專利名稱：超聲波震蕩接合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波震蕩接合裝置，特別是指一種使用于半導體晶片封裝的超聲波震蕩接合裝置。
背景技術(shù)：
目前半導體晶片采用的覆晶封裝方式(flip chip)為一種相當普遍的封裝方式。覆晶封裝中的熱超聲波覆晶接合技術(shù)方式主要是通過一超聲波震蕩裝置驅(qū)動晶片產(chǎn)生與基板相對的高頻震蕩，使得晶片和基板上的電極相互摩擦，并使接觸電極間的金屬產(chǎn)生原子吸引力，而使得晶片和基板的電極焊接在一起。
如圖5所示，為習用的用于熱超聲波覆晶封裝使用的超聲波震蕩裝置的構(gòu)造示意圖，該類型超聲波震蕩裝置通常包括一超聲波震蕩接合裝置1，由一個震蕩頭2(horn)，及至少一個設(shè)置在震蕩頭2的二端的震蕩產(chǎn)生器3所組成。震蕩頭2之上還設(shè)置有一工具頭(tool)4，如圖5～6所示，超聲波震蕩裝置所使用的工具頭4通常為一個圓形柱體，其插入于震蕩頭2的中央位置的一個孔之中，且以若干彈片5卡合固定在震蕩頭的孔中。該工具頭4的一端與晶片6接觸，且該工具頭4與晶片6接觸的一端是制造成與晶片6的頂部表面可相互配合的尺寸與形狀，且于工具頭4的內(nèi)部設(shè)有一吸孔7，該吸孔7從該工具頭4與晶片接觸的一端，連通到一個設(shè)置在震蕩頭2內(nèi)部的氣流通道8，該氣流通道8與一個外部的真空抽取裝置連接，因此可以使得吸孔7產(chǎn)生吸力，而使得晶片6被吸附在工具頭4的底端。
如圖5所示，該震蕩頭2位于該工具頭4與震蕩產(chǎn)生器3之間的位置設(shè)置有一個以上的固定部9，使得震蕩頭2的固定部9可以被固定在機臺上(圖中未示)，而震蕩產(chǎn)生器3沿震蕩頭2的軸心方向設(shè)置在震蕩頭2的一側(cè)，或是二側(cè)，其為一壓電材料，當通導電壓時，震蕩產(chǎn)生器3可以產(chǎn)生軸向的高頻震蕩，因此使得震蕩頭2與震蕩產(chǎn)生器3連接的一端產(chǎn)生沿其軸向的震動。當震蕩頭2承受震蕩產(chǎn)生器3的震波影響，可產(chǎn)生共振，使得震蕩頭2的中央位置因為共振效應(yīng)而產(chǎn)生水平方向的快速震蕩，并為最大振幅處。
如圖6所示，該震蕩頭2可通過工具頭4對晶片6施加一壓力，并且?guī)泳?產(chǎn)生與基板10相對的高頻震蕩，因此使得晶片6與基板10之間的電極11因為摩擦生熱，并使接觸電極間的金屬產(chǎn)生原子吸引力，因此將晶片6和基板10的電路接點焊接在一起。
習用的應(yīng)用于覆晶封裝的超聲波震蕩裝置雖然可以達到焊接晶片和基板的電極的目的，但是其實際運用上仍有相當多缺點。
首先，習用的超聲波震蕩接合裝置使用的工具頭4的尺寸必須要和晶片6的尺寸及面積相互配合，因此在目前半導體晶片為了容納更多的電路元件，而朝向大尺寸潮流發(fā)展時，覆晶封裝使用的超聲波震蕩裝置的工具頭4的尺寸也勢必隨之增加，當工具頭4的尺寸加大時，將造成震蕩頭2整體的重量加重，而增加超聲波震蕩裝置整體設(shè)計的困難與瓶頸，并且造成其動作的不穩(wěn)定性，故無法運用放大面積的晶片鍵合上。
此外，習用的超聲波震蕩裝置的工具頭4為一個貫穿過震蕩頭2的柱體，而且該工具頭4的尺寸必須配合晶片6的尺寸，所以當該超聲波震蕩裝置1要用于不同尺寸的晶片封裝時，工具頭4的尺寸也必須隨之改變，而由于工具頭4是直接安裝在震蕩頭2的孔內(nèi)部，所以震蕩頭2上的用以安裝工具頭4的孔的尺寸必須改變，同時由于工具頭4的重量改變，整個震蕩頭2和震蕩產(chǎn)生器3的構(gòu)造也必須隨之改變，所以使得習用的超聲波震蕩產(chǎn)生裝置1在用于不同尺寸的晶片的封裝時，必須整組更換，故其使用上較無彈性。
