CN107359233B - 一种超微型半导体致冷器件的制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超微型半导体致冷器件的制作工艺，包括以下步骤：步骤S1、将喷有金属镀层的晶片粘接在蓝膜上，再对晶片划切成晶粒，以及使用扩膜机对蓝膜及其上粘接着的晶粒扩展，并将扩展后蓝膜背向晶粒一侧面置于模具上；步骤S2、利用排片机上的吸头将步骤S1得到模具上晶粒吸起，并放置到瓷片指定位置；步骤S3、将步骤S2得到的瓷片放置在返修台的加热台上，将另一个瓷片与步骤S2得到的瓷片对齐并贴附压紧，再启动加热台进行加温焊接，焊接完成后冷却。其中，由于晶粒摆放采用排片机自动吸、放，晶粒位置更加准确，而且上下瓷片对位采用返修台的光学对位系统，实现上下瓷片对位的目的，效率更高，操作更加准确。

Description

一种超微型半导体致冷器件的制作工艺

技术领域

本发明涉及半导体制冷器件领域，尤其是涉及一种超微型半导体致冷器件的制作工艺。

背景技术

半导体致冷器件的工作原理是基于帕尔帖原理，即利用当N形半导体和P形半导体组成的电路且通有直流电时，在接头处除焦耳热以外还会释放出某种其它的热量，而另一个接头处则吸收热量。现有半导体致冷器件一般包括瓷板和半导体晶粒，半导体晶粒是焊接在瓷板上的，瓷板起电绝缘、导热和支撑的作用，它的上面有一层金属化层，晶是致冷组件的主功能部件，晶粒通过锡焊接在瓷板的金属化层上。

对于常规半导体致冷器件而言，其晶粒直径一般大于1mm，其制作工艺通常包括以下步骤：

步骤一：晶粒的制备，将半导体晶棒切割成片，并在晶片上镀层，将切割完成，并已制备好镀层的然后，将已制备好镀层的晶片晶片使用热熔胶片粘接在石墨片上，使用线切割机按照晶粒要求尺寸切割完成，再使用超声波清洗机及丙酮溶剂将晶粒上的热熔胶片清洗干净。

步骤二：晶粒的摆放，手动使用镊子或采用晃动模具的方法，将晶粒摆放在模具中手动使用镊子或采用晃动模具的方法，将晶粒摆放在模具中。

步骤三：将晶粒摆放至瓷片上，上下瓷片通过定位针或目测定位对齐，而后双面压焊炉焊接。

随着半导体技术的进一步发展，半导体致冷器件开始进入超微型阶段。对于超微型半导体致冷器件，其具有以下特殊性：(1)晶粒截面积小于0.8*0.8mm，切割尺寸精度要求较高；(2)晶粒排布间距小于0.4mm，不适用模具摆放；(3)由于晶粒间距小，需要上下瓷片定位精度高。因此，由于超微型半导体致冷器件本身所具有的上述特点，现有常规半导体致冷器件的制作工艺无法达到超微型半导体致冷器件制作的要求。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种能能有效满足超微型半导体致冷器件加工，而且加工效率更高的超微型半导体致冷器件的制作工艺。

