压膜结构、压膜系统及压膜方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，特别是涉及一种压膜结构、压膜系统及压膜方法。


背景技术：

2.随着电子设备小型化的发展趋势，对制程工艺的要求越来越高，为了进一步提高芯片的集成封装密度、降低整体的面积、提升带宽及连接速度，先进封装有了更多的发展空间。在目前热门的3dic封装、hbm以及fowlp等先进封装工艺中都可见到真空压膜机的踪迹。
3.真空压膜工艺指的是将薄膜压合至基材上，参照图3，常规的方式是单段加压覆膜，即加压至节点p1后，维持该压力值达t1时长，然后泄压至节点p2。但是，许多基材均具有细微凹凸结构，例如高深宽比tsv孔洞，高密度cu pillar bump等，采用上述单段加压覆膜方式无法满足较好的高深宽比孔洞填覆效果。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提供一种压膜结构、压膜系统及压膜方法。
5.根据本技术实施例的第一方面，提供一种压膜结构，包括：
6.壳体，内部具有第一腔室和第二腔室；
7.载台，设置于所述第一腔室内；
8.挠性件，连接于所述第二腔室，并与所述第二腔室合围形成一密闭空间，所述挠性件适于受到所述密闭空间内的压力而朝向所述载台膨胀；
9.气体管路，连通所述密闭空间；
10.控制器，电性连接所述气体管路，用于在一次压膜过程中对所述密闭空间内的压力进行至少两次循环控制，单次所述循环控制包括控制气体经气体管路对密闭空间加压，保持恒定压力达到预设时长后再降压。
11.在其中一个实施例中，在各次循环控制中，加压所达到的压力值相同或不同。
12.在其中一个实施例中，在各次循环控制中，降压所达到的压力值相同或不同。
13.在其中一个实施例中，在各次循环控制中，降压所达到的压力值大于0或等于0或小于0。
14.在其中一个实施例中，所述气体管路包括进气管路、排气管路和抽真空管路；
15.在对所述密闭空间加压时，所述控制器控制所述进气管路开启，气体经所述进气管路进入所述密闭空间；
16.在对所述密闭空间降压时，所述控制器控制所述排气管路开启，所述密闭空间内的气体经所述排气管路排出；或者控制抽真空管路开启，所述密闭空间内的气体经所述抽真空管路排出。
17.在其中一个实施例中，所述进气管路和所述排气管路合并为一条进排气管路，所述进排气管路包括进气端、排气阀、第一开关阀，所述第一开关阀经管路连通所述密闭空间；
18.所述排气阀包括第一端、第二端和第三端，所述第一端连接所述进气端，所述第二端连接所述第一开关阀，所述第三端为排气端；
19.当气体由所述进气端进入所述第一端时，气体由所述第一端经所述排气阀内部进入所述第二端；当所述密闭空间内的气体经所述第一开关阀进入所述第二端时，气体由所述第二端经所述排气阀内部进入所述第三端以排出。
20.在其中一个实施例中，所述进气端与所述排气阀之间还设置有电空比例阀。
21.在其中一个实施例中，所述抽真空管路包括抽气端和第二开关阀，所述第二开关阀经管路连通所述密闭空间。
22.在其中一个实施例中，所述抽真空管路还包括第三开关阀，所述第三开关阀的一端连接所述抽气端，另一端连通所述第一腔室。
23.在其中一个实施例中，所述挠性件连接于所述第二腔室底部。
24.在其中一个实施例中，所述挠性件的中心轴垂直于所述载台的承载面。
25.在其中一个实施例中，所述载台为吸附平台。
26.根据本技术实施例的第二方面，提供一种压膜系统，包括：
27.如上所述的压膜结构；
28.待压合膜，设置于所述第一腔室和第二腔室之间；
29.基材，设置于所述载台上；
30.所述挠性件在受到所述密闭空间内的压力时，朝向所述载台膨胀，以挤压所述待压合膜和所述基材。
31.根据本技术实施例的第三方面，提供一种压膜方法，应用于如上所述的压膜结构，所述方法包括：
