一种半导体器件封装方法及封装系统、辅助压力夹具

文档序号:1801093 发布日期:2021-11-05 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 一种半导体器件封装方法及封装系统、辅助压力夹具 (Semiconductor device packaging method and system and auxiliary pressure clamp ) 是由 李阳 袁国兵 姚耀 胡梅 于 2021-07-29 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种半导体器件封装方法及封装系统、辅助压力夹具,方法包括:提供熔扩装片后的半导体器件,半导体器件包括载片台、设置在载片台上的芯片以及夹设在芯片的背面和载片台之间的合金粘结层;将半导体器件在高温真空回流条件下,通过辅助压力夹具对芯片的正面持续施加预设的辅助压力,直至回流结束,在温度下降至预设温度后解除辅助压力,以排出合金粘结层中的空洞。本发明在高温真空回流条件下,通过使用辅助压力夹具,能够在真空、高温、机械压力的综合作用下,有效排出合金粘结层中的空洞,从而降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。(The invention provides a semiconductor device packaging method, a semiconductor device packaging system and an auxiliary pressure clamp, wherein the method comprises the following steps: providing a semiconductor device subjected to fusion-expansion mounting, wherein the semiconductor device comprises a wafer carrying table, a chip arranged on the wafer carrying table and an alloy bonding layer clamped between the back surface of the chip and the wafer carrying table; and continuously applying preset auxiliary pressure to the front surface of the chip by the auxiliary pressure clamp under the condition of high-temperature vacuum reflux of the semiconductor device until the reflux is finished, and releasing the auxiliary pressure after the temperature is reduced to the preset temperature so as to discharge the cavity in the alloy bonding layer. Under the high-temperature vacuum backflow condition, the auxiliary pressure clamp is used, and the cavities in the alloy bonding layer can be effectively discharged under the comprehensive action of vacuum, high temperature and mechanical pressure, so that the risk of cavity occurrence is reduced, the combination of the chip and the slide holder is enhanced, the electric conductivity and the heat conductivity of the semiconductor device are improved, and the packaging yield of the melt-expanded product is improved.)

一种半导体器件封装方法及封装系统、辅助压力夹具

技术领域

本发明属于半导体器件封装技术领域,具体涉及一种半导体器件封装方法及封装系统、辅助压力夹具。

背景技术

在半导体器件封装过程中,装片工序作为至关重要的一环,其包含了焊料装片、焊膏装片、熔扩装片等。而熔扩装片作为一种新兴的装片工艺,其具备了焊料利用率高、成本低、对焊料厚度和芯片倾斜度控制的稳定性更好等优点。其中,熔扩装片是指芯片背面预先覆盖一层合金层,在高温下装片焊头需对芯片表面施加较大的压力,使芯片背面合金层和框架载片台表面之间直接形成可靠的合金粘结层,真正实现耐高温的无铅、绿色功率器件。

但在熔扩装片工艺中,由于部分芯片表面导线焊接区域无保护层,导线焊接区域与非焊接区域存在一定的高度差,且弧形吸嘴表面无法完全接触芯片表面,因此,在高温焊接时,焊头施加的压力无法通过吸嘴表面有效传递到芯片表面,导致芯片焊接区域下方易出现空洞且空洞不易排出,尤其是芯片面积大于10平方毫米的大芯片,降温后芯片下方会存有较多空洞。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种半导体器件封装方法及封装系统、辅助压力夹具。

本发明的一个方面,提供一种半导体器件的封装方法,所述

封装方法包括:

提供熔扩装片后的半导体器件,所述半导体器件包括载片台、设置在所述载片台上的芯片以及夹设在所述芯片的背面和所述载片台之间的合金粘结层;

将所述半导体器件在高温真空回流条件下,通过辅助压力夹具对所述芯片的正面持续施加预设的辅助压力,直至回流结束,在温度下降至预设温度后解除所述辅助压力,以排出所述合金粘结层中的空洞。

在一些实施方式中,所述辅助压力夹具包括底座以及设置在所述底座上的上盖,所述上盖朝向所述底座的一侧设置有下压接触块,所述对所述芯片的正面持续施加预设的辅助压力,包括:

将所述半导体器件置于所述底座上;

将设置有所述下压接触块的所述上盖压在所述底座上,使得所述下压接触块与所述芯片的正面抵接,以在所述上盖的重量作用下对所述芯片的正面持续施加所述辅助压力。

在一些实施方式中,所述辅助压力夹具还包括限位固定座,所述限位固定座设置在所述底座和所述上盖之间,所述限位固定座设置有限位通孔,所述限位通孔与所述芯片相对应;

所述将设置有所述下压接触块的所述上盖压在所述底座上,使得所述下压接触块与所述芯片的正面抵接,包括:

