專利名稱：芯片接合系統的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種芯片接合系統，特別是關于一種可提供高芯片接合質量及具有高產能的芯片接合系統。
背景技術：
將芯片以共晶焊料(eutectic solder)固定于基板上的方式主要可分為兩種方式。一種方式如下所述首先，在芯片背面蒸鍍或濺鍍上一層共晶焊料，例如金錫合金或銀錫合金。接著，在基板上的焊墊上鍍上一層黃金；然后，將基板置于加熱板上加熱至共晶焊料的熔點后，將芯片壓合于焊墊上并使焊墊上的黃金與芯片上的共晶焊料結合在一起；之后，將基板的溫度下降至共晶焊料的熔點之下以使共晶焊料固化，即完成固晶(die bonding)作業。然而，因共晶焊料鍍于芯片背面時易發生合金層成分不均勻的情況，造成合金層各處的熔點不一致，使得前述的芯片壓合于焊墊上的時間須加長，進而使芯片的接合質量不易控制。將芯片以共晶焊料固定于基板上的另一種方式如下所述首先，在基板上的焊墊鍍上一層黃金；然后，將基板置于加熱板上加熱至共晶焊片(eutectic solder perform)的熔點后，再將共晶焊片逐一地置于基板的各焊墊上，然后，再分別將芯片與共晶焊片壓合； 之后，將基板的溫度下降至共晶焊片的熔點之下以使共晶焊片再度固化，即完成固晶作業。 然而，在上述的芯片接合過程中須長時間同時加熱基板，并且需要將共晶焊片及芯片逐一地置于基板的各焊墊上，此步驟耗工耗時，且因長時間加熱而可能影響基板及芯片的功能。同時，公知技術為了避免長時間同時對基板加熱，可能的作法是將基板進行裁切，使得一小塊基板上僅具有一個焊墊，之后再將裁切開的小塊基板分別加熱后再與芯片進行共晶結合制程，但此一作法更耗工耗時，增加生產成本。
實用新型內容有鑒于此，本實用新型提供一種芯片接合系統，其可將芯片良好地接合于基板上且芯片接合的質量穩定。此外，本實用新型的芯片接合系統具有可大量生產的優點。一種芯片接合系統，包括基板定位模塊，該基板定位模塊上定位有基板，該基板上設有多個焊墊；加熱模塊，以相對于該基板定位模塊移動而逐個加熱各焊墊的方式設在接合系統的機架上；焊料供應模塊，該焊料供應模塊上設有焊料，該焊料供應模塊以相對于該基板定位模塊移動而提供該焊料至被加熱的該焊墊上的方式設在接合系統的機架上；以及芯片攜取模塊，以相對于該基板定位模塊移動而脫離地逐個攜取芯片和使芯片與熔融于該焊墊上的該焊料接觸的方式設在接合系統的機架上。所述加熱模塊包括熱氣流管，該熱氣流管具有出氣口和連接熱氣源的進氣端，該熱氣流管以移動而使該出氣口對應各焊墊下方的所述基板的方式設在接合系統的機架上。所述熱氣流管的所述進氣端連接有低反應氣體。所述低反應氣體是低氧分壓空氣、氮氣和惰性氣體中的一種。
3[0010]所述焊料供應模塊包括用以引導所述焊料的連續式焊料供應嘴，該連續式焊料供應嘴設在接合系統的機架上。芯片接合系統還包括低氧化環境供應模塊，該低氧化環境供應模塊的進氣端連接有低氧化氣體，該低氧化環境供應模塊的出氣口對應所述基板設置。所述低氧化環境供應模塊為低反應氣體供應裝置，該低反應氣體供應裝置的出氣口對應所述基板設置。所述低反應氣體供應裝置的出氣口連接有層流氣管，該層流氣管具有多個出氣口，各出氣口分別對應所述基板設置。所述低反應氣體供應裝置的所述進氣端連接有低反應氣體，該低反應氣體是低氧分壓空氣、氮氣和惰性氣體中的一種。基于上述說明，本實用新型的芯片接合系統可藉由加熱模塊對基板上的焊墊個別加熱并實時將共晶焊料直接熔融于焊墊上，而使得芯片可良好地與基板接合，而避免如公知技術所產生的共晶焊料可能混合不均或基板加熱時間過長的問題。此外，由于本實用新型的芯片接合系統可利用完整的基板進行芯片接合的制程，而不必如公知技術般需進行基板裁切的動作。因此，本實用新型的芯片接合系統可簡化芯片接合的制程，而有利于大量生產。
