用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具及互连和贴片的方法与流程

1.本发明属于芯片互连和贴片技术领域，具体涉及用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具及互连和贴片的方法。


背景技术：

2.功率器件是新能源汽车、5g基站等技术中的核心部件，随着新能源汽车的普及，5g基站的建设，对功率器件的需求日益增加。传统的硅基半导体器件无法满足更严苛的工作条件和更高的性能要求。宽带隙半导体器件，例如碳化硅，在350℃的高温下仍具有良好的转换特性和工作能力，因此，在高温大功率或高散热应用条件下具有显著优势，被称为第三代半导体最重要的材料。
3.封装技术是功率器件的生产过程中至关重要的一个环节，贴片封装是最常用的互连技术之一，而贴片技术中需要用到高温钎料，通过高温钎料的作用将芯片与基板连接在一起，传统技术中，常用的钎料是锡基无铅焊料，即锡膏，但是锡膏存在再熔化的问题，无法满足250℃以上的工作要求。金属烧结连接是通过高温使材料表面原子互相扩散，从而形成致密晶体的一种基于烧结理论的连接方法。纳米银、纳米铜烧结技术是目前最具有代表性的技术。其中，银颗粒烧结材料存在成本较高、抗电化学迁移的能力和热可靠性较差的问题。铜颗粒具有良好的导电性能和导热性能，且成本比银低，更重要的是铜具有更好的抗电化学迁移的能力，因此成为最有应用潜力的材料。
4.在工业生产过程中，芯片与基板的烧结互连之前的工序包括：将湿的膏体状的烧结层材料通过钢网印刷或其他工艺涂覆到基板上，然后烘干，再通过机械手吸盘将芯片拾取并放置于烘干后的烧结层材料上，然后将整个基板-烧结层-芯片的三明治结构转移至烧结设备中进行有压力辅助或无压力辅助的烧结，或者在芯片上方覆盖薄膜，对芯片进行保护，将基板-烧结层-芯片-薄膜的结构转移至烧结设备中进行烧结。对于传统使用焊接工艺的芯片贴片层材料，焊料的状态是湿膏体，芯片放置于焊料膏体上会产生焊料膏对芯片的预粘结作用，从而在二者之间产生预连接；对于使用烧结银工艺的情况，银材料由于其质地较软，也可产生一定的预连接作用，该种预连接作用可使基板-烧结层-芯片的三明治结构在转移至烧结设备或其他工序时芯片不易在基板上产生移位。而对于使用烧结铜工艺的情况，铜材料由于其质地较硬，对其进行加温(至130℃)或加压(至10kg)都无法在铜烧结层与芯片之间产生预连接作用，这会对工业上连续生产带来非常大的问题。工业批量生产时，需将大量样品置于治具中，一步操作同时生产大量样品，而自动化生产的每一操作环节都基于对齐定位准确的样品进行，若在拾取放置工序时芯片与基板上的烧结层无法形成预连接，则易在转移至烧结工序的过程中产生芯片错位，更严重的是，对于在芯片上覆盖保护薄膜缓冲层的情况，薄膜的静电吸附作用更易造成芯片的错位，上述芯片错位的情况在烧结工序会造成不可逆的定位不准的连接，导致后续的引线键合工序“打线”不准，使产品合格率降低。
5.因此，铜烧结层无法与芯片产生预连接，导致转移过程中芯片的移位的问题，限制了芯片的烧结铜互连方法的应用，是目前工业生产中急需解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明为解决烧结铜互连和贴片工艺中铜烧结层与芯片无法产生预连接，导致芯片-烧结层-基板的三明治结构在不同工序中转移时芯片易发生移位，造成芯片错位的技术问题，而提供用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具及互连和贴片的方法，可通过治具将芯片在基板上烧结层上方的位置固定，之后将治具带样品整体转移至其他工序，转移过程中由于治具的固定作用，芯片不会在基板上发生移位，不会产生芯片连接错位的情况。
7.为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，包括：
8.第一治具，所述第一治具上设有至少一个第一器件限位槽，所述第一器件限位槽适于容纳第一半导体器件，且可限制所述第一半导体器件在水平方向上的移动；
9.第二治具，所述第二治具上设有至少一个第二器件限位槽，所述第二器件限位槽适于容纳第二半导体器件，且可限制所述第二半导体器件在水平方向上的移动；
10.对位部件，可固定所述第一治具与所述第二治具在水平方向上的相对位置；
11.所述第一治具上设有第一固定部件，所述第一固定部件用于将所述第一半导体器件固定于所述第一器件限位槽中；和/或
12.所述第二治具上设有第二固定部件，所述第二固定部件用于将所述第二半导体器件固定于所述第二器件限位槽中。
13.优选地，所述第一固定部件为第一真空通孔，所述第一真空通孔与所述第一器件限位槽连通，所述第一真空通孔适于与抽真空组件连接。
