一种高压硅堆合金的加工装置及合金方法与流程

本发明涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种高压硅堆合金的加工装置及合金方法。

背景技术：

高压硅堆二极管的加工，是通过将若干层的晶圆和若干层的焊料(焊片)交叉堆叠，经加热加压制成一体的合金块，再将合金块切割成若干单元硅柱制成。

合金制作中，目前普遍采用的高周波合金机，其采用压缩空气为动力的气缸为工件提供压力。在加压过程中加热到焊料液相线温度，使得若干晶圆通过焊料粘结相连、达到合金作业的目的。但是这种合金方法中，连接气缸的压缩空气持续开通，而连接气缸的供气管道输出到合金机气缸的压力并不稳定，可能会受到其他接入设备的干扰而出现波动。这种供气波动会导致气缸活塞缸的压力忽大忽小，在焊料加热到液相线温度前，加压的变化影响并不明显；但在焊料加热到液相线温度后，气压的突然增大会使得工件过压，焊料外溢、粘结区域过薄，导致合金工件的整体报废，原料损耗巨大。

因此，如何控制焊料加热到液相线温度时的压力，避免工件过压，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明针对以上问题，提供了一种线性降压、控制精确，能够有效避免工件过压的高压硅堆合金的加工装置及合金方法。

本发明的技术方案为：

一种高压硅堆合金的加工装置，包括工件、环形电磁加热装置和工件厚度监测单元，还包括压力单元、温度传感器和控制器；

所述工件由若干晶圆和若干焊片交错堆叠而成；所述工件放置在所述环形电磁加热装置的内部；

所述压力单元包括气源和气缸，所述气源和气缸通过供气管道连通，所述供气管道上还设有电磁阀；

所述工件的上下表面均设有衬板，所述气缸的活塞杆的底端抵接所述工件上表面的衬板的顶面；所述温度传感器设置在所述衬板靠近所述工件的表面，或者设置在所述环形电磁加热装置的内部，用于检测工件的温度；

所述环形电磁加热装置、工件厚度监测单元、温度传感器、气缸和电磁阀，均与所述控制器通信连接。

还包括冷源，所述冷源具有出风口，所述出风口朝向所述工件的侧面或衬板的表面，所述冷源与所述控制器通信连接。

利用一种高压硅堆合金的加工装置的合金方法，

包括以下步骤：

1)堆叠所需层数的工件，并将其置入环形电磁加热装置的内部；

2)启动加工装置，环形电磁加热装置对工件进行加热，同时，压力单元的气缸开始下压工件；

3)当温度传感器检测到工件温度达到工作温度t工时，维持该温度并向控制器馈送信号，控制器切断电磁阀，关闭气缸的压缩空气输入；

4)气缸利用缸内的残余压缩空气，对工件进行线性降压的下压，下压过程中监测工件的厚度：

4.1)当d工≥d目+β时，维持工件温度；测量切断电磁阀至d工＝d目+β的时间为t；

若t＞t0，为工件升温，进入步骤4.2；

若t≤t0，为工件降温，进入步骤4.2；

4.2)当工件厚度监测单元检测到时，维持工件温度，进入步骤4.3；

4.3)当工件厚度监测单元检测到d工＝d目时，向控制器馈送信号，控制器停止气缸动作，工件合金加工完成；

其中，d工为工件厚度，d目为目标合金厚度，β为正向接近d目的敏感厚度范围，t0为切断电磁阀至工件进入敏感厚度范围的临界时间。

所述工作温度t工位于所述焊片的固相线温度与液相线温度之间。

本发明的一种高压硅堆合金的加工装置，通过在供气管道上设置电磁阀进行压缩空气的间断接通，使得气缸能在接近焊片液相线温度时隔离气源不稳定导致的气压波动影响，随着活塞杆的下行实现气缸内的气压线性下降，确保在工件的厚度敏感阶段，活塞杆下压动作平稳而柔缓，从而有效避免工件出现过压情况。

