具有改進夾具的半導體鍵合設備及其封裝方法
【專利摘要】本發明提供一種具有改進夾具的半導體鍵合設備及其封裝方法，其中該夾具包括基座以及安裝于基座上的壓爪，其中所述壓爪包括將壓爪固定于基座上的固定部、若干金屬桿以及將若干金屬桿一一相連的若干鉸鏈，所述若干金屬桿中其中一個固持于所述固定部上，調節所述鉸鏈可調節壓爪的位置及高度。本發明的壓爪結構較小，可以減少鍵合排線的困擾。同時，使用可調節高度、方向的設計，可以延長一套壓爪的使用壽命，降低成本。
【專利說明】具有改進夾具的半導體鍵合設備及其封裝方法
【【技術領域】】
[0001]本發明是關于半導體封裝領域，特別是關于功率模塊的封裝夾具的改進及其方法。
【【背景技術】】
[0002]半導體分立器件中的智能功率模塊(Intelligent Power Module，簡稱IPM模塊)，不僅把功率開關器件和驅動電路集成在一起。而且還內藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到CPU。它由高速低功耗的管芯和優化的門極驅動電路以及快速保護電路構成。即使發生負載事故或使用不當，也可以保證IPM自身不受損壞。IPM以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場，尤其適合于驅動電機的變頻器和各種逆變電源，是變頻調速，冶金機械，電力牽引，伺服驅動，變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。
[0003]IPM模塊的封裝工藝一般是通過芯片鍵合工藝將多個不同的芯片模塊鍵合在框架上，并分別通過金線和鋁線鍵合連接實現產品電路功能，最后通過塑封和切筋以及管腳成形完成廣品。
[0004]其中在將多個不同的芯片模塊鍵合在框架上時，是通過一種夾具夾住芯片及框架，通過加熱的方式將芯片鍵合到框架上。中國專利申請第201020598831.0號即揭示了這樣一種夾具，如圖1所示，早期的夾具通常只包括壓塊100和加熱塊200兩部分，僅靠壓塊100和加熱塊200的夾合作用無法使框架載片臺300緊貼于加熱塊200上，如圖2所示，中國專利申請第201020598831.0號提出一種具有彈性壓爪400的夾具，通過增加活動的壓爪400，使框架載片臺300壓緊在加熱塊200表面。
[0005]IPM模塊在芯片模塊鍵合在框架上之后還需要通過引線鍵合實現產品的電路功能，然而現有的這種夾具，壓爪的體積較大，占用鍵合區域多，給鍵合引線早成較多困擾，同一線徑，由于夾具的空間限制，無法`在一個焊頭工位上完成鍵合。現有的產品需要用兩個焊頭完成所有引線的鍵合。
[0006]另外，現有的這種壓爪雖然可以上下調節高度，但壓爪不能左右調節，而且壓爪磨損之后必須整體更換,成本較高。
[0007]因此，有必要對現有的IPM模塊封裝的夾具進行改進，以克服現有技術的前述缺陷。
【
【發明內容】
】
[0008]本發明的目的在于提供一種半導體封裝夾具。
[0009]本發明的另一目的在于提供一種具有改進半導體封裝夾具的半導體封裝鍵合設備。`
[0010]本發明的再一目的在于提供一種采用改進的半導體封裝夾具的半導體封裝方法。
[0011]為達成前述目的，本發明一種半導體封裝夾具，其包括基座以及固定于基座上的壓爪，其中所述壓爪包括將壓爪固定于基座上的固定部、若干金屬桿以及將若干金屬桿一一相連的若干鉸鏈，所述若干金屬桿中其中一個固持于所述固定部上，調節所述鉸鏈可調節壓爪的位置及高度。
[0012]根據本發明的一個實施例，所述金屬桿比所述鉸鏈多一個。
