专利名称：Cog制程用精密陶瓷封装热压头的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种芯片贴合玻璃(Chip On Glass；COG)制程用封装热压头(bonding head或bonding tools)，特别是指一种以陶瓷制作的COG制程用精密陶瓷封装热压头。
背景技术：
传统的COG制程用封装热压头使用的材质有两类，一类是热压头整体由铁系金属或特殊钢料经热处理后再加工制作而成，另一类是以化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition；CVD)将钻石薄膜沉积在预备好的金属座台上。使用金属材质制作热压头或其座台的原因，是因为在压合过程中必须将温度快速升高至约160-300℃，而金属是热良导体且性质稳定，又能提供机械强度，也容易施作机械加工。然而，整体由铁系金属或特殊钢料制作的热压头却有无法避免的缺点。铁系金属热压头因为长期在高温下使用，容易产生压着面的软化变形，进而导致驱动集成电路(Drive IC)与液晶显示器(LCD)面板接合的良率下降。铁系金属热压头长时间与液晶模块(LCM)周边零件磨擦会产生静电，累积的静电容易造成驱动IC与LCD面板的线路被静电击穿，导致驱动IC与LCD面板接合失败。由于金属材质本身的热膨胀系数大，铁系金属热压头在加温过程中，其压着面的平坦度及平面度无法长期维持稳定，进而导致驱动IC与LCD面板接合的良率降低。在高温下，铁系金属热压头容易变形，且耐磨性不佳，其表面无法长期维持抛光状态，容易残留异方性导电膜(Anisotropic Conductive Film；ACF)胶体。
钻石的硬度比金属高，钻石也比金属更耐高温。然而，因为钻石膜与其下方金属座台的热膨胀系数不同，在加热时会产生双金属效应，热膨胀系数大的会向热膨胀系数小的一方弯曲变形，所以钻石膜热压头必须在特定的温度下对钻石层研磨及加工处理，因此钻石膜热压头也只能在该特定温度下使用，才能避免因为热膨胀系数不同所导致的变形，使钻石膜压着面的平坦度及平面度达到生产精度的要求，产生稳定的驱动IC与LCD面板的接合动作。但是这样一来，一个钻石膜热压头便无法适用于所有的COG制程温度，当一条生产线或一台设备上使用多种温度更换生产时，无法使用同一个钻石膜热压头，必须准备多个相同尺寸但适用不同操作温度的钻石膜热压头，造成成本提高，且制程时间延长。此外，由于钻石膜热压头是以CVD沉积钻石膜在金属座台的压着面上，再在使用者指定的温度下进行研磨加工，因此钻石膜热压头的制作成本高且不易实施于大面积的压着面。若大面积的驱动IC以钻石膜热压头做为生产工具，除了热压头本身的制作上有实际的困难外，更需花费极高的制作成本，不符合经济效益。钻石膜热压头的另一项缺点，是其上的钻石层容易因为长期冷热温差或撞击而剥落。当钻石膜热压头上的钻石层剥落时，无法重新修整使热压头重复使用，而对于尚可使用的钻石膜热压头也无法进行钻石层尺寸的变更或再抛光，形成资源的浪费。此外，钻石层长时间与LCM周边零件磨擦也会产生静电，累积的静电容易造成驱动IC与LCD面板的线路被静电击穿，导致驱动IC与LCD面板接合失败，造成良率的下降。
因此，本领域中需要研发出一种制造成本低、使用寿命长、适用温度范围广且压合良率高的COG制程用封装热压头。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够降低制造成本、延长使用寿命、适用温度范围广且压合良率高的COG制程用封装热压头。
为达到上述目的，本发明提供了一种以氮化铝或氮化硅陶瓷为主要材料的COG制程用封装热压头。
具体地，本发明提供了一种COG制程用精密陶瓷封装热压头，包括一座台，其上形成有一压着面，且该热压头是以氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷或其混合陶瓷为主要材料。优选的，所述氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷或其混合陶瓷在陶瓷烧结体中占总成份重量的50％以上。