圖1為本實用新型實施例的芯片接合系統示意圖；圖2A為本實用新型的實施例進行芯片接合的流程圖；圖2B為本實用新型的實施例進行芯片接合的流程圖；圖3(a)_(f)為本實用新型的實施例進行芯片接合的步驟示意I[0020]圖中[0021]100芯片接合系統110基板定位模塊[0022]120加熱模塊122熱氣流管[0023]122a出氣口130焊料供應模塊[0024]132連續式焊料供應嘴140芯片攜取模塊[0025]142芯片吸嘴150低氧化環境供應模塊[0026]152層流氣管200焊料[0027]300-H-* LL 心片400基板[0028]400a單元區域410焊墊[0029]410，焊墊D距離[0030]Wl熱氣流W2低反應氣體
具體實施方式
為讓本實用新型的上述特點和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖作詳細說明如下。圖1為本實用新型的實施例的芯片接合系統示意圖。請參照圖1，本實施例的芯片接合系統100適于利用焊料200將多個芯片300分別固接在基板400的多個焊墊410上。本實施例的芯片接合系統100包括基板定位模塊110、加熱模塊120、焊料供應模塊130以及芯片攜取模塊140。基板400可具有多個單元區域400a，各單元區域400a上配置有一個焊墊410。焊料200包括共晶焊料(eutectic solder)，共晶焊料的材質包括金錫合金或銀
錫合金。基板定位模塊110設在接合系統100的機架上，用以定位基板400。加熱模塊120 設在接合系統100的機架上，可相對于基板定位模塊110移動而逐個加熱各焊墊410。加熱模塊120用以加熱多個焊墊410其中之一。具體而言，本實施例的加熱模塊120可包括熱氣流管122，熱氣流管122具有出氣口 12 和連接熱氣源的進氣口，熱氣流管122用以傳送熱氣流W1，熱氣流Wl加熱位于多個焊墊410其中之一下方的部分基板400，進而加熱焊墊 410。在本實施例中，熱氣流Wl可包括低反應氣體。低反應氣體包括低氧分壓空氣、氮氣、 氮氣/氫氣混合氣體、惰性氣體或其組合，但不以此為限。本實施例的基板400包括可導熱的基板，例如陶瓷基板、金屬基板、金屬支架等。值得一提的是，本實施例的熱氣流管122的出氣口 12 的大小及形狀可依各單元區域400a的大小及形狀做調整。在本實施例中，熱氣流管122的出氣口 12 的大小可約略對應于焊墊410的大小。如此一來，當利用熱氣流管122加熱其中一個焊墊410時，便不易過度影響相鄰的焊墊410’，而使焊墊410’和與其已接合的芯片300間的接合質量不易發生變化。換言之，本實施例的加熱模塊120可改良公知技術中須先將基板400裁切成多個獨立的單元區域400a，再將各獨立的單元區域400a置于加熱板上加熱的缺點。本實施例的芯片接合系統100可在基板400無裁切成多個獨立的單元區域400a的狀況下，將整片基板400置于芯片接合系統100中進行芯片接合作業，待所有單元區域400a上的焊墊410 均與芯片300接合后，再將整片基板400自芯片接合系統100取出。因此，本實施例的芯片接合系統100有利于大量生產且接合質量穩定的優點。本實施例的熱氣流管122的出氣口 122a的面積可介于0. 