用于连续电镀生产线的双晶片电镀夹具的制作方法

本公开整体设计电镀领域。更具体地，本公开涉及用于电镀基板的电镀夹具。

背景技术：

光伏(pv)电池(常称为太阳能电池)是用于将太阳辐射转化为电能的装置。一般来讲，照射在太阳能电池基板表面上并进入基板内的太阳辐射在基板主体中形成电子和空穴对。电子和空穴对迁移至基板中的p型掺杂区和n型掺杂区，从而在掺杂区域之间形成电压差。将掺杂区连接到太阳能电池上的导电区，以将电流从电池引导至外部电路。当将pv电池组合在诸如pv模块的阵列中时，从所有的pv电池收集的电能可以按串联和并联布置加以组合，以提供具有某一电压和电流的电源。

附图说明

将下列详细描述与附图以及所附权利要求书相结合，将容易理解实施例。实施例以举例而非限定的方式示出于附图的图中。

图1a和图1b分别示出了根据一些实施例的示例性双晶片电镀夹具的前视图和透视图，该示例性双晶片电镀夹具可将两个晶片固定为背对背构造。

图1c示出了根据一些实施例的图1a中所示的双晶片电镀夹具的前视图，其中示出晶片在夹具前侧的位置。

图2a和图2b分别示出了根据一些实施例的示例性双晶片电镀夹具的前视图和透视图，该示例性双晶片电镀夹具具有基板垫板设计的变型，其包括两个竖直条，这两个竖直条的中间具有“y”形支撑件以改善刚性。

图3示出了根据一些实施例的接触夹、夹钳和晶片背衬的组件的透视图。

图4示出了根据一些实施例的接触夹和夹钳的子组件的透视图。

图5a和图5b分别示出了根据一些实施例的接触夹、载体总线、晶片背衬的子组件的透视图和侧视图。

图6示出了根据一些实施例的示例性载体总线的透视图。

图7示出了根据一些实施例的示例性接触夹的一组视图。

图8示出了根据一些实施例使用双晶片电镀夹具电镀多块基板的方法的流程图。

具体实施方式

以下具体实施方式在本质上只是说明性的，而并非意图限制本申请的主题的实施例或此类实施例的用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作示例、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施方式未必理解为相比其他实施方式是优选的或有利的。此外，本文无意使本发明受到前述技术领域、背景技术或以下具体实施方式中介绍的任何明示或暗示理论的约束。

本说明书包括提及“一个实施例”或“某个实施例”。短语“在一个实施例中”或“在某个实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。

术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中术语的定义和/或语境：

如本文所用，“区域”或“部分”可用于说明具有可定义特性但不一定有固定边界的物体或材料的离散区域、体积、部分或位置。

“包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除其他结构或步骤。

“配置为”。各个单元或部件可描述或声明成“配置为”执行一项或多项任务。在此类语境下，“配置为”用于通过指示所述单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，可以说是将所述单元/部件配置成即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时也可执行任务。详述某一单元/电路/部件“配置为”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援引35u.s.c.§112第六段。

“第一”、“第二”等。如本文所用，这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。

“基于”。如本文所用，该术语用于描述影响确定结果的一个或多个因素。该术语并不排除可影响确定结果的另外因素。也就是说，确定结果可以仅基于那些因素或至少部分地基于那些因素。考虑短语“基于b确定a”。尽管b可以是影响a的确定结果的因素，但这样的短语并不排除a的确定结果还基于c。在其他实例中，a可以仅基于b来确定。

“耦接”—以下描述是指元件或节点或结构特征“耦接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械连接。

“阻止”—如本文所用，阻止用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征描述为阻止行为、运动或条件时，它完全可以彻底地防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“阻止”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、性能和/或效应。因此，当部件、元件或特征称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。

此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”和“下方”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”和“内侧”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。此类术语可包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。

在以下描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的操作，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。在其他实例中，没有详细地描述熟知的技术，以避免不必要地使本公开的实施例难以理解。

电镀是一种沉积技术，可用于在基板上形成金属层。在一些电镀工艺中，阳极可由待沉积的金属制成，阴极可以为待镀覆的基板。将阳极和阴极均浸入电解质溶液中，并且在阳极和阴极上施加电压，使得电流在它们之间流动。这导致阳极的金属发生氧化，使得金属离子溶解于溶液中。也导致阴极的金属离子减少，使得金属层沉积到基板上。在其他电镀工艺中，溶液可具有待镀覆的金属的离子，并且阳极可以为非消耗型阳极。在这种情况下，可在浴槽中周期性地补充金属离子。