32.将基材放置于所述载台的承载面上，将待压合膜铺设于所述第一腔室和第二腔室之间；
33.对所述挠性件与第二腔室合围而成的密闭空间以及所述第一腔室抽真空；
34.通过控制所述气体管路中的气体流向，对所述密闭空间内的压力进行至少两次循环控制；其中，单次循环控制包括：控制气体经所述气体管路对密闭空间加压，以使所述挠性件朝向所述载台膨胀，挤压所述待压合膜和所述基材，在保持恒定压力达到预设时长后再降压。
35.上述压膜结构、压膜系统及压膜方法，在一次压膜过程中，控制器对挠性件与第二腔室合围形成的密闭空间内的压力进行至少两次循环控制，单次循环控制包括控制气体经气体管路对密闭空间进行加压，在保持恒定压力达到预设时长后再对密闭空间进行降压，在对密闭空间进行加压时，挠性件受力朝向载台方向膨胀，进而可将第一腔室与第二腔室之间的待压合膜挤压至载台上的基材上，并维持挤压状态预设时长后再降压，当降压到一定压力值时，再循环上述加压、恒压、降压的过程，由此可对待压合膜与基材进行多次压合，可有效提高压合效果，尤其是针对具有高深宽比孔洞结构的基材，上述多段加压压膜的方式可对高深宽比孔洞具有良好的填覆效果，进而提高了产品性能和可靠性。
附图说明
36.图1为本技术一实施例提供的压膜结构的结构示意图；
37.图2为本技术一实施例提供的压膜结构中挠性件的示意图；
38.图3为传统技术中单端加压覆膜所对应的时间与压力的关系图；
39.图4-6为本实施例中压力循环控制方式所对应的几种示例性的时间与压力的关系图；
40.图7为本技术另一实施例提供的压膜结构的结构示意图；
41.图8为本技术一实施例提供的压膜方法的流程图。
42.附图标记说明：
43.110、第一壳体；111、第一腔室；120、第二壳体；121、第二腔室；130、密封圈；140、待压合膜；
44.200、载台；210、基材；220、传动机构；
45.300、挠性件；310、密闭空间；
46.410、进排气管路；411、进气端；412、排气阀；a、第一端；b、第二端；c、第三端；413、第一开关阀；414、电空比例阀；420、抽真空管路；421、抽气端；422、第二开关阀；430、压力表。
具体实施方式
47.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
50.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
51.正如背景技术所述，目前在各种先进封装工艺中均会使用到压膜机，压膜工艺指的是将薄膜压合至基材上，常规的方式是单段加压覆膜，即加压至节点p1后，维持该压力值达t1时长，然后泄压至节点p2。但是，许多基材均具有细微凹凸结构，例如高深宽比tsv孔洞，高密度cu pillar bump等，采用上述单段加压覆膜方式无法满足较好的高深宽比孔洞填覆效果。
52.为解决上述问题，本技术实施例提供了一种压膜结构、压膜系统及压膜方法。
53.参照图1～2，在一个实施例中，提供了一种压膜结构，包括壳体、载台200、挠性件300、气体管路以及控制器。其中，壳体内部具有第一腔室111和第二腔室121；载台200设置于第一腔室111内；挠性件300连接于第二腔室121，并与第二腔室121合围形成一密闭空间310，挠性件300适于受到密闭空间310内的压力而朝向载台200膨胀；气体管路连通密闭空间310；控制器电性连接气体管路，用于在一次压膜过程中对密闭空间310内的压力进行至少两次循环控制，单次循环控制包括控制气体经气体管路对密闭空间310加压，保持恒定压力达到预设时长后再降压。
