[发明专利]面向MEMS立体封装和组装的锡球凸点键合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向MEMS立体封装和组装的锡球凸点键合方法，属于MEMS器件的封装互连和组装领域。

背景技术

微机电系统MEMS(MicroElectromechanicalSystem)是采用目前快速发展的高科技技术，将集成电路IC(IntegratedCircuit)制造工艺中的硅微细加工技术和机械工业中的微机械加工技术结合起来，制造出的机、电一体甚至光、机、电一体的新器件或系统，它具有成本低、体积小、低功耗、集成化高、可批量生产等特点。不同的MEMS器件的结构和功能差异很大，其应用环境也不同，导致MEMS器件的封装成本几乎为制造成本的50%～80%。因此，建立一种标准化的MEMS器件的封装工艺，是MEMS器件实现大批量、低成本、高可靠的工业化生产的关键。

现有的MEMS封装工艺是由集成电路的封装工艺发展演变而来的。其中作为核心工艺的键合互连技术不仅能实现芯片或引线的电气互连，更能辅助微结构的三维装配及组装。微钎料球键合技术通过对微小钎料球的加热重熔，不仅能实现MEMS器件高可靠性的互连键合，还能通过熔融钎料的表面张力实现微结构的自对准或自组装过程，可发展成一种标准化的可靠的MEMS封装工艺。近年，微钎料球键合技术得到了较快发展。如德国PacTech公司开发了一种基于激光的钎料凸点喷射设备，可将导入的锡球喷射到焊盘上，并迅速通过激光加热重熔，完成键合。美国国家专利《CONTINUOUSMODESOLDERJETAPPARATUS》，专利号:US2007/0068996A1，通过压电传感器驱动及机械振动触发连续形成均匀一致的熔化金属液滴，通过路径控制实现键合。上述两种方法均能够实现锡球凸点的制作并完成键合过程。然而，这两种方法都存在成形不好和焊盘连接不稳定的缺点，需要再次重熔整形。

中国发明专利《激光制作无铅钎料凸点的方法》，公开号:CN101556925A，公开日为2009年10月14日，通过计算机录入事先预置的钎料位置，控制扫描振镜配合激光器工作实现凸点制作。但是，该方法中钎料为事先预置，无法精确控制钎料量，同时无法通过计算机进行键合位置的自动识别，不适合于MEMS器件的立体封装键合；中国发明专利《柔性激光植球机的焊盘视觉识别与定位系统》，公开号:CN1719591A，公开日为2006年1月11日，通过CCD摄像机采集焊盘图像，并通过图像处理软件获得焊盘位置，以辅助激光植球机完成植球动作。该方法能实现焊盘自动识别，利于自动化的激光凸点制作过程。然而，该系统仅适用于特定焊盘平面的激光凸点制作，不具备凸点制作及互连的一体化技术，不适用于MEMS器件的三维立体键合。

发明内容

本发明是为了解决现有MEMS器件的封装键合工艺没有实现标准化，现有MEMS器件的自动化键合技术仅适用于特定焊盘平面的激光凸点制作，不能够将凸点制作及互连一体化实现，并且不适于进行MEMS器件立体封装的问题，提供一种面向MEMS立体封装和组装的锡球凸点键合方法。

本发明基于以下设备完成：芯片夹持机构、图像采集装置、吸嘴、激光头、激光到光纤耦合器、光纤和激光自聚焦透镜，激光自聚焦透镜与吸嘴同轴装夹，

它的键合方法包括以下步骤：

步骤一：由芯片夹持机构将待键合芯片运送到图像采集装置的视觉系统工作区域，由图像采集装置采集图像信息；

步骤二：根据采集的图像信息计算得到待键合芯片的所有待键合焊盘中心的位置，同时存储所有待键合焊盘中心的位置信息；

步骤三：根据所有待键合焊盘中心的位置信息，由预置的程序规划植球键合路径；

步骤四：根据植球键合路径对每一个焊盘进行键合，具体为：

步骤四一：将吸嘴移动到供料区，从供料瓶中吸取微钎料球；

步骤四二：将待键合芯片和吸嘴均移动到植球区，将吸嘴中的微钎料球释放并固定在一个未键合焊盘中心；

步骤四三：控制激光器的激光头发出激光，该激光经激光到光纤耦合器耦合后经光纤将其传输到激光自聚焦透镜进行聚集后，对微钎料球进行重熔，完成一个焊盘的植球键合；

步骤四四：判断是否完成对所有焊盘的植球键合，若否，返回步骤四一；若是，芯片的植球键合完成。

它还包括以下步骤：

步骤五：将步骤四中完成植球键合的芯片移动到图像采集装置的视觉系统工作区域，进行芯片上所有焊盘的植球键合凸点图像采集；

步骤六：根据采集的图像查找质量不合格的植球键合凸点；

步骤七：记录所有不合格植球键合凸点的焊盘中心的位置信息；