相变-水冷复合温控水冷盘及键合设备的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种相变-水冷复合温控水冷盘及键合设备。


背景技术：

2.半导体制造的温度控制领域中，多种键合、光刻或激光灯加工设备均需要对温度进行有效控制，以确保加工设备的加工精度及设备寿命。
3.在键合设备中，晶圆经高温处理后通过键合工艺相互结合。由于键合工艺的需要，所述键合设备中加热盘的温度需要保持在100℃左右，这会使周围元器件受到高温热辐射影响并造成元器件损坏。此外，当键合工艺完成后，需要对加热盘进行快速降温，从而在低温环境下破真空及取片，确保后续工艺的顺利进行。
4.现有技术中，通常采用水气复合冷盘对加热盘进行快速降温，所述水气复合冷盘包括水循环回路和气循环回路，通过循环液体和空气流动带走大范围热量，有效阻止高温热辐射的影响。然而，如何进一步提高冷却效率，以及如何提高冷却过程中加热盘表面的温度均匀性仍然是亟待解决的问题。
5.鉴于此，需要一种装置提高冷却效率，同时提高冷却过程中加热盘表面的温度均匀性。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种相变-水冷复合温控水冷盘及键合设备，以提高冷却效率及冷却过程中加热盘表面的温度均匀性。
7.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种相变-水冷复合温控水冷盘，包括：
8.冷却模块，包括制冷盘，所述制冷盘内填充有复合相变填充物，用于对加热盘进行散热；
9.热传导模块，包括水循环回路，所述水循环回路嵌装在所述制冷盘内，或者位于所述制冷盘的表面，用于带走所述复合相变填充物吸收的热量。
10.可选的，所述复合相变填充物包括填料及包裹在所述填料内的相变材料。
11.可选的，所述相变材料的相变温度小于或等于40℃。
12.可选的，所述填料为石墨，所述相变材料为石蜡。
13.可选的，所述填料包括石墨、金属铝或含铝的高热导率陶瓷，所述相变材料为三水硝酸锂。
14.可选的，所述填料为石墨或不含铝的高热导率陶瓷，所述相变材料为金属镓或镓的合金。
15.可选的，所述水循环回路嵌装在所述制冷盘内时，所述水循环回路嵌装在所述填料内，与所述相变材料分离。
16.可选的，所述相变材料围绕所述水循环回路均匀设置。
17.可选的，所述水循环回路位于所述制冷盘的表面时，所述相变材料呈阵列均匀分布。
18.相应地，本实用新型还提供一种键合设备，包括加热盘以及所述相变-水冷复合温控水冷盘。
19.综上所述，本实用新型提供一种相变-水冷复合温控水冷盘及键合设备。所述相变-水冷复合温控水冷盘包括冷却模块和热传导模块，其中，所述冷却模块包括制冷盘，所述制冷盘内填充有复合相变填充物，用于对加热盘进行散热；所述热传导模块包括水循环回路，所述水循环回路嵌装在所述制冷盘内，或者位于所述制冷盘的表面，用于带走所述复合相变填充物吸收的热量。所述键合设备包括加热盘及所述相变-水冷复合温控水冷盘。本实用新型通过在制冷盘内填充复合相变填充物来提高冷却效率，以及冷却过程中加热盘表面的温度均匀性。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例一所述的相变-水冷复合温控水冷盘的结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例一所述的相变-水冷复合温控水冷盘中相变材料的温度变化特性曲线；
22.图3为本实用新型实施例一所述的键合设备的冷却流程图；
23.图4为本实用新型实施例一所述的键合设备中冷却液的最高温度变化曲线；
24.图5为本实用新型实施例一所述的键合设备中相变材料为十八烷时加热盘的平均温度变化曲线；
25.图6为本实用新型实施例一所述的键合设备中相变材料为三水硝酸锂时加热盘的平均温度变化曲线；
26.图7为本实用新型实施例一所述的键合设备中相变材料为金属镓时加热盘的平均温度变化曲线；
27.图8为本实用新型实施例二所述的相变-水冷复合温控水冷盘的结构示意图；
28.其中，附图标记如下：
29.1-制冷盘；11-填料；12-相变材料；2-水循环回路。
具体实施方式
30.下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
31.实施例一
32.图1为本实施例所述的相变-水冷复合温控水冷盘的结构示意图。参阅图1，所述相变-水冷复合温控水冷盘包括：
33.冷却模块，包括制冷盘1，所述制冷盘1内填充有复合相变填充物，用于对加热盘进行散热；
34.热传导模块，包括水循环回路2，所述水循环回路2嵌装在所述制冷盘1内，用于带走所述复合相变填充物吸收的热量。
35.继续参阅图1，本实施例中，所述复合相变填充物包括填料11及包裹在所述填料内的相变材料12，所述水循环回路2嵌装在所述填料11内，与所述相变材料12分离，且所述相变材料12围绕所述水循环回路2均匀设置，以提高所述制冷盘1制冷时的温度均匀性。
36.本实施例中，所述相变材料12的相变温度小于或等于40℃。需要说明的是，在选取所述相变材料12时，需要选取不会与所述填料11发生反应的相变材料12，从而确保所述制冷盘1可以正常使用。