54.上述压膜结构，在一次压膜过程中，控制器对挠性件300与第二腔室121合围形成的密闭空间310内的压力进行至少两次循环控制，单次循环控制包括控制气体经气体管路对密闭空间310进行加压，在保持恒定压力达到预设时长后再对密闭空间310进行降压，在对密闭空间310进行加压时，挠性件300受力朝向载台200方向膨胀，进而可将第一腔室111与第二腔室121之间的待压合膜140挤压至载台200上的基材210上，并维持挤压状态预设时长后再降压，当降压到一定压力值时，再循环上述加压、恒压、降压的过程，由此可对待压合膜140与基材210进行多次压合，可有效提高压合效果，尤其是针对具有高深宽比孔洞结构的基材210，上述多段加压压膜的方式可对高深宽比孔洞具有良好的填覆效果，进而提高了产品性能和可靠性。
55.具体地，参照图1，壳体可以包括第一壳体110和第二壳体120，第一壳体110具有第一腔室111，第二壳体120具有第二腔室121，第一壳体110和第二壳体120均具有一敞口，并于敞口处合围形成壳体的封闭内腔。为了保证内腔的密封性，可以在第一壳体110与第二壳体120的交接处设置密封圈130。
56.载台200设置于第一腔室111内，其承载面用于承载待压合的基材210。其中，载台200可以为吸附平台，例如真空吸附平台或静电吸附平台等。以真空吸附平台为例，基材210可以在负压作用下吸附于真空吸附平台上，不易发生偏移，保证压合过程中，基材210与待压合膜140能够对准压合。其中，待压合膜140可以设置于第一腔室111与第二腔室121之间，当挠性件300受力朝向载台200膨胀，挠性件300可以将第一腔室111与第二腔室121之间的待压合膜140朝向载台200方向挤压，进而将待压合膜140与载台200上的基材210压合在一起。
57.本实施例中，载台200还可以连接传动机构220，传动机构220能够带动载台200上升或下降，以调整载台200在垂直方向上的高度，进而调整载台200上基材210的位置。另外，载台200还具有加热功能。
58.本实施例中，挠性件300可以连接于第二腔室121底部。当第一壳体110与第二壳体120合并后，挠性件300能够位于靠近第一腔室111的位置处，以与第一腔室111中的载台200保持较小的距离，以确保挠性件300膨胀时，能够对载台200上的基材210施加压力。图2示出了挠性件300的设置位置，以及对密闭空间310通入气体后，挠性件300受力膨胀的示意。
59.在其中一个实施例中，挠性件300的中心轴垂直于载台200的承载面。具体地，挠性件300的外边缘可以沿水平方向连接于第二腔室121的底部，由此，当注入气体至密闭空间310时，膨胀起来的挠性件300可以对载台200施加垂直于承载面的压力，有助于将待压合膜140压合至基材210上。
60.当然，挠性件300也可以连接于第二腔室121内的其他位置，例如挠性件300的外边
缘倾斜连接于第二腔室121的侧壁，或者挠性件300的外边缘沿竖直方向连接于第二腔室121的侧壁等等，只要受力膨胀起来的挠性件300能够对第一腔室111内的基材210施加压力即可，本技术对挠性件300的设置位置不做绝对限制。
61.本实施例中，密闭空间310内还设置有加热组件，加热组件贴近挠性件300设置，可以设置于挠性件300的上方。
62.本实施例中，挠性件300可以包括气囊，气囊的材质可以包括软性硅胶等受力能够膨胀的材质。
63.在压膜过程中，控制器可以控制气体管路内气体的流动方向，进而控制密闭空间310内的压力，密闭空间310内的压力越大，挠性件300受力越大，对待压合膜140与基材210的压合力越大，反之，密闭空间310内的压力越小，挠性件300受力越小，对待压合膜140与基材210的压合力越小。
