热超声倒装键合焊头的制作方法

：本实用新涉及热超声倒装焊接设备，具体的说是一种能够保证倒装键合界面平整度，进而提高键合焊接效果的热超声倒装键合焊头。

背景技术

0、背景技术：

1、热超声倒装焊技术是一种高性能的先进光电子领域用互连技术，它能够通过凸点方便地实现芯片与芯片或芯片与载体之间的电气和机械互连。随着产品小型化、轻量化的发展,以及i/o端数量的增加,传统的引线键合、焊球倒装的封装技术已不能满足高密度的要求,而芯片金凸热点超声倒装焊的发展为射频领域高密度封装带来了希望。如附图1所示，热超声倒装焊在工作过程中需要将位于上层的芯片翻转180°后倒装在下层芯片上,使上层芯片凸点与下层芯片相应焊盘对准，然后向芯片施加压力、加热和超声能量,使凸点金属与焊盘发生镶嵌,同时破坏压焊界面上的氧化层,从而使原子间产生吸引力达到“键合”标准。其中，在键合过程中，压力的输出的方向沿键合面垂直向，超声能量输出方向沿键合面前后往复，因此为保证键合可靠，上下两层芯片在键合过程中必须被稳定固定，否则会产生位置偏移直接影响到键合效果，在键合部件固定稳定的前提下，通过精确控制超声键合倒装焊接的超声能量、压力大小以及温度，保证产品键合品质。

2、现阶段，热超声倒装焊接用焊头上开设负压孔，焊头内部开设与负压孔相连通的负压腔，通过负压稳定吸附待处理的物料，并将其压合至键合面。现有热超声倒装焊接用焊头内的负压腔如附图2所示，呈t字状负压腔，t字状负压腔的前端分别与负压孔相连通，t字状负压腔的后端与外部的负压设备相连后，利用负压孔释放负压吸附力，将待焊接的上层芯片吸附在焊头上，可见，现有技术中的负压腔包括沿焊头的柱形部中轴线设置的条形主腔体以及与条形主腔体相连通，且平行于焊接平面的平面腔体，平面腔体位于主腔体的前端，更靠近负压孔设置，两个以上的负压孔等间距的设置在平面腔体外侧，且分别与平面腔体经等长度的孔道相连通，不可否认的是，平面腔体的存在能够起到一定的稳定气流整理气流的效果，通过设置平面腔体，能够使两个以上的负压孔通过等长度的孔道与负压腔相连通，从而尽量保证每个负压孔的负压吸引力的均匀。

3、很显然，现有技术旨在通过均匀的负压吸引力实现对待焊接芯片的可靠吸取，然而本申请研究团队发现现有焊头的空腔结构导致焊头主体前端整体性被破坏的较大，由于在热超声倒装焊接过程中，如附图1所示，焊接设备将同时从焊接平面下侧以及焊接接头上对焊接工件进行加热，热量会传导至焊头主体上，而现有技术焊接主体的空腔结构导致整个焊头前端热量传导不一致，叠加负压处理后，造成与焊头主体前端接触的芯片的受热不一致，因材料的热胀冷缩特性，进而导致芯片的平面度下降，即待焊接的芯片发生起翘、部分区域鼓起或凹陷，且在后续焊接过程中，焊接压力和超声波能量无法均匀传导至待焊接芯片上的每一处金凸点，造成焊接品质差。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本实用新型针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够保证倒装键合界面平整度，进而提高键合焊接效果的热超声倒装键合焊头。

2、本实用新型通过以下措施达到：

3、一种热超声倒装键合焊头，设有焊头主体，焊头主体由位于前端的扁状部和位于后部的柱形部组成，焊头主体的扁状部表面开设负压孔，焊头主体内开设与负压孔相连通的负压腔，负压腔还与外部负压设备相连，其特征在于，所述负压腔包括沿柱形部中轴线设置的条形主腔体，主腔体前端延伸至扁状部内，且经两个以上的孔道与两个以上的负压孔一一对应连通。

