半导体封装设备的制作方法

本发明属于半导体芯片封装领域，特别是涉及一种半导体封装设备。

背景技术：

焊线(wirebonding)和塑封(molding)都是半导体芯片封装过程中的关键工序。焊线是使芯片与封装基板或引线框架等完成电路连接，以使芯片实现电子信号传输的功能；塑封则是用环氧树脂等有机材料将晶圆表面的部分结构包覆，比如将刚形成的焊线结构包覆以对焊线结构进行保护。现有技术中，焊线工艺和塑封工艺在不同的设备中完成，需要操作人员将在焊线设备中完成焊线工艺的晶圆转移到塑封设备内进行塑封。这种方式存在不少问题。比如，由于焊线工艺和塑封工艺都是高温工艺，晶圆在焊线工艺前需进行预热；而在完成焊线工艺后通常要将晶圆降至室温后再进行传送以避免高温晶圆在转移过程中对操作人员造成伤害。晶圆降温时间过长不仅导致生产效率的下降，同时在传送至塑封设备内进行塑封工艺前同样需要进行预热，导致塑封设备产出率低下；其次，由于晶圆的转移都是依赖操作人员的手工作业，不仅生产效率低下，而且容易造成晶圆污染和损伤。另外，过多的焊线设备和塑封设备导致半导体封装厂内空间拥挤、自动化水平低下，极易引发生产事故，而扩充生产空间又带来新的生产成本增加等问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体封装设备，用于解决现有技术中因焊线设备和塑封设备各自独立，导致设备产出率低下以及晶圆需通过人工作业在焊线设备和塑封设备中转移导致生产效率低下、设备投入成本增加，同时容易造成晶圆污染和损伤，以及导致半导体厂内空间拥挤带来的生产成本上升及生产事故隐患增加等问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种半导体封装设备，所述半导体封装设备包括焊线腔室、塑封腔室及传送模块；所述传送模块用于在所述焊线腔室和所述塑封腔室之间传送晶圆。

可选地，所述晶圆自所述焊线腔室取出时具有第一温度，所述晶圆放入所述塑封腔室时具有第二温度，所述第一温度与第二温度之差不大于20℃。

可选地，所述半导体封装设备还包括中转腔室，在所述焊线腔室内完成焊线工艺的晶圆经所述中转腔室的中转被传送至所述塑封腔室内。

可选地，所述传送模块包括第一传送手臂及第二传送手臂，所述第一传送手臂用于在所述焊线腔室和所述中转腔室之间传送晶圆，所述第二传送手臂用于在所述中转腔室和所述塑封腔室之间传送晶圆。

可选地，所述中转腔室内设置有加热单元。

可选地，所述焊线腔室的数量大于所述塑封腔室的数量。

可选地，所述焊线腔室及所述塑封腔室之间设置有隔离结构。

可选地，所述半导体封装设备还包括装载腔室，所述装载腔室与所述焊线腔室相连接。

可选地，所述半导体封装设备还包括转移腔室，所述转移腔室与所述塑封腔室相连接。

在一可选方案中，所述半导体封装设备还包括壳体，所述焊线腔室、塑封腔室及传送模块均位于所述壳体内。

在另一可选方案中，所述半导体封装设备还包括壳体，所述传送模块位于所述壳体内，所述焊线腔室及所述塑封腔室位于所述壳体外且与所述壳体相连接。

如上所述，本发明的半导体封装设备通过优化的结构设置，可实现在同一台设备上连续进行焊线和塑封工艺，可以极大减少工艺生产所需的时间，提高设备产出率；同时，晶圆的传送过程无需人工操作，不仅可以有效降低晶圆污染和破损的风险，而且可以提高生产效率，降低生产成本。采用本发明的半导体封装设备，有利于封装厂内的布局优化，有利于提高产线的自动化水平，有助于降低生产成本和避免生产事故的发生。

