激光辅助键合设备及方法技术

本发明专利技术提供激光辅助键合设备及方法，激光辅助键合设备包括：激光光源模块、温控模块、调平模块、定位模块和运动模块，激光光源模块用于发射激光光束，以对芯片和载板进行键合，温控模块用于对芯片和载板进行加热或者冷却，调平模块用于对所述芯片调平，定位模块用于对的芯片定位，运动模块至少两个自由度运动以调整激光光源模块与芯片的相对位置。采用激光辅助键合的方法进行芯片键合，激光光束对芯片进行瞬时加热，激光的高能量密度，在几百毫秒内将芯片加热到工艺温度，完成对焊料的键合。由于加热速度非常快，也即加热时间短，热容低，停止加热后热量迅速消散，载板的温升大幅降低，故翘曲和残余热应力都远低于回流焊工艺。翘曲和残余热应力都远低于回流焊工艺。翘曲和残余热应力都远低于回流焊工艺。

【技术实现步骤摘要】
激光辅助键合设备及方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种激光辅助键合设备及方法。

技术介绍

[0002]半导体市场一直在追求更高的性能、更低的成本。由于芯片面积太大，互联密度太低，原有芯片直接封装技术(chip on board，COB)已经无法满足越来越小的智能设备，故逐渐被倒装芯片(flip
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chip)技术替代。倒装芯片使用传统的回流焊工艺，为了更高的I/O密度，倒装芯片上铜柱凸点的间距越来越小，与此同时，更高的性能要求也在推动电流密度的不断增加，因此对于芯片封装性能稳定性的需求愈发苛刻，而回流焊工艺由于其较高的整体焊接温度以及存在较高的残余热应力，故需要更优的焊接方式。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种激光辅助键合设备及方法，以解决回流焊工艺焊接温度高、存在残余热应力的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种激光辅助键合设备，包括：激光光源模块、温控模块、调平模块、定位模块和运动模块，所述激光光源模块用于发射激光光束，以对芯片和载板进行键合，所述温控模块用于对所述芯片和所述载板进行加热或者冷却，所述调平模块用于对所述芯片调平，所述定位模块用于对所述芯片定位，所述运动模块至少两个自由度运动以调整所述激光光源模块与所述芯片的相对位置。
[0005]可选的，所述激光光源模块包括激光器和均质器，所述激光器发射激光光束，所述均质器用于对所述激光器发射的激光光束均质。
[0006]可选的，所述激光光源模块还包括测温传感器，所述测温传感器固定在所述均质器上，以测量所述芯片的温度。
[0007]可选的，所述温控模块固定在所述调平模块上，以使所述载板在键合时维持在预设温度。
[0008]可选的，还包括旋转模块，所述旋转模块位于所述调平模块下，带动所述调平模块旋转所述芯片以调整所述芯片与所述激光光束的角度偏差。
[0009]可选的，所述运动模块位于所述旋转模块下，带动所述芯片在第一方向或第二方向上运动以调整所述激光光源模块与所述芯片的相对位置，其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
[0010]可选的，所述运动模块和所述激光光源模块位于激光光源模块底板上，所述运动模块带动所述激光光源模块底板在第一方向或第二方向上运动以调整所述激光光源模块与所述芯片的相对位置，其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
[0011]可选的，所述调平装置或者所述定位模块在第三方向上运动，使得所述芯片位于所述激光器的同一焦面内，且所述芯片位于所述定位模块的焦深内，其中，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向均相互垂直。
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，如在本专利技术中所使用的，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专利技术中的具体含义。
[0028]图1是本专利技术实施例的激光辅助键合设备结构示意图。如图1所示，本专利技术提供一种激光辅助键合设备，包括：激光光源模块101、温控模块102、调平模块103、定位模块104和运动模块105，所述激光光源模块101用于发射激光光束，以对芯片108和载板109进行键合，所述温控模块102用于对所述芯片108和所述载板109进行加热或者冷却，所述调平模块103用于对所述芯片108调平，所述定位模块104用于对所述芯片108定位，所述运动模块105至少两个自由度运动以调整所述激光光源模块101与所述芯片108的相对位置。
