利用激光的倒装芯片粘结方法及利用其的半导体粘结装置与流程

本发明涉及一种利用激光的倒装芯片粘结方法及利用此的半导体粘结装置，即，将半导体芯片粘贴到回路基板时，利用激光熔接到基板，更详细地说，利用激光以高温加热已形成于回路基板表面的隆起物(bump)而使其液化之后，将半导体芯片安放在液化隆起物并以一定压力压缩，随着液化隆起物变硬，半导体芯片与回路基板的导体端子相互连接，使用对温度敏感的基板等时，能够最小化接触不良率。

背景技术：

一般地说，倒装芯片粘结方法是将半导体芯片粘贴到回路基板时，不使用金属引线金属丝等另外的连接结构或球栅阵列(BGA)等中间媒介而利用芯片下面的电极图案而直接熔接的方式。这种倒装芯片粘结方法也被称为无引线(leadless)半导体，随着半导体大小的逐渐缩小，有利于小型及轻量化，能够更细微地调整电极之间的距离(节距)，因此得到普遍适用。

如所述的倒装芯片粘结方法主要使用热压焊方式。根据这种以往的热压焊方式，回路基板的上面形成导电层，并形成球块(bump ball)，该球块在半导体芯片下端的温度增高时变成液体，当温度降低时变硬。这时，若加热半导体芯片，则球块会变成液体，向回路基板方向逐渐加压半导体芯片而在回路基板的导电层上安放半导体芯片。并且，随着球块的硬化，半导体芯片与回路基板实现相互熔接。

根据这种以往的倒装芯片粘结方法，加热半导体芯片时，需要一定的时间才能达到能够使球块变成液体的温度。若这样长时间加热半导体芯片，会产生半导体芯片被热受损的情况，因一定时间内的生产量受限，无法期待生产能力的提高。并且，对于材质对高温敏感的半导体芯片无法适用。

并且，接合精密度上可能会存发生半导体芯片与回路基板的接合位置稍微偏移的问题。即，因限定了加热半导体芯片的温度，从球块的液体化温度达到硬化温度的时间较短，导致半导体芯片与回路基板的接合部位的接合率的下降。并且，因半导体芯片与回路基板的收缩，在稍微偏移的部分或未精确粘贴的部位产生裂纹(crack)，导致不良率的增加，乃至寿命及耐久性方面的致命问题。

因此，急需开发一种倒装芯片粘结方法及利用此方法的半导体粘结装置，即，为了将粘贴在半导体芯片的隆起物变成液体而能够用高温短时间加热的新的加热工具，用该加热工具加热半导体芯片时，能够减少半导体芯片的热损伤，还能用于多种半导体芯片。

在先技术文献

专利文献

1.韩国公开专利公报第10-2008-0040151号“激光粘结装置及激光粘结方法”(公开日期2008.05.08)

2.韩国公开专利公报第10-2012-0052486号“利用激光的电子部件的粘结方法及装置”(公开日期2012.05.24)

3.韩国公开专利公报第10-2014-0002499号“粘结装置”(公开日期2014.01.08)

技术实现要素：

(要解决的技术问题)

本发明的目的在于，为了解决所述问题而提供一种利用激光的倒装芯片粘结方法，即，能够均匀地维持半导体芯片加热区域的温度分布，从而能够提高产品的品质，还能灵活处理工程方面发生的多种问题。

并且，本发明的目的在于，提供一种利用所述粘结方法的半导体粘结装置，其具备：激光发振装置，能够瞬间用高温加热半导体芯片；及预备加热工具，预热半导体芯片，从而使得用于向移送半导体芯片的移送轨道连接半导体与回路基板的导电性粘合胶迅速达到液体化温度。

(解决问题的手段)

