CN220774287U - 载台机构及激光辅助键合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种载台机构及激光辅助键合系统，载台机构用于激光辅助键合设备，载台机构中设置有固定装置、温控装置和旋转装置，固定装置用于固定载板和芯片，温控装置位于固定装置下并调整固定装置的温度，旋转装置用于调整芯片的位置。通过载台机构对激光辅助键合工艺中的芯片和载板进行固定、调整位置和加热以达到辅助芯片与载板键合的目的，以及键合完成后的对固定装置进行冷却。进一步的，冷却部设置有冷却部连接板，用于调节冷却部和加热部之间的贴合度。通过在冷却部连接板上开槽降低冷却部连接板并增加冷却部连接板的弹性，冷却部与加热部贴合时，冷却部连接板能够微调冷却部与加热部的相对位置关系，以提高冷却部与加热部的贴合度。

Description

载台机构及激光辅助键合系统

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种载台机构及激光辅助键合系统。

背景技术

倒装芯片(Flip chip)是在I/O焊盘上沉积锡铅球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷基板相结合此技术替换常规打线接合，逐渐成为未来的封装主流。与板上芯片封装(chip on board，COB)相比，该封装形式的芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下，由于I/O引出端分布于整个芯片表面，故在封装密度和处理速度上倒装芯片已达到顶峰，特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工，因此是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。

回流焊是倒装芯片中的一种键合方式，在芯片倒装焊接过程中，先将倒装芯片上预先涂覆焊膏通过加热使其融化，将倒装芯片与印刷电路板的焊盘键合在一起，然后，通过恒温热风或者红外加热方式，使焊盘和芯片直接的焊膏融化，最终达到焊接的目的。但是回流焊加热时间长，较高的整体焊接温度以及存在较高的残余热应力导致基板翘曲等焊接不良问题。

激光辅助键合技术(Laser Assisted Bonding Technology)是将激光束照射到芯粒或需要焊接的器件上使芯粒及器件数秒内由室温升至焊接温度，将其焊接在基板或堆叠的另外一个芯粒上。该技术可用于对速度、精度和局部非常小区域的精确加热、控制有高度需求的场合，将成为下一代倒装芯片键合的方案，而激光辅助键合设备需要用于支撑的载台机构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种载台机构及激光辅助键合系统，以解决支撑激光辅助键合设备以及载台机构中冷却部和加热部贴合度不高中的至少一个问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种载台机构，用于激光辅助键合设备，包括：固定装置、温控装置和旋转装置，所述固定装置用于固定载板和芯片，所述温控装置位于所述固定装置下并调整所述固定装置的温度，所述旋转装置用于调整所述芯片的位置。

可选的，所述温控装置包括加热部和冷却部，其中，所述加热部与所述固定装置固定连接，所述冷却部为可移动的，以贴附或者远离所述加热部。

可选的，所述冷却部连接有升降驱动部，所述升降驱动部带动所述冷却部贴附或者远离所述加热部。

可选的，所述加热部包括加热面，所述加热面与所述固定装置贴合连接。

可选的，所述加热部连接有热电偶，所述热电偶用于感应所述加热部的温度并实时调节所述加热部的温度。

可选的，所述冷却部设置有冷却部连接板，用于调节冷却部和加热部之间的贴合度。

可选的，所述冷却部连接板呈台阶状，所述冷却部连接板包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分在水平方向有重叠部分，所述重叠部分开设有开槽方向相反的第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽的底部的截面均呈球形。

