一种压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具制造技术

本发明专利技术公开了一种压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具，所述夹具包括带有弹簧上压件、弹簧、弹簧下压件、芯片固定件、筒体和锥形销，弹簧上压件具有三级凸台，弹簧下压件具有一级凸台和三级凹槽，弹簧的两端分别套在弹簧上压件的第三级凸台和弹簧下压件的一级凸台上；芯片固定件具有二级凸台和二级凹槽，其第二级凸台卡于弹簧下压件的第三级凹槽内；筒体设置有一对对称螺纹通孔和一对对称通孔，锥形销插于通孔内，筒体的两端分别与弹簧上压件的第一级凸台和芯片固定件的第一级凸台螺纹连接。本发明专利技术的夹具能够在施加压力同时为芯片表面提供气相保护氛围或表面处理作用，使得芯片与芯片的热压键合简单易行，并有效提高热压键合的质量。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及一种热压键合夹具，具体涉及一种压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具。

技术介绍

热压键合是指在一定外部条件（如温度、压力等）的作用下，将两个芯片（如硅片或硅片上镀有金属层的芯片等）形成足够近的接触，最终接合为一体的技术。热压键合广泛应用于电子封装、微机电系统制造和三维集成等领域。热压键合一般需要在真空或气体保护（如氮气或氩气等惰性气体）的环境下进行，防止被键合芯片的表面在键合前受到氧化（如硅片上有铜镀层的表面），从而获得良好的键合强度和键合质量。为了实现芯片表面清洗或表面处理后在保护气氛下瞬间施加压力，需要将表面清洗装置和传统的热压键合设备相整合，极大地增加了键合过程及设备的复杂性和困难度，简单易行的芯片热压键合装置亟待开发。