附图说明

图1显示为本发明实施例一的半导体封装设备的结构示意图。

图2显示为本发明实施例二的半导体封装设备的结构示意图。

组件标号说明

11焊线腔室

12塑封腔室

13传送模块

14中转腔室

15隔离结构

16装载腔室

17转移腔室

18壳体

19控制器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。且为使图示尽量简洁，本说明书中对同一图示中的相同结构尽量不重复标记。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种半导体封装设备，所述半导体封装设备包括焊线腔室11、塑封腔室12及传送模块13；所述传送模块13用于在所述焊线腔室11和所述塑封腔室12之间传送晶圆。本发明的半导体封装设备通过优化的结构设置，可实现在同一台设备上连续进行焊线和塑封工艺，可以极大减少工艺生产所需的时间，提高设备产出率；同时，晶圆的传送过程无需人工操作，不仅可以有效降低晶圆污染和破损的风险，而且可以提高生产效率，降低生产成本。

焊线工艺通常是用金线、铜线、铝线等金属线将晶圆上的接点与外部的封装基板或引线框架的引脚相连接，以使芯片实现电子信号传输的功能。焊线过程中芯片与焊线之间的界面温度非常重要，故在所述焊线腔室11内设置有加热装置(未图示)以在焊线工艺前对晶圆进行预热，所述加热装置包括但不限于灯泡加热、电阻丝加热等加热装置中的一种或多种，为精确控制焊线过程中的温度，所述焊线腔室11可以进一步包括与加热装置相连接的温控装置，以控制所需的工艺温度。所述焊线腔室11内还可以设置用于承载晶圆的载台，所述载台的尺寸与需承载的晶圆尺寸匹配。

塑封工艺通常是采用压缩成型、转移成型、液体密封成型、模塑底部填充、毛细底部填充、真空层压和旋涂等方法将聚酰亚胺层、硅胶层、环氧树脂层、可固化的聚合物基材料层和可固化的树脂基材料层等材料涂布到待塑封的结构表面以对器件起到保护等作用，比如晶圆的焊线就需要被塑封以对焊线起到固定保护等作用。塑封前同样需要对晶圆进行加热，故所述塑封腔室12内同样可以设置加热装置，且同样可以设置与加热装置相连接的温控装置，所述塑封腔室12内可以设置承载晶圆的载台，且所述载台可以与旋转装置相连接，以在塑封过程中带动晶圆旋转以使塑封材料涂布地更加均匀。

传统的封装方法中，由于焊线设备和塑封设备各自完全独立且通常分布于封装厂的不同空间内，完成焊线工艺的晶圆需通过操作人员的手工作业将晶圆移动到塑封设备中。为避免高温晶圆对操作人员造成伤害，同时也为避免高温晶圆在传送过程中变形以及被污染等导致的不良，晶圆在焊线设备中完成焊线工艺后通常需继续在设备中进行冷却，导致晶圆在焊线设备中所占用的时间过长，焊线设备产出率很低，而为满足产能需要，封装厂不得不增加设备数量，但这不仅导致设备成本急剧增加，而且过多的设备导致厂内空间拥挤复杂，存在极大的安全隐患。另一方面，塑封前需进行预热也导致塑封设备的产出率下降和生产成本上升等问题，尤其是随着晶圆尺寸越来越大，封装层次越来越多，单片晶圆可能需要经过多次焊线和塑封工艺，导致前述的各种问题越来越突出，而本发明对此提出了改善对策。采用本发明的半导体封装设备，在所述焊线腔室内完成焊线工艺的高温晶圆无需经过降温过程(因而焊线腔室内无需配置冷却装置，设备结构可以简化)，可经所述传送模块传送到所述塑封腔室内直接进行塑封，不仅晶圆在所述焊线腔室内停留的时间极大减少(现有技术中晶圆在焊线设备内采用自然降温时降温时间需10分钟以上，快速降温也需5-6分钟，且降温过程中因热胀冷缩容易导致晶圆上的器件出现不良甚至碎片)，而且因所述焊线腔室11和所述塑封腔室12的距离很近，传送时间短，晶圆在传送过程中的降温幅度非常小。晶圆自所述焊线腔室11取出时具有第一温度，比如为130～160℃，所述晶圆放入所述塑封腔室12时具有第二温度，所述第一温度与第二温度之差不大于20℃，且发明人经多次试验发现，这个温度差通常在10℃以内，即晶圆到达所述塑封腔室12内时的温度能够保持在100℃以上，因而经较短时间加热即可达到塑封工艺温度(比如为150～175℃)，因塑封工艺预热所需的时间极大减少，晶圆在所述塑封腔室内停留的时间也极大减少，可显著提高设备产出率，降低生产成本。同时，由于晶圆在设备内部进行转移，可以有效减少外来环境的污染，提高生产良率。晶圆的传送无需人工作业而实现了完全的自动化，有助于降低晶圆的碎片风险。