可选的，所述第一沟槽的开口方向朝向所述第一部分的凸出方向，所述第二沟槽的开口方向朝向所述第二部分的凸出方向，所述第一部分的凸出方向和所述第二部分的凸出方向相反。

可选的，所述旋转装置上设置有支撑装置，且所述支撑装置位于所述温控装置下，所述支撑装置用于支撑所述温控装置和所述固定装置。

基于同一构思，本实用新型还提供一种激光辅助键合系统，包括上述任一项所述的载台机构。

在本实用新型提供的一种载台机构及激光辅助键合系统中，载台机构用于激光辅助键合设备，载台机构中设置有固定装置、温控装置和旋转装置，固定装置用于固定载板和芯片，温控装置位于固定装置下并调整固定装置的温度，旋转装置用于调整芯片的位置。通过载台机构对激光辅助键合工艺中的芯片和载板进行固定、调整位置和加热以达到辅助芯片与载板键合的目的，以及键合完成后的对固定装置进行冷却。进一步的，所述冷却部设置有冷却部连接板，用于调节冷却部和加热部之间的贴合度。通过在冷却部连接板上开槽降低冷却部连接板并增加冷却部连接板的弹性，冷却部与加热部贴合时，冷却部连接板能够微调冷却部与加热部的相对位置关系，以提高冷却部与加热部的贴合度。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本实用新型，而不对本实用新型的范围构成任何限定。其中：

图1是本实用新型实施例的载台机构结构示意图。

图2是本实用新型实施例的冷却部连接板在载台机构中的位置示意图。

图3是本实用新型实施例的冷却部连接板的结构示意图。

图4是本实用新型实施例的激光辅助键合方法的流程图。

附图中：

11-固定装置；12-温控装置；12a-加热部；12b-冷却部；13-支撑装置；14-旋转装置；15-升降驱动部；16-驱动装置；17-热电偶；18-固定底板；

20-冷却部连接板；21-第一部分；22-第二部分；23-重叠部分；24-第一沟槽；25-第二沟槽。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本实用新型中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。此外，如在本实用新型中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1是本实用新型实施例的载台机构结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种载台机构，用于激光辅助键合设备，包括：固定装置11、温控装置12和旋转装置14，所述固定装置11用于固定载板和芯片，所述温控装置12位于所述固定装置11下并调整所述固定装置11的温度，所述旋转装置14用于调整所述芯片的位置。

较佳的，所述温控装置12包括加热部12a和冷却部12b，其中，所述加热部12a与所述固定装置11固定连接，所述冷却部12b为可移动的，以贴附或者远离所述加热部12a。当芯片需要加热时，冷却部12b远离加热部12a，加热部12a开始工作以升温到需要的温度范围；当工艺完成时，需要对芯片进行降温，此时，将冷却部12b升高并贴合加热部12a，对加热部12a降温，进而对固定装置11和芯片以及载板降温。在本实施例中，固定装置11例如是陶瓷吸盘，通过吸附的方式固定载板和芯片。加热部12a例如是加热盘，冷却部12b例如是水冷盘，通过水冷的方式降温，也可以是其他方式的冷却方式降温，本实施例对此不予限制。也即，在本实施例中，加热盘与陶瓷吸盘固定连接，水冷盘为可移动的，以贴附或者远离加热盘。

所述冷却部12b连接有升降驱动部15，所述升降驱动部15带动所述冷却部12b贴附或者远离所述加热部12a。具体的，升降驱动部15上方安装有冷却部12b。所述升降驱动部15例如是升降气缸，带动冷却部12b上升或者下降。

所述加热部12a包括加热面，所述加热面与所述固定装置11贴合连接。也即加热盘加热的一面与陶瓷吸盘固定贴合在一起，以对陶瓷吸盘以及陶瓷吸盘上承载的载板和芯片加热。加热盘加热的一面例如是螺旋设置加热丝。

所述加热部12a连接有热电偶17，所述热电偶17用于感应所述加热部12a的温度并实时调节所述加热部12a的温度。热电偶17依次贯穿固定底板18、驱动装置16和冷却部12b后，与加热部12a连接。

所述旋转装置14上设置有支撑装置13，且所述支撑装置13位于所述温控装置12下，所述支撑装置13用于支撑所述温控装置12和所述固定装置11。所述支撑装置13例如是支撑座，用于支撑加热盘和陶瓷吸盘，以给水冷盘提高上升和下降的空间，也即在加热时，水冷盘和加热盘保持预定的距离。支撑座的形状例如倒T型。