該工具頭4由于和晶片6之間會有摩擦的情形產(chǎn)生，因此使用一定時間后都會磨損，但習用的超聲波震蕩裝置的工具頭4為一體成形的構(gòu)造，因此其磨損后必須要整只更換，所以造成其使用及維護成本的增加。
本發(fā)明人有鑒于習用的超聲波震蕩裝置使用上的各種缺點，乃苦思細索，積極研究，加以多年從事相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)的經(jīng)驗，并經(jīng)不斷試驗及改良，終于發(fā)展出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種使用上具有彈性，可以輕易地調(diào)整構(gòu)造以適應(yīng)不同尺寸晶片封裝的超聲波震蕩接合裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可有效降低震蕩裝置整體重量，且降低零件更換成本的超聲波震蕩接合裝置。
為此，本發(fā)明提出了一種超聲波震蕩接合裝置，其包含有一震蕩構(gòu)件；至少一震蕩產(chǎn)生器，設(shè)于震蕩構(gòu)件的任一端或兩端，通過驅(qū)動該震蕩構(gòu)件，使該震蕩構(gòu)件的震蕩部產(chǎn)生軸線方向的高頻震動；一摩擦片，設(shè)置于該震蕩構(gòu)件與一待封裝晶片接觸的側(cè)面位置；以及一接觸部，設(shè)于該摩擦片上，其可與該待封裝晶片接觸，用來對該待封裝晶片施加壓力，并帶動該待封裝晶片產(chǎn)生沿該震蕩構(gòu)件的軸線方向的高頻震動，而使該晶片和一基板的電極產(chǎn)生高速摩擦，并使接觸電極間的金屬產(chǎn)生足夠的原子吸引力，藉以使得該晶片和基板的電路接點焊接在一起；藉由上述組件的組合，進而達到該摩擦片磨損時可快速更換，且該摩擦片的接觸部可依照該待封裝晶片的尺寸及形狀而改變其尺寸，使得該摩擦片可以配合不同尺寸、形狀的待封裝晶片，達到可封裝更大晶片的功效。
較佳的，該震蕩構(gòu)件于相對于該摩擦片的另外一側(cè)設(shè)置有相對構(gòu)件。
較佳的，該摩擦片呈扁平狀片體。
較佳的，該摩擦片以螺絲固定于該震蕩構(gòu)件的表面。
較佳的，該摩擦片以耐摩擦材料制成，或者搭配晶片材質(zhì)產(chǎn)生高摩擦系系數(shù)的材料。
較佳的，該摩擦片可選用下列材質(zhì)之一高硬度工具鋼、鎢鋼、耐摩擦高分子材料或者搭配晶片材質(zhì)產(chǎn)生高摩擦系系數(shù)的材料等。
較佳的，該摩擦片具有一吸孔，可與一設(shè)置在該震蕩構(gòu)件內(nèi)部的氣流通道連接，該氣流通道可與一真空抽取器連接，使該吸孔產(chǎn)生吸引力，而使得前述待封裝晶片吸附于該摩擦片的接觸部。
較佳的，該震蕩產(chǎn)生器裝置于該震蕩構(gòu)件的二端或一端。
較佳的，該震蕩構(gòu)件具有一可于承受該震蕩產(chǎn)生器震波時，產(chǎn)生共振的震蕩部，該摩擦片裝置于該震蕩部的一側(cè)面。
因此，本發(fā)明的主要技術(shù)手段是，將超聲波震蕩裝置的震蕩構(gòu)件用以與晶片接觸的工具頭，更換為設(shè)置在震蕩構(gòu)件與晶片接觸位置的摩擦片，藉由該扁平化的摩擦片，可以降低震蕩裝置整體的重量，而簡化震蕩裝置的設(shè)計工作，同時可以輕易地隨著晶片尺寸的不同，而更換不同尺寸的摩擦片。由于摩擦片的重量相對于震蕩裝置整體重量的比例相當?shù)停援斊涫褂迷诖蟪叽绲木庋b時，也不會影響到震蕩裝置整體構(gòu)造的設(shè)計，所以使得本發(fā)明的震蕩裝置能夠輕易地變換使用于不同尺寸晶片的封裝。