14.优选地，所述第二固定部件为第二真空通孔，所述第二真空通孔与所述第二器件限位槽连通，所述第二真空通孔适于与抽真空组件连接。
15.优选地，所述第二固定部件为卡扣，所述卡扣设于所述第二器件限位槽的边缘。
16.优选地，所述第一治具或所述第二治具的外边缘还设有边框，所述边框的高度不大于薄膜、芯片、烧结层、基板贴合叠层设置于所述第一治具、所述第二治具之间时所述第一治具与所述第二治具之间的距离。
17.优选地，所述对位部件包括设于所述第一治具上的定位柱和设于所述第二治具上相对位置处的定位孔；或
18.所述对位部件包括设于所述第二治具上的定位柱和设于所述第一治具上相对位置处的定位孔。
19.本发明的第二方面提供一种芯片烧结互连和贴片的方法，利用上述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具完成，其中，至少在所述第一治具上设有第一固定部件，所述方法包括以下步骤：
20.s1.将设置有烧结层的基板放置在所述第二治具的所述第二器件限位槽中；
21.s2.将芯片设置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中，并通过所述第一固定部件将所述芯片固定在所述第一器件限位槽中，且所述第一治具的所述第一器件限位槽开口向下；
22.s3.将所述第一治具放置于所述第二治具上方，使所述芯片位于所述烧结层的预定位置处，然后通过所述对位部件将所述第一治具与所述第二治具的水平方向上的相对位置固定；
23.s4.将所述用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具转移至烧结设备进行烧结工序。
24.优选地，所述第一固定部件为第一真空通孔，所述第一真空通孔与所述第一器件限位槽连通，真空组件通过所述第一真空通孔对所述芯片施加负压，将所述芯片固定在所述第一器件限位槽中。
25.本发明的第三方面提供一种芯片烧结互连和贴片的方法，利用上述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具完成，其中，至少在所述第二治具上设有第二固定部件，所述方法包括以下步骤：
26.s1.将芯片放置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中；
27.s2.将设有烧结层的基板设置于所述第二治具的所述第二器件限位槽中，并通过所述第二固定部件将所述基板固定在所述第二器件限位槽中，所述第二治具的所述第二器件限位槽开口向下；
28.s3.将所述第二治具放置于所述第一治具上方，使所述芯片位于所述烧结层的预定位置处，然后通过所述对位部件将所述第一治具与所述第二治具的水平方向上的相对位置固定；
29.s4.将所述用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具转移至烧结设备进行烧结工序。
30.优选地，还包括在所述第一治具的所述第一器件限位槽与所述芯片之间设置保护薄膜；所述保护薄膜用于保护所述芯片，且所述保护薄膜上设有可供气体通过的微孔。
31.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
32.本发明的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，设置有第一器件限位槽可固定芯片，设置有第二器件限位槽可固定基板，从而将芯片在基板上烧结层上方的位置固定，之后将治具带样品整体转移至其他工序时，转移过程中由于治具的固定作用，芯片不会在基板上发生移位，从而不会产生芯片连接错位的情况。本发明的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，不仅可用于芯片与基板进行烧结互连和贴片的过程，还可以用于其他类型的两个半导体器件之间烧结互连或贴片的过程。
33.本发明的芯片烧结互连和贴片的方法，在制备待烧结样品时，通过治具将芯片在基板上烧结层上方的位置固定，之后将治具带样品整体转移至其他工序，例如烧结工序，转移过程中由于治具的固定作用，芯片不会在基板上发生移位，不会产生芯片连接错位的情况。
附图说明
34.图1是本发明实施例1所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具在使用时的结构示意图；
35.图2是本发明实施例2所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具在使用时的结构示意图；
36.图3是本发明实施例2所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具在使用时的第一治具、第二治具盖合后的结构示意图；