根据本发明的利用激光的倒装芯片粘结方法，包括如下步骤：基板准备步骤，准备半导体及用于安放所述半导体的回路基板；被膜形成步骤，执行所述基板准备步骤之后，为了防止所述半导体表面产生污染或缺陷，在半导体表面形成一定厚度的被膜；半导体调整步骤，执行所述被膜形成步骤之后，将半导体及回路基板安放到半导体粘结装置，调整半导体与回路基板的接合部位；粘结步骤，为了液化形成于所述半导体与所述回路基板之间的多个导电性隆起物末端的粘合胶，向已完成所述调整的半导体照射一定时间的激光，完成激光的照射后，随着所述粘合胶的硬化，所述半导体与所述回路基板相互接合；第1清洗步骤，执行所述粘结步骤之后，消除因所述粘合胶的硬化而残留在所述半导体与所述回路基板相互接合的部位的残留异物；干燥步骤，执行所述第1清洗步骤之后，消除残留在所述半导体与所述回路基板的清洗液。

在执行所述粘结步骤之前，还执行：预备加热步骤，以一定温度加热已安放半导体的所述回路基板的下端，从而所述激光照射所述半导体而产生的热能能够均匀地传递到所述半导体的全面，能够同时实现位于所述多个隆起物末端的粘合胶的液化。

所述粘结步骤，包括：激光照射步骤；向所述半导体照射激光而加热所述半导体，照射的激光变换成热能而液化所述粘合胶；加压步骤，以一定压力加压所述半导体，从而通过所述液化的粘合胶使得所述半导体与所述回路基板相互粘贴；硬化步骤，硬化所述粘合胶，从而使所述半导体固定到所述回路基板。

并且，执行所述干燥步骤之后，还执行：绝缘体涂布步骤，为了防止所述半导体与所述回路基板的电力损失并增加所述半导体与所述回路基板的黏合力，在所述半导体与所述回路基板之间涂抹绝缘体。

本发明的半导体粘结装置，包括：支架，受地面的支撑；半导体供应部，位于所述支架的一侧，具备保管箱，在回路基板层叠安放半导体的半导体面板；移送轨道，具备用于安放由所述半导体供应部供应的所述半导体面板的移动托盘，以长度方向延长而使所述移动托盘从一侧向另一侧移动；粘结头部，向安放于所述移动托盘的所述半导体照射激光而粘结(bonding)所述半导体与所述回路基板而使其相互粘贴；粘结头部移动部，位于所述支架的上侧而所述粘结头部能够向X，Y，Z轴移动，控制所述粘结头部的移动；半导体收容部，包括收容箱，当完成所述粘结的半导体面板移动到所述移送轨道的另一侧之后，用于保管所述半导体面板，

并且，当激光照射到所述半导体时，为了缩短安放的所述半导体与所述回路基板的加热时间，所述移动托盘以一定温度加热所述半导体面板，

为了以一定温度加热安放于所述移动托盘的所述半导体面板，向所述移动托盘的内部插入至少两个以上的多个加热块，并以一定间隔隔离布置所述多个加热块，能够分别控制所述移动托盘的加热温度，能够以各不相同的温度进行加热。

所述半导体供应部包括：第1-1致动器，能够向水平方向驱动；第1移动主体，与所述第1-1致动器结合，根据所述第1-1致动器的驱动而向水平方向移动；第1推杆，与所述第1移动主体结合，加压所述半导体面板的边缘部位而移动所述半导体面板，使所述半导体面板安放到所述移动托盘；第1移动板，上面安放所述保管箱；第1-2致动器，与所述第1移动板结合，能够驱动所述第1移动板而使其向上下方向移动，向上方移动的程度等于向所述移动托盘移送半导体面板所产生的空间，使所述所述第1推杆加压保管箱上层叠的其他半导体面板，

所述半导体收容部包括：第2-1致动器，能够向上下方向驱动；托架，与所述第2-1致动器结合，随着所述第2-1致动器的驱动而向上下方向移动；第2-2致动器，固定到所述托架，向水平方向驱动；第2移动主体，与所述第2-2致动器连接而向水平方向移动；第2推杆，与所述第2移动主体结合而作为整体而移动，末端加压安放于所述移动托盘的半导体面板而能够将完成所述粘结的半导体面板插入所述收容箱进行保管；第2移动板，用于安放所述收容箱；第2-3致动器，与所述第2移动板结合而向上下方向驱动，向所述收容箱插入半导体面板时，能够向上方移动一定间隔，从而能够将其他半导体面板插入所述收容箱。

(发明的效果)

本发明能够利用激光瞬间加热半导体芯片，从而能够防止半导体芯片受损，能够均匀地维持半导体芯片的加热区域的温度分布，并同时实现形成于隆起物末端的粘合胶的液体化，因此能够减少不良率，提高耐久性及产品品质。

