專利名稱：一種多芯片對(duì)準(zhǔn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芯片封裝領(lǐng)域，具體涉及一種多芯片對(duì)準(zhǔn)方法和裝置，用于制造包含疊成結(jié)構(gòu)的3D系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著微電子器件高度集成、多功能化的要求，現(xiàn)有的2D封裝技術(shù)因?yàn)榭臻g利用率低，連線長(zhǎng)等缺點(diǎn)，難以滿足要求，而三維封裝具有尺寸小、重量輕，空間利用率高，能通過縮短連線來減少信號(hào)延遲提高效率等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為主流。兩種最熱門的封裝趨勢(shì)是疊層封裝(POP)和多芯片封裝(MCP)方法。為了使一個(gè)封裝能包含更多的信息，合理的方法是采用垂直方向封裝，或者說3D芯片封裝。芯片的堆疊，突破傳統(tǒng)的平面封裝的概念，組裝效率大大高。它使單個(gè)封裝體內(nèi)可以堆疊多個(gè)芯片，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)容量的倍增；其次，它將芯片直接互連，互連線長(zhǎng)度顯著縮短，信號(hào)傳輸?shù)酶烨宜芨蓴_更?。辉賱t，它將多個(gè)不同功能芯片堆疊在一起，使單個(gè)封裝體實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而形成系統(tǒng)芯片封裝新思路；最后，采用3D封裝的芯片還有功耗低、速度快等優(yōu)點(diǎn)，這使電子信息產(chǎn)品的尺寸和重量減小數(shù)十倍。因而，多芯片堆疊技術(shù)成為近來封裝技術(shù)的熱點(diǎn)，擁有廣闊的發(fā)展前景。這也對(duì)于芯片的堆疊對(duì)準(zhǔn)工藝提出了高要求。傳統(tǒng)的多芯片堆疊方法是，先固定一片芯片，然后將當(dāng)前芯片與之對(duì)準(zhǔn)并放置在之前的芯片上，兩者一起固定，再對(duì)準(zhǔn)下一片。這種方法要花費(fèi)時(shí)間可視化的對(duì)每一片芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，這個(gè)過程操作復(fù)雜且非常耗時(shí)，無(wú)疑成本是高昂的。市場(chǎng)急需一種高效率的多芯片對(duì)準(zhǔn)方法和裝置，近年來出現(xiàn)了一些對(duì)準(zhǔn)方法和裝置，比如，香港應(yīng)科院的專利，用重力實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)先制作一個(gè)帶凹槽的模具傾斜放置，將一疊芯片放入凹槽內(nèi)，震動(dòng)模具，依靠重力使每一片芯片緊靠模具來實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。這種方法有很高的效率，但是芯片對(duì)準(zhǔn)之后的位置仍然是傾斜的，回歸水平位置后芯片可能會(huì)移動(dòng)，影響對(duì)準(zhǔn)精度，也不便于芯片的固定和轉(zhuǎn)移。還有一種IBM的多芯片對(duì)準(zhǔn)方法先制作一個(gè)帶凹槽的模具，在凹槽的一側(cè)裝有小金屬片，將一疊芯片放入凹槽中，加熱使金屬片膨脹變形，將芯片都向一個(gè)方向擠壓靠緊模具來實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。這種方法同樣具有較高的效率，但是一旦芯片的尺寸不一，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種精準(zhǔn)高效的多芯片堆疊對(duì)準(zhǔn)方法和裝置。一種芯片對(duì)準(zhǔn)方法和裝置，首先制作對(duì)準(zhǔn)裝置。此裝置主要由動(dòng)力產(chǎn)生及其傳輸 系統(tǒng)，抽真空系統(tǒng)兩大部分組成，具體包括電機(jī)、真空腔、真空泵、空心軸、空心桿、托盤、壓板、導(dǎo)軌、軸套、銷等零部件。此裝置主要作用是定位夾緊模具以及提供芯片對(duì)準(zhǔn)時(shí)使芯片移動(dòng)的力。進(jìn)一步地，運(yùn)用對(duì)準(zhǔn)裝置進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。首先芯片必須具有統(tǒng)一大小的方形芯片，四邊光滑；然后做出一個(gè)帶方孔的模具，模具必須質(zhì)量分布均勻，方孔內(nèi)壁和底部光滑；然后將一疊一疊的大小統(tǒng)一的芯片放入模具的方孔內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)模具，使芯片都靠向模具方孔的一角，靠緊后停止旋轉(zhuǎn)；最后夾緊固定，轉(zhuǎn)移。作為改進(jìn)，模具由石英材料制成，確保質(zhì)量分布均勻且質(zhì)量輕，同時(shí)石英和硅兩種材料熱膨脹系數(shù)接近，便于芯片加熱鍵合時(shí)保證精度。作為進(jìn)一步改進(jìn)，模具采用在真空吸附的方式固定，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)。作為進(jìn)一步改進(jìn)，抽真空系統(tǒng)要做到很好的密封效果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)通過離心力使芯片向模具的方孔邊靠齊，達(dá)到對(duì)準(zhǔn)效果，效率高；使用真空吸附，裝置運(yùn)行平穩(wěn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)施性強(qiáng)，效率聞，易于推廣。


