[實用新型]一種高精度共晶鍵合設備

有效

• 申請號: 201922433688.3
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN211045386U
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 朱樹存
• 申請（專利權）人: 嘉興景焱智能裝備技術有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67
• 代理公司: 杭州永航聯科專利代理有限公司 33304
• 代理人: 俞培鋒

本實用新型涉及光通訊領域基板上芯片共晶鍵合技術領域，一種高精度共晶鍵合設備，包括設備基座，所述設備基座上端設有物料區和鍵合區；所述物料區包括一可在XYZ軸方向進行移動的拾取頭單元，所述鍵合區包括共用導軌、光柵尺且相互獨立控制的前芯片鍵合臂和后芯片鍵合臂，所述鍵合區還包括設置于所述上料臺右側且可在X軸方向移動的前共晶加熱臺和后共晶加熱臺，所述前共晶加熱臺和后共晶加熱臺之間設有可在X軸方向移動的芯片中繼臺，所述芯片中繼臺的前側還設有芯片倒裝翻面頭。本實用新型采用雙鍵合頭的新型高精度光通訊共晶鍵合機的布局方案，以滿足正裝及倒裝共晶鍵合的高精度要求，并通過并行雙頭方案實現設備產率的極大提高。

技術領域

本實用新型涉及光通訊領域基板上芯片共晶鍵合技術領域，尤其涉及到一種高精度共晶鍵合設備。

背景技術

諸如云計算、網絡和基于手機的應用程序，以及超大規模數據中心(如 FACEBOOK、Google、Microsoft及Amazon)的存儲等需求催生了遠程傳輸網絡、都市通信系統和數據中心的升級需求，這些都加速推動了未來光通訊領域的迅猛發展。對數據和帶寬的需求持續擴張，導致大批量生產(HVM) 光器件的需求達到前所未有的水平。就性能、可靠性和需求量而言，COS 器件在光電子器件的關鍵模塊中處于核心地位。在光纖傳輸領域，激光二極管(LD)COS，是發光和傳輸的起點，而光電探測器(PD)COS是光傳輸的終點，在此處光信號被轉譯成電信號。

當今市場上的貼片機種類繁多，諸如ASM、BESI和KNS等主流供應商均推出各種類型鍵合機以滿足通用半導體器件封裝應用需求。然而，這類通用型半導體封裝鍵合機很難滿足COS大批量生產應具有的特殊需求。

因發熱，元器件尺寸較小以及逸出氣體等方面的約束要求，光通信領域的鍵合一般采用共晶焊工藝。所謂共晶焊，是指采用一種適當配比的焊料合金(通常為金錫合金)作為輔助材料形成兩個元件之間連續粘結的工藝。進行共晶焊時，組件溫度會被迅速加熱至焊料的熔點以上，然后受壓保溫鍵合，最后零件被快速冷卻至回流溫度，共晶焊完成。為了防止焊接面氧化，共晶焊接通常在惰性氣體環境中完成。

COS元件，如激光二極管(LD)、光電探測器(PD)、電容器或者熱敏電阻等，通常小至200平方微米以內，且由易碎的III-V族化合物半導體材料制成，如GaAs和InP等材料。這類小、薄且易碎芯片一般采用GEL-PAK 或者UV膜上料。在芯片拾取過程中，必須要有精密的微力控制，拾取頭與頂針之間要同步，且吸嘴需要避開LD芯片發光區，既要避免芯片損傷又要能夠實現芯片的有效拾取。

基于光耦合效率及產量的考量，共晶鍵合后的工藝精度一般要求在 5μm(±3σ)以內，并朝著3μm(3σ)或更高精度邁進，這對共晶鍵合設備提出了很高的技術要求。

為了實現高精度貼合，德國Finetech公司Fineplacer系列共晶鍵合機采用如圖4所示的光鏡對位原理，即分光鏡、芯片、基板和焊臂旋轉軸分別處于一個正方形的4個頂點。由于是采用同一個固定焦距的攝像頭同時觀察芯片和基板的圖像，故可以基于高精度的機器視覺反饋，精密調整芯片與基板的相對偏差，從而可以實現最高0.5μm(3σ)的高精度鍵合。不過，這種旋轉式雙面對準方案僅適用于倒裝芯片的高精度鍵合，對于正裝則會導致其鍵合精度降低，且這種雙面對準方案因產率太低而很難用于量產。

法國SET公司在其鍵合機(FC150)采用如圖5所示的雙面對準相機方案。在鍵合前，將具備X/Y調整自由度的雙面對準相機深入鍵合頭和基板臺之間，確保鍵合頭芯片與基板臺基板同時處在上下視相機的焦面，調整對應芯片和基板的相對水平向(X/Y/Rz)位置偏差，鎖定水平向自由度后，移出雙面對準相機后，Z向鍵合，保證了共晶鍵合的對準精度，其共晶鍵合精度可以達到0.51μm(3σ)。SET的FC150與Finetech公司Fineplacer 系列共晶鍵合機存在類似的產率偏低的致命缺陷，無法滿足客戶的量產需求。