作为示例，所述焊线腔室11和所述塑封腔室12可以均为单片式工艺处理腔室，所述焊线腔室11的数量和所述塑封腔室12的数量可以根据需要设置，可以相同或不同。考虑到焊线工艺所需的时间通常长于塑封工艺所需的时间，故本实施例中，所述焊线腔室11的数量大于所述塑封腔室12的数量，即单个所述塑封腔室12同时可对应多个所述焊线腔室11，比如所述焊线腔室11与所述塑封腔室12的数量为3:1。当然，在其他示例中，根据不同的需要，所述焊线腔室11和所述塑封腔室12的数量还可以按其他比例配置，本实施例中不做严格限制。在所述焊线腔室11数量大于所述塑封腔室12数量的情况下，为了提高腔室的周转率，作为示例，所述半导体封装设备还包括中转腔室14，在所述焊线腔室11内完成焊线工艺的晶圆经所述中转腔室14的中转被传送至所述塑封腔室12，所述中转腔室14的具体位置可以根据需要设置，以便于晶圆的传送为宜，比如设置于所述焊线腔室11和所述塑封腔室12之间，多个所述焊线腔室11可围绕所述中转腔室14设置。

所述传送模块13可以为任何适宜传送的结构，比如为机械手臂。在所述焊线腔室11为多个的情况下，为便于晶圆的传送，作为示例，所述传送模块13包括第一传送手臂及第二传送手臂，所述第一传送手臂用于在所述焊线腔室11和所述中转腔室14之间传送晶圆(通常是从所述焊线腔室11传送至所述中转腔室14)，所述第二传送手臂用于在所述中转腔室14和所述塑封腔室12之间传送晶圆(通常是从所述中转传送至所述焊线腔室11)，这样可以最大程度减少所述传送模块13的传送距离，节约传送时间，提高工作效率。

在一示例中，所述中转腔室14内设置有加热单元，所述加热单元可以是电阻加热器，比如所述中转腔室14内可以设置承载晶圆的载台，而电阻加热器可以设置在载台内或表面，且可以进一步设置与所述加热单元相连接的温控装置，所述中转腔室14可以进一步设置保温隔热单元，以使晶圆在所述中转腔室14内保持适宜的温度，确保满足后续的塑封工艺的温度要求，由此可以进一步提高所述塑封腔室12的周转率，提高设备产出率。

为提高封装过程中的洁净度，作为示例，所述半导体封装设备还包括壳体18，所述焊线腔室11、塑封腔室12及传送模块13均位于所述壳体18内。所述焊线腔室11和所述塑封腔室12自身具有各自独立的腔体，因而所述焊线腔室11和所述塑封腔室12可以直接放置于所述壳体18内。在另一示例中，所述焊线腔室11及所述塑封腔室12之间设置有隔离结构15，所述隔离结构15可以为真空阀门，在需要传送晶圆时打开而在完成晶圆传送后关闭。前述的第一传送手臂和所述焊线腔室11位于同一空间而所述第二传送手臂和所述塑封腔室12位于同一空间，所述中转腔室14可以和所述焊线腔室11位于同一空间内。通过所述隔离结构15避免所述焊线腔室11和所述塑封腔室12之间的相互干扰，进一步提高生产良率。所述壳体18的具体形状可以根据厂内布局而定，比如为矩形，大小以能够容纳整个半导体封装设备的所有模块为宜，可以在所述壳体18的侧面设置人员进出通道。且为进一步提高洁净度，还可以于所述壳体18上设置过滤装置，所述过滤装置可以连通至半导体封装厂内的中央净化系统，以对来自厂务端的净化气体进一步进行净化，通过这样的设置以在所述壳体18内形成一个超洁净的制程空间，这样可以极大减少晶圆在传送过程中的颗粒污染，有助于生产良率的提高。