37.图4是本发明实施例3所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具在使用时的结构示意图；
38.图5是本发明实施例3所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具在使用时的第一治具、第二治具盖合后的结构示意图；
39.图6是本发明实施例4所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具在使用时的结构示意图。
40.其中：1-第一治具；2-第一器件限位槽；3-芯片；4-第二治具；5-第二器件限位槽；6-基板；7-真空通孔；8-定位孔；9-保护薄膜；10-烧结层；11-真空通孔；12-边框；13-卡扣；14-定位柱。
具体实施方式
41.下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.芯片与基板的烧结互连的待互连样品的制备过程为：将湿的膏体状的烧结层材料通过钢网印刷涂覆到基板上，然后烘干，再将芯片拾取放置于烘干后的烧结层材料上，然后将整个基板-烧结层-芯片的三明治结构转移至烧结设备中进行烧结。对于使用铜作为烧结材料的互连工艺，由于铜的质地较硬，对其进行加温或加压都无法在铜烧结层与芯片之间产生预连接作用，在将其整体结构转移至烧结工序时极易产生芯片的错位，并且，对于在芯片上覆盖保护薄膜等缓冲层的情况来说，薄膜非常容易产生静电吸附作用，更易造成芯片的错位，造成不可逆的定位不准的连接。
43.为解决上述问题，本发明实施例的第一方面提供一种用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，包括：
44.第一治具，所述第一治具上设有至少一个第一器件限位槽，所述第一器件限位槽适于容纳第一半导体器件，且可限制所述第一半导体器件在水平方向上的移动；
45.第二治具，所述第二治具上设有至少一个第二器件限位槽，所述第二器件限位槽适于容纳第二半导体器件，且可限制所述第二半导体器件在水平方向上的移动；
46.对位部件，可固定所述第一治具与所述第二治具在水平方向上的相对位置；
47.所述第一治具上设有第一固定部件，所述第一固定部件用于将所述第一半导体器件固定于所述第一器件限位槽中；和/或
48.所述第二治具上设有第二固定部件，所述第二固定部件用于将所述第二半导体器件固定于所述第二器件限位槽中。
49.本发明实施例的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，可单独在第一治具上设置第一固定部件，也可以单独在第二治具上设置第二固定部件，还可在第一治具上设置第一固定部件，同时在第二治具上设置第二固定部件。
50.当单独在第一治具上设置第一固定部件时，制备待互连样品的过程为：第二治具
的第二器件限位槽开口向上，将基板放置于第二器件限位槽中，在基板上设置烧结层，第一治具的第一器件限位槽开口向下，将芯片设置于第一器件限位槽中，通过第一固定部件将芯片固定在第一器件限位槽中，或在芯片上方设置保护薄膜后，将芯片设置于第一器件限位槽中，然后将第一治具移动至第二治具上方，使芯片位于烧结层上方的预定位置，第一治具下降或第二治具上升，使第一治具设置于第二治具上，并通过对位部件将第一治具与第二治具在水平方向上的相对位置固定，如此，在将治具与待互连样品转移至其他工序(例如烧结工序)时，由于第一器件限位槽和第二器件限位槽的限位作用，使芯片与基板的水平方向上的相对位置固定，不会产生移位。
51.当单独在第二治具上设置第二固定部件时，制备待互连样品的过程为：第一治具的第一器件限位槽开口向上，将芯片倒置(即芯片的上面朝下)放置于第一器件限位槽中，或在倒置的芯片下方设置保护薄膜后，将芯片、保护薄膜设置于第一器件限位槽中；第二治具的第二器件限位槽开口向下，将设置有烧结层的基板倒置(即基板的上面朝下)设置于第二器件限位槽中，通过第二固定部件将基板固定在第二器件限位槽中，然后将第二治具移动至第一治具上方，使芯片位于烧结层的预定位置，第二治具下降或第一治具上升，使第二治具设置于第一治具上，并通过对位部件将第一治具与第二治具在水平方向上的相对位置固定，如此，在将治具与待互连样品转移至其他工序(例如烧结工序)时，由于第一器件限位槽和第二器件限位槽的限位作用，使芯片与基板的水平方向上的相对位置固定，不会产生移位。
52.本发明实施例的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，不仅可用于芯片与基板进行烧结互连和贴片的过程，还可以用于其他类型的两个半导体器件之间烧结互连或贴片的过程，例如金属膜与芯片上表面的烧结、打线缓冲金属层与芯片上表面的烧结等。