圖I為芯片對(duì)準(zhǔn)裝置的整體示意圖；圖2為帶方孔的模具的示意圖；圖3為對(duì)準(zhǔn)方法原理示意圖；圖4為將芯片放入模具中的示意圖；圖5為對(duì)準(zhǔn)后芯片對(duì)準(zhǔn)示意圖，并說明了芯片的受力方向；圖6為抽真空裝置示意圖，也表明了模具旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力來源；圖7為夾緊固定裝置示意圖，圖7(a)為夾緊固定裝置原理和結(jié)構(gòu)示意圖，圖7(b)為夾緊時(shí)芯片附近的放大圖。
具體實(shí)施例方式圖I為整個(gè)裝置的總體結(jié)構(gòu)，包括底板11和壓板10，底板11與壓板10用來協(xié)作夾緊芯片，兩板優(yōu)選采用石英材料。壓板10的上表面連接吸盤20，吸盤20的中心開有通孔，通孔連接空心桿50。底板11的上表面焊接有模具30，底板11放置于托盤21上。托盤21中心處開有通孔，通孔連接空心軸80的上端，空心軸80的上端開有氣孔，空心軸80的下端通過銷130連接電機(jī)70。空心軸80置于真空腔60內(nèi)，在空心軸80側(cè)壁開氣孔與真空腔相通。在空心軸80與真空腔60之間設(shè)有軸套90，以保證氣體密封。如圖2所示，模具30焊接在底板11上，模具30為一開有方孔31的石英板，方孔31用于放置待對(duì)準(zhǔn)的多層芯片40。圖3、圖4和圖5給出了芯片對(duì)準(zhǔn)原理示意圖，在對(duì)準(zhǔn)前，芯片40a，40b位置無(wú)序(參見圖4)，在對(duì)準(zhǔn)過程中，多層芯片受到離心力作用同時(shí)向一個(gè)方孔直角處產(chǎn)生位移，當(dāng)其移動(dòng)到方孔邊界后受到阻擋均不再移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多層芯片對(duì)準(zhǔn)(參見圖5)。如圖6所示，由于真空腔60、空心軸80和托盤21氣流相通，通過對(duì)真空腔60抽真空，則在托盤21表面形成負(fù)壓，吸緊底板11 ;同時(shí)，對(duì)壓板11上部的空心桿50抽真空，在吸盤20的表面形成負(fù)壓，吸緊壓板10。電機(jī)70提供動(dòng)力，通過空心軸80帶動(dòng)模具30和底板11轉(zhuǎn)動(dòng)。采用上述裝置實(shí)現(xiàn)多層芯片對(duì)準(zhǔn)的方法具體如下I.準(zhǔn)備芯片芯片要是規(guī)則的方形，四邊平滑；2.將芯片疊成一疊放入模具的方孔中，應(yīng)該保證最上面一片芯片的上表面要高出模具一點(diǎn)，若芯片太少，應(yīng)該用其他物體(如硅片)將芯片墊高；3.將放入了芯片的模具放到托盤21上，兩者盡量做到同心，打開抽氣機(jī)抽真空，將模具吸住，同時(shí)對(duì)空心桿抽真空，將壓板吸緊；4.啟動(dòng)電機(jī)，芯片隨著模具旋轉(zhuǎn)，并受到離心力的作用開始向模具的方孔壁靠緊，最終全部靠在一個(gè)直角處，如圖5所示；5.待芯片都靠緊在直角處后，停下電機(jī)，壓下壓板10，直到壓緊芯片，如圖7(a)所 示；6.停止抽真空，松開模具和石英板10，用夾具200在石英板10的上表面和石英板11的下表面上，夾緊；7.將之前夾緊在一起的模具石英板等轉(zhuǎn)移，用于之后的工序。
權(quán)利要求
1.一種多芯片對(duì)準(zhǔn)裝置，包括底板(11)和壓板(10)，壓板(10)的上表面連接吸盤 (20)，吸盤(20)的中心開有第一通孔，第一通孔連接空心桿(50);底板(11)的上表面固接 有開有方孔的模具(30)，底板(11)的下表面放置于托盤(21)上；托盤(21)中心處開有第 二通孔，第二通孔連接空心軸(80)的上端，空心軸(80)的上端開有氣孔，空心軸(80)的下 端連接電機(jī)；空心軸(80)置于真空腔(60)內(nèi)，在空心軸(80)側(cè)壁開氣孔與真空腔(60)相 通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，在所述空心軸(80)與所述真 空腔(60)之間設(shè)有軸套(90)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多芯片對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述底板(11)、壓板(10)和 模具(30)采用石英材料。
4.一種采用權(quán)利要求1至3任意一種多芯片對(duì)準(zhǔn)裝置進(jìn)行多芯片對(duì)準(zhǔn)的方法，具體為(1)將方形芯片放置于模具的方孔內(nèi)，位于最上層的芯片略高出模具；(2)將模具放置于托盤上，對(duì)真空腔抽真空，使得模具緊緊吸附在托盤上，同時(shí)對(duì)空心 桿抽真空，使壓板也緊緊吸附在吸盤上；(3)啟動(dòng)電機(jī)，空心軸帶動(dòng)模具旋轉(zhuǎn)，各芯片受到離心力的作用均向同一個(gè)方向移動(dòng)， 最終?？吭诜娇椎耐粋€(gè)直角處；(4)停止對(duì)真空腔和空心桿抽真空，使用夾具夾緊壓板和底板。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種多芯片對(duì)準(zhǔn)方法和裝置，將方形芯片置于模具中，模具提供限制芯片移動(dòng)的邊界，通過離心力使芯片緊靠模具實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，最后夾緊轉(zhuǎn)移。該裝置包括底板和壓板，壓板的上表面連接吸盤，吸盤的中心開有第一通孔，第一通孔連接空心桿；底板的上表面固接有開有方孔的模具，底板的下表面放置于托盤上；托盤中心處開有第二通孔，第二通孔連接空心軸的上端，空心軸的上端開有氣孔，空心軸的下端連接電機(jī)；空心軸置于真空腔內(nèi)，在空心軸側(cè)壁開氣孔與真空腔相通。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，效率高，在三維封裝、光電集成等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01L21/68GK102664159SQ20121009189
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者呂亞平, 陳明祥 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)