[0013]根據本發明的一個實施例，所述鉸鏈為球形，其包括上段的半球形金屬桿安裝部、中段的圓餅形連接部以及下段的半球形金屬桿安裝部。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述上、下段的半球形金屬桿安裝部內均設有自球形頂部貫穿整個半球形金屬桿安裝部的收容孔。
[0015]根據本發明的一個實施例，所述圓餅形連接部設有貫穿整個圓餅形連接部并分別向上、下延伸的軸，所述軸的上下兩端分別收容于所述上、下段的半球形金屬桿安裝部的收容孔內，所述上、下段的半球形金屬桿安裝部均可以圓餅形連接部的軸進行順時針或逆時針旋轉。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述軸的兩端分別設有一固持設備，當調節好上、下段的半球形金屬桿安裝部與圓餅形連接部的位置關系時，可通過固持設備將上、下段的半球形金屬桿安裝部與圓餅形連接部固定在一起。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述半球形金屬桿安裝部上設有一個垂直于所述收容孔的卡持槽，所述金屬桿卡持于所述卡持槽內而固定于所述半球形金屬桿安裝部上。
[0018]根據本發明的一個實施例，所述卡持槽的截面為圓形、方形或三角形，所述金屬桿的截面對應的也為圓形、方形或三角形。
[0019]為達成前述另一目的，本發明一種半導體芯片鍵合設備，其包括前述半導體封裝夾具及底座，所述夾具位于底座的上方，所述底座包括基底和底板；封裝鍵合時，將芯片模塊安置于底座的底板上，所述壓爪抵壓在芯片模塊的上表面將芯片模塊固定于所述底上。
[0020]為達成前述再一目的，本發明一種半導體封裝方法，其包括:
[0021]通過芯片鍵合工藝將多個不同的芯片模塊鍵合在框架上，通過鍵合設備將芯片模塊鍵合在框架上，所述鍵合設備包括前述半導體封裝夾具及底座，所述夾具位于底座的上方，所述底座包括基底和底板，封裝鍵合時，將芯片模塊安置于所述底座的底板上，所述壓爪壓住芯片模塊的上表面將芯片模塊固定于所述底座上；
[0022]通過金線或鋁線鍵合將芯片模塊中的電路連接點相互進行連接，實現產品的電路功能；
[0023]通過塑封和切筋以及管腳成形完成產品。
[0024]與現有技術相比，由于本發明的壓爪是由鉸鏈連接的金屬桿組成，其面積較小，可以減少鍵合引線的困擾。同時，使用可調節高度、方向的設計，當各壓爪長時間使用出現高度不一致時，可以通過調節出現問題的的壓爪的高度來調整整個壓爪的共面度，可以延長一套壓爪的使用壽命， 而當壓爪出現磨損時，只需要更換磨損的金屬桿即可，能夠有效降低成本。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0025]圖1是現有的夾具的結構示意圖。
[0026]圖2是現有的另一種夾具的結構示意圖。
[0027]圖3是本發明的半導體芯片封裝工藝的流程圖。[0028]圖4是本發明的半導體芯片封裝設備的結構示意圖。
[0029]圖5是本發明的半導體芯片封裝設備的夾具的結構示意圖
[0030]圖6a是本發明的半導體芯片封裝設備的夾具的鉸鏈的結構示意圖。
[0031]圖6b是本發明的半導體芯片封裝設備的夾具的鉸鏈的上半部插置一個金屬桿并旋轉之后的部分分解結構示意圖。
[0032]圖7a是本發明的夾具的鉸鏈的金屬桿安裝部的主視圖。
[0033]圖7b是本發明的夾具的鉸鏈的金屬桿安裝部以及一個金屬桿的俯視圖。
[0034]圖8a是本發明的夾具的鉸鏈的圓餅形連接部的主視圖。
[0035]圖Sb是本發明的夾具的鉸鏈的圓餅形連接部的俯視圖。
[0036]圖9a和圖9b是本發明的夾具的金屬桿安裝部可以旋轉的示意圖。
【【具體實施方式】】