所述旋转装置14例如是旋转底板，旋转装置14连接有驱动装置16，驱动装置16例如是直接驱动马达(Direct Drive，DD)，直接驱动马达包括力矩电机和直线电机。驱动装置16带动旋转装置14运动，进而带动旋转装置14上的温控装置12、固定装置11、芯片和载板旋转。当芯片传输至固定装置11上时，通过旋转装置14调整芯片的角度，位置，以使芯片位于激光器的焦面内，并保持多个芯片的一致性。旋转装置14为6自由度，分别包括X轴、Y轴、Z轴三个自由度以及Rx、Ry和Rz三个自由度，以确保芯片位置调节的准确性。

驱动装置16下设置有固定底板18，固定底板18用于支撑驱动装置16。

图2是本实用新型实施例的冷却部连接板在载台机构中的位置示意图。图3是本实用新型实施例的冷却部连接板的结构示意图。冷却部12b上升和下降的过程中，可能存在少许的倾斜，导致冷却部12b与加热部12a贴合的不是非常紧密。为了解决上述问题，所述冷却部12b设置有冷却部连接板20，用于调节冷却部12b和加热部12a之间的贴合度。冷却部连接板20和冷却部12b相同，均设置在升降驱动部15上方。

如图2和图3所示，所述冷却部连接板20呈台阶状或者阶梯状，所述冷却部连接板20包括第一部分21和第二部分22，所述第一部分21和第二部分22在水平方向有重叠部分23，所述重叠部分23开设有开槽方向相反的第一沟槽24和第二沟槽25。所述第一沟槽24的开口方向朝向所述第一部分21的凸出方向，所述第二沟槽25的开口方向朝向所述第二部分22的凸出方向，所述第一部分21的凸出方向和所述第二部分22的凸出方向相反。第一沟槽24在Y方向的长度和重叠部分23在Y方向的长度相同，也即在Y方向上，第一沟槽24贯穿了重叠部分23。第一沟槽24从重叠部分23的贴附第一部分21的一侧面向重叠部分23的内部延伸，所述第一沟槽24的底部的截面呈球形，且球形的直径大于第一沟槽24的顶部的宽度，也即第一沟槽24的底部面积较大，所述冷却部连接板20的弹性也较大。同理，第二沟槽25在Y方向的长度和重叠部分23在Y方向的长度相同，也即在Y方向上，第二沟槽25贯穿了重叠部分23。不同的是，第二沟槽25的开口方向和第一沟槽24相反。第二沟槽25从重叠部分23的贴附第二部分22的一侧面向重叠部分23的内部延伸，所述第二沟槽25的底部的截面呈球形，且球形的直径大于第二沟槽25的顶部的宽度，也即第二沟槽25的底部面积较大，所述冷却部连接板20的弹性也较大。第一沟槽24的底部正对着第二沟槽25的底部，即保证冷却部连接板20的弹性，又防止冷却部连接板20断裂。通过在冷却部连接板20上开设开槽方向相反的第一沟槽21和第二沟槽22，增加了冷却部连接板20的弹性，当升降驱动部15带动冷却部12b上升接触至加热部12a时，冷却部连接板20可以微调冷却部12b和加热部12a的相对位置关系，以提高冷却部12b和加热部12a的贴合度，进而使冷却部12b和加热部12a之间的散热更充分，降温更及时。

