一种芯片热压键合装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种芯片热压键合装置及方法。

背景技术

集成电路终端越来越向大尺寸芯片方向发展，这个领域在终端的封装和互联技术中会存在如下问题：1）大尺寸芯片在表面贴装或者芯片键合过程中会受到基座的应力，如果基座和压合吸嘴平坦度有差异，会导致芯片局部受力不均匀，导致焊接效果差的问题；2）同样在热压键合过程中，因为芯片键合区域是图形化的，芯片每个方向上的应力不同，导致芯片因为压强差异碎裂；3）大尺寸芯片因为跟底座和吸嘴的热膨胀系数有差异，会导致芯片在热压升温和降温过程中有侧向剪切力的作用，导致芯片横向断裂。

目前业内对于芯片级键合工艺，一般是全面升级键合用的吸嘴和底座的材料，使接触芯片的区域更平整，金属在加热过程中形变更小，但是这些对于一些布线差异较大或者面积过大的芯片来说，仍然存在局部不能照顾到的问题，导致批量性键合异常。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种芯片热压键合装置及方法，用于解决现有技术中针对布线差异较大或者面积过大的芯片键合容易导致芯片出现异常的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

本发明提供一种芯片热压键合装置，所述芯片热压键合装置包括若干个子键合单元，每个所述子键合单元均包括键合吸嘴、吸嘴底座、子传感器、子活塞和子控制器；所述键合吸嘴经所述子活塞装配于所述吸嘴底座上；

所述子传感器用于实时监测所述键合吸嘴的压力和/或温度，所述子控制器用于根据所述子传感器的数据和设定的温度和/或压力数据，调整所述子活塞的高度和/或所述键合吸嘴的温度。

在一个实施方式中，所述子传感器为压力和热传感器。

在一个实施方式中，所述键合吸嘴可拆卸设于所述吸嘴底座上。

在一个实施方式中，所述芯片热压键合装置还包括母底座，所述若干个子键合单元装配于所述母底座上。

在一个实施方式中，相邻的两个子键合单元之间有间隙。

在一个实施方式中，所述间隙为1~100μm。

在一个实施方式中，若干个所述子键合单元在所述母底座上呈阵列式排布。

在一个实施方式中，所述若干个子键合单元为至少2个子键合单元，包括中间键合单元和若干级外围绕设键合单元；第一级外围绕设键合单元绕设于所述中间键合单元外围，下一级外围绕设键合单元绕设于上一级外围绕设键合单元外围。

在一个实施方式中，每个所述子键合单元通过一间隙调控件装配于所述母底座上。

在一个实施方式中，所述间隙调控件为活塞件或螺杆。

本发明提供一种芯片热压键合方法，采用如上述任一所述的芯片热压键合装置对芯片或晶圆进行热压键合。

在一个实施方式中，通过调控子键合单元的压力、温度及其分布，调控芯片或晶圆的键合效果。如上所述，本发明的芯片热压键合装置及方法，具有以下有益效果：

本申请中提供一种集成式键合装置，其包括多个独立的子键合单元，每个子键合单元都能独立控制高度、压力和温度，以此解决芯片键合过程中压力不均匀或区域键合效果差的问题，同时子键合单元之间形成有间隔，间隔大小可以调整，以匹配热压键合过程中芯片的横向涨缩带来的平面尺寸的变化问题。

附图说明

图1显示为本发明的芯片热压键合装置中子键合单元的结构示意图。

图2显示为本发明的芯片热压键合装置的结构示意图。

图3显示为本发明的子键合单元的矩阵式排布的示意图。

图1~图3中附图标记说明如下：1子键合单元、2母底座、11键合吸嘴、12子传感器、13子活塞、14子控制器、15吸嘴底座、131活塞头、132活塞杆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明实施例中提供一种芯片热压键合装置，所述芯片热压键合装置包括若干个子键合单元1，每个所述子键合单元1均包括键合吸嘴11、吸嘴底座15、子传感器12、子活塞13和子控制器14；所述键合吸嘴11经所述子活塞13装配于所述吸嘴底座15上；

所述子传感器12用于实时监测所述键合吸嘴的压力和/或温度，所述子控制器14用于根据所述子传感器12的数据和设定的温度和/或压力数据，调整所述子活塞13的高度和/或所述键合吸嘴11的温度。

在一个具体的实施例中，所述键合吸嘴11、吸嘴底座15和所述子传感器12及子活塞13呈轴向设置。在如图1所示的具体的实施例中，从上到下依次为子活塞13、子传感器12、键合吸嘴11；然后将其装配于所述吸嘴底座15上。

在本申请中，所述子控制器14能够接收来自子传感器的温度和压力信息，也可以接收输入的基于键合工艺要求的温度和压力参数，并开始工作至所述子传感器12和键合吸嘴11的温度至设定工艺温度；同时通过将压力调节反馈到子活塞13并对子活塞13发出升降高度的指令，由此使得键合作业时，能够精准调节键合吸嘴11端的键合压力。如这一子键合单元中的活塞杆的高度相比于相邻的子键合单元中的变高，在键合装置装配于同一母底座，母底座受到同一向下键合压力时，这一子键合单元的键合吸嘴11输出的压力要高于相邻的子键合单元；反之，降低这一子键合单元中的活塞杆的高度，能够将外来压力分散到较高的子键合单元上。