37.本实施例中，所述填料11为石墨，所述相变材料12为石蜡。具体的，所述相变材料12可以为十八烷(即一种无色结晶的石蜡，熔点为28℃，融化潜热为2.43
×
105j/kg，且与大多数材料相容)。参阅图2，所述相变材料在温度小于熔点温度(即28℃)时为固态；在温度等于熔点温度时处于固液相变阶段；在温度大于熔点温度时为液体。由于相变材料处于固液相变阶段时可以在不升高温度的情况下吸收大量热能，因此，所述相变材料12在完全熔化前，所述制冷盘1的温度不会上升。
38.可选的，所述相变材料12还可以为三水硝酸锂(即一种透明无色液体或结晶固体，熔点为29.9℃，融化潜热为2.96
×
105j/kg，且与金属铝相容)，此时，所述填料11包括石墨、金属铝或含铝的高热导率陶瓷(例如氮化铝、三氧化二铝)。需要说明的是，高热导率陶瓷即热导率范围为10w/mk～200w/mk的陶瓷。
39.可选的，所述相变材料12还可以为金属镓或镓的合金(金属镓的熔点为29.87℃，融化潜热为8.022
×
104j/kg，且易与铝、铁等金属反应，具有微弱毒性)，此时，所述填料11为石墨或不含铝的高热导率陶瓷(例如碳化硅)。需要说明的是，由于金属不会在凝固过程中出现明显的过冷或过热现象，固液相变时体积变化小，不出现分层现象且具有较高的热导率，因此，低温相变金属(即相变温度低于40℃的金属)十分适合作为所述制冷盘1中的相变材料12。
40.此外，所述相变材料12吸收的热能可以通过所述水循环回路2内的冷却液带走，从而提高换热效率。可选的，可以通过调整所述制冷盘1内所述相变材料12的体积占比(即含量)来控制所述冷却液进行温控时所需的峰值冷却功率，例如，当所述制冷盘1内所述相变材料12的体积占比增大时，所述相变材料12在温度不变的情况下能够吸收的热能增加，因此，所述冷却液进行温控时所需的峰值冷却功率相应减小。
41.相应地，本实施例还提供一种键合设备，包括加热盘及所述相变-水冷复合温控水冷盘。
42.图3为本实施例所述的键合设备的冷却流程图。参阅图3，在进行键合工艺时，所述加热盘与所述相变-水冷复合温控水冷盘分离，所述加热盘加热至所述键合工艺的工艺温度；所述键合工艺完成后，所述加热盘停止加热，并将所述加热盘与所述相变-水冷复合温控水冷盘接触放置以冷却所述加热盘；当所述加热盘的表面温度冷却至一设定温度(例如为40℃)后，撤去所述相变-水冷复合温控水冷盘，并通过水循环回路继续带走所述相变-水冷复合温控水冷盘内相变材料所吸收的热能，直至所述相变材料完全转化为固态。
43.图4为本实施例所述的键合设备中冷却液的最高温度变化曲线；图5-图7分别为本实施例所述的键合设备中相变材料分别为十八烷、三水硝酸锂以及镓单质时加热盘的平均温度变化曲线。参阅图4可知，当冷却液流量在1.45l/min时，现有的水冷盘(即制冷盘内未填充复合相变填充物的水冷盘)中冷却液的最高温度可以超过50℃，而本实施例所述的相
变-水冷复合温控水冷盘中冷却液的最高温度在40℃左右，并未超过50℃。参阅图5-图7可知，与现有的水冷盘相比，本实施例所述的相变-水冷复合温控水冷盘使加热盘平均温度降低至40℃所需的时间更短，冷却效率更高。此外，本实施例所述的键合设备中，相变-水冷复合温控水冷盘内的相变材料围绕水循环回路均匀设置，从而有效提高冷却过程中加热盘表面的温度均匀性，使得加热盘冷却后的表面温度分布更均匀。
44.实施例二
45.本实施例与实施例一的区别在于相变-水冷复合温控水冷盘的结构。图8为本实施例所述的相变-水冷复合温控水冷盘的结构示意图。参阅图8，本实施例所述的相变-水冷复合温控水冷盘包括：
46.冷却模块，包括制冷盘1，所述制冷盘1内填充有复合相变填充物，用于对加热盘进行散热；
47.热传导模块，包括水循环回路2，所述水循环回路2位于所述制冷盘1的表面，用于带走所述复合相变填充物吸收的热量。
48.继续参阅图8，本实施例中，所述制冷盘1内填充的复合相变填充物中，相变材料12呈阵列均匀分布于填料11内，以提高冷却效果的均匀性。需要说明的是，在使用本实施例所述的相变-水冷复合温控水冷盘对加热盘进行冷却处理时，所述加热盘需要与所述制冷盘1的远离所述水循环回路2的表面相接触，以确保冷却效果。
49.此外，由于现有的水冷盘中通常已经包含了本实施例所述的水循环回路，因此，通过在现有水冷盘的表面形成一层所述复合相变填充物，即可得到本实施例所述的相变-水冷复合温控水冷盘，从而节约生产成本。
50.综上，本实用新型提供一种相变-水冷复合温控水冷盘及键合设备。所述相变-水冷复合温控水冷盘包括冷却模块和热传导模块，其中，所述冷却模块包括制冷盘，所述制冷盘内填充有复合相变填充物，用于对加热盘进行散热；所述热传导模块包括水循环回路，所述水循环回路嵌装在所述制冷盘内，或者位于所述制冷盘的表面，用于带走所述复合相变填充物吸收的热量。所述键合设备包括加热盘及所述相变-水冷复合温控水冷盘。本实用新型通过在制冷盘内填充复合相变填充物来提高冷却效率，以及冷却过程中加热盘表面的温度均匀性。
51.上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。