CN104900575A - 真空共晶焊的芯片定位夹具、制造方法及芯片转运方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空共晶焊的定位夹具、制造方法及芯片转运方法，该定位夹具包括衬底、支撑台阶及限位台阶，衬底上设置有吸附孔，支撑台阶用于支撑芯片，限位台阶用于对芯片进行限位。该制造方法包括：在衬底表面形成支撑台阶；在支撑台阶表面形成限位台阶；在衬底中心位置加工出吸附孔。该芯片转运方法包括：吸头吸住芯片定位夹具；吸头通过吸附孔将芯片吸附在芯片定位夹具的限位台阶中；将芯片移动到封装盒中的合适位置；拆除吸头，安装压力杆。本发明的定位夹具、制造方法及芯片转运方法简化了芯片转运过程，节省了工艺时间，减小了芯片转运中的位置公差，提高了位置精度。

Description

真空共晶焊的芯片定位夹具、制造方法及芯片转运方法

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，特别涉及一种真空共晶焊的芯片定位夹具、制作方法及芯片转运方法。

背景技术

T/R组件是相控阵雷达的核心部分，在雷达中主要起收发和放大微波信号的作用。目前，T/R组件的装配大多采用多芯片组装装配技术，其中芯片的安装和固定采用芯片共晶技术。在T/R组件中芯片主要为微波大功率芯片，对衬底的散热以及接地性能有很高的要求，芯片共晶技术可以很好地满足上述要求。芯片共晶技术通过在芯片底部和衬底之间添加焊料，通过合适的温度、时间、压力以及气份实现两表面的共晶物熔合，共晶实现了在分子尺寸的结合，因此有连接电阻小、传热效率高、散热均匀以及焊接强度高等优点。

芯片共晶技术分为手动共晶焊和设备共晶焊，手动共晶焊包括：衬底上钎料、芯片拾取、芯片共晶和芯片对位，手动共晶焊具有灵活性大、共晶质量高、成本低等特点，但相对于设备共晶焊来说，其共晶效率和稳定性要低很多。对于单个雷达需要上千个T/R组件的现状，手动共晶焊无法满足生产需求，目前大多采用设备共晶焊。真空共晶焊为设备共晶焊的一种比较有效的方法，其基本流程为：衬底润湿→涂覆钎料→装配芯片→安装芯片保护罩→加压力工装→转运至共晶炉→真空共晶焊接。其中除转运至共晶炉与开启真空共晶焊接需手动完成外，其与皆由自动或半自动设备完成。现有的真空共晶焊过程中，芯片从安装到转运过程中受到一系列位置偏差的限制，每一道工序都会增加其位置偏差：△_总=±（△₁+△₂+△₃+…），其中，在装配芯片过程中会产生一个位置公差△₁，如图3A至3B所示；安装芯片保护罩过程中存在一个位置公差△₂，如图3C至3D所示；芯片在限位适应中产生一个△₃公差，如图3E所示。累加后的位置偏差比较大，但是微波对信号线的共线度有很高的要求，需要测量的线角在±2°，距离差在±0.1mm以内，超出会直接影响微波功率。

因此，减小设备共晶焊的位置偏差，提高设备共晶焊的精度就显得非常重要。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种真空共晶焊的芯片定位夹具、制作方法以及芯片转运方法，减小了真空共晶焊过程中的位置偏差，提高了其精度。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种真空共晶焊的芯片定位夹具，其包括：衬底、支撑台阶以及限位台阶，其中：

