现今所使用的激光光点尺寸无法再缩小。在图1A中，虚线区域A1表示激光光点尺寸对应的区域。故须在过焦情况下进行焊接，但过焦情况下激光的热影响区域将变大。在图1A中，虚线区域A2表示激光的热量影响区域。此外，在图1B中，区域A3表示在俯视图中的激光光点，区域A4表示激光的热量影响区域，区域A3可以是250μm×1000μm的矩形，而区域A4可以是长轴约为2900μm、短轴约为2700μm的椭圆形。另外，由于激光穿过连接载体20和胶层22会让胶层22因受热裂解而产生气泡40。激光光点面积过大使得激光光点外围的能量影响到焊球18使其熔融，此时再受到气泡40挤压会导致焊球18变形。

实用新型内容

针对以上问题，本申请提出一种应用于半导体产品制程具有能量穿透性的载体及焊接系统，至少能够克服能量影响区域过大的问题，实现高精度加热。

本申请的技术方案是这样实现的：

根据本申请的一个方面，提供了一种应用于半导体产品制程具有能量穿透性的载体，载体具有第一面以及与第一面相对并用于承载产品的第二面，第一面处设置有能量阻挡层，第一面处还设置有由能量阻挡层定义的第一开口，第一开口为能量提供部分地穿过载体的路径以局部加热产品。

在一些实施例中，能量由激光产生，其中，在能量阻挡层的远离载体的表面处，第一开口的面积小于激光的激光光点的覆盖面积、并且由激光光点完全覆盖。

在一些实施例中，第一开口的面积小于激光的能量分布的半高宽位置处对应的面积。

在一些实施例中，能量阻挡层远离载体的表面具有凸起结构。

在一些实施例中，凸起结构与第一开口之间具有非零距离。

在一些实施例中，第二开口围绕第一开口。

根据本申请的另一个方面，提供了一种焊接系统，其包括：能量源，用于提供焊接所需的能量；承载台，用于承载产品以局部加热产品，由能量源提供的能量穿过承载台而施加于产品；具有能量穿透性的载体，载体设置在承载台上，载体包括朝向能量源的第一面，能量阻挡层形成在第一面处，能量阻挡层定义出让能量部分地穿过的第一开口以局部加热产品；接合头，在将产品放置在承载台上之后的局部加热产品期间，接合头保留在产品上方并向产品提供下压力。

在一些实施例中，能量阻挡层远离载体的表面具有多个凸起结构。

在一些实施例中，能量阻挡层的周围设置有围绕能量阻挡层的沟槽，多个能量阻挡层彼此之间间隔着沟槽。

在一些实施例中，能量源为激光源，在能量阻挡层的远离载体的表面处，第一开口的面积小于激光的激光光点的覆盖面积、并且由激光光点完全覆盖。

上述技术方案，通过设置使能量部分穿过载体的能量阻挡层，由于能量阻挡层阻挡了部分激光及部分能量，穿过载体的能量影响区域减小，从而克服了能量影响区域过大的问题，实现了高精度加热。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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1A是利用现有载体进行激光焊接的示意图。

图1B是现有激光焊接制程中激光产生的能量对焊球影响的俯视示意图。

图2是根据本申请的实施例的载体的截面示意图。

图3是根据本申请的实施例的载体与产品接合时的截面示意图。

图4A是根据本申请的实施例的从能量阻挡层的俯视示意图。

图4B是图4A中的部分区域的局部放大视图。

图4C是根据本申请的实施例的载体的局部放大截面视图。

图5A和图5B分别是高斯束的三维和平面二维能量分布示意图。

图5C和图5D分别是平顶束的三维和平面二维能量分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

根据本申请的实施例提供了一种可应用于半导体产品制程的具有能量穿透性的载体。图2是根据本申请的实施例的载体的截面示意图。图3是根据本申请的实施例的载体与产品接合时的截面示意图。