并且，因本发明能够利用激光快速加热粘合胶，当使用对温度敏感的基板时，也能实现较高的生产率及可靠的接合度，因粘合胶的形状均匀，能够减少不良率。

并且，本发明具备用于预热半导体芯片的加热工具，能够在移送半导体芯片的移送线上，使半导体芯片始终维持固定温度。

附图说明

图1是呈现本发明的倒装芯片粘结方法的作业顺序的作业顺序图。

图2是呈现本发明的倒装芯片粘结方法的另一实施例的作业顺序图。

图3是呈现本发明的倒装芯片粘结方法的又一实施例的作业顺序图。

图4是呈现本发明的粘结步骤的作业顺序的概略图。

图5是呈现以往技术与本发明的设定温度到达时间的温度图表。

图6是呈现本发明的半导体与回路基板相互接触的使用状态的照片。

图7是呈现本发明的半导体粘结装置的整体模样的立体图。

图8是呈现本发明的半导体供应部的主要构成的立体图。

图9是呈现半导体面板安放于移送轨道及移动托盘的样态的立体图。

图10是呈现移送轨道与移动托盘的主要构成的立体图。

图11是呈现本发明的粘结头部的运转的立体图。

图12是呈现本发明的半导体收容部的主要构成的立体图。

图13是呈现本发明的移动托盘的另一实施例的立体图。

具体实施方式

参照以下附图而详细说明本发明的一实施例。

图1是呈现本发明的倒装芯片粘结方法的作业顺序的作业顺序图，图2是呈现本发明的倒装芯片粘结方法的另一实施例的作业顺序图，图3是呈现本发明的倒装芯片粘结方法的又一实施例的作业顺序图，图4是呈现本发明的粘结步骤的作业顺序的概略图，图5是呈现以往技术与本发明的设定温度到达时间的温度图表，图6是呈现本发明的半导体与回路基板相互接触的使用状态的照片。

参照图1，为了执行本发明的利用激光的倒装芯片粘结方法，首先实施基板准备步骤(S100)。基板准备步骤(S100)相当于准备半导体及用于安放半导体的回路基板的步骤。

执行基板准备步骤(S100)之后，执行被膜形成步骤(S200)，在半导体的表面形成一定厚度的被膜。被膜形成步骤(S200)是指为了最小化半导体10表面的污染或缺陷及与空气接触而导致的腐蚀现象，以一定厚度涂装半导体10的表面。这时，本领域技术人员可按照半导体10的使用目的，从硅石系被膜、金属系被膜等中进行选择而使用。

执行所述被膜形成步骤(S200)之后，为了调整半导体10与回路基板20而执行半导体调整步骤(S300)。半导体调整步骤(S300)中，向半导体粘结装置安放半导体10及回路基板20之后或向半导体粘结装置安放半导体10及回路基板20之前，调整半导体10与回路基板20的接合部位。

即，调整步骤(S300)的目的在于：为连接半导体10与回路基板20，在半导体10及回路基板20上分别突出形成导电性隆起物30，这些隆起物的位置处于同一垂直线上，当执行后述的粘结步骤时，调整步骤能够提前防止半导体10与回路基板20不一致的现象。

通过所述半导体调整步骤(S300)而调整半导体10与回路基板20之后，执行粘结步骤(S400)，向半导体10照射一定时间的激光而接合半导体10与回路基板20。参照图4而更详细地说明粘结步骤(S400)，向半导体10照射激光而激光加热半导体10的同时，激光的热能传递到半导体10与回路基板20之间的各个导电性隆起物30中的，在半导体10的下面突出的导电性隆起物30。这时，在半导体10的下面突出的导电性隆起物30的末端形成用于固定各个隆起物30的粘合胶40。所述的粘合胶40为：当加热一定温度(200～250℃)以上时发生液化，当一定温度(160～140℃)以下时发生硬化，优选地，由导电性物质构成。即，激光照射半导体10后，激光的高温热能能够使得形成于导电性隆起物30末端的粘合胶40发生液化。