对于连续电镀系统，当前的工具设计将单个晶片或其他基板装载到带/夹具的各个位置处。每个晶片通过电镀通道传输并以相同的方式处理。这种设计为晶片提供了晶片电镀均匀性。然而，它限制了工具吞吐量，因为每次只处理一个晶片。处理多个晶片以提高吞吐量的努力得到了仔细考察。其中包括；背对背晶片电镀：接触夹与两个晶片在带上背对背；带中带(巢带)：两个驱动器和两个带处于一个处理室中；以及u形工具：晶片通过u形轮。遗憾的是，所有这些方法都需要大量的工具设计变更和开发时间。

许多连续电镀系统设计用于将金属诸如cu和sn电镀到基板上，并获得良好的电镀均匀性、可靠性和安全性、低化学带出液和低用水量。在某些示例中，这些系统利用接触带和接触夹来固定从盒子中拾取的晶片。晶片连续地通过机器传输，在电镀过程中，将电流提供给晶片进行电镀。电镀系统通常由通道和整流器组成，有效地将金属沉积至所需的厚度。完成该过程后，自动从接触带上卸下晶片并放入盒子中。这些系统的缺点之一是，只能将单个晶片装载到接触带的每个位置处。因此，如果能够在接触带上的每个位置处装载两个晶片，将极其有利。这将通过连续带电镀生产线使吞吐量翻倍。

认识到提高吞吐量系统的益处，本发明人设计了一种夹具，该夹具能够在连续电镀生产线的接触带上的每个位置装载并处理两个晶片。然而，为了设计此类夹具，需要考虑若干设计元件。在设计过程中考虑的因素包括：提供夹具，其中两个晶片能够在背对背的情况下装载而不发生相互接触；在装载两个晶片时减少带出液；允许冲洗晶片的背侧(最靠近彼此并且面向夹具的侧面)；夹具基本上不导电，使得仅电镀接触夹，导致剥离最小化；制造成本低；并且易于维护。

为了提供使连续带电镀系统的吞吐量翻倍的解决方案，本发明人设计了一种双晶片电镀夹具，该双晶片电镀夹具可将两个晶片固定为背对背构造。例如，第一个晶片可定位于夹具的前侧(见图1c)，第二个晶片可定位于背侧，该背侧与夹具的前侧(将位于图1c所示的晶片后面，基本上重叠)相反。

本文公开了一种用于同时电镀两块基板的晶片电镀夹具。在实施例中，晶片电镀夹具包括：导电载体总线；电耦接至载体总线的多个接触夹；以及非导电基板垫板，该非导电基板垫板隔开耦接至载体总线的两块基板。在某些实施例中，双晶片电镀夹具包括载体总线、三个或更多个接触夹以及基板垫板，其中接触夹诸如夹具每一侧上(载体总线的相对侧)上约3个至约12个接触夹，基板垫板用于隔开晶片并且防止它们在电镀过程中接触。在实施例中，多个接触夹分布在载体总线的任一侧上并且配置为将两块基板固持在适当的位置，并且将两块基板电耦接到载体总线，从而在载体总线和两块基板之间提供电通路。在实施例中，导电载体总线配置为可逆地附接至导电连续电镀带，例如，经由夹具、夹钳、钩状物或任何其他可逆附接的方法实现。

在实施例中，基板垫板包括沿载体总线的底部边缘部分延伸的顶部以及至少一个诸如两个或更多个远端延伸部，例如一个、两个、三个或甚至四个或更多个，这些远端延伸部从基板垫板的顶部的底部边缘延伸。当晶片电镀夹具夹到基板时，远端延伸部提供了一种防止两块基板接触的方法，例如，防止由于两个晶片上的夹具的压力而挤在一起。这也使得晶片的背侧与基板垫板接触最小。在某些实施例中，基板垫板与载体总线的底部边缘部分部分地重叠，例如载体总线滑入基板垫板的顶部边缘的狭槽中，并且它们可通过例如粘合剂耦接到一起。另选地或除此之外，基板垫板可与基板垫板围绕载体总线的下边缘形成模制件。载体总线可包括允许包覆成型材料穿过的穿孔，从而增加载体总线与基板垫板的结构耦接。在某些示例中，远端延伸部中的两个或更多个通过例如交叉支撑件进行连接以提供刚性和/或耐久性。在实施例中，远端延伸部配置为最大程度减小与两块基板的接触。例如，远端延伸部在其长度的至少一部分的横截面为卵形、圆形或菱形，而不是平坦的，以最大程度减小与两块基板的接触。另选地或除此之外，远端延伸部可包括沿其长度方向的一个或多个突出部，所述一个或多个突出部取向成提供与突出部的尖端和基板的最小接触。在某些实施例中，基板垫板包括用于多个接触夹的基体或着落点，以备不存在基板的情况。