作为示例，所述半导体封装设备还包括装载腔室16，所述装载腔室16与所述焊线腔室11相连接。所述装载腔室16可以用于放置装有多片晶圆的晶圆盒，比如foup(frontopeningunifiedpod，前端开口晶圆盒)，装有多片晶圆的晶圆盒从上一工艺段自所述装载腔室16传送至所述焊线腔室11中进行焊线工艺。

作为示例，所述半导体封装设备还包括转移腔室17，所述转移腔室17与所述塑封腔室12相连接，，所述转移腔室17同样可放置晶圆盒，完成塑封工艺的晶圆被转移到所述晶圆盒中，当所述晶圆盒的晶圆装载到一定数量后，被连同晶圆盒一起转移到下一工艺段，有利于减少晶圆的传送作业量，有利于生产流程的优化和生产效率的提高。

所述焊线腔室11、传送模块13以及塑封腔室12可以统一连接至一中央控制器19，比如一电脑，由所述中央控制器19根据工艺生产参数(recipe)控制各个模块的作业，以进一步提高所述半导体封装设备的自动化水平，提高生产效率。

采用本实施例的半导体封装设备进行封装的过程如下：晶圆被传送至所述焊线腔室11(在设置有所述装载腔室16的情况下，晶圆被装载到晶圆盒中统一传送至所述装载腔室16，之后从所述装载腔室16中传送至所述焊线腔室11内进行焊线工艺)进行预热后进行焊线工艺，在完成焊线工艺后无需降温，直接由所述传送模块13传送至所述塑封腔室12进行塑封(在设置有所述中转腔室14的情况下先被传送至所述中转腔室14，再从所述中转腔室14转移至所述塑封腔室12)。当然，该作业过程仅是示例性的，具体可以根据需要做调整，本实施例中不做限制。

采用本发明的半导体封装设备进行封装作业，晶圆的传送完全实现自动化，可以有效降低晶圆污染和碎片风险，且完成焊线后无需降温，塑封工艺前的预热时间也可以极大减少，可以极大缩短晶圆在焊线腔室和塑封腔室内的停留时间，显著提高腔室周转率及整个半导体封装设备的产出率，降低半导体封装厂的设备投入成本，同时本发明的半导体封装设备因提高设备的产出率而可以减少设备使用量，因而可以极大减小设备占用的空间，有利于厂内的布局优化，有利于提高产线的自动化水平，有助于降低生产成本和避免生产事故的发生。本发明的半导体封装设备尤其适用于大尺寸的晶圆级封装，比如8寸，12寸及未来的18寸晶圆级封装，可以显著提高生产效率，提高生产良率、降低生产成本。

实施例二

如图2所示，本发明还提供另一种结构的半导体封装设备。本实施例的半导体封装设备与实施例一的最主要区别在于，实施例一中，所述焊线腔室11、所述塑封腔室12和所述传送模块13均位于所述壳体18内；而本实施例中，所述半导体封装设备同样包括壳体18，但本实施例中仅所述传送模块13位于所述壳体18内，而所述焊线腔室11和所述塑封腔室12均位于所述壳体18外且与所述壳体18相连接，即所述焊线腔室11和所述塑封腔室12均与所述壳体18单面接触，该接触面通常是晶圆的进出通道所在的面。本实施例的半导体封装设备同样可以进一步设置中转腔室和装载腔室(未图示)，装载腔室位于所述壳体外且与所述壳体相连接，而中转腔室可以位于所述壳体外，也可以位于所述壳体内，本实施例中并不严格限制。除此之外，本实施例的各个模块的具体设置都与实施例一相同，具体请参考实施例一的描述，出于简洁的目的不再赘述。采用本实施例的半导体封装设备，各模块的连接更加紧密，有助于厂内的设备管理。

综上所述，本发明提供一种半导体封装设备，其包括焊线腔室、塑封腔室及传送模块；所述传送模块用于在所述焊线腔室和所述塑封腔室之间传送晶圆。本发明的半导体封装设备通过优化的结构设置，可实现在同一台设备上连续进行焊线和塑封工艺，可以极大减少工艺生产所需的时间，提高设备产出率；同时，晶圆的传送过程无需人工操作，不仅可以有效降低晶圆污染和破损的风险，而且可以提高生产效率，降低生产成本。采用本发明的半导体封装设备，有利于封装厂内的布局优化，有利于提高产线的自动化水平，有助于降低生产成本和避免生产事故的发生。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。