01平方公分(cm2)至100平方公分之間。本實施例的熱氣流管122 的出氣口 12 的形狀包括圓形、矩形、多邊形或其它適當的形狀。另外，熱氣流管122的出氣口 12 至基板400的距離D亦是可調整的。藉由改變熱氣流管122的出氣口 12 至基板400的距離D，可調控單元區域400a被熱氣流管122加熱的溫度。在本實施例中，熱氣流管122的出氣口 12 至基板400的距離D可介于0. 1毫米(mm)至100毫米之間。焊料供應模塊130設在接合系統100的機架上，可相對于基板定位模塊110移動。 焊料供應模塊130用以提供部分焊料200至被加熱的焊墊410上。具體而言，本實施例的焊料供應模塊130可包括連續式焊料供應嘴132，連續式焊料供應嘴132設在接合系統100 的機架上。連續式焊料供應嘴132用以引導焊料200至被加熱的焊墊410上。連續式焊料供應嘴132中配置有焊料200，連續式焊料供應嘴132(或焊料200)的截面的形狀包括圓形、矩形或其它合適的形狀。值得一提的是，本實施例的連續式焊料供應嘴132可連續地輸出焊料200至焊墊410上，而不必像公知技術中須將焊料片(solder perform)逐一地置于基板400的各單元區域400a上。此外，焊料供應模塊130可藉由控制焊料200的輸出長度， 而控制焊料200施加于焊墊410上的量。芯片攜取模塊140設在接合系統100的機架上，可相對于基板定位模塊110移動。 芯片攜取模塊140用以可脫離地(detachably)攜取芯片300，而使芯片300與熔融于焊墊410上的部分焊料200接觸。更進一步地說，本實施例的芯片攜取模塊140可包括芯片吸嘴142，芯片吸嘴142設在接合系統100的機架上。芯片吸嘴142可吸取芯片300，再將芯片300置于熔融于焊墊410上的部分焊料200上。并且，當芯片吸嘴142將芯片300置于熔融于焊墊410上的部分焊料200上時，芯片吸嘴142可相對于基板400移動而將芯片300 與焊料200間的氣體及焊料200表面的氧化皮膜排除在外，進而使芯片300緊密地接合于基板400上的焊墊410上。本實施例的芯片接合系統100可進一步包括低氧化環境供應模塊150，低氧化環境供應模塊150的進氣端連接有低氧化氣體，低氧化環境供應模塊150的出氣口對應基板 400設置。低氧化環境供應模塊150用以產生低氧化環境，使得基板400處于低氧化環境中。本實施例的芯片接合系統100可藉由低氧化環境供應模塊150改善熔融于焊墊410上的部分焊料200氧化的問題，進而使芯片300與焊墊410間的接合質量更佳。舉例而言， 本實施例的低氧化環境供應模塊150可以是低反應氣體供應裝置，該低反應氣體供應裝置的進氣端連接有低反應氣體。然而，本實用新型不限于此，在其它實施例中，低氧化環境供應模塊150亦可是真空裝置。更詳細地說，本實施例的低反應氣體供應裝置可包括層流氣管152(laminar flow gas tube)，層流氣管152具有多個出氣口，各出氣口分別對應基板 400設置。層流氣管152用以對基板400提供層流的低反應氣體W2。低反應氣體W2包括低氧分壓空氣、氮氣、氮氣/氫氣混合氣體、惰性氣體或其組合，其中惰性氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或其組合。低反應氣體W2指不易與其它物質發生化學反應的氣體，因此由低反應氣體供應裝置所提供的低氧化環境可使焊料氧化的問題獲得改善。類似地，在其它實施例中，通過真空裝置所提供的低氧化環境亦可改善焊料氧化的問題。