之后，向回路基板20方向加压半导体10，液化隆起物30会包住在回路基板20上面突出的导电性隆起物30。之后，粘合胶40发生硬化而接合半导体10与回路基板20。

图5的(a)是利用以往的陶瓷加热器时，能够使粘合胶40发生液化的温度图表，(b)是利用本发明的激光时，能够使粘合胶40发生液化的温度图表。参照图5，本发明相比利用以往的陶瓷加热器的方法，粘合胶40达到液化温度的时间较短，粘合胶40能够维持液体化温度的时间也有所提高。

即，图6中照片的(a)表示以往的接合不良状态，(b)表示实现完全接合的状态。即，参照(b)，因粘合胶40包住形成于回路基板20的隆起物30而发生硬化，若在同一时间执行粘结步骤(S400)，能够减少粘合胶40的接合性及接合不良等问题的发生概率。

并且，参照图4的(a)，因以往的半导体10的全面的温度分布不均匀，位于边缘部位的粘合胶40不发生液化而导致接合不良，但参照图4的(b)，激光均匀地照射在半导体10的全面，位于半导体10的边缘部位及中心的粘合胶40发生液体化的时间相同，而且发生硬化的时间也相同，能够解决半导体10与回路基板20的粘结时产生的接合不良等问题。

参照图1，执行粘结步骤(S400)之后，执行第1清洗步骤(S500)，消除形成于半导体10及回路基板20的各个隆起物30之间存在的残留异物。

通过第1清洗步骤(S500)，能够消除粘合胶40的残留物等。

之后，执行干燥步骤(S600)，用于消除半导体10及回路基板20中残留的清洗液。

参照图2，执行粘结步骤(S400)之前，还执行预备加热步骤S700，以一定温度加热回路基板20的下端。以一定温度加热回路基板20的下端，加热位于半导体10下端的粘合胶40，从而激光能够照射到半导体10的上面，粘合胶40液化的时点能够提前。

据此，热能能够均匀地传递到分布在半导体10的下端全面的多个隆起物30，能够同时实现粘合胶40的液化。因此，照射激光之后，向回路基板20方向加压半导体10时，在半导体10的全面相同地实现粘合胶40的液化，能够均匀地维持液化时点的温度，因此具有能够提前防止接触不良等的优点。

参照图3，粘结步骤(S400)以激光照射步骤(S410)、加压步骤(S420)、硬化步骤(S430)的顺序进行。激光照射步骤(S410)是指：向半导体10照射激光，由此向形成于半导体10及半导体10下端的导电性隆起物30传递热能的步骤。也是将热能传递到形成于隆起物30末端的粘合胶40而使粘合胶40发生液化的步骤。

加压步骤(S420)是指：向回路基板20方向加压半导体10而使半导体10与回路基板20相互粘贴的步骤。这时，优选以一定的压力逐渐加压半导体10，使得形成于半导体10下面的多个导电性隆起物30与形成于回路基板20上面的多个导电性隆起物30相一致。执行所述加压步骤(S420)而发生液化的粘合胶40包住形成于回路基板20的隆起物30。

硬化步骤(S430)是指：中止向半导体10照射激光之后，使粘合胶发生硬化，从而相互固定回路基板20及半导体10的步骤。这时，多个粘合胶40发生液化的温度点相同，发生硬化的温度点也相同。

参照图3，执行干燥步骤(S600)之后，还执行绝缘体涂布步骤S800，在半导体10与回路基板20之间涂抹绝缘体。因此，能够防止通过半导体10与回路基板20之间泄漏的电力损失，提高半导体10与回路基板20的黏合力。

以下，详细地说明本发明的半导体粘结装置的一实施例。

图7是呈现本发明的半导体粘结装置的整体模样的立体图，图8是呈现本发明的半导体供应部的主要构成的立体图，图9是呈现半导体面板安放于移送轨道及移动托盘的样态的立体图，图10是呈现移送轨道与移动托盘的主要构成的立体图，图11是呈现本发明的粘结头部的运转的立体图，图12是呈现本发明的半导体收容部的主要构成的立体图，图13是呈现本发明的移动托盘的另一实施例的立体图。