此外，由于該摩擦片可以輕易地更換，因此當該摩擦片使用一段時間磨損后可以迅速地更換，且由于摩擦片構(gòu)造簡單，因此其更換成本相當?shù)土?br>

圖1是本發(fā)明第一實施例的立體圖。
圖2是本發(fā)明第一實施例的局部組合剖面圖，用以揭示本發(fā)明的震蕩裝置的內(nèi)部構(gòu)造及其實際用于晶片封裝的使用狀態(tài)。
圖3是本發(fā)明第二實施例的局部組合剖面圖，用以揭示本發(fā)明用于較大尺寸晶片封裝的實施例。
圖4是本發(fā)明第三實施例的立體組合圖，用以揭示本發(fā)明應(yīng)用于僅有單側(cè)震蕩產(chǎn)生器的震蕩裝置的應(yīng)用實施例的構(gòu)造。
圖5是習用的用于半導體覆晶封裝的超聲波震蕩裝置的立體構(gòu)造示意圖。
圖6是圖5所示的習用超聲波震蕩裝置于實際用于晶片封裝情形的使用狀態(tài)示意圖。
附圖標號說明1………超聲波震蕩接合裝置2………震蕩頭3………震蕩產(chǎn)生器4………工具頭5………彈片 6………晶片7………吸孔 8………氣流通道9………固定部10……基板11……電極 20……超聲波震蕩接合裝置21……震蕩構(gòu)件 22……震蕩產(chǎn)生器23……固定部 24……震蕩部25……氣流通道 20B…超聲波震蕩接合裝置21B…震蕩構(gòu)件22B…震蕩產(chǎn)生器23B…固定部 24B…震蕩部30……摩擦片 31……接觸部32……吸孔 33……螺絲34……螺絲孔 30A…摩擦片31A…接觸部 32A…吸孔30B…摩擦片 40，40A………晶片50……基板 60……電極70……平衡構(gòu)件 70B…平衡構(gòu)件具體實施方式
本發(fā)明為達成上述及其它目的，其所采用技術(shù)手段、組件及其功效，茲采一較佳實施例配合相關(guān)圖式詳細說明如下。
如圖1所示，本發(fā)明的超聲波震蕩接合裝置20主要包括一震蕩構(gòu)件21，為一以鋼材制成的長條狀柱體，其二端任一端分別連接一超聲波產(chǎn)生器22，且于其二端分別設(shè)置有一固定部23，用以供該震蕩構(gòu)件21固定于機臺上(該機臺于圖中并未揭示)。該震蕩構(gòu)件21的中段部份為一震蕩部24，該震蕩部24可以于震蕩構(gòu)件21受到震蕩產(chǎn)生器22傳導的震波時產(chǎn)生共振，而產(chǎn)生沿著該震蕩構(gòu)件21的軸線方向的高頻震動。
由于該震蕩構(gòu)件21的設(shè)計和震蕩產(chǎn)生器22的原理和設(shè)計方式為習知的技術(shù)，因此本說明書未予贅述。
本發(fā)明的主要特征，在于該震蕩構(gòu)件21中央的震蕩部24位于和封裝晶片接觸的一側(cè)面，設(shè)置有一個摩擦片30，該摩擦片30為一扁平狀片體，且安裝在震蕩部24的表面。
如圖1～2所示，該摩擦片30的構(gòu)造為一扁平片狀體，其利用耐摩擦的材料制成，其可用材質(zhì)包括耐磨工具鋼、鎢鋼片，或是其它耐磨且又有高硬度的高分子材料，或者搭配晶片材質(zhì)產(chǎn)生高摩擦系系數(shù)材料。該摩擦片30包括一接觸部31，突出于摩擦片30的表面，且尺寸及形狀與待封裝的晶片40相同的突起部位；及一吸孔32，設(shè)置在摩擦片30的中央，且與一個設(shè)置在震蕩構(gòu)件21內(nèi)部的氣流通道25連通，氣流通道25與一個外部的真空抽取器(圖中未示)連接，因此可使得吸孔32產(chǎn)生真空吸力，而使得晶片40被吸附在接觸部31的下方。另本實施例中，摩擦片30利用若干螺絲33鎖附在震蕩部24的下方，該若干螺絲33為沉頭螺絲，因此摩擦片30的周圍設(shè)置有若干可供容納該若干螺絲33的螺絲頭部的螺孔34。