本发明的COG制程用精密陶瓷封装热压头，在可有效降低生产成本的同时，其压着面可以达到与钻石膜热压头接近或更高的寿命，且可以承受长期使用的磨损、撞击及耐压，解决传统铁系金属热压头及钻石膜热压头长期在高温操作下产生变形、毛边及钻石层脱落导致的问题，并且可以适用于不同温度下的COG制程。具有使用寿命长、适用温度范围广、压合良率高与降低制造成本的优点。
图1是根据本发明的一个COG制程用精密陶瓷封装热压头的示意图；图2是根据本发明的另一个COG制程用精密陶瓷封装热压头的示意图。
图中主要符号说明100 COG制程用精密陶瓷封装热压头110压着面120加热装置孔 122加热装置孔 130测温孔 140固定孔142固定孔 144固定孔 146固定孔 148固定孔具体实施方式
图1是本发明的一个实施例的示意图，一个COG制程用精密陶瓷封装热压头100是以氮化铝或氮化硅陶瓷为主要材料制成，其上具有一压着面110，是具有达到生产精度要求的平坦度及平面度的镜面抛光平面，一加热装置孔120贯穿热压头100的座台，且接近压着面110，以供放入加热装置，一测温孔130深入热压头100的座台，且接近加热装置孔120，以供放入测温装置，例如热电耦，以及多个固定孔140、142、144、146、148穿入热压头100的座台，以便将热压头100固定于机台上。
如图2所示，本发明的COG制程用精密陶瓷封装热压头100可以根据不同的机器而制作成不同的外形，其包括一压着面110，是具有达到生产精度要求的平坦度及平面度的镜面抛光平面，加热装置孔120及122贯穿热压头100的座台，且接近压着面110，以供放入加热装置，一测温孔130深入热压头100的座台，且介于加热装置孔120及122之间，以放入测温装置，例如热电耦，以及数个固定孔140、142、144、146、148以便将热压头100固定于机台上。
在一实施例中，热压头100是以氮化铝陶瓷为主要材料，氮化铝陶瓷在烧结时以氮化铝为主要成份，例如氮化铝占成份的80％，其它陶瓷材料占成份的20％。氮化铝陶瓷可以包括氮化铝的同素异构体，例如AlN与Al3N2。
在另一实施例中，热压头100是以氮化硅陶瓷为主要材料，氮化硅陶瓷在烧结时以氮化硅为主要成份，例如氮化硅占成份的60％，其它陶瓷材料占成份的40％。氮化硅陶瓷可以包括氮化硅的同素异构体。
在又一实施例中，热压头100是以氮化铝及氮化硅陶瓷为主要材料，混合的陶瓷材料在烧结时以氮化铝及氮化硅为主要成份，例如氮化铝占成份的40％，氮化硅占成份的40％，其它陶瓷材料占成份的20％。氮化铝及氮化硅陶瓷也可以包括其各自的同素异构体。
由于氮化铝及氮化硅陶瓷的硬度高(接近钻石的硬度)，因此以氮化铝或氮化硅陶瓷制作的热压头100，其压着面110可以达到与钻石膜热压头接近或更高的寿命，且可以承受长期使用的磨损、撞击及耐压，解决传统铁系金属热压头及钻石膜热压头长期在高温操作下产生变形、毛边及钻石层脱落导致的问题。氮化铝及氮化硅陶瓷的导热系数高、热膨胀系数小、为电的优良绝缘体且具有稳定的化学及物理特性，可提供热压头100进行急遽升温及降温的操作，而不会导致压着面110的变形，影响生产的精度及良率，也不会因为摩擦而产生静电，造成线路被静电击穿导致接合失败，因此在生产时无需加装除静电装置即可有效降低静电的影响。
本发明利用氮化铝或氮化硅陶瓷制作热压头100，利用其耐磨性佳及可抛光的特性，将压着面110做镜面抛光处理，压着面110可长期维持镜面状态，在压合时，ACF胶体无法残留在压着面110上，可有效解决残胶的问题。由于本发明的热压头100整体材质相同，因此加热时不会产生双金属效应，从室温至800℃，压着面110均保持相同的平面度及平坦度，可以适用于不同温度下的COG制程。
本发明的以氮化铝或氮化硅陶瓷制作的热压头100，在材料价格及加工成本均低于钻石膜热压头，且易实施于大面积的压着面110，因此，无论运用在大面积的驱动IC压合或小面积的驱动IC压合，其制作成本大致相当，可有效降低生产成本。更特别地，热压头100的压着面110可以进行维修或修改尺寸的加工处理，使热压头100适用于不同的IC尺寸。