圖2A及圖2B為本實用新型的實施例進行芯片接合的流程圖。請同時參照圖2A 及圖2B，本實施進行芯片接合包括下列步驟。首先，步驟S110，提供其上設有多個焊墊的基板。接著步驟S120，依序以熱源分別加熱焊墊。詳言之，步驟S120依序以熱源分別加熱焊墊的步驟包括步驟S122，依序以熱源分別對位于焊墊下方的部分基板進行加熱，進而使得焊墊被加熱，繪于圖2B。然后步驟S130，將多個芯片以共晶融合方式分別固接在焊墊上。詳言之，步驟S130將多個芯片以共晶融合方式分別固接在焊墊上的步驟包括步驟S132，先供應焊料在被加熱的其中一個焊墊上，并使部分的焊料熔融于焊墊上，繪于圖2B。接著步驟 S134，將其中一個芯片放置于熔融的焊料上，繪于圖2B。然后步驟S136，將熱源移除，使得熔融的焊料固化而使芯片固接于焊墊上，繪于圖2B。為了更清楚詳細地說明上述步驟，以下將搭配圖3(a)至(f)進行說明本。圖3(a) 至(f)中僅示出基板400的兩個單元區域400a做為代表來說明，其中左側的單元區域400a 上的焊墊410已藉由焊料200與芯片300接合，右側的單元區域400a則在進行芯片接合中。請參照圖3 (a)，首先步驟S100，提供其上設有多個焊墊410的基板400，并利用基板定位模塊定位基板400。接著步驟S120，利用加熱模塊120所提供的熱源依序分別加熱焊墊410。詳言之，在本實施例中，步驟S122，可依序以加熱模塊120所提供的熱源分別對位于焊墊410下方的部分基板400進行加熱，進而使得焊墊被410加熱。本實施例的熱源包括熱氣流Wl，熱氣流Wl可通過加熱模塊120的熱氣流管122傳至位于焊墊410下方的部分基板400，進而對焊墊410加熱。熱氣流Wl包括由低反應氣體所形成的熱氣流。低反應氣體包括低氧分壓空氣、氮氣、氮氣/氫氣混合氣體、惰性氣體或其組合。低反應氣體指不易與其它物質發生化學反應的氣體。然而，本實用新型不限于此，本實施例的加熱模塊亦可以是點陣式的加熱裝置或激光加熱裝置，上述點陣式的加熱裝置及激光加熱裝置則可選擇性地對基板上特定的焊墊或特定的位置進行加熱，同樣可以達到如前述熱氣流對基板及焊墊加熱的效果。值得一提的是，本實施例的熱源可局部地加熱一個單元區域400a，進而加熱單元區域400a上的焊墊410。如此一來，當利用熱源透過單元區域400a加熱焊墊410時， 便不易過度影響相鄰焊墊410 (即左側的焊墊410)，而使焊墊410 (即左側的焊墊410)和與其已接合的芯片300間的相對位置發生改變，進而影響兩者間的接合質量。請參照圖3(b) (f)，接著步驟S130，利用加熱模塊120、焊料供應模塊130及芯片攜取模塊140將多個芯片300以共晶融合方式分別固接在焊墊410上，上述的加熱模塊 120包括熱氣流管122，上述的焊料供應模塊130包括連續式焊料供應嘴132，上述的芯片攜取模塊140包括芯片吸嘴142。詳言之，步驟S132，繪于圖3(b)，當被加熱的焊墊410的溫度達到焊料200的熔點以上時，可利用焊料供應模塊130的連續式焊料供應嘴132供應焊料200在被加熱的焊墊410上，并使部分的焊料200熔融于焊墊410上。在本實施例中，可利用調整輸出焊料200的長度控制焊料200施加于焊墊410上的量。此時，部分焊料200 熔于焊墊410上。接著步驟S134，繪于圖3(c) (d)，利用芯片攜取模塊140的芯片吸嘴142，將芯片300放置于熔融的焊料200上。詳言之，移開連續式焊料供應嘴132，然后利用芯片吸嘴 142將芯片300放置于熔融的焊料200上。