本发明的技术方案是：一种超微型半导体致冷器件的制作工艺，包括以下步骤：

步骤S1、将喷有金属镀层的晶片粘接在蓝膜上，再对晶片划切成晶粒，以及使用扩膜机对蓝膜及其上粘接着的晶粒扩展，并将扩展后蓝膜背向晶粒一侧面置于模具上；

步骤S2、利用排片机上的吸头将步骤S1得到模具上晶粒吸起，并放置到瓷片指定位置；

步骤S3、将步骤S2得到的瓷片放置在返修台的加热台上，将另一个瓷片与步骤S2得到的瓷片对齐并贴附压紧，再启动加热台进行加温焊接，焊接完成后冷却。

作为优选，步骤S1中，使用粘片机将喷有金属镀层的晶片粘接在蓝膜上，再使用划片机对晶片划切成晶粒。

作为优选，步骤S2中，将步骤S1得到的模具安装到排片机的材料架上，将印刷完焊膏的瓷片放置在排片机的工作台上，利用排片机上的吸头将晶粒吸起并放置到瓷片指定位置。

作为优选，步骤S3中，将另一个瓷片吸附在返修台上方的吸口上，将步骤S2得到的瓷片放置在返修台下方的加热台上，利用返修台的镜头系统观察并调整加热台的位置，使步骤S2得到的瓷片与位于吸口上瓷片的相对位置对齐，然后移开镜头系统，放下吸口上的瓷片，贴附并压紧下面的晶粒，在启动加热台进行加温焊接，焊接完成并冷却后，取出产品。

作为优选，步骤S3中，焊接温度为220～290℃，时间为1-2min。

作为优选，在晶片上喷金属镀层的步骤包括：镍丝经过加温后均匀喷于晶片表面上，喷好镍后再镀一层锡。

作为优选，所述步骤S1中，先将贯穿分布有定位窗口的透明柔性膜粘贴在蓝膜上，再将喷有金属镀层的晶片粘接在蓝膜上，并根据定位窗口的位置对晶片划切成晶粒，使得晶粒位于定位窗口内。

作为优选，步骤S2中，在瓷片的焊膏上形成分布设置的定位槽口，利用排片机上的吸头将晶粒吸起并放置到定位槽口中。

作为优选，步骤S3中，先在另一个瓷片面向步骤S2得到的瓷片一侧面的四周边缘上形成导热涂层，再将另一个瓷片吸附在返修台上方的吸口上。

作为优选，所述扩膜机包括有配合十字形蓝膜进行扩晶的顶膜结构，所述顶膜结构包括顶膜平板，所述顶膜平板包括中心板和位于中心板四周的四条形板，相邻的条形板相互垂直，所述条形板与十字形蓝膜的端部一一对应，所述条形板内转动安装有与十字形蓝膜的接触面平齐于顶膜平板上表面的扩膜辊，所述条形板的外端转动安装有摩擦辊，所述摩擦辊和所述扩膜辊之间设有传动装置，在传动装置带动下摩擦辊的带动扩膜辊同向转动。

作为优选，所述扩膜辊包括扩膜辊轴和套在扩膜辊轴外的多个扩膜辊体，所述扩膜辊轴转动安装在所述条形板上，所述扩膜辊体和所述扩膜辊轴之间设有单向离合器，至少一个所述扩膜辊体顺时针转动时，扩膜辊体的顺时针转动带动扩膜辊轴顺时针转动，从而带动其他扩膜辊体顺时针转动。

作为优选，所述摩擦辊包括摩擦辊轴和套在摩擦辊轴外的多个摩擦辊体，所述摩擦辊轴转动安装在所述条形板上，所述扩膜辊体和所述摩擦辊轴之间设有单向离合器，至少一个所述摩擦辊体顺时针转动时，摩擦辊体的顺时针转动带动摩擦辊轴顺时针转动，从而带动其他摩擦辊体顺时针转动。

作为优选，所述排片机的吸头包括陶瓷真空吸盘，所述陶瓷真空吸盘包括包括多孔陶瓷板，所述多孔陶瓷板固定安装在基板上表面，所述基板可拆卸安装在吸盘底板上表面，所述基板的直径大于多孔陶瓷板的直径，所述吸盘底板的直径大于所述基板的直径；还包括密封壳，所述密封壳套在所述多孔陶瓷板、所述基板和吸盘底板上，所述密封壳的内腔包括与所述多孔陶瓷板的直径对应的第一密封安装腔、与所述基板的直径对应的第二密封安装腔和与吸盘底板的直径对应的第三安装腔，所述第一密封安装腔、所述第二密封安装腔和第三安装腔之间相互连通；所述密封壳的内壁设有贴紧于密封壳内壁的有一体成型的密封套。