本发明以氮化铝或氮化硅陶瓷做为COG制程用封装热压头100的主要材料，可依使用者的需求制作成不同型式的热压头100，排除传统铁系金属热压头与钻石膜热压头的缺点，达到使用寿命长、适用温度范围广、压合良率高与降低制造成本的目的。
根据本发明，虽然精密陶瓷的材料种类繁多，但是并非每种材料均适合制作热压头。以三氧化二铝(Al2O3)陶瓷为例，虽然其硬度与氮化铝或氮化硅陶瓷差不多，也是优良的电绝缘体，但是其导热系数只有氮化铝或氮化硅陶瓷的1/10-1/5，导热效果差会导致无法有效地加温使用或是无法有效地达到COG制程的操作温度，而且也不容易降温。再者，三氧化二铝陶瓷的热膨胀系数为氮化铝或氮化硅陶瓷的4-5倍，在急速升温或降温时易产生破裂，因此三氧化二铝陶瓷不适合做为热压头的材料。又例如氧化锆(ZrO2)陶瓷，虽然其硬度比氮化铝或氮化硅陶瓷高，但是导热系数与热膨胀系数与三氧化二铝陶瓷差不多，当瞬间加热超过300℃时即造成破裂，因此氧化锆陶瓷也不适合做为热压头的材质。再以碳化硅(SiC)陶瓷为例，虽然其硬度、导热率及热膨胀系数等物理特性皆比氮化铝或氮化硅陶瓷好，但是碳化硅陶瓷会导电，绝缘效果差，此外，碳化硅陶瓷的硬度高，不易加工，甚至到达无法加工的程度，且碳化硅价格昂贵，若以碳化硅陶瓷做为热压头的材料，其成本高于钻石膜热压头，无法降低成本。综上所述，本发明并非任意选取陶瓷材料制作热压头，其发明原理是有根据的。
权利要求
1.一种COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于包括一座台，其上形成有一压着面，且该热压头是以氮化铝陶瓷为主要材料。
2.如权利要求1所述的COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于所述氮化铝陶瓷包括氮化铝的同素异构体。
3.如权利要求1所述的COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于所述氮化铝在陶瓷烧结体中占成份的50％以上。
4.一种COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于包括一座台，其上形成有一压着面，且该热压头是以氮化硅陶瓷为主要材料。
5.如权利要求4所述的COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于所述氮化硅陶瓷包括氮化硅的同素异构体。
6.如权利要求4所述的COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于所述氮化硅在陶瓷烧结体中占成份的50％以上。
7.一种COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于包括一座台，其上形成有一压着面，且该热压头是以混合氮化铝及氮化硅陶瓷为主要材料。
8.如权利要求7所述的COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于所述氮化铝陶瓷包括氮化铝的同素异构体。
9.如权利要求7所述的COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于所述氮化硅陶瓷包括氮化硅的同素异构体。
10.如权利要求7所述的COG制程用精密陶瓷封装热压头，其特征在于所述氮化铝及氮化硅在陶瓷烧结体中占成份的50％以上。
全文摘要
本发明提供了一种COG制程用精密陶瓷封装热压头，是以氮化铝或氮化硅陶瓷为主要材料制成，具有高精度、较长的使用寿命、较低的成本、较宽广的使用温度范围，且不生静电、不残留ACF胶体、可修整。
文档编号B30B15/34GK101024310SQ200610058228
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月24日 优先权日2006年2月24日
发明者贺照纲 申请人:宇富半导体材料科技股份有限公司