在实施例中，多个接触夹通过定位在载体总线的任一侧上的夹条耦接到载体。在实施例中，多个接触夹包括分布在载体总线的每一侧上的三个或更多个接触夹。在实施例中，接触夹中的每个均包括弹簧。

在具体的实施例中，载体总线包括多个水平分布的开口，这些开口配置用于使接触夹钳通过。在某些实施例中，接触夹钳包括单件金属材料，该单件金属材料穿过载体总线中的开口中的一个。在某些实施例中，多个接触夹包括成对接触夹，其中成对接触夹中的一个构件设置在载体总线的一侧，并且成对接触夹中的另一个构件设置在载体总线的相反侧。在某些实施例中，每对接触夹为两个单向镜像销。

本文进一步公开了一种电镀多块基板的方法。在实施例中，方法包括：将两块待电镀的基板安装到晶片电镀夹具上；将晶片电镀夹具安装到电镀系统的连续带上；将其上固定有两块基板的晶片电镀夹具浸入电镀浴槽中；以及经由晶片电镀夹具向两块基板施加电压。

现在转向附图。图1a-2b示出了根据本文所述的实施例的用于连续电镀生产线的双晶片电镀夹具。参考图1a-2b，双晶片电镀夹具10包括载体总线15和耦接至载体总线15的多组接触夹20a和20b。双晶片电镀夹具10进一步包括同样耦接至载体总线15的基板垫板25。每个双晶片电镀夹具能够固定背对背的两块基板，并且可装载到用于电镀工艺的连续电镀工具中。因此，载体总线15可包括用于装载到连续电镀工具上的附加特征部，例如附加切口、凸块或其他突出部，其可以帮助将载体总线装载和/或放置到连续电镀工具的带上。在图1a-2b所示的实施例中，接触夹20a和20b的组通过对置的夹条30耦接至载体总线15，所述对置的夹条30通过紧固件32彼此连接。紧固件32可为任何传统或非传统的紧固件，诸如螺钉、铆钉等。其他耦接方法包括焊接、焊料、钎焊和粘合剂。然而，在所有情况下，接触夹20a和20b应当电耦接(例如，能够传输电流)至载体总线15。在所示的实施例中，载体总线15包括切口17。切口17定位成使得每组接触夹20a和20b可穿至相对侧。对置的夹钳30将接触夹20a和20b固定到载体总线15，并且在按压打开以装载/卸下基板时，将接触夹20a和20b固持在适当的位置。双晶片电镀夹具10进一步包括基板垫板25以隔开基板。基板垫板25可采取多种形式，只要基板在处理过程中保持分开即可，这也将最大程度减少处理过程中的化学带出液。例如，在图1a-1c所示的实施例中，基板垫板25由顶部边缘部分26、两个横向间隔的竖直延伸的垫板条27以及单个中心垫板条29组成，其中垫板条27从顶部边缘部分26的底部朝远端延伸，并且垫板条29从顶部边缘部分26的底部朝远端延伸。在图2a和2b所示的另选的实施例中，中心垫板条29仅部分地沿两个横向间隔的竖直延伸的垫板条27的长度方向延伸，这些垫板条通过交叉构件28在远端端部彼此连接，在中间形成“y”型支撑件，以改善刚性和耐久性。两块基板可装载到基板垫板25的每一侧上，并由一组接触夹20a和20b固持在适当位置。在这些实施例中的任一个中，竖直延伸条配置为最大程度减小与基板的接触面积，例如，其长度的至少一部分的横截面可具有圆形、卵形或菱形。还可以想到使基板垫板和基板之间的接触最小化的其他几何形状。在另选的实施例中，竖直延伸垫板条27和29包括从条向外延伸并且接触基板的凸块或突出部，从而最大程度减小基板和基板垫板25之间的接触面积。在另一个示例中，卵形、圆形、菱形等横截面轮廓仅在垫板条27和29的某些区域内延伸，例如，在远端端部和近侧端部以及在它们之间的一个或多个位置，其可具有规则的间距或不规则的间距。