更進一步地說，芯片300朝焊墊410下壓而與熔融的焊料200接觸時，芯片吸嘴142可同時帶動芯片300移動，例如左右或前后移動，但不在此限，以將芯片300與焊料200間的氣體及焊料200表面的氧化層排除在外，進而使芯片300可緊密地固接于焊墊410上。值得一提的是，在本實施例進行芯片接合的方法中，將焊料200直接熔于焊墊410，而不是如公知技術般，先將焊料鍍于芯片上再將焊料熔于焊墊 410上。因此，在本實施例進行芯片接合的方法中，芯片300不須全程地與焊料200 —起被加熱。如此一來，芯片受熱的時間便可有效縮短，進而改善因芯片受熱過久而導致的電性異常的問題。接著步驟S136，繪于圖3(e) (f)，將熱源移除，使得熔融的焊料200固化而使芯片300固接于焊墊410上。詳言之，在熔融的焊料200固化的過程中，芯片吸嘴142可持續地施壓于芯片300上，而使芯片300緊密地接合于焊墊410上，繪于圖3 (e)。直到焊墊410 的溫度低于焊料200的熔點時，芯片吸嘴142才移離芯片300，從而完成芯片接合的動作，繪于圖3(f)。接著，可重復上述的加熱步驟于另一個焊墊，并接著重復上述的供應焊料、放置芯片及移除熱源的步驟，而使多個芯片分別與基板上的所有焊墊固接。另外，本實施例進行芯片接合的方法可進一步包括下列步驟利用低氧化環境供應模塊提供低氧化環境，使得基板400位于低氧化環境中，而改善焊墊或焊料發生氧化的問題。具體而言，提供低氧化環境的步驟包括提供低反應氣體，以形成低反應氣體環境。 低反應氣體可包括低氧分壓空氣、氮氣、氮氣/氫氣混合氣體、惰性氣體或其組合，其中惰性氣體包括氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或其組合。低反應氣體指不易與其它物質發生化學反應的氣體，因此由低反應氣體供應裝置所提供的低氧化環境可使焊料氧化的問題獲得改善。更詳細地說，可利用低反應氣體供應裝置的層流氣管提供對基板400提供層流的低反應氣體。然而，本實用新型不限于此，在其它實施例中，提供低氧化環境的步驟包括提供真空環境。類似地，通過真空裝置所提供的低氧化環境亦可改善焊料氧化的問題。值得一 提的是，在本實施例的整個芯片接合過程中，先前已與焊墊410接合的芯片300雖仍會受到相鄰單元區域400a的熱傳導的影響。但是，先前已與焊墊410接合的芯片300及其下方的焊料200所感受到溫度遠低于焊料200的熔點。因此，在相鄰單元區域 400a的加熱過程中，已固接的芯片300與焊墊410間的焊料200不易再度被熔化，而使焊墊410與芯片300間的相對位置改變。從而依本實施例進行芯片接合的方法可在基板400 無裁切成多個獨立的單元區域400a的狀況下，將整片基板400上的焊墊410與芯片300接合。因此，依本實施例進行芯片接合的方法可大量地接合芯片與基板上的焊墊，且芯片與焊墊間的接合質量良好且穩定。綜上所述，本實用新型的芯片接合系統可藉由對基板上的焊墊個別加熱并實時將共晶焊料直接熔融于焊墊上，而使得芯片可良好地與基板接合，而避免如公知技術所產生共晶焊料可能混合不均或基板加熱時間過長的問題。此外，由于本實用新型的芯片接合系統可利用完整的基板進行芯片接合的制程，而不必如公知技術般需進行基板裁切的動作。 因此，本實用新型的芯片接合系統可簡化芯片接合的制程，而有利于大量生產。在本實用新型進行芯片接合的方法中，單一焊墊可局部地被加熱，并使得共晶焊料可實時地熔融于焊墊上進行芯片接合制程。