53.本发明实施例的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，可用于芯片与基板之间无法形成预连接作用的烧结铜互连和贴片的情况，对芯片与基板的水平方向上的相对位置进行固定；也可以用于焊料膏、烧结银等在芯片与基板之间可形成预连接作用的情况，进一步稳定芯片与基板的相对位置，保证二者不会发生移位。
54.在一些实施例中，第一治具上设置第一固定部件，同时第二治具上设置第二固定部件，即对第二治具中的基板、第一治具中的芯片均进行固定，在待互连样品进行转移的过程中可更稳固，进一步防止芯片错位。
55.在一些实施例中，第一治具、第二治具的具体形状可进行调整，不进行特别限定，例如可以为平板状。其大小可根据治具中需要放置的样品数量进行调整。第一治具、第二治具的材质不进行特别限定，只要在烧结工序的条件下材料性能稳定，不会发生变化即可。
56.在一些实施例中，第一治具上的第一器件限位槽、第二治具上的第二器件限位槽的数量可根据实际需求进行设定，例如，一个基板上连接1个、2个、3个芯片，则可以第二治具上设置1个第二器件限位槽，第一治具上设置1个、2个、3个第一器件限位槽，只要第一器件限位槽与待连接芯片数量、位置一致，第二器件限位槽与基板数量、位置一致即可。
57.在一些实施例中，第一器件限位槽的横截面形状、大小不进行特别限定，只要其可限制第一半导体器件在水平方向上的移动即可。例如，第一器件限位槽可以为横截面与第一半导体器件横截面形状、大小完全相同的结构，还可以是横截面与第一半导体器件横截面形状相接的结构，例如可以为第一半导体器件横截面外接的圆形、椭圆形、三角形等。作
为一种优选的实施方式，第一器件限位槽为横截面与第一半导体器件横截面形状、大小相同的结构。
58.在一些实施例中，第二器件限位槽的横截面形状、大小不进行特别限定，只要其可限制第二半导体器件在水平方向上的移动即可。例如，第二器件限位槽可以为横截面与第二半导体器件横截面形状、大小完全相同的结构，还可以是横截面与第二半导体器件横截面形状相接的结构，例如可以为第二半导体器件横截面外接的圆形、椭圆形、三角形等。作为一种优选的实施方式，第二器件限位槽为横截面与第二半导体器件横截面形状、大小相同的结构。
59.在一些实施例中，第一器件限位槽、第二器件限位槽的高度不进行特别限定，但需要满足，当设有烧结层的基板放入第二器件限位槽，芯片(或芯片与芯片保护层，例如保护薄膜)放入第一器件限位槽，并将第一治具、第二治具相互盖合之后，第一器件限位槽仍对芯片有限位作用，第二器件限位槽仍对基板有限位作用，即芯片仍位于第一器件限位槽中，但不要求其位于第一器件限位槽底部，基板仍位于第二器件限位槽中，但不要求其位于第二器件限位槽底部。
60.在一些实施例中，第一固定部件的具体结构不进行限定，只要可将第一半导体器件固定于第一器件限位槽中即可，进一步来说，只要可限定第一半导体器件在第一器件限位槽中竖直方向上的移动即可。为防止固定部件对芯片作用损伤芯片，采用负压吸附的方法对芯片进行固定，所述第一固定部件为第一真空通孔，所述第一真空通孔与所述第一器件限位槽连通，所述第一真空通孔适于与抽真空组件连接。由于工业自动化生产过程中，通常利用机械手吸盘的负压作用将芯片或基板或其他半导体器件吸附，实现对器件的拾取和放置，此处抽真空组件直接为机械手吸盘，吸盘的负压经第一真空通孔施加至第一器件限位槽中的芯片上，或芯片上方设置芯片保护层时，芯片保护层采用含有大量微孔的材质，吸盘的负压经第一真空通孔、芯片保护层的微孔施加至第一器件限位槽中的芯片上，从而使芯片被负压吸附固定至第一器件限位槽中，或同时将第一治具拾取。此外，抽真空组件也可以是另外单独设置的抽真空设备，只要可对芯片产生负压即可。
61.在一些实施例中，第二固定部件的具体结构不进行限定，只要可将第二半导体器件固定于第二器件限位槽中即可，进一步来说，只要可限定第二半导体器件在第二器件限位槽中竖直方向上的移动即可。
62.在一些实施例中，可采用负压吸附的方法对基板进行固定，所述第二固定部件为第二真空通孔，所述第二真空通孔与所述第二器件限位槽连通，所述第二真空通孔适于与抽真空组件连接。与第一固定部件相同，可通过机械手吸盘的负压的作用，经第二真空通孔将负压施加至第二器件限位槽中的基板上，从而使基板被负压吸附固定至第二器件限位槽，或同时将第二治具拾取。
63.在一些实施例中，还可采用机械固定的方式对基板进行固定，所述第二固定部件为卡扣，所述卡扣设于所述第二器件限位槽的边缘。通过卡扣将基板固定在第二器件限位槽中。具体地，卡扣可以为纵截面为倒l型的卡扣，也可以为倒t型卡扣，卡扣数量可以为2个、3个、4个等。
64.对位部件的具体结构不进行特别限定，只要其可固定所述第一治具与所述第二治具在水平方向上的相对位置即可。