在某些实施例中，垫板条27和/或29中的一个或多个的远端端部可包括唇缘或其他特征部，以将晶片的底部边缘固持在适当的位置并且为晶片增加机械支撑。也可以考虑其他设计，例如，双条设计，其中两个条定位成远离基板边缘但是更靠近基板的中间，其仍然可以防止两块基板在装载到夹具或甚至单个中心条时相互接触。无论采用哪种构造，基板垫板均有利地在待镀覆的基板的两个相对表面之间形成冲洗空间。在实施例中，基板垫板进一步包括在下边缘处的多个小的竖直延伸部，其在不存在基板的情况下用作夹具的基体或着落垫。例如，当插入时，垂直接触基板的夹具的尖端现在接触基板垫板的较小的延伸部。在实施例中，基板垫板由非导电材料构成，例如，可注塑或3d打印或用于任何其他传统制造技术的塑料。该材料应进一步选择为在工艺周期内具有适当的化学惰性和尺寸稳定性(例如，化学和热)，并且最大程度减少化学带出液。在实施例中，基板垫板由非导电材料诸如聚丙烯(pp)、聚氯乙烯(pvc)、聚偏二氟乙烯(pvdf)或其他耐化学性材料组成。基板垫板的厚度选择成使得电镀浴槽液在两块基板之间自由移动。在某些示例中，基板垫板厚度，例如两块基板之间的最厚部分，介于约1.0mm和约5.0mm之间，例如介于约1.5mm和约3.0mm之间。在某些实施例中，载体总线和基板垫板大体呈刚性。在其他实施例中，载体总线和/或基板垫板为柔性的，例如使得双晶片电镀夹具可在电镀生产线内的轮子周围弯曲或围绕电镀生产线内的轮子弯曲。在某些实施例中，剖开载体总线和/或基板垫板，使得双晶片电镀夹具可在电镀生产线内的轮子周围弯曲或围绕电镀生产线内的轮子弯曲。在某些实施例中，载体总线和基板垫板中的一个或两个包括铰接特征部诸如铰链，以提供柔韧性。另选地，载体总线可由实心金属片(例如ss)形成，该金属片足够延展或柔软以使其能够与轮子相适应并且不受金属疲劳的影响。在某些实施例中，基板垫板的顶部边缘具有足够的延展性或柔韧性，使其能够与轮子相适应并且不受疲劳的影响。在某些实施例中，基板垫板的顶部边缘由可以连接或不连接的多个部件制成。

图3示出了接触夹20a、20b、夹条30(带有紧固件32)和基板垫板25的部分组件。从图3中可以看出，夹条30夹紧接触夹20a和20b，并且将它们相对于载体总线(在该视图中未示出)固持在适当的位置。在所示的实施例中，接触夹20a和20b为两个单向镜像销(有关更详细的信息，请参见图7)。接触夹20a和20b在处理过程中固定基板，并且将电流传输到基板进行电镀。接触夹20a和20b可在将基板装载到夹具中或从夹具中卸载时手动或通过自动化工具打开。在所示的实施例中，夹条30从双基板电镀夹具10的两侧锁定接触夹20a和20b。如前所述，夹钳可通过一个或多个紧固件诸如一个或多个螺钉和/或铆钉耦接至载体总线。还可以想到非紧固件耦接。虽然在图1a-7所示的实施例中示出了单向镜像销，但是可设想使用其他类型的夹具，例如线夹、弹簧致动夹等。可在本发明所公开的双晶片电镀夹具中使用的夹具的若干示例可见于美国专利no.8,317,987，该专利具体地以引用方式并入本文。

图4、图5a和图5b示出具有切口17的载体总线15、接触夹和基板垫板子组件。如图5a所示，在不存在基板的情况下，接触夹20a和20b落在基板垫板的延伸部上。为了将基板装载到夹具上，可通过按压上部曲线部分打开接触夹20a和20b，将基板置于适当位置，然后释放压力并且闭合接触夹20a和20b。当接触夹靠近基板时，它们落在基板的接触垫上，这允许来自接触夹的电传输(并由此载体总线可为连续带)，以在电镀过程中将电流传输至基板。夹钳30提供机械强度以固定接触夹20a和20b并且保持夹具位置。夹钳20a和20b也由导电材料诸如不锈钢等构成。