参照图7，本发明的半导体粘结装置具备支架100。支架100被安放于地面而受到支撑。支架100的下端可具备多个轮子，从而使支架100的移动变得顺畅。

支架100的一侧具备用于供应半导体面板S的半导体供应部200。半导体供应部200的目的在于：将半导体S2安放到回路基板S1上的半导体面板(S；参照图10)供应到后述的移送轨道300。半导体供应部200可包括层叠多个半导体面板S的保管箱210。

参照图7、图9及图10，具备向水平方向延长形成的移送轨道300。半导体供应部200位于移送轨道300的一侧，后述的半导体收容部600可位于移送轨道300的另一侧。移送轨道300上具备移动托盘310，将供应到半导体供应部200的半导体面板S移送到半导体收容部600。移动托盘310沿着移送轨道300向水平方向自由滑动地移动。可将移动托盘310制作成一般的传送带(Conveyor)结构，因此，本领域技术人员能够容易地变更其设计。并且，移送轨道300的一侧还可具备面板感知传感器301，用于确认移动托盘310的上面是否存在半导体面板S。

参照图8，半导体供应部200包括：第1-1致动器220、第1移动主体230、第1推杆240、第1移动板250、第1-2致动器260。

第1-1致动器220可向水平方向驱动，利用外部流入的液压或气压而驱动。并且，第1移动主体230与第1-1致动器220结合，根据第1-1致动器220的驱动而向水平方向移动。

并且，第1推杆240结合到第1移动主体230的一侧。第1推杆240可随着第1移动主体230的移动，与第1移动主体230成整体向水平方向移动。这时，第1推杆240加压半导体面板S的边缘部位而从保管箱210取出半导体面板S。即，第1推杆240的末端根据第1-1致动器220的驱动而加压该半导体面板S的边缘部位，从保管箱210取出半导体面板S，同时能够将半导体面板S安放到所述移动托盘310。

另外，第1移动主体230可具备第1间隔调节螺丝231，能够细微地调整第1推杆240水平移动的移动间隔。优点在于，因第1间隔调节螺丝231，使用者能够调节半导体面板S安放到移动托盘310的位置。

第1移动板250构成为具有规定厚度的板形状，上面安放保管箱210。

第1-2致动器260可向上下方向驱动，与移动板250结合而能够使所述的移动板250向上下方向移动。即，第1推杆240加压层叠在保管箱210的多个半导体面板S中位于最上端的半导体面板S，使其移动到移动托盘310之后，第1推杆240后退而返回原位置。之后，第1-2致动器260使移动板250向上移动到从保管箱210移送半导体面板S而产生的空间，从而第1推杆240加压层叠在保管箱210的其他半导体面板S而使其移动到移动托盘310。

若反复如所述的动作，能够将层叠在保管箱210内部的半导体面板S依次移送到移送轨道300。

参照图11，具备粘结头部400，其进行粘结(Bonding)作业而使得安放于移动托盘310的半导体面板S的半导体S2与回路基板S1相互粘贴。移动托盘310移动到移送轨道300的设定地点后，粘结头部400紧贴半导体S2而向半导体S2的上面照射激光，从而能够粘结半导体S2与回路基板S1。由粘结头部400照射激光而粘结半导体S2与回路基板S1的方法可通过所述本发明的利用激光的倒装芯片粘结方法进行。

参照图7，还具备粘结头部移动部500，位于支架100的上侧而使得粘结头部400能够向X，Y，Z轴移动，控制粘结头部400的移动。粘结头部移动部500包括：第1驱动部510，用于将粘结头部400移动到Y轴；第2驱动部520，用于将粘结头部400移动到X轴；及第3驱动部530，用于将粘结头部400移动到Z轴。

另外，第1至第3驱动部510、520、530相当于通过致动器、驱动马达等运转的结构，可利用韩国公开专利第10-2003-0017400号所公开的技术实现。

参照图12，移送轨道300的另一侧具备半导体收容部600。半导体收容部600可包括收容箱610，用于保管完成粘结的半导体面板S。

半导体收容部600还包括：第2-1致动器620、托架630、第2-2致动器640、第2移动主体650、第2推杆9660、第2安放板670及第2-3致动器680。

第2-1致动器620可向上下方向驱动，可固定在支架100的上面。托架630与第2-1致动器620结合，根据第2-1致动器620的驱动，可向上下方向移动。

第2-2致动器640固定到托架630而随着托架630的上下移动而向上下方向移动。并且，第2-2致动器640向水平方向，即向与第2-1致动器620的移动方向垂直交叉的方向驱动。