65.在一些实施例中，对位部件可以包括相配合的定位孔和定位柱，可以在第一治具上设置定位孔，第二治具上的相应位置处设置定位柱，也可以在第二治具上设置定位孔，第一治具上相应位置处设置定位柱。
66.在一些实施例中，定位孔、定位柱的设置位置不进行限定，只要二者位置对应即可。定位孔、定位柱可以设置在治具的靠近边缘的位置处，也可以设置在治具的中间位置处。定位孔、定位柱的数量可以为1个、2个、3个或多个，数量为1个时，为防止第一治具、第二治具以定位柱为中心转动，定位柱、定位孔可以设置为横截面为三角形、四边形、五边形等形状。数量为2个以上时，定位柱设置为圆柱状即可。
67.在一些实施例中，对位部件还可以为设置于第一治具或第二治具边缘的限位板。以限位板设置于第一治具为例，可在第一治具的至少两侧的边缘处设置限位板，第一治具、第二治具之间设置待互连样品并盖合后，第二治具边缘位于限位板内侧，并被限位板限制水平方向上的移动。
68.在一些实施例中，为更好的防止芯片或基板从治具中滑出，所述第一治具或所述第二治具的外边缘还设有边框。
69.在一些实施例中，对于有压烧结工艺，为使烧结设备的压头施加的压力可以传递至芯片上，所述边框的高度不大于薄膜、芯片、烧结层、基板贴合叠层设置于所述第一治具、所述第二治具之间时所述第一治具与所述第二治具之间的距离。边框的高度指边框顶部设置边框的治具的上表面之间的距离。
70.本发明实施例的第二方面提供一种芯片烧结互连和贴片的方法，利用上述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具完成，其中，至少在所述第一治具上设有第一固定部件，所述方法包括以下步骤：
71.s1.将设置有烧结层的基板放置在所述第二治具的所述第二器件限位槽中；
72.s2.将芯片设置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中，并通过所述第一固定部件将所述芯片固定在所述第一器件限位槽中，且所述第一治具的所述第一器件限位槽开口向下；
73.s3.将所述第一治具放置于所述第二治具上方，使所述芯片位于所述烧结层的预定位置处，然后通过所述对位部件将所述第一治具与所述第二治具的水平方向上的相对位置固定；
74.s4.将所述用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具转移至烧结设备进行烧结工序。
75.本发明实施例的芯片烧结互连和贴片的方法，在制备待烧结样品时，通过治具将芯片在基板上烧结层上方的位置固定，之后将治具带样品整体转移至其他工序，例如烧结工序，转移过程中由于治具的固定作用，芯片不会在基板上发生移位，不会产生芯片连接错位的情况。
76.本发明实施例的芯片烧结互连和贴片的方法，可用于芯片与基板之间无法形成预连接作用的烧结铜互连和贴片的情况，通过治具对芯片、基板位置进行固定；也可以用于焊料膏、烧结银等在芯片与基板之间可形成预连接作用的情况，通过治具进一步稳定芯片与基板的相对位置，保证二者不会发生移位。
77.在一些实施例中，所述第一固定部件为第一真空通孔，所述第一真空通孔与所述
第一器件限位槽连通，真空组件通过所述第一真空通孔对所述芯片施加负压，将所述芯片固定在所述第一器件限位槽中。由于自动化设备通常利用机械手吸盘的负压作用将芯片或基板或其他半导体器件吸附，实现对器件的拾取和放置，步骤s2中，通过机械手吸盘施加的负压，将芯片固定在第一器件限位槽中，同时吸盘将第一治具拾取。
78.在一些实施例中，所述第二治具上同时设有第二固定部件，步骤s1中，将设置有烧结层的基板放置在第二治具的第二器件限位槽中后，还通过第二固定部件将基板固定于第二器件限位槽中。可进一步提高基板在治具中固定的稳定性。
79.在一些实施例中，第二固定部件可以为第二真空通孔，所述第二真空通孔与所述第二器件限位槽连通，真空组件通过所述第二真空通孔对所述基板施加负压，将所述基板固定在所述第二器件限位槽中。所述第二固定部件还可以为卡扣，所述卡扣设于所述第二器件限位槽的边缘，通过机械作用的方式对基板进行固定。
80.在一些实施例中，步骤s1具体可以为，将基板放置在所述第二治具的所述第二器件限位槽中，所述基板的背面朝向所述第二器件限位槽的底部，然后将烧结层设置于所述基板上；步骤s1还可以为，将所述烧结层设置于所述基板上，然后将设置有烧结层的所述基板放置于所述第二治具的所述第二器件限位槽中。
81.在一些实施例中，步骤s2具体可以为，将芯片设置于所述第一器件限位槽中，所述芯片的正面朝向所述第一器件限位槽底部，并通过所述第一固定部件将所述芯片固定在所述第一器件限位槽中，且所述第一治具的所述第一器件限位槽开口向下。