所述衬底上设置有吸附孔，用于吸附所述芯片；

所述支撑台阶位于所述衬底的表面区域，用于支撑所述芯片；

所述限位台阶位于所述支撑台阶的背离所述衬底的表面区域，用于限制所述芯片的运动。

较佳地，所述衬底为陶瓷衬底，与现有的金属及复合材料相比，陶瓷材料的衬底有更高的平整度和刚度，在气力吸附和受力时不易变形，能够更好的保护转运中的芯片。

较佳地，所述吸附孔位于所述衬底的中心位置，更加方便芯片的转运，保持平衡。

较佳地，所述衬底的厚度为0.2mm-1mm。

较佳地，所述支撑台阶包括第一部分和第二部分，其中：

所述第一部分为围绕所述衬底四周的第一边框；

所述第二部分为位于所述第一部分内的孤岛，所述孤岛的厚度与所述第一边框的厚度一致。

较佳地，所述限位台阶为围绕所述衬底四周的第二边框，所述第二边框的厚度与所述芯片的厚度一致；

所述第二边框的外边框与所述第一边框的外边框对齐，所述第二边框的内边框与所述芯片的尺寸一致。

本发明还提供一种真空共晶焊的芯片定位夹具的制作方法，其包括以下步骤：

S71：在衬底表面形成支撑台阶；

S72：在支撑台阶上形成限位台阶；

S73：在衬底的中心位置加工出吸附孔。

较佳地，所述步骤S71进一步包括：

S711：在衬底表面溅射一层铜种子层；

S712：在铜种子层表面通过SU8胶光刻形成支撑台阶的掩膜；

S713：在铜种子层表面电铸形成支撑台阶。

较佳地，所述步骤S72进一步包括：

S721：在支撑台阶表面通过LC100胶光刻形成限位台阶的掩膜；

S722：腐蚀铜种子层；

S723：在支撑台阶的凹槽区域填充SU8胶，并光刻形成限位台阶的图形

S724：在支撑台阶表面电铸形成限位台阶。

采用正胶LC100光刻形成限位台阶的电铸掩膜，能够保证掩膜图形的高精度，更精确地对芯片进行限位，减小转运过程中的误差。

较佳地，所述步骤S73进一步为：在衬底的中心位置通过激光加工出吸附孔。

本发明还提供一种真空共晶焊的芯片转运方法，其包括以下步骤：

S111：吸头吸住芯片定位夹具；

S112：吸头通过吸附孔将芯片吸附在芯片定位夹具的限位台阶中；

S113：将芯片移动到封装盒中的合适位置；

S114：拆除吸头，安装压力杆。

将芯片限位和芯片支撑通过一道装配工艺来实现，减小了工艺时间，提高了芯片的位置精度。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

（1）本发明提供的真空共晶焊的芯片定位夹具、制作方法以及芯片转运方法，采用两级台阶实现了芯片支撑和芯片限位，将两道装配工艺转为一步，减少了工艺时间，同时减小了装配过程中产生的位置偏差，提高了芯片的位置精度；

（2）本发明采用陶瓷衬底，与金属和复合材料相比，平整度更好，刚度更强，在气力吸附和受力时不易变形，能够更好地保护转运中的芯片；

（3）本发明采用半导体加工技术，实现了比较高的尺寸精度；采用电铸技术实现了高深宽比型台阶的生长。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的真空共晶焊的定位夹具的剖视图；

图2为本发明的真空共晶焊的定位夹具的俯视图；

图3A-3E为现有的真空共晶焊的夹具的芯片转运流程图；

图4A-4D为本发明的真空共晶焊的定位夹具的芯片转运流程图；

图5为本发明的真空共晶焊的定位夹具的制作方法工艺流程图；

图6A-6H为本发明的真空共晶焊的定位夹具的制作流程图；

图7为本发明的真空共晶焊的芯片转运方法工艺流程图。

标号说明：1-衬底，2-支撑台阶，3-限位台阶，4-芯片，5-吸头，6-现有芯片托盘，7-现有芯片压力罩，8-压力杆，9-封装盒，10-芯片限位托盘；

11-吸附孔；

21-第一边框，22-孤岛;

101-铜种子层，102-SU8胶，103-LC100胶。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

结合图1-图4，本实施例详细描述本发明的真空共晶焊的定位夹具，如图1所示为定位夹具的剖视图，如图2所示为其俯视图，其包括：衬底1、支撑台阶2以及限位台阶3，其中：衬底1上设置有吸附孔11，用于吸附芯片；支撑台阶2位于衬底的表面区域，用于支撑芯片；限位台阶3位于支撑台阶的背离衬底的表面区域，用于限制芯片的运动。

本实施例的定位夹具为用于GaAs裸芯片的定位夹具，衬底1为略大于芯片的矩形陶瓷片，吸附孔11位于衬底1的中心位置；支撑台阶2包括第一边框21和孤岛22，第一边框21为围绕于衬底1的边缘的矩形框，孤岛22设置于第一边框21内部，孤岛22的厚度与第一边框21的厚度一致；限位台阶3为设置于第一边框21边缘表面的第二边框，第二边框也为矩形框，其外边框与第一边框21的外边框对齐，其内边框与GaAs芯片的尺寸一致，限位台阶3的深度与芯片的厚度一致。

如图3所示为利用现有的芯片夹具实现芯片转运的流程图，其依次包括3A→3B→3C→3D→3E，如图3A所示为利用吸头吸附位于现有芯片托盘6中的芯片4，如图3B所示为芯片4定位，将其放置在封装盒9的合适位置；如图3C所示为利用吸头5吸附现有芯片托盘6中的现有芯片压力罩7；如图3D所示为现有芯片压力罩7定位，将其放置在封装盒9中芯片4上方的合适位置；如图3E所示为将拆除吸头5，在现有芯片压力罩7上安装压力杆8，从而完成芯片的转运，3A →3B过程中会产生一个位置公差， 3B→3C过程中会产生一个位置公差，3E过程中会产生一个位置公差，工艺越多，位置公差越多，转运完成后芯片会有一个比较大的位置偏差。