[0029]具体的，所述激光光源模块101包括激光器(图中未示出)、激光光纤101a、均质器101b和测温传感器101c，激光光纤101a一端连接激光器，另一端连接均质器101b，激光器发射激光光束，激光光纤101a将激光光束传输至均质器101b，均质器101b用于对所述激光器发射的激光光束进行均质，从而生成同产品形状一致的高均匀性的面激光，所述激光光束照射到芯片108上，使得芯片108底部温度上升至250℃至300℃，例如是280℃，将位于芯片108底部的焊料融化，以键合芯片108和载板109。均质器101b固定在激光光源模块底板106上，在一个实施例中，激光光源模块底板106可以在第三方向上运动，也即Z轴上运动，其中，所述第三方向与所述第一方向和所述第二方向均相互垂直。测温传感器101c固定在均质器102上，对芯片108整个区域的温度进行测量。
[0030]请继续参考图1，温控模块102固定在调平模块103上，对整个载板109提供加热和冷却功能，以使载板109在激光辅助键合时维持在预设温度。预设温度例如是适合载板109和芯片108键合的温度。
[0031]调平模块103固定在旋转模块110上，对整个载板109上芯片108进行调平，使得芯片108在第三方向上位于同一高度上，也即在Z轴方向上芯片108在同一高度，使得所述芯片108位于所述激光器的同一焦面内，提高芯片108整个区域的功率一致性，且所述芯片108位于所述定位模块104的焦深内，以便获取更精确的芯片108位置坐标；定位模块104例如是视觉装置，对芯片108进行坐标测量并定位；定位模块104固定在激光光源模块底板106上，连接有升降装置(升降装置图中未示出)，可以进行第三方向的升降，也即Z轴方向的升降，定位模块104与均质器102的升降装置不共用，也即均质器102和定位模块104分别具有各自的升降装置，以分别独立升降。在另一个实施例中，定位模块104可以不连接升降装置，也即定位模块104不进行垂向升降，通过调平模块进行垂向升降，以使得芯片108位于所述定位模块104的焦深内。当芯片108不在定位模块104的焦深内时，可以由调平模块103替代定位模块104垂向运动，这样可以使得设备更简单，成本更低。
[0032]调平模块103不仅可以在第三方向(第三自由度)上移动，还可以在第四自由度和第五自由度上移动，第四自由度为绕X轴的倾斜Rx，第五自由度为绕Y轴的倾斜Ry。调平模块103包括全局调平和局部调平，能够针对每一个芯片进行调平。
[0033]调平模块103包括上板103a，驱动板103b和下板103c，驱动板103b为Z向驱动。
[0034]支撑单元107固定在调平模块103的下板103c上，用于托起载板109，通过机械手完成载板1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光辅助键合设备，其特征在于，包括：激光光源模块、温控模块、调平模块、定位模块和运动模块，所述激光光源模块用于发射激光光束，以对芯片和载板进行键合，所述温控模块用于对所述芯片和所述载板进行加热或者冷却，所述调平模块用于对所述芯片调平，所述定位模块用于对所述芯片定位，所述运动模块至少两个自由度运动以调整所述激光光源模块与所述芯片的相对位置。2.根据权利要求1所述的激光辅助键合设备，其特征在于，所述激光光源模块包括激光器和均质器，所述激光器发射激光光束，所述均质器用于对所述激光器发射的激光光束均质。3.根据权利要求2所述的激光辅助键合设备，其特征在于，所述激光光源模块还包括测温传感器，所述测温传感器固定在所述均质器上，以测量所述芯片的温度。4.根据权利要求1所述的激光辅助键合设备，其特征在于，所述温控模块固定在所述调平模块上，以使所述载板在键合时维持在预设温度。5.根据权利要求1所述的激光辅助键合设备，其特征在于，还包括旋转模块，所述旋转模块位于所述调平模块下，带动所述调平模块旋转所述芯片以调整所述芯片与所述激光光束的角度偏差。6.根据权利要求5所述的激光辅助键合设备，其特征在于，所述运动模块位于所述旋转模块下，带动所述芯片在第一方向或第二方向上运动以调整所述激光光源模块与所述芯片的相对位置，其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。7.根据权利要求1所述的激光辅助键合设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承勇，周俊强，
申请(专利权)人：上海光键半导体设备有限公司，
类型：发明
国别省市：