将所述下压接触块穿过所述限位通孔至与所述芯片的正面抵接。

在一些实施方式中,所述通过辅助压力夹具对所述芯片的正面持续施加预设的辅助压力,还包括:

根据不同的半导体器件,设计不同重量的所述上盖,以对不同的所述半导体器件的芯片的正面施加不同的所述辅助压力。

在一些实施方式中,所述预设温度的范围为75℃~85℃。

本发明的另一个方面,提供一种半导体器件封装用辅助压力夹具,所述半导体器件为熔扩装片后的半导体器件,该半导体器件包括载片台、设置在所述载片台上的芯片以及夹设在所述芯片的背面和所述载片台之间的合金粘结层,所述辅助压力夹具包括:

底座,用于承载所述半导体器件;

上盖,所述上盖设置在所述底座上,所述上盖朝向所述底座的一侧设置有下压接触块,所述下压接触块能够与所述芯片的正面抵接。

在一些实施方式中,所述辅助压力夹具还包括限位固定座;

所述限位固定座设置在所述底座和所述上盖之间,所述限位固定座设置有供所述下压接触块穿过的限位通孔,所述限位通孔与所述芯片相对应。

在一些实施方式中,所述下压接触块为弹性下压接触块。

在一些实施方式中,所述弹性下压接触块采用耐高温导热材料制作形成。

本发明的另一个方面,提供一种半导体器件封装系统,所述封装系统包括前文记载的所述的辅助压力夹具,所述封装系统还包括加热块,所述底座设置在所述加热块上。

本发明提供的半导体器件封装方法及封装系统、辅助压力夹具,在高温真空回流条件下,通过使用辅助压力夹具,能够在真空、高温、机械压力的综合作用下,有效排出合金粘结层中的空洞,从而降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

附图说明

图1为本发明一实施例的一种半导体器件的封装方法的流程图;

图2为本发明另一实施例的一种熔扩装片后的半导体器件的结构示意图;

图3为本发明另一实施例的一种熔扩装片后的半导体器件的结构示意图;

图4为本发明另一实施例的一种辅助压力夹具的结构示意图;

图5为本发明另一实施例的一种底座的结构示意图;

图6为本发明另一实施例的一种底座的结构示意图;

图7为本发明另一实施例的一种辅助压力夹具的结构示意图;

图8为本发明另一实施例的一种半导体器件封装系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的一个方面,如图1所示,提供一种半导体器件的封装方法S100,方法S100包括:

S110、提供熔扩装片后的半导体器件,所述半导体器件包括载片台、设置在所述载片台上的芯片以及夹设在所述芯片的背面和所述载片台之间的合金粘结层。

示例性的,一并结合图2和图3,提供熔扩装片后的半导体器件200,半导体器件200包括载片台210、设置在载片台210上的芯片220以及夹设在芯片220的背面和载片台210之间的合金粘结层230。半导体器件200还可以包括引脚240,以使半导体器件200能够通过引脚240与外围电路电连接。

S120、将所述半导体器件在高温真空回流条件下,通过辅助压力夹具对所述芯片的正面持续施加预设的辅助压力,直至回流结束,在温度下降至预设温度后解除所述辅助压力,以排出所述合金粘结层中的空洞。

示例性的,一并结合图2至图4,将半导体器件200在高温真空回流条件下,通过辅助压力夹具100对芯片220的正面持续施加预设的辅助压力,直至回流结束,在温度下降至预设温度后解除辅助压力,以排出合金粘结层230中的空洞231。

本实施例的半导体器件的封装方法,在高温真空回流条件下,通过使用辅助压力夹具,能够在真空、高温、机械压力的综合作用下,有效排出合金粘结层中的空洞,从而降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

示例性的,一并结合图2至图8,辅助压力夹具100包括底座110以及设置在底座110上的上盖120,上盖120朝向底座110的一侧设置有下压接触块130,对芯片220的正面持续施加预设的辅助压力,包括:将半导体器件200置于底座110上。将设置有下压接触块130的上盖120压在底座110上,使得下压接触块130与芯片220的正面抵接,以在上盖120的重量作用下对芯片220的正面持续施加辅助压力。

本实施例的半导体器件的封装方法,通过使用包括底座和设置有下压接触块的上盖,并在上盖的重量作用下对芯片的正面持续施加辅助压力,可以在真空、高温、机械压力的综合作用下,更有效地排出合金粘结层中的空洞,进一步降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

示例性的,一并结合图4和图7,辅助压力夹具100还包括限位固定座140,限位固定座140设置在底座110和上盖120之间,限位固定座140设置有限位通孔(图中并未标出),限位通孔与芯片220相对应。将设置有下压接触块130的上盖120压在底座110上,使得下压接触块130与芯片220的正面抵接,包括:将下压接触块130穿过限位通孔至与芯片220的正面抵接。