技术实现思路

为了解决目前芯片在键合过程中非真空环境下无保护气体或者保护步骤繁琐且键合过程中无法控制压力大小的问题，本专利技术提供了一种压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具，该热压键合夹具能够在施加压力同时为芯片表面提供气相保护氛围或表面处理作用，使得芯片与芯片的热压键合简单易行，并有效提高热压键合的质量。
本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
一种压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具，包括带有弹簧上压件、弹簧、弹簧下压件、芯片固定件、筒体和锥形销，其中：
所述弹簧上压件的下端面具有三级直径不同的凸台，从上至下依次为第一级凸台、第二级凸台和第三级凸台，第一级凸台上带有螺纹及刻度盘；
所述弹簧下压件的上端面具有一级凸台，下端面具有三级凹槽，从上至下依次为第一级凹槽、第二级凹槽和第三级凹槽；
所述弹簧的两端分别套在弹簧上压件的第三级凸台和弹簧下压件的一级凸台上；
所述芯片固定件的上端面具有二级凸台，从下至上依次为第一级凸台和第二级凸台，所述第一级凸台上带有螺纹，第二级凸台的上端面具有二级凹槽，从下至上依次为第一级凹槽和第二级凹槽，芯片固定件的第二级凸台卡于弹簧下压件的第三级凹槽内；
所述筒体沿圆周方向设置有一对对称螺纹通孔和一对对称通孔，锥形销插于通孔内，筒体的两端分别与弹簧上压件的第一级凸台和芯片固定件的第一级凸台螺纹连接。
本专利技术与现有夹具相比，具有以下有益效果：
1、本专利技术的加压方式是利用弹簧进行加压，由于弹簧的劲度系数固定，所以相比普通的以螺纹对待键合芯片进行加压固定的夹具，可以通过对带有刻度的弹簧上压件旋入的深度进行控制，以得出对两个芯片键合时所施加的压力大小。
2、当两个待键合芯片被固定以后，会由于在后续的加热退火过程中被键合的镀层（如金属层）也会在高温下产生塑性变形。传统夹具由于是通过螺纹进行固定和加压，所以高度方向上金属层若有微小的塑性压缩则无法保持对键合芯片施加压力。而本专利技术由于是利用弹簧施加压力，所以即使有键合金属层在高度方向上有微小的变化，也会持续的保证压力的实施。
3、对于芯片表面的镀层是易于氧化的材料（例如：镀层为铜，锡），在两个芯片键合之前，可以通过夹具筒体上的螺纹孔与腐蚀性蒸气和保护气喷嘴相连，向两个芯片表面注入腐蚀性蒸气（例如：乙酸蒸气）及保护气，一方面去除表面氧化膜，清理待键合芯片表面，另一方面，在保护气体下进行键合防止表面再次污染，以提高键合质量。
附图说明
图1是热压键合夹具的主剖视图；
图2是热压键合夹具的侧剖视图；
图3是弹簧上压件主剖示意图；
图4是弹簧下压件主剖示意图；
图5是弹簧下压件俯剖示意图；
图6是芯片固定件主剖示意图；
图7是筒体主剖示意图；
其中：1为弹簧上压件，1-1为弹簧上压件的第一级凸台，1-2为弹簧上压件的第二级凸台，1-3为弹簧上压件的第三级凸台，2为耐高温弹簧，3为弹簧下压件，3-1为弹簧下压件的一级凸台，3-2为弹簧下压件的第一级凹槽，3-3为弹簧下压件的第二级凹槽，3-4为弹簧下压件的第三级凹槽，4为芯片固定件，4-1为芯片固定件的第一级凸台，4-2为芯片固定件的第二级凸台，4-3为芯片固定件的第一级凹槽，4-4为芯片固定件的第二级凹槽，5为筒体，5-1为筒体上的螺纹孔，5-2为筒体上的通孔，6为锥形销。
具体实施方式
下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
具体实施方式一：结合图1~图7说明本实施方式，本实施方式中的热压键合夹具由带有刻度的弹簧上压件1、弹簧2、弹簧下压件3、芯片固定件4、筒体5和锥形销6构成，其中：
所述带有刻度的弹簧上压件1的下端面具有三级直径不同的凸台，从上至下依次为第一级凸台1-1、第二级凸台1-2和第三级凸台1-3，其中，第一级凸台1-1上带有螺纹及刻度盘，第二级凸台1-2和第三级凸台1-3分别对弹簧2进行压紧及固定。
所述弹簧下压件3的上端面具有一级凸台3-1，下端面具有三级凹槽，从上至下依次为第一级凹槽3-2、第二级凹槽3-3和第三级凹槽3-4，其中，一级凸台3-1对弹簧2进行压紧及固定，第一级凹槽3-2对上芯片进行固定及装夹，第二级凹槽3-3为上芯片和下芯片键合留出空间，第三级凹槽3-4对弹簧下压件3的位置进行固定，以使弹簧下压件3的轴线与夹具的轴线相重合。
所述弹簧2为具有耐高温作用的模具弹簧，能在高温下继续保持原有的弹性系数。弹簧2的两端分别套在弹簧上压件1的第三级凸台1-3和弹簧下压件3的一级凸台上3-1上。
所述芯片固定件4的上端面具有二级凸台，从下至上依次为第一级凸台4-1和第二级凸台4-2，所述第一级凸台4-1上带有螺纹，第二级凸台4-2的上端面具有二级凹槽，从下至上依次为第一级凹槽4-3和第二级凹槽4-4，第一级凹槽4-3对下芯片进行固定和装夹，第二级凹槽4-4为上芯片和下芯片键合留出空间，芯片固定件的第二级凸台4-2卡于弹簧下压件3的第三级凹槽3-4内。
所述筒体5沿圆周方向设置有一对对称螺纹通孔5-1和一对对称通孔5-2，其中，二个螺纹通孔5-1一个用于腐蚀性蒸气和保护气体的导入，另一个用于气体的排出，二个通孔5-2与锥形销6相配，筒体5的上端与弹簧上压件的第一级凸台1-1螺纹连接，下端与芯片固定件的第一级凸台4-1螺纹连接。
所述锥形销6为小型一圆锥体，使未键合的两个芯片隔离开。
工作原理：
首先，将下芯片放入芯片固定件4的第一级凹槽4-3中，将上芯片放入弹簧下压件3的第一级凹槽3-2中，再将弹簧2套在弹簧下压件3的一级凸台3-1上。
然后，将下芯片与芯片固定件4的组合体凭借芯片固定件4的第一级凸台4-1上的粗牙螺纹（螺距为2.0）完全旋入筒体5中，将锥形销6插入筒体5的两个通孔5-2中，再将上芯片、弹簧2和弹簧下压件3的组合体从筒体5的上口放入，其中，锥形销6插入筒体5后，其长度应多出2~4mm。
最后，将弹簧上压件1凭借其第一凸台1-1上的粗牙螺纹（螺距为2.0）旋入筒体5中。由于弹簧上压件1的第一凸台1-1上标有刻度，所以根据需要，通过F=kx可以计算出旋入的深度（F：施加力的大小；k：弹簧的劲度系数；x：旋入的深度）。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式中弹簧上压件1的第一级凸台1-1上的粗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具，其特征在于所述热压键合夹具又弹簧上压件、弹簧、弹簧下压件、芯片固定件、筒体和锥形销构成，其中：所述弹簧上压件的下端面具有三级直径不同的凸台，从上至下依次为第一级凸台、第二级凸台和第三级凸台，第一级凸台上带有螺纹及刻度盘；所述弹簧下压件的上端面具有一级凸台，下端面具有三级凹槽，从上至下依次为第一级凹槽、第二级凹槽和第三级凹槽；所述弹簧的两端分别套在弹簧上压件的第三级凸台和弹簧下压件的一级凸台上；所述芯片固定件的上端面具有二级凸台，从下至上依次为第一级凸台和第二级凸台，所述第一级凸台上带有螺纹，第二级凸台的上端面具有二级凹槽，从下至上依次为第一级凹槽和第二级凹槽，芯片固定件的第二级凸台卡于弹簧下压件的第三级凹槽内；所述筒体沿圆周方向设置有一对对称螺纹通孔和一对对称通孔，锥形销插于通孔内，筒体的上端与弹簧上压件的第一级凸台螺纹连接，下端与芯片固定件的第一级凸台螺纹连接。