震蕩產(chǎn)生器22可以帶動該震蕩構(gòu)件21產(chǎn)生共振，該震蕩構(gòu)件21的設(shè)計，為可以使得當震蕩構(gòu)件21產(chǎn)生共振時，該震蕩部24可產(chǎn)生最大幅度的震動，而帶動摩擦片30產(chǎn)生沿著震蕩構(gòu)件21的軸線方向的高頻震動。藉由該摩擦片30，可施加壓力于該晶片40之上，且可以帶動晶片產(chǎn)生相對于基板50的高頻水平方向震蕩，因此使得晶片40和基板50之間的電極60受到摩擦生熱，當電極60的金屬產(chǎn)生足夠的原子吸引力，便可以將晶片40和基板50的電路接點焊接在一起。
該摩擦片30由于是呈片狀構(gòu)造，因此其重量遠低于習用的超聲波震蕩接合裝置的圓柱形工具頭，而且當本發(fā)明的超聲波震蕩接合裝置要用在不同尺寸的晶片40的封裝時，只需要更換該摩擦片30即可。如圖3所示的實施例為本發(fā)明使用在大尺寸晶片換裝的情形，其中所使用的摩擦片30A具有一個較大截面尺寸的接觸部31A，因此可以與較大尺寸的晶片40A接合，而帶動晶片40A產(chǎn)生震動。
由圖2～3所示的實施例可知，本發(fā)明由于摩擦片30，30A的構(gòu)造是呈扁平片體，且其利用螺絲固定于震蕩部24的外側(cè)表面，因此當本發(fā)明使用在不同尺寸的晶片封裝時，可以輕易地更換摩擦片30，30A，以適應(yīng)不同尺寸晶片的封裝。而且由圖2～3比較，可知摩擦片30，30A僅有在接觸部31，31A的部份的尺寸會產(chǎn)生改變，因此其重量的變化幅度不大，所以當本發(fā)明應(yīng)用在不同尺寸晶片封裝時，更換摩擦片30，30A所造成的重量變化幅度不大，所以并不會造成震蕩構(gòu)件21和震蕩器22整體震蕩動作的改變，所以使得本發(fā)明的超聲波震蕩接合裝置20可以輕易地適用于多種不同尺寸晶片的封裝。
再者，由于該摩擦片30，30A的構(gòu)造相當簡單，所以其成本低廉，所以當其使用一段時間而磨損后，可以輕易地加以更換，而且更換零件的成本相對低廉，而達到節(jié)省成本的目的。
如圖4所示為本發(fā)明的另一實施例，其中揭示本發(fā)明的技術(shù)應(yīng)用在僅有單側(cè)設(shè)置震蕩產(chǎn)生器的超聲波震蕩接合裝置的實施例。該實施例的超聲波震蕩接合裝置20B包含了一個震蕩構(gòu)件21B，該震蕩構(gòu)件21B于其一例設(shè)置有一震蕩產(chǎn)生器22B，而相對于震蕩產(chǎn)生器22B的另一端為一震蕩部24B，該震蕩部24B與晶片接觸的一端設(shè)置有一摩擦片30B，而相對于摩擦片30B的另一側(cè)設(shè)置有一平衡構(gòu)件。圖4所揭示實施例為僅有單側(cè)震蕩產(chǎn)生器的構(gòu)造，其震蕩構(gòu)件21B的設(shè)計方式略有不同于前述實施例，但其所運用的用以與晶片接觸的摩擦片30B的構(gòu)造和設(shè)計方式亦可沿用與前述實施例的摩擦片30，30A相同的構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種超聲波震蕩接合裝置，其包含有一震蕩構(gòu)件；至少一震蕩產(chǎn)生器，設(shè)于震蕩構(gòu)件的任一端或兩端，通過驅(qū)動該震蕩構(gòu)件，使該震蕩構(gòu)件的震蕩部產(chǎn)生軸線方向的高頻震動；一摩擦片，設(shè)置于該震蕩構(gòu)件與一待封裝晶片接觸的側(cè)面位置；以及一接觸部，設(shè)于該摩擦片上，其可與該待封裝晶片接觸，用來對該待封裝晶片施加壓力，并帶動該待封裝晶片產(chǎn)生沿該震蕩構(gòu)件的軸線方向的高頻震動，而使該晶片和一基板的電極產(chǎn)生高速摩擦，并使接觸電極間的金屬產(chǎn)生足夠的原子吸引力，藉以使得該晶片和基板的電路接點焊接在一起；藉由上述組件的組合，進而達到該摩擦片磨損時可快速更換，且該摩擦片的接觸部可依照該待封裝晶片的尺寸及形狀而改變其尺寸，使得該摩擦片可以配合不同尺寸、形狀的待封裝晶片，達到可封裝更大晶片的功效。