本实施例的半导体器件的封装方法,通过辅助压力夹具中的限位固定座,能够在使用辅助压力夹具的过程中对下压接触块进行固定和限位,防止下压接触块发生位移,进一步提高排出合金粘结层空洞的效率,降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

示例性的,一并结合图2和图4,通过辅助压力夹具100对芯片220的正面持续施加预设的辅助压力,还包括:根据不同的半导体器件200,设计不同重量的上盖120,以对不同的半导体器件200的芯片220的正面施加不同的辅助压力。

本实施例的半导体器件的封装方法,针对不同的半导体器件分别设计不同重量的上盖,可以通过对不同的半导体器件的芯片的正面施加不同的辅助压力,进一步提高排出合金粘结层空洞的效率,降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

示例性的,所述预设温度的范围为75℃~85℃。例如,预设温度可以是75℃、76℃、77℃、78℃或者79℃,也可以是80℃,还可以是81℃、82℃、83℃、84℃或者85℃等等,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择,本实施例对此并不限制。

本实施例的半导体器件的封装方法,在高温真空回流结束后,温度下降至75℃~85℃时解除辅助压力,能够进一步提高排出合金粘结层空洞的效率,降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

下面结合图2至图7详细说明上述过程。

将熔扩装片后的半导体器件200置于底座110上。再将设置有下压接触块130的上盖120压在底座110上,下压接触块130在上盖120的重量作用下对芯片220的正面持续施加预设的辅助机械压力。将辅助压力夹具100及半导体器件200放入真空回流设备的上料架上,使辅助压力夹具100及半导体器件200被自动送入真空回流炉中,在高温真空回流条件下,芯片220与载片台210之间的合金粘结层230在高温的作用下逐渐熔化,在机械压力和真空的共同作用下,合金粘结层230中的空洞231逐渐被有效排出,回流结束后,辅助压力夹具100及半导体器件200被缓慢送出至真空回流设备的下料架,在温度下降至80℃左右后,解除辅助机械压力,从辅助压力夹具100中取出半导体器件200,从而完成合金粘结层中空洞的排出工作。

本发明的另一个方面,如图4所示,提供一种半导体器件封装用辅助压力夹具100。一并结合图2和图3,半导体器件为熔扩装片后的半导体器件200,该半导体器件200包括载片台210、设置在载片台210上的芯片220以及夹设在芯片220的背面和载片台210之间的合金粘结层230。辅助压力夹具100可以采用前文记载的制备方法制作形成,具体可以参考前文相关记载,在此不作赘述。辅助压力夹具100包括底座110和上盖120。

示例性的,一并结合图2和图4,底座110用于承载半导体器件200。上盖120设置在底座110上,上盖120可以由金属材料制成,以提高其导热性能。上盖120朝向底座110的一侧设置有下压接触块130,下压接触块130能够与芯片220的正面抵接。

本实施例的半导体器件封装用辅助压力夹具,通过承载半导体器件的底座以及设置在底座上侧并设置有下压接触块的上盖,能够为半导体器件提供辅助的机械压力,从而在高温真空回流条件下,通过使用本实施例的辅助压力夹具,能够利用真空、高温、机械压力的综合作用,有效排出合金粘结层中的空洞,降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

需要说明的是,一并结合图4至图6,当半导体器件200中的引脚240高于载片台210时,底座110可以在承载引脚240的对应位置处设置预设高度的凸块,以使引脚240以及载片台210均能贴合底座110。

示例性的,如图4所示,辅助压力夹具100还包括限位固定座140。限位固定座140可以由金属材料制成,以提高其导热性能。限位固定座140设置在底座110和上盖120之间,限位固定座140设置有供下压接触块130穿过的限位通孔(图中并未标出),限位通孔与芯片220相对应。

本实施例的半导体器件封装用辅助压力夹具,通过在底座和上盖之间设置限位固定座,能够利用该限位固定座在使用辅助压力夹具的过程中对下压接触块进行固定和限位,防止下压接触块发生位移,从而进一步提高排出合金粘结层空洞的效率,降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

示例性的,一并结合图4,下压接触块140可以为弹性下压接触块。通过将下压接触块设置为弹性下压接触块,可以在下压接触块与芯片的正面抵接时,对芯片提供一定的保护,从而防止对芯片造成不必要的损害。

本发明的另一个方面,提供一种半导体器件封装系统。一并结合图4,封装系统包括前文所记载的辅助压力夹具100,辅助压力夹具100的具体结构可以参考前文相关记载,在此不作赘述。如图8所示,封装系统还包括加热块310,底座110设置在加热块310上。

本实施例的半导体器件封装系统,可以在高温真空回流条件下,通过真空、高温、机械压力的综合作用,有效排出合金粘结层中的空洞,降低空洞发生的风险,加强芯片与载片台的结合,提高半导体器件的导电性能和导热性能,提升熔扩产品的封装良率。

可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

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