【技术特征摘要】
1.一种压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具，其特征在于所述热压键合夹具又弹簧上压件、弹簧、弹簧下压件、芯片固定件、筒体和锥形销构成，其中：
所述弹簧上压件的下端面具有三级直径不同的凸台，从上至下依次为第一级凸台、第二级凸台和第三级凸台，第一级凸台上带有螺纹及刻度盘；
所述弹簧下压件的上端面具有一级凸台，下端面具有三级凹槽，从上至下依次为第一级凹槽、第二级凹槽和第三级凹槽；
所述弹簧的两端分别套在弹簧上压件的第三级凸台和弹簧下压件的一级凸台上；
所述芯片固定件的上端面具有二级凸台，从下至上依次为第一级凸台和第二级凸台，所述第一级凸台上带有螺纹，第二级凸台的上端面具有二级凹槽，从下至上依次为第一级凹槽和第二级凹槽，芯片固定件的第二级凸台卡于弹簧下压件的第三级凹槽内；
所述筒体沿圆周方向设置有一对对称螺纹通孔和一对对称通孔，锥形销插于通孔内，筒体的上端与弹簧上压件的第一级凸台螺纹连接，下端与芯片固定件的第一级凸台螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具，其特征在于所述弹簧上压件的第一级凸台上的刻度盘为垂直于第一级凸台平面的方向上任意做一恰好除去螺纹的切面，并在上面以0.5mm等间距地标上刻度线。
3.根据权利要求1所述的压力可调可用于气体保护下的热压键合夹具，其特征在于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晨曦，许继开，田艳红，王春青，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23