作为优选，所述吸盘底板与所述基板的外周边的相邻处设有第一环形密封槽，所述第一环形密封槽的底部设有干燥剂，所述干燥剂的上部和所述密封套之间设有空腔，所述基板与所述多孔陶瓷板的外周边的相邻处设有第二环形密封槽，所述第二环形密封槽的底部也设有干燥剂，所述干燥剂的上部和所述密封套之间也设有空腔。

作为优选，所述密封套的内表面与所述多孔陶瓷板的外周面的对应处设有环形槽，所述环形槽内安装有弹性密封环，所述弹性密封环的内径小于所述多孔陶瓷板的外径。

作为优选，返修台为BG返修台。更为优选的，包括控制基台、工作平台和发热装置，所述控制基台底部四角上均设有支架腿，控制基台顶部固定工作平台，工作平台上的夹板组上设有光学对位装置，光学对位装置上的棱镜组件正上方处设有吸嘴，吸嘴通过连接轴连接发热装置，所述发热装置由入汽盖以及穿过升降块和旋动块的连接轴构成，旋动块的两侧通过旋转调节导轴连接旋转助装件，旋动块上设有旋转轴，旋转轴上连接旋转助调件，旋动块与旋动块右侧的旋转助装件之间的旋转调节导轴上设有弹簧，旋动块左侧的旋转助装件通过螺杆连接千分尺第一助装件，千分尺第一助装件连接千分尺第二助装件，千分尺第二助装件上设有千分尺。

本发明提供的技术方案，具有如下优点：

(1)本发明提供的超微型半导体致冷器件的制作工艺，包括步骤S1-晶粒的制备，步骤S-：晶粒的摆放，步骤S3-瓷片及晶粒的焊接，即晶粒切割完成规则粘附在蓝膜上，而且晶粒摆放采用排片机自动吸、放，晶粒位置更加准确，上下瓷片对位采用返修台的光学对位系统，实现上下瓷片对位的目的，效率更高，操作更加准确。

需要进一步说明的是，现有技术中蓝膜用于贴在晶片表面上，以避免晶片的表面被划伤，然而后面将蓝膜与晶片脱离则需要用到顶针或切刀，其过程比较复杂且低效率。而且，现有技术中排片机通常用于芯片的排片封装，返修台通常用于BGA封装的芯片在返修时进行拆卸和焊接，即将芯片(半导体芯片)搭载在布线基板或引线框架等的基板上来组装封装的工序的一部分中，有从晶圆吸附芯片并向基板贴装的贴装工序。

然而，本发明针对“超微型半导体致冷器件的切割尺寸精度要求较高、不适用模具摆放、需要上下瓷片定位精度高，因而现有常规半导体致冷器件的制作工艺无法达到超微型半导体致冷器件制作的要求”的技术问题，突破现有技术及思维的限制，在超微型半导体致冷器件领域，首次提出在将蓝膜及扩膜机、排片机和返修台结合在一起，充分发挥以及结合各工具的优势，并且解决了上述技术问题。具体地，本发明通过将蓝膜背向晶粒一侧面贴至模具上，再利用排片机上的吸头将步骤S1得到模具上晶粒吸起并放置到瓷片指定位置，且由于利用排片机实现将晶粒吸走，解决了蓝膜和晶粒之间不好分离的问题，而蓝膜与模具之间则容易分离，同时排片机能够将晶粒准确地放置在瓷片上，提高了晶粒的放置准确度；进一步地利用返修台对瓷片进行精确定位，使得在排片机和返修台的结合作用下，晶粒及瓷片都能精确定位，进一步提高了对位的准确性。

(2)本发明提供的超微型半导体致冷器件的制作工艺，将贯穿分布有定位窗口的透明柔性膜粘贴在蓝膜上，因此对晶片划切时能够根据定位窗口的指示进行精确划切，使晶粒被划切至定位窗口中；而且，在后续使用扩膜机进行扩展时，透明柔性膜能够对晶粒起到限位作用，避免晶粒发生崩离等。透明柔性膜可以为现有技术中常用膜，例如为ITO膜等。