第2移动主体650结合到第2-2致动器640，根据第2-2致动器640的驱动而向水平方向移动。这时，第2移动主体650与第2推杆660结合。第2推杆660的目的在于，加压已完成粘结的半导体面板S的一侧端，将半导体面板S插入收容箱610内部。即，移动托盘310将已完成粘结的半导体面板S移送到移送轨道300的另一侧末端后，通过第2-1致动器620的驱动，第2推杆660能够加压半导体面板S的一侧。之后，第2推杆660的末端维持与半导体面板S的一侧相邻的状态，根据第2-2致动器640的驱动而将半导体面板S加压向收容箱610所在的方向。据此，能够将半导体面板S插入收容箱610而保管。

另外，第2移动主体650上可具备第2间隔调节螺丝651，能够细微地调整第2推杆660的移动间隔。因第2间隔调节螺丝651，可根据半导体面板S的大小而调节第2推杆660的间隔。因此，能够将半导体面板S顺畅地插入收容箱610。

可将第2移动板670制作成具有规定厚度的板状，上面可安放收容箱610。并且，第2移动板670与第2-3致动器680结合而随着第2-3致动器680的移动而向上下方向移动。

第2-3致动器680因上述记载，向上下方向驱动而移动第2安放板670。即，向收容箱610的最上端插入半导体面板S后，第2-3致动器680使第2移动板670向上方移动而使其他半导体面板S重新插入到收容箱610。这时，第2-3致动器680优选以一定间隔使用者设定的间隔进行移动。因此，能够将已完成粘结的半导体面板S依次层叠在收容箱610。

参照图9及图10，向半导体S2照射激光时，可以一定温度加热移动托盘310，从而能够缩短半导体S2与回路基板S1的加热时间、粘结时间及减少粘结时半导体S2与回路基板S1的粘贴不良率。

即，如所述加热移动托盘310而使半导体面板S维持一定温度，则能够缩短激光照射到半导体S2时达到设定温度的时间，从而能够提高不耐高温的半导体S2及回路基板S1的耐久性。

并且，移送轨道300上形成阻挡器302，从而能够确保执行粘结作业之前移动托盘310与半导体面板S的接触时间，引导激光的照射为止。阻挡器302可向上下方向移动而控制移动托盘310的移动。

参照图12，移动托盘310的内部形成加热块311，用于以一定温度加热移动托盘310。优选地，将加热块310插入移动托盘310的侧面，并具备至少两个以上的多个。

能够以一定间隔相互隔离地布置多个加热块311，能够分别进行温度控制，从而以各不相同的温度加热移动托盘310。即，优选地，为了使移动托盘310的全面维持相同温度，位于移动托盘310的边缘部位的加热块311相比位于移动托盘310中心的加热块311，维持更高的温度。由此能够补偿损失的热能，使移动托盘310的全面维持相同的温度。

并且，为了测定移动托盘310的表面温度，移动托盘310的一侧具备温度传感器312。温度传感器312可具备多个，形成对称。温度传感器312持续测定移动托盘310的表面温度，多个加热块311根据温度传感器312测定的温度而开闭(ON/OFF)，从而使移动托盘310的表面维持一定的温度。

具有所述构成的本发明，能够利用激光瞬间加热半导体芯片，从而能够防止半导体芯片受损，能够缩短达到设定温度所需的时间，同时能够实现粘合胶的液体化，因此能够减少不良率，提高耐久性及产品品质。

并且，本发明通过预备加热移动托盘而缩短了粘结时间，从而能够提高生产率。

符号说明

100：支架 200：半导体供应部

210：保管箱 220：第1-1致动器

230：第1移动主体 240：第1推杆

250：第1移动板 260：第1-2致动器

300：移送轨道 301：面板感知传感器

310：移动托盘 311：加热块

312：温度传感器 400：粘结头部

500：粘结头部移动部 600：半导体收容部

610：收容箱 620：第2-1致动器

630：托架 640：第2-2致动器

650：第2移动主体 660：第2推杆

670：第2移动板 680：第2-3致动器