[0037]此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發明至少一個實現方式中的特定特征、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
[0038]半導體芯片的封裝方式，根據其芯片的結構及要求不同，可以有各種各樣的封裝方式。其中有一種芯片，內部會集`成許多邏輯、控制、檢測和保護電路等等單獨的功能電路，這些單獨的功能電路本身構成一塊塊小的芯片，將這些小的芯片集成封裝起來會構成一個能夠實現更高級功能的芯片。例如半導體分立器件中的智能功率模塊(Intelligent PowerModule，簡稱IPM模塊)，不僅把功率開關器件和驅動電路集成在一起。而且還內藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路等。這類芯片的封裝工藝一般是通過芯片鍵合工藝將多個不同的芯片模塊(即前述)鍵合在框架上，并分別通過金線和鋁線鍵合連接實現產品電路功能，最后通過塑封和切筋以及管腳成形完成產品。
[0039]以下僅以IPM芯片為例對這種芯片的封裝進行說明，但本發明的封裝工藝并非限定于IPM芯片，可以應用于具有類似結構需要采用同樣封裝設備的其他芯片。
[0040]請參閱圖3所示，本發明的芯片封裝方法包括:
[0041]步驟S1:通過芯片鍵合工藝將多個不同的芯片模塊鍵合在框架上。其中在將芯片模塊鍵合在框架上時會采用一種夾持工具夾持住芯片模塊及框架，然后通過加熱或其他方式將芯片模塊鍵合到框架上。
[0042]步驟S2:分別通過金線或鋁線鍵合將芯片模塊中的電路連接點相互進行連接，實現產品的電路功能。關于引線鍵合的具體工藝以及設備，可以采用現有的引線鍵合工藝，本發明不再具體詳細說明。
[0043]步驟S3:通過塑封和切筋以及管腳成形完成產品。關于塑封、切筋以及管腳成形的具體工藝以及設備，可以采用現有的工藝和設備，因此本發明也不再具體詳細說明。
[0044]請參閱圖4所示，其顯示本發明的芯片封裝過程中所使用的鍵合設備的結構示意圖。如圖4中所示，本發明的半導體封裝鍵合設備10，基本的結構包括上方的夾具I和下方的底座2，其中夾具I包括基座11以及固定于基座11上的壓爪12，底座2包括基底21和底板22，所述芯片模塊3包括晶片31和基板32。在封裝鍵合過程中，芯片模塊3放置在底座2的底板22上，壓爪12壓住芯片模塊3的上表面，使芯片模塊3的晶片31與基板32緊密接觸，通過底座2加熱將芯片模塊的晶片31鍵合至基板32上。
[0045]請參閱圖5所示，其顯示本發明的半導體封裝鍵合設備10的夾具I的俯視圖，如圖5所示，本發明的半導體封裝鍵合設備10的夾具I包括基座11及固定于基座11上的壓爪12，所述基座11為矩形框形，其左右兩個邊框分別固定多個壓爪12。
[0046]請繼續參閱圖4及圖5所示，本發明的半導體封裝夾具I的壓爪12包括壓爪本體120以及將壓爪本體120固定于壓爪基座11上的固定部123，其中所述壓爪本體120包括若干圓柱形金屬桿121以及將若干圓柱形金屬桿121 相連的若干鉸鏈122,壓爪12的其中一個金屬桿121固持于所述固定部123上。其中金屬桿121的長度以及數量可以根據實際的欲封裝的芯片進行設置，不同的芯片需要的金屬桿121的長度及數量可能不同，所述鉸鏈122的數量比金屬桿121的數量少I個。而連接金屬桿121的鉸鏈122在沒有固定之前是活動的，可以預先調整金屬桿121的位置，當金屬桿121的位置達到預定要求位置時再固定住鉸鏈122，這樣就可以預先調整整個壓爪12的位置和高度。