(3)本发明提供的超微型半导体致冷器件的制作工艺，在瓷片的焊膏上形成分布设置的定位槽口，使得排片机时晶粒能够精确放置到定位槽口中；而且，在后续步骤S3中，由于晶粒设置在定位槽口中，从而避免晶粒因受到过大的压紧力而损坏。

(4)本发明提供的超微型半导体致冷器件的制作工艺，步骤S3中，在另一个瓷片面向步骤S2得到的瓷片一侧面的四周边缘上形成导热涂层，在进行加温焊接的过程中，该导热涂层能够使得热量均匀传递至另一个瓷片上，从而避免因其温度不均而导致的焊接不均匀的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中顶膜结构的的结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是本发明实施例中顶膜结构的工作状态示意图；

图4是本发明实施例中陶瓷真空吸盘的结构示意图。

具体实施方式

本实施例提供的半导体致冷超微型器件制作工艺，包括以下步骤，

步骤一：晶粒的制备，将切割完成，并已制备好镀层的晶片使用粘片机粘接在蓝膜上，使用划片机按照要求的晶粒尺寸完成划切，使用扩膜机将蓝膜及其上粘接着的晶粒扩展到模具上；

步骤二：晶粒的摆放，将扩展晶粒的模具安装到排片机的材料架上，将印刷完焊膏的瓷片放置在工作台上，按照设计的晶粒排布规则，使排片机上的吸头实现将晶粒吸起，并放置到瓷片指定位置；

步骤三：瓷片及晶粒的焊接，先将一端瓷片吸附在返修台的上吸口，将已摆放完晶粒的另一端瓷片放置在加热台上，拉出两瓷片间的镜头系统，通过镜头系统的上下镜头观察，并调整加热台的位置，使加热台上的瓷片上的晶粒与上吸口上瓷片的相对位置对齐，移开镜头系统，放下上吸口上的瓷片，贴附并压紧下面的晶粒，启动加热系统加温焊接。

其中，粘片机、划片机、扩膜机、排片机和返修台均可采用现有装置，例如排片机为DB-6202型IC自动排片机，返修台为光学对位BGA返修台等。

作为进一步的研究成果，本发明还研究出了新型的扩膜机、排片机。

如图1-图3所示，本发明提供的扩膜机包括有配合十字形蓝膜进行扩晶的顶膜结构，所述顶膜结构包括顶膜平板1，所述顶膜平板1包括中心板2和位于中心板2四周的四条形板3，相邻的条形板3相互垂直，所述条形板3与十字形蓝膜4的端部一一对应，所述条形板3内转动安装有与十字形蓝膜4的接触面平齐于顶膜平板上表面的扩膜辊5，所述条形板3的外端转动安装有摩擦辊6，所述摩擦辊6和所述扩膜辊5之间设有传动装置，在传动装置带动下摩擦辊的带动扩膜辊同向转动。这样使得十字形蓝膜各处所受到的拉力趋于一致，使得扩张后的晶片上的同一切割道方向的晶粒之间的距离做到基本上相同。

所述扩膜辊包括扩膜辊轴和套在扩膜辊轴外的多个扩膜辊体7，所述扩膜辊轴转动安装在所述条形板3上，所述扩膜辊体7和所述扩膜辊轴之间设有单向离合器，至少一个所述扩膜辊体顺时针转动时，扩膜辊体的顺时针转动带动扩膜辊轴顺时针转动，从而带动其他扩膜辊体顺时针转动。

所述摩擦辊6包括摩擦辊轴和套在摩擦辊轴外的多个摩擦辊体8，所述摩擦辊轴转动安装在所述条形板3上，所述扩膜辊体7和所述摩擦辊轴之间设有单向离合器，至少一个所述摩擦辊体8顺时针转动时，摩擦辊体8的顺时针转动带动摩擦辊轴顺时针转动，从而带动其他摩擦辊体顺时针转动。