64.本实施例中，在一次压膜过程中，可以对密闭空间310内的压力进行至少两次循环控制。每一次循环控制的过程包括对密闭空间310加压；保持密闭空间310内恒压状态达到预设时长；对密闭空间310降压。上述过程也即，控制挠性件300膨胀开，对待压合膜140和基材210进行施压；当挠性件300膨胀到一定程度，保持当前膨胀状态不变，即保持挠性件300对待压合膜140和基材210的恒定施压状态达到预设时长；控制挠性件300收缩，减小对待压合膜140和基材210的压力。当单次循环结束，又开始新的压力循环控制，即，在减小对待压合膜140和基材210的压力后，再次对密闭空间310加压，使挠性件300膨胀，以对待压合膜140和基材210施压，保持恒压状态达到预设时长后再降压。由此，在一次压膜过程中，可对待压合膜140和基材210进行反复多次压合，对高深宽比孔洞具有良好的填覆效果。
65.对各个循环控制中各控制节点的压力可以灵活设置。
66.在其中一个实施例中，在各次循环控制中，加压所达到的压力值相同或不同。例如，在各次循环控制中，加压所达到的压力值可以保持一致，也可以逐渐增加或减小，还可以先增加后减小，或者先减小或增加，或者随机变化均可，本实施例中，对每次加压所达到的压力值不做具体限制，可根据实际需求而定。
67.在其中一个实施例中，在各次循环控制中，降压所达到的压力值相同或不同。即，在各次循环控制中，降压所达到的压力值可以保持一致，例如均为同一大于0的压力值，或者均为零压，或者均为小于0的压力值(即真空状态)；在各次循环控制中，降压所达到的压力值也可以不同，例如，可以为大于0的不同压力值，或者部分为大于0的压力值，部分为零压或部分小于0等。同样地，本实施例中，对每次降压所达到的压力值不做具体限制，可根据实际需求而定。
68.在其中一个实施例中，在各次循环控制中，降压所达到的压力值大于0或等于0或小于0。即，在降压过程中，可以将密闭空间内的压力降至大于0的某一压力值，也可以降至零压状态，还可以在降至零压状态后对密闭空间进行抽真空处理，以使密闭空间内达到真空状态。
69.以下列举了三种循环控制的示例，图4～6为各示例所对应的时间与压力的关系图。
70.参照图4，在各次循环控制中，加压所达到的压力值相同，降压所达到的压力值也相同。即，在每次循环控制过程中，挠性件300对待压合膜140和基材210施加的压力相同，降
压所达到的压力值均小于0。
71.参照图5，在各次循环控制中，加压所达到的压力值相同，降压所达到的压力值不全相同，在前两次循环控制中降压所达到的压力值为0，最后一次循环控制中降压所达到的压力值小于0。
72.参照图6，在各次循环控制中，加压所达到的压力值逐渐增加，降压所达到的压力值不全相同。即，在各次循环控制中，加压所达到的压力值逐渐增加，即挠性件300以越来越大的压力去挤压待压合膜140和基材210。在前两次循环控制中降压所达到的压力值为0，最后一次循环控制中降压所达到的压力值小于0。
73.图3为传统技术中，单段加压覆膜方式所对应的时间与压力的关系图。参照图3，传统技术中，加压至p1压力值时，保持p1压力值达到预设时长t1后，降压以及抽真空处理，达至真空值p2，即完成压膜过程。
74.在其中一个实施例中，气体管路包括进气管路、排气管路和抽真空管路420。其中，进气管路用于向密闭空间310通入气体，排气管路用于将密闭空间310内的气体对外排出，抽真空管路420用于对密闭空间310进行抽真空。
75.本实施例中，在对密闭空间310加压时，控制器控制进气管路开启，气体经进气管路进入密闭空间310。在对密闭空间310降压时，控制器控制排气管路开启，密闭空间310内的气体经排气管路排出；或者控制抽真空管路420开启，密闭空间310内的气体经抽真空管路420排出。其中，在降压节点，可以仅控制排气管路开启，将密闭空间310内的气体经排气管路排出，使密闭空间310内的压力为零压，也可以先控制排气管路开启，将密闭空间310内的气体经排气管路排出，使密闭空间310内的压力为零压，然后再开启抽真空管路420，对密闭空间310进行抽真空处理，使密闭空间310为真空状态。