82.在一些实施例中，还包括在所述第一治具的所述第一器件限位槽与所述芯片之间设置保护薄膜；所述保护薄膜用于保护所述芯片，且所述保护薄膜上设有可供气体通过的微孔。具体地，步骤s2中，先将保护薄膜设于芯片上，然后将芯片设置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中。
83.本发明实施例的第三方面提供一种芯片烧结互连和贴片的方法，利用上述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具完成，其中，至少在所述第二治具上设有第二固定部件，所述方法包括以下步骤：
84.s1.将芯片放置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中；
85.s2.将设有烧结层的基板设置于所述第二治具的所述第二器件限位槽中，并通过所述第二固定部件将所述基板固定在所述第二器件限位槽中，所述第二治具的所述第二器件限位槽开口向下；
86.s3.将所述第二治具放置于所述第一治具上方，使所述芯片位于所述烧结层的预定位置处，然后通过所述对位部件将所述第一治具与所述第二治具的水平方向上的相对位置固定；
87.s4.将所述用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具转移至烧结设备进行烧结工序。
88.本发明实施例的芯片烧结互连和贴片的方法，在制备待烧结样品时，整个样品倒置，通过治具将芯片在基板上烧结层上的位置固定，之后将治具带样品整体转移至其他工序，例如烧结工序，转移过程中由于治具的固定作用，不会在基板上发生移位，不会产生芯片连接错位的情况。
89.在一些实施例中，所述第二固定部件为第二真空通孔，所述第二真空通孔与所述
第二器件限位槽连通，真空组件通过所述第二真空通孔对所述基板施加负压，将所述基板固定在所述第二器件限位槽中。由于自动化设备通常利用机械手吸盘的负压作用将芯片或基板或其他半导体器件吸附，实现对器件的拾取和放置，步骤s2中，通过机械手吸盘施加的负压，将基板固定在第二器件限位槽中，同时吸盘将第二治具拾取。
90.在一些实施例中，所述第二固定部件还可以为卡扣，所述卡扣设于所述第二器件限位槽的边缘，通过机械作用的方式对基板进行固定。
91.在一些实施例中，所述第一治具上同时设有第一固定部件，步骤s1中，将芯片放置在第一治具的第一器件限位槽中后，还通过第一固定部件将芯片固定于第一器件限位槽中。可进一步提高芯片在治具中固定的稳定性。
92.在一些实施例中，第一固定部件可以为第一真空通孔，所述第一真空通孔与所述第一器件限位槽连通，真空组件通过所述第一真空通孔对所述芯片施加负压，将所述芯片固定在所述第一器件限位槽中。
93.在一些实施例中，步骤s1具体可以为，将芯片倒置放置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中，即芯片的正面朝下，朝向第一器件限位槽的底部，所述芯片的正面朝向所述第一器件限位槽的底部。
94.在一些实施例中，步骤s2具体可以为，将设有烧结层的基板倒置设置于所述第二治具的所述第二器件限位槽中，并通过所述第二固定部件将所述基板固定在所述第二器件限位槽中，所述第二治具的所述第二器件限位槽开口向下，即基板的正面朝下，基板的背面朝向第二器件限位槽的底部；步骤s2具体还可以为，将所述基板放置于所述第二治具的所述第二器件限位槽中，基板的背面朝向第二器件限位槽的底部，将烧结层设置于所述基板上，然后通过所述第二固定部件将所述基板固定在所述第二器件限位槽中，将所述第二治具的所述第二器件限位槽开口向下。
95.在一些实施例中，还包括在所述第一治具的所述第一器件限位槽与所述芯片之间设置保护薄膜；所述保护薄膜用于保护所述芯片，且所述保护薄膜上设有可供气体通过的微孔。具体地，步骤s1中，先将保护薄膜设于芯片上，然后将芯片设置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中。
96.实施例1
97.如图1所示，本实施例的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，包括第一治具1和第二治具4，第一治具、第二治具为平板状。第一治具1上设有多个第一器件限位槽2，第一器件限位槽2为横截面与芯片横截面形状、大小相同的长方体凹槽，可容纳芯片3，且第一器件限位槽的深度小于芯片的厚度；第二治具4上设有与第一器件限位槽数量相同的多个第二器件限位槽5，第二器件限位槽5为横截面与基板6横截面形状、大小相同的长方体凹槽，可容纳基板6，且第二器件限位槽的深度小于基板的厚度。第一治具1上第一器件限位槽2的底部设有贯通第一器件限位槽底壁的真空通孔7。第二治具的相对的两侧边上分别设有一个定位柱14，第一治具上对应部位上分别设有一个定位孔8。