[0047]請參閱圖6a所示,在本發明的一個實施例中，所述鉸鏈122為球形鉸鏈。如圖6中所示，所述球形鉸鏈122是由上中下三段組成的一個球形，其包括上段的半球形金屬桿安裝部1221，中段的圓餅形連接部1224以及下段的半球形金屬桿安裝部1221。所述上、下段的半球形金屬桿安裝部1221內均設有自球形頂部貫穿整個半球形金屬桿安裝部1221的收容孔1222，所述圓餅形連接部1224設有貫穿整個圓餅形連接部1224并分別向上、下延伸的軸1225，所述軸1225的上下兩端分別卡持于所述上、下段的半球形金屬桿安裝部1221的收容孔1222內，所述軸1225與所述收容孔1222之間具有摩擦力。所述上、下段的半球形金屬桿安裝部1221均可以圓餅形連接部1224的軸1225進行順時針或逆時針進行旋轉。所述軸1225的兩端分別設有一固持設備(未圖示)，當調節好上、下段的半球形金屬桿安裝部1221與圓餅形連接部1224的位置關系時，可通過固持設備將上、下段的半球形金屬桿安裝部1221與圓餅形連接部1224固定在一起。
[0048]請參閱圖7a和圖7b所示，其顯示本發明的半導體封裝裝置的球形鉸鏈的上段和下段的半球形金屬桿安裝部1221結構示意圖。因為整個球形鉸鏈122的上段和下段的半球形金屬桿安裝部的結構相同，此處僅對其中一個金屬桿安裝部1221進行說明。其中圖7a為半球形金屬桿安裝部1221的主視圖，圖7b為半球形金屬桿安裝部1221的俯視圖，如圖7a和圖7b所示，本發明的球形鉸鏈122的金屬桿安裝部1221為一個球形水平削去三分之二后剩余的半球形，靠近半球形底面邊緣處形成一個垂直于所述收容孔1222的卡持槽1223，所述卡持槽1223的橫截面為圓形。所述金屬桿121卡持于所述卡持槽1223內，所述金屬桿121的橫截面也是圓形，所述金屬桿121的橫截面略大于卡持槽1223的橫截面，故，所述金屬桿121固定于所述半球形金屬桿安裝部1221上。在其他實施例中，所述卡持槽1223的橫截面也可以是方形、三角形或其他形狀，對應的金屬桿的截面也可以是方形、三角形或其他形狀，以能固定金屬桿121為宜。圖7a和圖7b中所示的通過卡持槽1223固定金屬桿121只是本發明的其中一個具體實施例，在其他實施例中也可以通過焊接或一體成型等方案將金屬桿121固定在在半球形金屬桿安裝部1221上。
[0049]請參閱圖8a和圖Sb所示，其顯示本發明的半導體封裝裝置的球形鉸鏈122的中段圓餅形連接部1224的結構示意圖，其中圖8a為圓餅形連接部1224的主視圖，圖Sb為圓餅形連接部1224的俯視圖。如圖8a和圖8b所示，本發明的圓餅形連接部1224為一個球形削去上段三分之一和下段三分之一之后剩余的中間部分，其中在圓餅形連接部1224的圓形中心分別向上、向下延伸形成一個直徑略小于半球形金屬桿固定部的收容孔1222的軸 1225。
[0050]請參閱圖9a和圖9b所示，在未用固持設備將上下段的金屬桿安裝部1221與中段的圓餅形連接部1224固定時，上下段的金屬桿安裝部1221是可以繞連接部1224的軸1225進行旋轉的，通過這樣的旋轉可以調整金屬桿121的位置，調整完之后通過固持設備再將上下段的金屬桿安裝部1221與中段的圓餅形連接部1224固定。這樣通過調整金屬桿121的位置即可調整整個壓爪12的位置和高度。
[0051]請結合圖4所示，通過芯片鍵合工藝將多個不同的芯片模塊鍵合在框架上的步驟中，是采用本發明的夾持工具夾持住芯片模塊3及框架4，而本發明的夾具2的壓爪12是由多個球形鉸鏈122連接的金屬桿121組成。通過旋轉球形鉸鏈122的金屬桿安裝部1221，調整金屬桿121的位置，能夠預先調整封裝夾具的壓爪12的位置，使得壓爪12能夠緊密壓住芯片模塊的晶片及基板。而如果長時間壓爪出現磨損，則只需要更換其中的一個金屬桿即可，能夠節省成本。
[0052]以上只是本發明的一個具體實施例，在其他實施例中所述鉸鏈的形狀也可以并不是球形而是其他任何形式的鉸鏈，本發明的技術方案只要通過鉸鏈連接若干個金屬桿的方式形成壓爪，而鉸鏈是活動可調節的，這樣金屬桿的位置和高度預先可調的即可。