76.参照图7，在其中一个实施例中，进气管路和排气管路合并为一条进排气管路410，进排气管路410包括进气端411、排气阀412、第一开关阀413，第一开关阀413经管路连通密闭空间310。排气阀412包括第一端a、第二端b和第三端c，第一端a连接进气端411，第二端b连接第一开关阀413，第三端c为排气端。当气体由进气端411进入第一端a时，气体由第一端a经排气阀412的内部进入第二端b；当密闭空间310内的气体经第一开关阀413进入第二端b时，气体由第二端b经排气阀412的内部进入第三端c以排出。
77.即，排气阀412为三通阀门，其连接于进气端411和第一开关阀413之间，加压和降压过程中，第一开关阀413均开启。加压过程为：气体由进气端411进入，排气阀412内的气体流通方向是第一端a至第二端b，即气体由排气阀412的第一端a传输至第二端b，由第二端b传输至第一开关阀413，进而通入密闭空间310内。降压过程为：密闭空间310内的气体经第一开关阀413传输至排气阀412的第二端b，此时排气阀412内的气体流通方向为第二端b至第三端c，即，气体由第二端b传输至第三端c，经第三端c排出。
78.通过上述排气阀412的设置，可以在降压节点，快速排气降压，并且能够实现充放气过程的快速切换，有效缩短了加压节点压力的震荡时间。
79.在其中一个实施例中，进气端411与排气阀412之间还设置有电空比例阀414。通过电空比例阀414可以设定加压压力值，进而准确控制进气量。
80.在其中一个实施例中，抽真空管路420包括抽气端421和第二开关阀422，第二开关阀422经管路连通密闭空间310。当需对密闭空间310抽真空处理时，即可开启第二开关阀
422，抽气端421通过管路将密闭空间310内的气体向外抽出。
81.在其中一个实施例中，抽真空管路420还包括第三开关阀，第三开关阀的一端连接抽气端421，另一端连通第一腔室111。即，抽真空管路420还可以对第一腔室111进行抽真空处理，且可通过第三开关阀单独控制，在压膜之前，可以开启第三开关阀，对第一腔室111进行抽真空，以避免第一腔室111内存在气体而使基材210与待压合膜140压合之后形成的膜材中产生气泡。由于可以对第三开关阀和第二开关阀422单独控制，因此对第一腔室111的抽真空过程可以与对密闭空间310的抽真空过程独立进行。
82.需要说明的是，第二开关阀422所连接的抽气端与第三开关阀所连接的抽气端可以是同一个，也可以是独立设置的两个，在实际应用中，对此不做绝对限制。
83.另外，参照图7，本实施例中，在气体管路上还设置有压力表430，通过压力表430可以实时获知当前管路中的压力。
84.在一个实施例中，还提供了一种压膜系统，参照图7，包括待压合膜140、基材210以及如上所述的压膜结构，其中，待压合膜140设置于第一腔室111和第二腔室121之间，基材210设置于载台200上。挠性件300在受到密闭空间310内的压力时，朝向载台200膨胀，以挤压待压合膜140和基材210。
85.本实施例提供的压膜系统，在一次压膜过程中，控制器对挠性件300与第二腔室121合围形成的密闭空间310内的压力进行至少两次循环控制，单次循环控制包括控制气体经气体管路对密闭空间310进行加压，在保持恒定压力达到预设时长后再对密闭空间310进行降压，在对密闭空间310进行加压时，挠性件300受力朝向载台200方向膨胀，进而可将第一腔室111与第二腔室121之间的待压合膜140挤压至载台200上的基材210上，并维持挤压状态预设时长后再降压，当降压到一定压力值时，再循环上述加压、恒压、降压的过程，由此可对待压合膜140与基材210进行多次压合，可有效提高压合效果，尤其是针对具有高深宽比孔洞结构的基材210，上述多段加压压膜的方式可对高深宽比孔洞具有良好的填覆效果，进而提高了产品性能和可靠性。
