[实用新型]高强度无偏角的芯片倒装键合换能器

说明书

技术领域

本实用新型涉及换能器技术领域，特别涉及一种高强度无偏角的芯片倒装键合换能器。

背景技术

芯片封装是IC、LED等芯片制造的重要环节，也是当前电子器件与产品制造的基础。当前的芯片封装包括引线键合(Wire bonding)与倒装键合(Flip chip)等工艺，其共同功能是将芯片焊点与基板进行有效的互连，实现电气的导通。引线键合是在超声波能量、温度、压力等能量作用下，可实现金属引线，如金线、银线、铜线、铝线与基板的键合，此技术源于上个世纪60年代，一直成为电子封装行业的主流工艺，占据封装领域的70%以上的市场份额。然而，随着电子芯片向高度集成度发展，以及人类对电子产品的要求不断提高，需要发展一些更新型的电子封装技术。

倒装键合是迎合以上需求而产生一种新的技术，其基本特性是：首先在芯片上植入多个金球凸点，然后将芯片翻转，在一定能量的作用下实现芯片与基板的互连。倒装键合工艺具有更高的集成度、更小的体积、更轻的重量，因此成为未来电子封装最具有潜力的封装工艺之一。

热超声倒装键合发展于引线键合工艺，二者工艺原理极为相似，但实现的封装功能却不一样。热超声倒装键合能够实现多凸点阵列与基板的键合，具有引线键合不能比拟的优越性：(a) 采用直接倒装互接，扩大了芯片I/O 数量与连接面积的比值；(b) 连接介质采用微米级凸点，寄生电阻和电感很小，增加了信号的实时性；(c) 芯片背面散热，散热性能提高；(d) 装备、工艺过程相对简洁；(e) 由于超声波能量的引入，降低了压力和温度，对基板和芯片起着保护作用；(f) 凸点材料允许多种选择，可以选择金凸点或者铝凸点；(g) 干燥、清洁、绿色无铅，对人体和环境无损害。

然而，当前超声倒装键合工艺存在的典型问题是：由于使用的超声换能器存在单边安装方式，在键合压力作用下，其变幅杆必然产生变形，造成键合工具及其连接的芯片出现偏角，导致施加的超声波能量作用在芯片各凸点不均匀，造成芯片有些凸点键合不上，严重影响芯片封装的合格率与可靠性，制约着这种新工艺的广泛应用。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，采用左右对称的安装方式，保证了芯片键合时换能器具有很高的强度与很低的变形，并确保了芯片无偏角，有效提高芯片倒装键合效果的高强度无偏角的芯片倒装键合换能器。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案为：一种高强度无偏角的芯片倒装键合换能器，其包括超声变副杆基体、压电陶瓷片堆、预紧锲块、键合工具和安装螺丝，本实用新型的结构设计巧妙、合理，超声变副杆基体采用一体化结构，结构简洁实用。所述超声变副杆基体的中心位置设有安装位，所述键合工具通过安装螺丝固定在所述安装位上。

超声变副杆基体的一侧位置设有安装腔，压电陶瓷片堆通过预紧锲块固定在该安装腔内。采用单边的压电陶瓷堆驱动方式，降低了电路驱动对超声换能器的控制要求。采用预紧锲块对压电陶瓷施加预紧力的安装方式，即可方便安装，又可达到压电陶瓷堆预紧力均匀、超声输出更加平稳等优势。

对应安装位的两侧位置于超声变副杆基体上对称设有两安装部，且该安装部位于超声振动的节点位置上。采用左右对称的安装方式，保证了芯片键合时换能器具有很高的强度与很低的变形，并确保了芯片无偏角，使得芯片倒装键合过程芯片凸点键合参数的一致性，由此提高芯片倒装键合的应用性。并且安装部为超声换能器的节点振动位置，从而最大程度地避免了外部安装因素对换能器超声波能量传递的影响。

作为本实用新型的进一步改进，所述超声变副杆基体采用钛、钢或铝合金材料制成，整体长度为78～85mm，宽度为8～12mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述超声变副杆基体的中间位置宽度较小，两端部位逐渐增宽。所述超声变副杆基体设有安装部的位置的厚度厚于其它部位的厚度。结构设计巧妙、合理，结构强度大，不易变形，工作稳定性好。

作为本实用新型的进一步改进，所述压电陶瓷片堆采用两片、四片、或六片压电陶瓷组成而成，该压电陶瓷的外形轮廓为方形或圆形。

作为本实用新型的进一步改进，所述预紧锲块为采用钛、钢或铝合金材料制成的锲形块体，该锲形块体的一表面为平面，相对的另一表面为斜面。

作为本实用新型的进一步改进，所述键合工具上轴向设有真空吸附孔，该键合工具的上部设有斜锥面，并在所述安装位的下端位置设有与该斜锥面相适配的锥形开口，所述真空吸附孔的上端内壁设有与所述安装螺丝相适配的内螺纹。