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該震蕩構(gòu)件于相對于該摩擦片的另外一側(cè)設(shè)置有相對構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該摩擦片呈扁平狀片體。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該摩擦片以螺絲固定于該震蕩構(gòu)件的表面。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該摩擦片以耐摩擦材料制成，或者搭配晶片材質(zhì)產(chǎn)生高摩擦系系數(shù)的材料。
6.如權(quán)利要求5所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該摩擦片可選用下列材質(zhì)之一高硬度工具鋼、鎢鋼、耐摩擦高分子材料或者搭配晶片材質(zhì)產(chǎn)生高摩擦系系數(shù)的材料等。
7.如權(quán)利要求1所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該摩擦片具有一吸孔，可與一設(shè)置在該震蕩構(gòu)件內(nèi)部的氣流通道連接，該氣流通道可與一真空抽取器連接，使該吸孔產(chǎn)生吸引力，而使得前述待封裝晶片吸附于該摩擦片的接觸部。
8.如權(quán)利要求1所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該震蕩產(chǎn)生器裝置于該震蕩構(gòu)件的二端。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該震蕩產(chǎn)生器裝置于該震蕩構(gòu)件的一端。
10.如權(quán)利要求1所述的超聲波震蕩接合裝置，其特征是，該震蕩構(gòu)件具有一可于承受該震蕩產(chǎn)生器震波時，產(chǎn)生共振的震蕩部，該摩擦片裝置于該震蕩部的一側(cè)面。
全文摘要
一種超聲波震蕩接合裝置，包括一震蕩構(gòu)件，其二端至少設(shè)一震蕩產(chǎn)生器，來驅(qū)動該震蕩構(gòu)件，使震蕩構(gòu)件的一個震蕩部產(chǎn)生軸線方向的高頻震動；及一摩擦片，設(shè)于該震蕩部的一側(cè)面，其具有一個接觸部，可與一待封裝晶片接觸，來對該晶片施加壓力，并帶動晶片產(chǎn)生高頻震動，使晶片與一基板的電極相互摩擦，并藉摩擦生熱方式，使接觸電極間的金屬產(chǎn)生原子吸引力，將晶片和基板電路接點焊接在一起；前述摩擦片為以耐摩擦材料制成的扁平片狀體，且利用螺絲鎖固于震蕩構(gòu)件表面，因此可依照待封裝的晶片的尺寸更換適合的摩擦片，且于摩擦片磨損時可快速更換；本發(fā)明磨擦片的輕重量的設(shè)計，可減少外加重量對震蕩器振型的影響，達成可封裝更大晶片的功效。
文檔編號H01L21/02GK1790654SQ20041009871
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者徐嘉彬, 劉俊賢, 黃國興, 陳維昱, 洪嘉宏, 廖仕杰, 劉世偉 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院