本实施例还提供一种激光辅助键合系统，包括本实施例提供的载台机构和激光模块。激光模块用于发射激光光束，对芯片和载板进行键合。

图4是本实用新型实施例的激光辅助键合方法的流程图。如图4所示，本实施例还提供一种激光辅助键合方法，包括：

步骤S10，将芯片传输至固定装置上；

步骤S20，采用旋转装置旋转并调节芯片的位置和角度，以在激光模块的焦面内；

步骤S30，升降驱动部带动冷却部下降以远离加热部，加热部通电加热固定装置，进而通过固定装置加热芯片，以加热到预定温度后进行芯片键合工艺；

步骤S40，芯片键合工艺完成后，对加热部进行冷却以将芯片温度降低至预设范围内并取走芯片。

在步骤S20中，如图2所示，采用旋转装置14旋转并调节芯片的位置和角度包括驱动装置16带动旋转装置14旋转以调节芯片的位置和角度。

在步骤S30中，芯片底部设置有焊料，激光模块发射激光光束将芯片底部的焊料融化以键合芯片和载板。激光光束具有高能量密度，在几百毫秒内将芯片加热到工艺温度，完成对芯片与载板的键合。由于激光加热非常快，激光热容低，停止加热后热量迅速消散，载板的温升大幅降低，故芯片的翘曲和芯片上的残余热应力都远低于现有技术中其他的键合方式。

在步骤S40中，如图2所示，对加热部12a进行冷却包括，通过升降驱动部15将冷却部12b升高至接触加热部12a，冷却部12b与加热部12a紧密贴合，冷却部12b帮助加热部12a冷却，冷却到安全温度后取走芯片再进行下一批芯片的键合。

综上可见，在本实用新型实施例提供的一种载台机构及激光辅助键合系统中，载台机构用于激光辅助键合设备，载台机构中设置有固定装置、温控装置和旋转装置，固定装置用于固定载板和芯片，温控装置位于固定装置下并调整固定装置的温度，旋转装置用于调整芯片的位置。通过载台机构对激光辅助键合工艺中的芯片和载板进行固定、调整位置和加热以达到辅助芯片与载板键合的目的，以及键合完成后的对固定装置进行冷却。进一步的，所述冷却部设置有冷却部连接板，用于调节冷却部和加热部之间的贴合度。通过在冷却部连接板上开槽降低冷却部连接板并增加冷却部连接板的弹性，冷却部与加热部贴合时，冷却部连接板能够微调冷却部与加热部的相对位置关系，以提高冷却部与加热部的贴合度。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，此外，各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用，本实用新型对此不作限定。

此外还应该认识到，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种载台机构，用于激光辅助键合设备，其特征在于，包括：固定装置、温控装置和旋转装置，所述固定装置用于固定载板和芯片，所述温控装置位于所述固定装置下并调整所述固定装置的温度，所述旋转装置用于调整所述芯片的位置。

2.根据权利要求1所述的载台机构，其特征在于，所述温控装置包括加热部和冷却部，其中，所述加热部与所述固定装置固定连接，所述冷却部为可移动的，以贴附或者远离所述加热部。

3.根据权利要求2所述的载台机构，其特征在于，所述冷却部连接有升降驱动部，所述升降驱动部带动所述冷却部贴附或者远离所述加热部。

4.根据权利要求2所述的载台机构，其特征在于，所述加热部包括加热面，所述加热面与所述固定装置贴合连接。

5.根据权利要求2所述的载台机构，其特征在于，所述加热部连接有热电偶，所述热电偶用于感应所述加热部的温度并实时调节所述加热部的温度。

6.根据权利要求2所述的载台机构，其特征在于，所述冷却部设置有冷却部连接板，用于调节冷却部和加热部之间的贴合度。

7.根据权利要求6所述的载台机构，其特征在于，所述冷却部连接板呈台阶状，所述冷却部连接板包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分在水平方向有重叠部分，所述重叠部分开设有开槽方向相反的第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽的底部的截面均呈球形。

8.根据权利要求7所述的载台机构，其特征在于，所述第一沟槽的开口方向朝向所述第一部分的凸出方向，所述第二沟槽的开口方向朝向所述第二部分的凸出方向，所述第一部分的凸出方向和所述第二部分的凸出方向相反。

9.根据权利要求1所述的载台机构，其特征在于，所述旋转装置上设置有支撑装置，且所述支撑装置位于所述温控装置下，所述支撑装置用于支撑所述温控装置和所述固定装置。

10.一种激光辅助键合系统，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的载台机构。