98.本实施例的芯片烧结互连和贴片的方法，利用上述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具完成，包括以下步骤：
99.s1.通过机械手吸盘将基板吸附拾取并放置在第二治具4的第二器件限位槽5中，基板6的背面朝向第二器件限位槽的底部，然后通过钢网印刷将铜烧结层涂覆到基板上，并
烘干，形成烧结层10；
100.s2.将第一治具1的第一器件限位槽2开口向下，将保护薄膜9铺覆于芯片3上，保护薄膜9上设有大量可供气体通过的微孔，然后将芯片3设置于第一治具1的第一器件限位槽2中，芯片3的正面朝向第一器件限位槽2底部，并利用机械手吸盘的负压作用将芯片固定在第一器件限位槽中，同时吸盘将第一治具1拾取；
101.s3.通过机械手将第一治具1移动至第二治具4上方，使芯片3位于烧结层10的预定位置处，机械手将第一治具1下降，落至第二治具上，使定位柱插入定位孔中，将第一治具与第二治具定位；
102.s4.通过机械手将整个治具及待烧结样品转移至烧结炉，通过压头对治具施加压力，进行有压烧结工序。
103.实施例2
104.如图2、图3所示，本实施例的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，以实施例1为基础，还在第二治具4上第二器件限位槽5的底部设有贯通第二器件限位槽5的真空通孔11，第二治具4的外边缘还设有边框12，边框12的小于薄膜、芯片、烧结层、基板贴合叠层设置于第一治具、第二治具之间时第一治具与第二治具之间的距离，以便于在进行有压烧结时，烧结设备的压头施加的压力可以传递至芯片上。
105.本实施例的芯片烧结互连和贴片的方法，利用上述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具完成，在实施例1的方法的基础上，步骤s1中，最后还通过第二治具底部的机械手吸盘的负压作用，将基板吸附固定在第二器件限位槽中，进一步固定基板。
106.实施例3
107.如图4、图5所示，本实施例的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，与实施例2的结构相同。
108.本实施例的芯片烧结互连和贴片的方法，包括以下步骤：
109.s1.第一治具的第一器件限位槽开口向上，将保护薄膜9铺覆于芯片3上，保护薄膜9上设有大量可供气体通过的微孔，将芯片倒置放置于第一治具的第一器件限位槽中，即芯片的正面朝下，朝向第一器件限位槽的底部，通过第一治具底部的机械手吸盘的负压作用，将芯片吸附固定在第一器件限位槽中，进一步固定芯片；
110.s2.通过钢网印刷将铜烧结层涂覆到基板上，并烘干，形成烧结层10，第二治具的第二器件限位槽开口向下，将设有烧结层的基板倒置设置于第二治具的第二器件限位槽中，即基板的正面朝下，基板的背面朝向第二器件限位槽的底部，并利用机械手吸盘的负压作用将基板固定在第二器件限位槽中，同时吸盘将第二治具拾取；
111.s3.通过机械手将第二治具4移动至第一治具1上方，使芯片3位于烧结层10的预定位置处，机械手将第二治具4下降，落至第一治具上，使定位柱插入定位孔中，将第一治具与第二治具定位；
112.s4.通过机械手将整个治具及待烧结样品转移至烧结炉，通过压头对治具施加压力，进行有压烧结工序。
113.实施例4
114.如图6所示，本实施例的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，与实施例2的治具的其他结构相同，区别为第二治具4上不设置真空通孔，而是在第二器件限位槽的边
缘设置卡扣13，通过卡扣13将基板固定在第二器件限位槽中，卡扣为纵截面为倒l型的卡扣，且在第二器件限位槽的相对的两侧的边缘对称分别设置一个卡扣。
115.本实施例的芯片烧结互连和贴片的方法，其余步骤与实施例3相同，区别为步骤s2中，通过卡扣13将基板固定在第二器件限位槽中。
116.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，其特征在于，包括：第一治具，所述第一治具上设有至少一个第一器件限位槽，所述第一器件限位槽适于容纳第一半导体器件，且可限制所述第一半导体器件在水平方向上的移动；第二治具，所述第二治具上设有至少一个第二器件限位槽，所述第二器件限位槽适于容纳第二半导体器件，且可限制所述第二半导体器件在水平方向上的移动；对位部件，可固定所述第一治具与所述第二治具在水平方向上的相对位置；所述第一治具上设有第一固定部件，所述第一固定部件用于将所述第一半导体器件固定于所述第一器件限位槽中；和/或所述第二治具上设有第二固定部件，所述第二固定部件用于将所述第二半导体器件固定于所述第二器件限位槽中。2.