86.本实施例中，待压合膜140可以被引导铺设于第一腔室111与第二腔室121之间，基材210放置于第一腔室111内的载台200上，当第二腔室121内的挠性件300受到密闭空间310内的压力时，挠性件300朝向第一腔室111的方向膨胀，进而朝向载台200的方向挤压待压合膜140，使得待压合膜140与载台200上的基材210压合形成膜材。
87.其中，待压合膜140包括干膜，干膜可以是mold sheet或pi感光胶或者其他干性的膜材料。基材210可以包括但不限于纯硅片、玻璃、pcb板、蓝宝石基板、sin、sic、gaas中的任意一种。
88.本实施例提供的压膜系统与前述实施例提供的压膜结构属于同一发明构思，关于压膜结构的具体内容，可以参见前述实施例提供的压膜结构中的具体描述，在此不再赘述。
89.在一个实施例中，还提供一种压膜方法，应用于如上所述的压膜结构。参照图8，本实施例提供的压膜方法包括以下步骤：
90.步骤s200、将基材210放置于载台200的承载面上，将待压合膜140铺设于第一腔室111和第二腔室121之间。
91.首先将基材210放置于载台200的承载面上，其中，载台200可以为真空吸附平台，即基材210可以被真空吸附在载台200上。在基材210放置完毕后，可以控制载台200的传动
机构220带动载台200下降至一定的高度，然后将待压合膜140铺设于第一腔室111的上表面，再将第二壳体120与第一壳体110合并，即第一腔室111与第二腔室121合并为壳体的内腔，此时，待压合膜140位于第一腔室111与第二腔室121之间。
92.步骤s400、对挠性件300与第二腔室121合围而成的密闭空间310以及第一腔室111抽真空。
93.在放置好基材210和待压合膜140之后，即可控制开启气体管路中的抽真空管路420对密闭空间310以及第一腔室111进行抽真空处理，以形成真空环境，以使后续压合过程可以在真空环境中进行，进而避免压合后形成的膜材中产生气泡。
94.步骤s600、通过控制气体管路中的气体流向，对密闭空间310内的压力进行至少两次循环控制；其中，单次循环控制包括：控制气体经气体管路对密闭空间310加压，以使挠性件300朝向载台200膨胀，挤压待压合膜140和基材210，在保持恒定压力达到预设时长后再降压。
95.在形成真空环境之后，可以控制载台200的传动机构220带动载台200上升至靠近第一腔室111的上表面的位置，以便在后续压合过程中，挠性件300可以较为容易地将待压合膜140挤压至基材210上。其中，上升之后的载台200距离第一腔室111的上表面的距离可以位于0～10mm之间。
96.在对载台200的位置进行调整之后，即可控制气体管路中的气体流向，对密闭空间310内的压力进行至少两次循环控制。关于循环控制的具体内容可以参见前述实施例提供的压膜结构中的具体描述，在此不再赘述。
97.本实施例提供的压膜方法，在一次压膜过程中，对挠性件300与第二腔室121合围形成的密闭空间310内的压力进行至少两次循环控制，单次循环控制包括控制气体经气体管路对密闭空间310进行加压，在保持恒定压力达到预设时长后再对密闭空间310进行降压，在对密闭空间310进行加压时，挠性件300受力朝向载台200方向膨胀，进而可将第一腔室111与第二腔室121之间的待压合膜140挤压至载台200上的基材210上，并维持挤压状态预设时长后再降压，当降压到一定压力值时，再循环上述加压、恒压、降压的过程，由此可对待压合膜140与基材210进行多次压合，可有效提高压合效果，尤其是针对具有高深宽比孔洞结构的基材210，上述多段加压压膜的方式可对高深宽比孔洞具有良好的填覆效果，进而提高了产品性能和可靠性。
98.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
99.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。