換言之，此局部加熱過程中僅單一個焊墊被加熱至高于共晶焊料的熔點以上，其它相鄰焊墊僅受基板熱傳導影響而有些許升溫，其溫度遠低于共晶焊料的熔點，因此對已與芯片接合的相鄰焊墊及其上的焊料及芯片不致造成影響。因此，使用本實用新型進行芯片接合的方法可提供穩定的芯片接合質量，而且由于本實用新型進行芯片接合的方法可對完整的基板進行芯片接合制程，而不必如公知技術般須進行基板裁切的步驟，故本實用新型進行芯片接合的方法可簡化芯片接合的制程。再者，在本實用新型所揭示的芯片接合系統中，可藉由提供低氧化環境，改善焊墊或焊料發生氧化的問題。雖然本實用新型已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本實用新型的保護范圍當視后附的權利要求所界定的為準。
權利要求1.一種芯片接合系統，其特征在于，包括基板定位模塊，該基板定位模塊上定位有基板，該基板上設有多個焊墊；加熱模塊，以相對于該基板定位模塊移動而逐個加熱各焊墊的方式設在接合系統的機架上；焊料供應模塊，該焊料供應模塊上設有焊料，該焊料供應模塊以相對于該基板定位模塊移動而提供該焊料至被加熱的該焊墊上的方式設在接合系統的機架上；以及芯片攜取模塊，以相對于該基板定位模塊移動而脫離地逐個攜取芯片和使芯片與熔融于該焊墊上的該焊料接觸的方式設在接合系統的機架上。
2.如權利要求1所述的芯片接合系統，其特征在于，所述加熱模塊包括熱氣流管，該熱氣流管具有出氣口和連接熱氣源的進氣端，該熱氣流管以移動而使該出氣口對應各焊墊下方的所述基板的方式設在接合系統的機架上。
3.如權利要求2所述的芯片接合系統，其特征在于，所述熱氣流管的所述進氣端連接有低反應氣體。
4.如權利要求3所述的芯片接合系統，其特征在于，所述低反應氣體是低氧分壓空氣、 氮氣和惰性氣體中的一種。
5.如權利要求1所述的芯片接合系統，其特征在于，所述焊料供應模塊包括用以引導所述焊料的連續式焊料供應嘴，該連續式焊料供應嘴設在接合系統的機架上。
6.如權利要求1所述的芯片接合系統，其特征在于，芯片接合系統還包括低氧化環境供應模塊，該低氧化環境供應模塊的進氣端連接有低氧化氣體，該低氧化環境供應模塊的出氣口對應所述基板設置。
7.如權利要求6所述的芯片接合系統，其特征在于，所述低氧化環境供應模塊為低反應氣體供應裝置，該低反應氣體供應裝置的出氣口對應所述基板設置。
8.如權利要求7所述的芯片接合系統，其特征在于，所述低反應氣體供應裝置的出氣口連接有層流氣管，該層流氣管具有多個出氣口，各出氣口分別對應所述基板設置。
9.如權利要求8所述的芯片接合系統，其特征在于，所述低反應氣體供應裝置的所述進氣端連接有低反應氣體，該低反應氣體是低氧分壓空氣、氮氣和惰性氣體中的一種。
專利摘要本實用新型揭露一種芯片接合系統，包括基板定位模塊，該基板定位模塊上定位有基板，該基板上設有多個焊墊；加熱模塊，以相對于該基板定位模塊移動而逐個加熱各焊墊的方式設在接合系統的機架上；焊料供應模塊，其上設有焊料，該焊料供應模塊以相對于該基板定位模塊移動而提供該焊料至被加熱的該焊墊上的方式設在接合系統的機架上；以及芯片攜取模塊，以相對于該基板定位模塊移動而脫離地逐個攜取芯片和使芯片與熔融于該焊墊上的該焊料接觸的方式設在接合系統的機架上。本實用新型芯片接合系統可將芯片良好地接合于基板上且芯片接合的質量穩定。
文檔編號H01L21/00GK202120877SQ201120095798
公開日2012年1月18日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者何永基, 呂孝文, 林積鎖 申請人:何永基, 呂孝文, 林積鎖