4、本实用新型所述孔道呈直线段状，即，所述孔道为与孔道相对应的负压孔距离所述主腔体前端之间最短的直线通道，因此，扁状部上位于主腔体正前方的负压孔的孔道长度最短，位于主腔体前部侧面的负压孔所对应的孔道呈斜线状。

5、本实用新型所述焊头主体的表面上开设两个以上呈同一直线排列的等间距设置的负压孔，进一步，两个以上的负压孔呈中心对称设置在焊头主体表面上，即，位于中央的负压孔与主腔体的中轴线重合，且其余负压孔分别对称设置在位于中央的负压孔两侧，所述孔道的内径与负压孔内径相适应，远小于主腔体内径。

6、本实用新型可以在焊头主体表面对应设有负压孔的区域，设有用于容纳一个或两个或三个负压孔的负压凹槽，进一步，设有两个以上的负压凹槽，所述两个以上的负压凹槽据中央的负压孔对称设置，通过设置负压凹槽，来提高负压作用面积，进而增强对待处理芯片的吸附力。

7、本实用新型通过改变位于焊接主体内部的负压腔结构，使负压孔经内径远小于主腔体的孔道与主腔体相连通来实现负压吸附，这种结构避免了传统负压腔结构造成焊头主体前部腔体中空，在负压作用下，由焊头主体传递至待处理芯片表面的热量不均一，且因传导介质出现差异，压力也无法均匀传导至待处理芯片表面，进而导致焊接界面平整度差的问题。

8、本实用新型与现有技术相比，具有结构合理、操作简便、吸附稳定且焊接界面平整度高等优点。

技术特征：

1.一种热超声倒装键合焊头，设有焊头主体，焊头主体由位于前端的扁状部和位于后部的柱形部组成，焊头主体的扁状部表面开设负压孔，焊头主体内开设与负压孔相连通的负压腔，负压腔还与外部负压设备相连，其特征在于，所述负压腔包括沿柱形部中轴线设置的条形主腔体，主腔体前端延伸至扁状部内，且经两个以上的孔道与两个以上的负压孔一一对应连通。

2.根据权利要求1所述的一种热超声倒装键合焊头，其特征在于，所述孔道呈直线段状，即，所述孔道为与孔道相对应的负压孔距离所述主腔体前端之间最短的直线通道，扁状部上位于主腔体正前方的负压孔的孔道长度最短，位于主腔体前部侧面的负压孔所对应的孔道呈斜线状。

3.根据权利要求1所述的一种热超声倒装键合焊头，其特征在于，所述焊头主体的表面上开设两个以上呈同一直线排列的等间距设置的负压孔，两个以上的负压孔呈中心对称设置在焊头主体表面上。

4.根据权利要求3所述的一种热超声倒装键合焊头，其特征在于，位于中央的负压孔与主腔体的中轴线重合，且其余负压孔分别对称设置在位于中央的负压孔两侧，所述孔道的内径与负压孔内径相适应，远小于主腔体内径。

5.根据权利要求1所述的一种热超声倒装键合焊头，其特征在于，在焊头主体表面对应设有负压孔的区域，设有用于容纳一个或两个或三个负压孔的负压凹槽。

6.根据权利要求5所述的一种热超声倒装键合焊头，其特征在于，设有两个以上的负压凹槽，所述两个以上的负压凹槽据中央的负压孔对称设置。

技术总结本实用新涉及热超声倒装焊接设备技术领域，具体的说是一种能够保证倒装键合界面平整度，进而提高键合焊接效果的热超声倒装键合焊头，其特征在于，所述负压腔包括沿柱形部中轴线设置的条形主腔体，主腔体前端延伸至扁状部内，且经两个以上的孔道与两个以上的负压孔一一对应连通，本技术与现有技术相比，具有结构合理、操作简便、吸附稳定且焊接界面平整度高等优点。技术研发人员：刘华楠,张东娜,王军磊,齐藤史孝,山科佳弘受保护的技术使用者：山东华菱电子股份有限公司技术研发日：20231120技术公布日：2024/6/13