如图4所示，本发明提供的排片机的吸头包括陶瓷真空吸盘，所述陶瓷真空吸盘包括包括多孔陶瓷板9，所述多孔陶瓷板9固定安装在基板10上表面，所述基板10可拆卸安装在吸盘底板11上表面，所述基板10的直径大于多孔陶瓷板9的直径，所述吸盘底板11的直径大于所述基板10的直径；还包括密封壳12，所述密封壳12套在所述多孔陶瓷板9、所述基板10和吸盘底板11上，所述密封壳12的内腔包括与所述多孔陶瓷板的直径对应的第一密封安装腔、与所述基板的直径对应的第二密封安装腔和与吸盘底板的直径对应的第三安装腔，所述第一密封安装腔、所述第二密封安装腔和第三安装腔之间相互连通；所述密封壳的内壁设有贴紧于密封壳内壁的有一体成型的密封套13。能有效避免抛光液、水雾、碎片颗粒等进入吸头，避免了因此造成的设备生锈和堵塞，提升了设备稳定性。

为了进一步避免抛光液和水雾等侵入造成的损害，所述吸盘底板11与所述基板10的外周边的相邻处设有第一环形密封槽14，所述第一环形密封槽14的底部设有干燥剂15，所述干燥剂15的上部和所述密封套13之间设有空腔16，所述基板10与所述多孔陶瓷板9的外周边的相邻处设有第二环形密封槽17，所述第二环形密封槽17的底部也设有干燥剂，所述干燥剂的上部和所述密封套之间也设有空腔。所述密封套13的内表面与所述多孔陶瓷板9的外周面的对应处设有环形槽，所述环形槽内安装有弹性密封环19，所述弹性密封环19的内径小于所述多孔陶瓷板9的外径。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种超微型半导体致冷器件的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、先将贯穿分布有定位窗口的透明柔性膜粘贴在蓝膜上，然后将喷有金属镀层的晶片粘接在蓝膜上，再根据定位窗口的位置对晶片划切成晶粒，使得晶粒位于定位窗口内，以及使用扩膜机对蓝膜及其上粘接着的晶粒扩展，并将扩展后蓝膜背向晶粒一侧面置于模具上；

在晶片上喷金属镀层的步骤包括：镍丝经过加温后均匀喷于晶片表面上，喷好镍后再镀一层锡；

步骤S2、将步骤S1得到的模具安装到排片机的材料架上，将印刷完焊膏的瓷片放置在排片机的工作台上，在瓷片的焊膏上形成分布设置的定位槽口，利用排片机上的吸头将步骤S1得到模具上晶粒吸起，并放置到瓷片定位槽口中；

步骤S3、将步骤S2得到的瓷片放置在返修台的加热台上，先在另一个瓷片面向步骤S2得到的瓷片一侧面的四周边缘上形成导热涂层，再将另一个瓷片吸附在返修台上方的吸口上，将另一个瓷片与步骤S2得到的瓷片对齐并贴附压紧，再启动加热台进行加温焊接，焊接温度为220～290℃，时间为1-2min，焊接完成后冷却。

2.根据权利要求1所述的超微型半导体致冷器件的制作工艺，其特征在于，步骤S1中，使用粘片机将喷有金属镀层的晶片粘接在蓝膜上，再使用划片机对晶片划切成晶粒。

3.根据权利要求1所述的超微型半导体致冷器件的制作工艺，其特征在于，步骤S3中，利用返修台的镜头系统观察并调整加热台的位置，使步骤S2得到的瓷片与位于吸口上瓷片的相对位置对齐，然后移开镜头系统，放下吸口上的瓷片，贴附并压紧下面的晶粒，在启动加热台进行加温焊接，焊接完成并冷却后，取出产品。