如图4所示为利用本发明的芯片定位夹具的芯片转运流程图，其依次包括4A→4B→4C→4D，如图4A所示为利用吸头21吸附定位夹具；如图4B所示为利用吸头5透过吸附孔11吸附芯片限位托盘10中的芯片4，使芯片4位于限位台阶3中；如图4C所示为将芯片4以及定位夹具放置到封装盒中的合适位置；如图4D所示为拆除吸头5，在衬底1的上方安装压力杆8，完成对芯片的转运。利用本发明的芯片定位夹具，将原先需要两步完成的芯片定位和芯片支撑合成为一步完成，减小了芯片转运过程中产生的位置公差，提高了芯片的位置精度，且缩短了工艺时间。

实施例2：

结合图5-图6，本实施例详细描述本发明的芯片定位夹具的制作方法，如图5所示，其包括以下步骤：

S71：在衬底表面形成支撑台阶；

S72：在支撑台阶上形成限位台阶；

S73：在衬底的中心位置加工出吸附孔。

其中：步骤S71进一步包括：

S711：提供一衬底，对其一表面进行清洗，溅射一层铜种子层，其对应的定位夹具的剖视图如图6A所示；

S712：在铜种子层表面通过SU8胶光刻形成支撑台阶的电铸掩膜，其对应的定位夹具的剖视图如图6B所示；

S713：在铜种子层表面电铸镍，形成支撑台阶的第一边框和孤岛，其对应的定位夹具的剖视图如图6C所示。

步骤S72进一步包括：

S721：去除SU8胶，在支撑台阶表面通过LC100胶光刻形成限位台阶的电铸掩膜，其对应的定位夹具的剖视图如图6D所示；

S722：使用盐酸加双氧水腐蚀铜种子层，其对应的定位夹具的剖视图如图6E所示；

S723：使用SU8胶填充支撑台阶的凹槽区域，并刻蚀处限位台阶的图形，其对应的定位夹具的剖视图如图6F所示；

S724：在支撑台阶表面电铸镍，形成限位台阶，其对应的定位夹具的剖视图如图6G所示。

步骤S73进一步为：去除SU8，在衬底的中心位置通过激光加工出吸附孔，然后利用划片机切割外形，其对应的定位夹具的剖视图如图6H所示。

实施例3：

结合图7，本实施例详细描述本发明的芯片转运方法，其包括以下步骤：

S111：吸头吸住芯片定位夹具；

S112：吸头通过吸附孔将芯片吸附在芯片定位夹具的限位台阶中；

S113：将芯片移动到封装盒中的合适位置；

S114：拆除吸头，在芯片定位夹具的衬底的上方安装压力杆。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (11)

1.一种真空共晶焊的芯片定位夹具，其特征在于，包括：衬底、支撑台阶以及限位台阶，其中：

所述衬底上设置有吸附孔，用于吸附所述芯片；

所述支撑台阶位于所述衬底的表面区域，用于支撑所述芯片；

所述限位台阶位于所述支撑台阶的背离所述衬底的表面区域，用于限制所述芯片的运动。

2.根据权利要求1所述的芯片定位夹具，其特征在于，所述衬底为陶瓷衬底。

3.根据权利要求1所述的芯片定位夹具，其特征在于，所述吸附孔位于所述衬底的中心位置。

4.根据权利要求1所述的芯片定位夹具，其特征在于，所述衬底的厚度为0.2mm-1mm。

5.根据权利要求1所述的芯片定位夹具，其特征在于，所述支撑台阶包括第一部分和第二部分，其中：

所述第一部分为围绕所述衬底四周的第一边框；

所述第二部分为位于所述第一部分内的孤岛，所述孤岛的厚度与所述第一边框的厚度一致。

6.根据权利要求5所述的芯片定位夹具，其特征在于，所述限位台阶为围绕所述衬底四周的第二边框，所述第二边框的厚度与所述芯片的厚度一致；

所述第二边框的外边框与所述第一边框的外边框对齐，所述第二边框的内边框与所述芯片的尺寸一致。

7.一种真空共晶焊的芯片定位夹具的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S71：在衬底表面形成支撑台阶； 

S72：在支撑台阶上形成限位台阶；

S73：在衬底的中心位置加工出吸附孔。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S71进一步包括：

S711：在衬底表面溅射一层铜种子层；

S712：在铜种子层表面通过SU8胶光刻形成支撑台阶的掩膜；

S713：在铜种子层表面电铸形成支撑台阶。

9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S72进一步包括：

S721：在支撑台阶表面通过LC100胶光刻形成限位台阶的掩膜；

S722：腐蚀铜种子层；

S723：在支撑台阶的凹槽区域填充SU8胶，并光刻形成限位台阶的图形

S724：在支撑台阶表面电铸形成限位台阶。

10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S73进一步为：在衬底的中心位置通过激光加工出吸附孔。

11.一种真空共晶焊的芯片转运方法，其特征在于，包括以下步骤：

S111：吸头吸住芯片定位夹具；

S112：吸头通过吸附孔将芯片吸附在芯片定位夹具的限位台阶中；

S113：将芯片移动到封装盒中的合适位置；

S114：拆除吸头，安装压力杆。