首先参考图2所示，载体110具有第一面111以及与第一面111相对的第二面112。第一面111处设置有能量阻挡层120，第一面111处还设置有由能量阻挡层120定义的第一开口122，第一开口穿透能量阻挡层120。当从第一面111的一侧(如载体110下方)提供能量时，能量阻挡层120可以阻挡部分能量，并且可以通过第一开口122使得另外部分能量可以穿过载体110，从而第一开口122为能量提供了部分地穿过载体110的路径，因此载体110可以被称为具有能量穿透性的载体110。

参考图3所示，载体110的第二面112用于将产品200承载在载体110上方，以利用穿过载体110的部分能量来局部加热产品200。能量阻挡层120可以由金属构成，能量阻挡层120可以被称为金属掩模。在一些实施例中，能量是由能量源产生的热能。在这样的实施例中，能量是由激光源300发出的激光产生的热能。

通过设置使能量部分穿过的能量阻挡层120，可以根据需要限定激光及其能量的加热区域。在图3中，虚线区域A11表示达到能量阻挡层120之前的激光光点对应的区域，虚线区域A12激光达到能量阻挡层120之前的能量影响范围；虚线区域A21表示激光通过能量阻挡层120的第一开口122之后的激光光点对应的区域，虚线区域A22激光通过第一开口122之后的能量影响区域。可见，由于能量阻挡层120阻挡了部分激光及部分能量，穿过载体110的能量影响区域由A12减小到A22，使得能量集中于要加热的区域，从而克服了能量影响区域过大的问题，实现了高精度加热。

产品200可以包括朝向载体110的第一面201和与第一面201朝向相反方向的第二面202。产品200的第一面201上设置有焊球208。可以通过胶层150将产品200的第一面201附接至载体110。产品200的焊球208可以由胶层150包覆，产品200通过胶层150与载体110间隔开。

在本实施例中，产品200的与第一开口122对应的位置处设置有需要由能量加热的、位于UBM(UnderBumpMetallurgy，凸块下金属)215上的焊料层216。在其他实施例中，需要加热的部件可以是其他任何类型的元件。UBM215和焊料层216可以位于产品200的第二面上。焊料层216的材料可以包括AuSn。焊料层216上方设置有要与UBM215接合的元件230。元件230可以例如是激光二极管。在一些实施例中，激光的激光光点在俯视图中可以具有矩形形状(参见图1B中的A3)。激光光点的长度可以基本上等于焊料层216在激光光点的长度方向(图3中的横向方向)上的尺寸。

当利用带有能量阻挡层120的载体110来加热产品200时，经由具有第一开口122的能量阻挡层120，激光的一部分会透过第一开口122穿过载体110将能量施加于焊料层216使其熔融而将UBM215与元件230接合，激光能量影响的区域大于焊料层216的部分则会被能量阻挡层120遮挡。将能量限定在了需要加热的区域，可以减小能量影响区域。由于能量阻挡层120阻挡了部分能量，减小了胶层150解离出气泡的机率，并且气泡受热膨胀的程度不足以挤压产品200的焊球208造成变形，另一方面，激光源300产生的热量不会对焊球208产生影响，提高了产品良率。

在一些实施例中，产品200可以是任何类型的半导体器件，例如硅晶圆。产品200可以是多层结构。在一些实施例中，载体110可以是玻璃载体110。玻璃载体110具有良好的耐热及散热性，并且玻璃载体110可以重复使用，实现了降低成本和环保再利用。

图4A是根据一些实施例的能量阻挡层120的俯视示意图。参考图4A所示，能量阻挡层120具有多个第一开口122。多个第一开口122可以排列成多个行和多个列。能量阻挡层120可以具有圆形形状。第一开口122在俯视图中具有矩形形状。激光的激光光点可以具有矩形形状(参见图1B中的A3)。矩形形状的第一开口122的长度方向可以与矩形形状的激光光点的长度方向平行。在能量阻挡层120的朝向激光源300的表面处，第一开口122的面积小于激光的激光光点的覆盖面积、并且由激光光点完全覆盖，从而使得激光部分地穿过第一开口122。