如图1所示，所述子活塞13包括活塞头131和活塞杆132。所述活塞头用于接收所述子控制器14的指令，并根据这一指令控制所述活塞杆132的升降；在所述装置用于键合时，外力向下，从吸嘴底座传输依次传输至子活塞13、子传感器12、键合吸嘴11；活塞杆的升降会导致子键合单元作用区域的承受压力的变化。如此，通过局部精准调节压力变化，使得集成一体的多个子键合单元在键合作业时，能够根据键合工艺需要和设置，输入相应的工艺参数给子控制器14，由此精准调节对应子键合单元的高度，从而调整键合吸嘴作用于芯片或晶圆上的键合压力，最终使得在同一外力下，对于同一芯片或晶圆上，不同的区域均受到相应的适当压力和温度，达到较好的键合效果。

在一个实施例中，所述子传感器12为压力和热传感器。用于实时检测压力和键合吸嘴的温度。所述能够实时检测压力和温度的传感器可以是一个传感器，也可以是两个分别获取压力和温度。传感器设置及材料均可以根据本领域技术人员在满足键合工艺需求的基础上进行筛选和商业购买获得。

在一个实施例中，所述键合吸嘴11可拆卸设于所述吸嘴底座15上。由此可以方便拆卸吸嘴底座15上的键合吸嘴，用于检修和更换，还可以根据键合工艺需要更换成不同高度的键合吸嘴，从而使得外来压力一样的情况下，局部调整子键合单元处的承受的压力。

在一个如图2所示的实施例中，所述芯片热压键合装置还包括母底座2，所述若干个子键合单元1装配于所述母底座2上。所述装配可以为固定装配，也可以为可拆卸设置。

在一个如图2或图3所示的实施例中，相邻的两个子键合单元1之间有间隙。间隙设置用于调整整体热压做作用区域，以适应待热压芯片或晶圆尺寸。

在一个实施方式中，所述间隙为1~100μm。如可以为1μm、10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm。

在一个如图3所示的具体的实施例中，若干个所述子键合单元在所述母底座上呈阵列式排布。如根据具体的芯片和晶圆面积及工艺需要，呈矩形或者正方形阵列分布。如可以为10×10的阵列、100×100的阵列、30×80的阵列等。

在一个实施例中，所述若干个子键合单元1为至少2个子键合单元。如上当然也可以根据键合工艺和键合效果需要针对性的设置若干个。

在一个更具体的实施例中，所述若干个子键合单元1为多个，其包括中间键合单元和若干级外围绕设键合单元；第一级外围绕设键合单元绕设于所述中间键合单元外围，下一级外围绕设键合单元绕设于上一级外围绕设键合单元外围。由此设置时，中间键合单元的作用区域位于中间，若干级外围绕设键合单元的作用区域依次间隔设置且向外围延伸扩展，从而能够从中心到边缘分区别控制芯片或晶圆的键合温度和压力，避免中间至边缘区域由于受力或温度差异或键合时变形情况导致的芯片缺陷和瑕疵问题。

如在一个更具体的实施例中，中间键合单元的作用区域呈圆形；若干级外围绕设键合单元的作用区域呈圆环形，第一级外围绕设键合单元的作用区域绕设于所述中间键合单元的作用区域，下一级外围绕设键合单元的作用区域绕设于上一级外围绕设键合单元的作用区域外围，且相邻的键合单元之间间隔设置。

如在另一个更具体的实施例中，中间键合单元的作用区域呈矩形；若干级外围绕设键合单元的作用区域的轮廓呈回字形，第一级外围绕设键合单元的作用区域绕设于所述中间键合单元的作用区域，下一级外围绕设键合单元的作用区域绕设于上一级外围绕设键合单元的作用区域外围，且相邻的键合单元之间间隔设置。

在一个实施例中，每个所述子键合单元通过一间隙调控件装配于所述母底座上。用间隙调控件调节相邻的子键合单元的间距。由此使得子键合单元在母底座2的装配面上移动。

在一个实施例中，所述间隙调控件为活塞件或螺杆。如具有锲形结构的垂直设置的活塞件，其上下运动，能够带动与其解除的子键合单元的间隙的变化；或，通过螺杆的螺纹结构使得对应的子键合单元在母底座2上的细微的移动。

本发明提供一种芯片热压键合方法，采用如上述任一所述的芯片热压键合装置对芯片或晶圆进行热压键合。

在一个实施方式中，通过调控子键合单元的压力、温度及其分布，调控芯片或晶圆的键合效果。

如上所述，本发明的芯片热压键合装置及方法，具有以下有益效果：

本申请中提供一种集成式键合装置，其包括多个独立的子键合单元，每个子键合单元都能独立控制高度、压力和温度，以此解决芯片键合过程中压力不均匀或区域键合效果差的问题，同时子键合单元之间形成有间隔，间隔大小可以调整，以匹配热压键合过程中芯片的横向涨缩带来的平面尺寸的变化问题；对于一些布线差异较大或者面积过大的芯片来说，能够显著提高键合后芯片的质量。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。