根据权利要求1所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，其特征在于：所述第一固定部件为第一真空通孔，所述第一真空通孔与所述第一器件限位槽连通，所述第一真空通孔适于与抽真空组件连接。3.根据权利要求1所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，其特征在于：所述第二固定部件为第二真空通孔，所述第二真空通孔与所述第二器件限位槽连通，所述第二真空通孔适于与抽真空组件连接。4.根据权利要求1所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，其特征在于：所述第二固定部件为卡扣，所述卡扣设于所述第二器件限位槽的边缘。5.根据权利要求1所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，其特征在于：所述第一治具或所述第二治具的外边缘还设有边框，所述边框的高度不大于薄膜、芯片、烧结层、基板贴合叠层设置于所述第一治具、所述第二治具之间时所述第一治具与所述第二治具之间的距离。6.根据权利要求1所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具，其特征在于：所述对位部件包括设于所述第一治具上的定位柱和设于所述第二治具上相对位置处的定位孔；或所述对位部件包括设于所述第二治具上的定位柱和设于所述第一治具上相对位置处的定位孔。7.一种芯片烧结互连和贴片的方法，其特征在于，利用如权利要求1-6中任一项所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具完成，其中，至少在所述第一治具上设有第一固定部件，所述方法包括以下步骤：s1.将设置有烧结层的基板放置在所述第二治具的所述第二器件限位槽中；s2.将芯片设置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中，并通过所述第一固定部件将所述芯片固定在所述第一器件限位槽中，且所述第一治具的所述第一器件限位槽开口向下；s3.将所述第一治具放置于所述第二治具上方，使所述芯片位于所述烧结层的预定位置处，然后通过所述对位部件将所述第一治具与所述第二治具的水平方向上的相对位置固定；s4.将所述用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具转移至烧结设备进行烧结工序。
8.根据权利要求7所述的芯片烧结互连和贴片的方法，其特征在于：所述第一固定部件为第一真空通孔，所述第一真空通孔与所述第一器件限位槽连通，真空组件通过所述第一真空通孔对所述芯片施加负压，将所述芯片固定在所述第一器件限位槽中。9.一种芯片烧结互连和贴片的方法，其特征在于，利用如权利要求1-6中任一项所述的用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具完成，其中，至少在所述第二治具上设有第二固定部件，所述方法包括以下步骤：s1.将芯片放置于所述第一治具的所述第一器件限位槽中；s2.将设有烧结层的基板设置于所述第二治具的所述第二器件限位槽中，并通过所述第二固定部件将所述基板固定在所述第二器件限位槽中，所述第二治具的所述第二器件限位槽开口向下；s3.将所述第二治具放置于所述第一治具上方，使所述芯片位于所述烧结层的预定位置处，然后通过所述对位部件将所述第一治具与所述第二治具的水平方向上的相对位置固定；s4.将所述用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具转移至烧结设备进行烧结工序。10.根据权利要求7或9所述的芯片烧结互连和贴片的方法，其特征在于：还包括在所述第一治具的所述第一器件限位槽与所述芯片之间设置保护薄膜；所述保护薄膜用于保护所述芯片，且所述保护薄膜上设有可供气体通过的微孔。

技术总结
本发明提供用于半导体器件之间烧结互连和贴片的治具及互连和贴片的方法，治具包括：第一治具，设有至少一个容纳第一半导体器件的第一器件限位槽；第二治具，设有至少一个适于容纳第二半导体器件的第二器件限位槽；对位部件，可固定第一治具与第二治具在水平方向上的相对位置；第一治具、第二治具上设有用于将半导体器件固定于第一器件限位槽或第二器件限位槽中的固定部件。该治具可将芯片在基板上烧结层上方的位置固定，之后将治具带样品整体转移至其他工序，转移过程中由于治具的固定作用，芯片不会在基板上发生移位，不会产生芯片连接错位的情况。连接错位的情况。连接错位的情况。


技术研发人员：刘旭 叶怀宇
受保护的技术使用者：纳宇半导体材料（宁波）有限责任公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/8/9