通常，由激光源300发出的激光的能量分布具有高斯束(Gaussbeam)特征。图5A和图5B分别示出了高斯束的三维和平面二维能量分布示意图。如图5A所和图5B所示，根据高斯束特征510，靠近光束中心处为能量高原处，随着远离中心的距离增加而能量逐渐降低。因此，具有高斯束特征510的激光的能量分布是不均匀的(中心能量高，边缘能量低)。这使得激光会对焊料层216的加热不均匀，从而影响焊接。根据本申请的一些实施例，第一开口122的面积小于激光的激光光点的覆盖面积。在优选的实施例中，第一开口122的面积小于激光的能量分布(高斯束特征)的半高宽位置处对应的面积，半高宽即为能量最高处的高度H的一半的高度H/2处对应的面积。这样，第一开口122可仅让激光的能量高原处通过，其余边缘的能量较低处将被阻挡，因此通过第一开口122之后的激光具有类似平顶光特征。图5C和图5D分别示出了平顶束的三维和平面二维能量分布示意图。如图5C和图5D所示，根据平顶光特征520，在激光的覆盖区域内的各个位置处具有基本均匀的能量。通过第一开口122控制激光形成为具有类似平顶光特征，无须添购复杂的平顶光学镜组，因此降低了成本。同时，改善了能量分布均匀性，使得可以对要加热的焊料层216进行均匀的加热，且不会产生能量影响区域过大的问题。

返回参考图3，UBM215上的焊料层216在受热之后，部分焊料层216会转化为IMC层，以增强焊接的机械强度。例如，焊料层216的材料包括Au和Sn。Au和Sn最初以电镀方式形成在UBM215上，此时Au和Sn原子并未形成共晶结构。在焊料层216被加热达到其熔点之后，Au和Sn原子形成共晶结构从而形成IMC层。由于焊料层216均匀受热，可以让共晶晶粒大小均匀，因此可以得到更良好的机械强度。焊料层216被加热后可以成为液态，在焊料层216体积被精确控制的理想情况下，液态的焊料层216会刚好覆盖UBM215，在现实操作存在误差的情况下，液态的焊料层216会如图3所示的横向凸出于UBM215。而当加热结束之后，温度迅速降低，焊料层216会恢复为固态并且其侧壁维持着液态当下的外观。

图4B示出了图4A中的部分区域S10的局部放大视图，该局部放大视图显示了能量阻挡层120的更多细节。现参考图2、图3、图4A和图4B所示，能量阻挡层120的远离载体110的表面还具有凸起结构124。凸起结构124可以由有利于散热的材料构成，例如可由金属构成。凸起结构124可以用作散热(heatsink)结构，能够借由凸起结构124的传导热能的特性将激光的热能往远离载体110的方向传递。此外，凸起结构124同时也增加了能量阻挡层120与空气接触的面积，借此可增加散热效率。在一些实施例中，相比于不具有凸起结构124，凸起结构124将能量阻挡层120与空气接触的表面面积放大了3倍以上。

凸起结构124与第一开口122之间具有非零距离，以与第一开口122间隔开。凸起结构124围绕第一开口122设置，如图4B所示。第一开口122的每侧的凸起结构124的数量可以相同或不同。在图4B的实施例中，在第一开口122的长度方向上的相对两侧(即左右两侧)的凸起结构124的数量相同，每侧设置有彼此平行延伸的两个凸起结构124。在垂直于第一开口122的长度方向上的相对两侧(上下两侧)的凸起结构124的数量相同，每侧设置有彼此平行延伸的多个凸起结构124。在第一开口122的拐角处，相邻的凸起结构124可以彼此连接，也可以彼此间隔开。

能量阻挡层120还具有第二开口126(也可以称为沟槽)，第二开口126与第一开口122间隔设置。围绕第一开口122的多个凸起结构124可以设置在第一开口122和对应的第二开口126之间。第二开口126围绕第一开口122。第二开口126在垂直于第二开口126的延伸方向的方向上的开口尺寸(也可以称为开口宽度)小于第一开口122的最小开口尺寸，当第一开口122为矩形时第二开口126的宽度小于第一开口122的宽度。如图4A所示，第一开口122的数量为多个，每相邻的两个第一开口122之间通过第二开口126间隔开。第二开口126可以位于激光照射不到的位置处。通过设置第二开口126，当激光照射的热能传递到第二开口126时，热能将无法再透过能量阻挡层120的金属材料传导，因此第二开口126可以作为热能传导的断点，从而有利于热能释放。