图6示出了载体总线。如前文所述，载体总线15上的开口用于安装夹具。载体总线15是将直接装载在连续电镀生产线的带/接触夹上的部件。载体总线15由具有良好的导电性和对电镀化学品的耐腐蚀性的金属例如不锈钢、钛或铜合金制成。这是与电镀生产线的接触带直接接触的部件。电镀电流从电镀工具中的接触带传输至载体总线，然后传输至夹具上的接触夹，并且传输至基板。

图7示出了示例性接触夹的若干视图。夹具的材料具有导电性，以将电流传输至基板，具有良好的机械强度和韧性以固定基板，并且对电镀化学品具有良好的耐腐蚀性。接触夹的弹力可通过诸如弯曲半径和尖端弯曲角度的设计进行定制。在实施例中，接触夹的弹力介于约50克和约200克之间。接触夹：提供机械强度以固定基板；导电以将电流传输至基板；并且对电镀化学品具有良好的耐腐蚀性。在装载基板时，可以按开接触夹。一旦基板处于适当的位置，即释放压力，使接触夹靠近以固定基板。两块基板可装载到夹具的每一侧上。夹具可分别由单件不锈钢诸如ss316或ss301形成。接触特征部可在夹具的尖端部分形成。接触特征部为夹具的一部分，其与待镀覆的基板物理接触(例如，在半导体晶片的表面上的接触垫处)。在其他实施例中，接触夹可包括金属和塑料部件。例如，接触夹可包括塑料基体部分和金属弹簧连接板、金属螺钉、金属双扭弹簧夹、塑料杆件和橡胶o形圈(参见例如美国专利号8,317,987)。在某些实施例中，接触夹可包括非导电涂层以最大程度减小夹具上的电镀，例如，使金属仅暴露在夹具的尖端处，在该尖端处，金属接触基板并且暴露在接触夹和载体总线之间的区域。

在某些实施例中，机器人装置可配置为打开所有接触夹，并且可在其中放置晶片(或其他待处理的基板)。接触夹的打开可通过同时向下按压夹具的环状物或柄部以释放接触夹的压力来实现。然后可通过机器人装置释放弹簧支承的接触夹以闭合接触夹，使得接触特征部压靠在晶片上的金属接触垫，以将晶片(或其他基板或其他待镀覆的基板)牢固地固持在适当的位置。一旦将待处理的晶片(或其他基板)装载到载体上，即可执行电镀及其他处理。在处理之后，机器人装置可配置为重新打开所有接触夹，使得可移除处理过的晶片(或其他基板)并且替换为待处理的晶片。另选地，可手动致动夹具。

图8为根据本发明的实施例使用双晶片电镀夹具电镀多块基板的方法800的流程图。在框802处，可使用机器人装载机将两块基板夹到双晶片电镀夹具上。另选地，可手动装载它们。在框804处，可将双晶片电镀夹具安装在电镀机的连续带上。

在框806处，电镀机可将双晶片电镀夹具机械浸入电镀浴槽中。

在框808处，可通过穿过载体总线和接触夹并到达基板上的接触垫的导电路径，向两块基板施加电压。在一个示例中，基板可包括硅晶片。接触夹可与基板表面上的铜(或其他金属)的基(种子)层接触。然后，金属层可从电镀浴槽沉积到基层的顶部。

在框810处，对双晶片电镀夹具和两块基板进行冲洗，例如，去除电镀浴槽中的任何残留物质。

在框812处，如果要将更多的金属层电镀到基板上，则方法800可返回框806，并且可机械浸入不同的电镀浴槽中以沉积不同的金属层，以便形成金属接触件的多层叠堆(例如)。当无需将更多金属层电镀到基板上时，可按照框814所述，利用机器人装置将基板从载体上取下(例如)。然后，方法800可返回框802，并且可以将待处理的其他(未镀覆的)基板夹到双晶片电镀夹具上。

尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。除非另有说明，否则本公开中所提供的特征的示例旨在为例证性的而非限制性的。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。

本公开的范围包括本文所公开的任何特征或特征组合(明示或暗示)，或其任何概括，不管它是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或要求其优先权的申请)的审查过程期间针对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中枚举的特定形式组合。