[0053]本發明的壓爪是由鉸鏈連接的金屬桿組成，其面積較小，可以減少鍵合引線的困擾。同時，使用可調節高度、方向的設計，當各壓爪長時間使用出現高度不一致時，可以通過調節出現問題的的壓爪的高度來調整整個壓爪的共面度，可以延長一套壓爪的使用壽命，而當壓爪出現磨損時，只需要更換磨損的金屬桿即可，能夠有效降低成本。
[0054]上述說明已經充分揭露了本發明的【具體實施方式】。需要指出的是，熟悉該領域的技術人員對本發明的【具體實施方式】所做的任何改動均不脫離本發明的權利要求書的范圍。相應地，本發明的權利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實施方式】。
【權利要求】
1.一種半導體封裝夾具，其特征在于:所述夾具包括基座以及固定于基座上的壓爪，所述壓爪包括將壓爪固定于基座上的固定部、若干金屬桿以及將若干金屬桿 相連的若干鉸鏈，所述若干金屬桿中其中一個固持于所述固定部上，調節所述鉸鏈可調節壓爪的位置及高度。
2.如權利要求1所述的半導體封裝夾具，其特征在于:所述金屬桿比所述鉸鏈多一個。
3.如權利要求1所述的半導體封裝夾具，其特征在于:所述鉸鏈為球形，其包括上段的半球形金屬桿安裝部、中段的圓餅形連接部以及下段的半球形金屬桿安裝部。
4.如權利要求3所述的半導體封裝夾具，其特征在于:所述上、下段的半球形金屬桿安裝部內均設有自球形頂部貫穿整個半球形金屬桿安裝部的收容孔。
5.如權利要求4所述的半導體封裝夾具，其特征在于:所述圓餅形連接部設有貫穿整個圓餅形連接部并分別向上、下延伸的軸，所述軸的上下兩端分別收容于所述上、下段的半球形金屬桿安裝部的收容孔內，所述上、下段的半球形金屬桿安裝部均可以圓餅形連接部的軸進行順時針或逆時針旋轉。
6.如權利要求5所述的半導體封裝夾具，其特征在于:所述軸的兩端分別設有一固持設備，當調節好上、下段的半球形金屬桿安裝部與圓餅形連接部的位置關系時，可通過固持設備將上、下段的半球形金屬桿安裝部與圓餅形連接部固定在一起。
7.如權利要求6所述的半導體封裝夾具，其特征在于:所述半球形金屬桿安裝部上設有一個垂直于所述收容孔的卡持槽，所述金屬桿卡持于所述卡持槽內而固定于所述半球形金屬桿安裝部上。
8.如權利要求7所述的半導體封裝夾具，其特征在于:所述卡持槽的截面為圓形、方形或三角形，所述金屬桿的截面對應的也為圓形、方形或三角形。
9.一種半導體芯片鍵合設備，其特征在于，其包括如權利要求1-8中任意一項所述的半導體封裝夾具及底座，所述夾具位于底座的上方，所述底座包括基底和底板；封裝鍵合時，將芯片模塊安置于底座的底板上，所述壓爪抵壓在芯片模塊的上表面將芯片模塊固定于所述底上。
10.一種半導體封裝方法，其包括: 通過芯片鍵合工藝將多個不同的芯片模塊鍵合在框架上，通過鍵合設備將芯片模塊鍵合在框架上，所述鍵合設備包括如權利要求1-8中任意一項所述的半導體封裝夾具及底座，所述夾具位于底座的上方，所述底座包括基底和底板，封裝鍵合時，將芯片模塊安置于所述底座的底板上，所述壓爪壓住芯片模塊的上表面將芯片模塊固定于所述底座上； 通過金線或鋁線鍵合將芯片模塊中的電路連接點相互進行連接，實現產品的電路功倉泛; 通過塑封和切筋以及管腳成形完成產品。
【文檔編號】H01L21/603GK103681439SQ201210321721
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月4日 優先權日:2012年9月4日
【發明者】吳俊 , 劉曉明, 龔平, 魏元華, 楊文波, 高曉宇 申請人:無錫華潤安盛科技有限公司