图4C示出了根据本申请的实施例的载体110的局部放大截面视图。如图4C所示，凸起结构124在与凸起结构124的延伸方向垂直的方向上具有宽度W1，每个凸起结构124的宽度W1可以约为30μm。每个凸起结构124的厚度T1可以约为50μm。相邻两个凸起结构124之间的间距S1可以约为30μm。此外，矩形形状的第一开口122的长度L1可以约为100μm。载体110的厚度T2可以约为800μm。凸起结构124与载体110之间的能量阻挡层120的厚度T3可以约为200μm，即第一开口122的深度可以约为200微米。第二开口126在垂直于第二开口126的延伸方向的方向上具有宽度W2，第二开口126的宽度W1可以约为20μm。在其他实施例中，各个部件的尺寸也可以具有其他任何适当的值。

根据本申请的实施例，还提供了一种焊接系统。焊接系统可以包括能量源，如上述激光源300，用于提供焊接所需的能量，如热量。焊接系统还可以承载台，承载台可用于承载产品以局部加热产品，如上述产品200。由能量源提供的能量穿过承载台而施加于产品。

承载台可以包括具有能量穿透性的载体，如上述载体110。载体可设置在承载台上，载体的第一面(如上述第一面111)朝向能量源，第一面处形成有能量阻挡层，如上述至少具有第一开口122的能量阻挡层120。

焊接系统还可以包括接合头(bondinghead)，在将产品放置在承载台上之后的局部加热产品期间，接合头保留在产品上方并向产品施加下压力。

根据本申请的实施例的焊接系统可以具有与上述载体和能量阻挡层相同的益处。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于半导体产品制程具有能量穿透性的载体，其特征在于，所述载体具有第一面以及与所述第一面相对并用于承载产品的第二面，所述第一面处设置有能量阻挡层，所述第一面处还设置有由所述能量阻挡层定义的第一开口，所述第一开口为能量提供部分地穿过所述载体的路径以局部加热所述产品。

2.根据权利要求1所述的载体，其特征在于，

所述能量由激光产生，其中，在所述能量阻挡层的远离所述载体的表面处，所述第一开口的面积小于所述激光的激光光点的覆盖面积、并且由所述激光光点完全覆盖。

3.根据权利要求2所述的载体，其特征在于，

所述第一开口的面积小于所述激光的能量分布的半高宽位置处对应的面积。

4.根据权利要求1所述的载体，其特征在于，

所述能量阻挡层远离所述载体的表面具有凸起结构。

5.根据权利要求4所述的载体，其特征在于，

所述凸起结构与所述第一开口之间具有非零距离。

6.根据权利要求1所述的载体，其特征在于，所述能量阻挡层具有第二开口，所述第二开口围绕所述第一开口。

7.一种焊接系统，其特征在于，包括：

能量源，用于提供焊接所需的能量；

承载台，用于承载产品以局部加热所述产品，由所述能量源提供的所述能量穿过所述承载台而施加于所述产品；

具有能量穿透性的载体，所述载体设置在所述承载台上，所述载体包括朝向所述能量源的第一面，能量阻挡层形成在所述第一面处，所述能量阻挡层定义出让所述能量部分地穿过的第一开口以局部加热所述产品；

接合头，在将所述产品放置在所述承载台上之后的局部加热所述产品期间，所述接合头保留在所述产品上方并向所述产品提供下压力。

8.根据权利要求7所述的焊接系统，其特征在于，

所述能量阻挡层远离所述载体的表面具有多个凸起结构。

9.根据权利要求7所述的焊接系统，其特征在于，

所述能量阻挡层的周围设置有围绕所述能量阻挡层的沟槽，多个所述能量阻挡层彼此之间间隔着所述沟槽。

10.根据权利要求7所述的焊接系统，其特征在于，

所述能量源为激光源，在所述能量阻挡层的远离所述载体的表面处，所述第一开口的面积小于激光的激光光点的覆盖面积、并且由所述激光光点完全覆盖。

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