本发明的合金方法，通过温度、厚度传感元件的信号馈送，实现了对工件厚度敏感阶段的精确控制。具体地，在加压进程中工件受压变形过慢时，补充加热，降低焊片强度，加快下压进程。在加压过程中工件受压变形过快时，介入冷源进行冷却，提高焊片强度，延缓下压进程。最终实现合金块在适宜的压力和温度下平稳成型，确保合金中的焊片具有均匀的厚度和规整的形态。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是本发明的合金方法的逻辑框图。

图中：1-工件；2-环形电磁加热装置；31-气源，32-电磁阀，33-气缸，331-活塞杆；4-温度传感器；5-冷源；6-衬板。

具体实施方式

以下结合附图1-2，进一步说明本发明。

本发明的一种高压硅堆合金的加工装置，包括工件1、环形电磁加热装置2和工件厚度监测单元，还包括压力单元、温度传感器4和控制器；

工件1由若干晶圆和若干焊片交错堆叠而成；工件1放置在环形电磁加热装置2的内部；

压力单元包括气源31和气缸33，气源31和气缸33通过供气管道连通，供气管道上还设有电磁阀32，电磁阀32用于控制供气通道的启闭；

工件1的上下表面均设有衬板6，用于均匀分散气缸33的压力，气缸33的活塞杆331的底端抵接工件1上表面的衬板6的顶面；温度传感器4设置在衬板6靠近工件1的表面，或者设置在环形电磁加热装置2的内部，用于检测工件1的温度；

环形电磁加热装置2、工件厚度监测单元、温度传感器4、气缸33和电磁阀32，均与控制器通信连接。

还包括冷源5，冷源5设于工件1的底部，冷源5具有出风口，出风口朝向工件1的侧面或衬板6的表面，冷源5与控制器通信连接。冷源5用于冷却工件1，适当提高焊片强度、减缓下压速度，避免活塞杆331过快下压时，焊片中气体来不及逸出而导致气泡产生。

利用一种高压硅堆合金的加工装置的合金方法，

包括以下步骤：

1)堆叠所需层数的工件1，并将其置入环形电磁加热装置2的内部；

2)启动加工装置，环形电磁加热装置2对工件1进行加热，同时，压力单元的气缸33开始下压工件1，电磁阀32处于接通状态，供气管道持续为气缸33输入压缩空气；

3)当温度传感器4检测到工件1温度达到工作温度t工时，维持该温度并向控制器馈送信号，控制器切断电磁阀32，关闭气缸33的压缩空气输入；

4)气缸33利用缸内的残余压缩空气，对工件1进行线性降压的下压；根据理想气体定律pv＝nrt，其中气体量n、气体常量r、气体温度t均为常数时，活塞杆331下行，气缸容积v线性增加，则气缸33内的气压p线性降低；

下压过程中监测工件1的厚度：

4.1)当d工≥d目+β时，维持工件1的温度；测量切断电磁阀32至d工＝d目+β的时间为t；

若t＞t0，此时下压进程过慢，需要为工件1升温，提高焊片的变形能力，进入步骤4.2；

若t≤t0，此时下压进程过快，需要为工件1降温，降低焊片的变形能力，防止过快下压时焊料中产生气泡，进入步骤4.2；

4.2)当工件厚度监测单元检测到时，维持工件1的温度，进入步骤4.3；

4.3)当工件厚度监测单元检测到d工＝d目时，向控制器馈送信号，控制器停止气缸33动作，工件1合金加工完成；

其中，d工为工件厚度，d目为目标合金厚度，β为正向接近d目的敏感厚度范围，t0为切断电磁阀至工件进入敏感厚度范围的临界时间。

工作温度t工位于焊片的固相线温度与液相线温度之间。

对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：

(1)、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；

(2)、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；

以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本领域技术人员根据本案所公开的内容，对其中某些技术特征作出的变换均应在本案保护范围内。