專利名稱：導(dǎo)電粘著材料注塑到非矩形模具中多個(gè)空腔的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在電子焊點(diǎn)上放置諸如焊料之類的導(dǎo)電粘著材料的領(lǐng)域，尤其涉及在集成電路芯片焊點(diǎn)上注塑焊料的填充技術(shù)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代半導(dǎo)體器件中，日益增長(zhǎng)的器件密度和日益減小的器件尺寸對(duì)這些器件的封裝或互連技術(shù)提出了更苛刻的要求。傳統(tǒng)上，在封裝IC芯片時(shí)使用倒裝芯片貼裝法。在倒裝芯片貼裝法中，在管芯的表面上形成焊球陣列，而不是將IC管芯貼附到封裝中的引線框架。一種形成焊球的工藝是利用通過(guò)掩模蒸鍍鉛和錫以產(chǎn)生期望的焊球的方法來(lái)執(zhí)行的。
通過(guò)掩模蒸鍍的一個(gè)問題是材料的使用非常低效。由于近來(lái)諸如超低α鉛和無(wú)鉛驅(qū)動(dòng)的材料要求增加了材料成本，因此材料使用的效率正變得日益重要。通過(guò)掩模蒸鍍的另一個(gè)問題是，當(dāng)凸塊間距降低到225μm以下時(shí)，蒸鍍的成品率開始降低。此外，用無(wú)鉛焊料需要更長(zhǎng)的蒸鍍時(shí)間。蒸鍍法的另一個(gè)問題是用于300mm晶片的300mm蒸鍍掩模不是很穩(wěn)定或牢靠。
也提出了其它能夠?qū)Χ喾N襯底形成焊料凸塊的焊球形成技術(shù)，如焊料電鍍和焊膏絲網(wǎng)印刷。在焊料電鍍中，焊料層被直接涂敷到導(dǎo)電圖案上。可以使用焊料涂層作為蝕刻掩模。當(dāng)在最小尺寸上對(duì)包含焊料結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底形成凸塊時(shí)，這些技術(shù)相當(dāng)好用。其中更普遍使用的一種技術(shù)是焊膏絲網(wǎng)印刷技術(shù)，它可以用來(lái)覆蓋8英寸晶片的整個(gè)區(qū)域。然而，隨著近來(lái)器件尺寸微型化和凸塊到凸塊間隔(或間距)縮小的趨勢(shì)，焊膏絲網(wǎng)印刷技術(shù)變得難以實(shí)用。例如，對(duì)現(xiàn)代IC器件應(yīng)用焊膏絲網(wǎng)印刷技術(shù)的一個(gè)問題是焊膏成分本身。焊膏通常由助焊劑和焊料合金顆粒構(gòu)成。隨著焊料凸塊體積減小，焊膏成分的一致性和均勻性變得更加難以控制。
這個(gè)問題的一種可能的解決方案是利用包含極小和均勻的焊料顆粒的焊膏。然而，這只能以高成本的代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)代高密度器件中使用焊膏絲網(wǎng)印刷技術(shù)的另一個(gè)問題是凸塊之間的間距減少。由于從絲網(wǎng)印刷的焊膏到得到的焊料凸塊存在大的體積減少，因此絲網(wǎng)印刷孔的直徑必須比最終的凸塊的直徑大很多。對(duì)凸塊嚴(yán)格的大小控制使得焊膏絲網(wǎng)印刷技術(shù)不適于高密度器件的應(yīng)用。
最近開發(fā)的注塑焊料(“IMS”)技術(shù)試圖通過(guò)分配熔融焊料而非焊膏來(lái)解決這些問題。然而，當(dāng)對(duì)晶片形狀的襯底實(shí)施該技術(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)了問題。國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司共同擁有的美國(guó)專利No.5,244,143披露了一種注塑焊料(IMS)技術(shù)，通過(guò)引用將其全部并入這里。IMS技術(shù)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是熔融焊料與得到的焊料凸塊之間的體積變化很小。IMS技術(shù)利用焊料頭(solder head)填充諸如硼硅玻璃、硅、聚合物、金屬等各種材料的模具，模具的寬度足夠覆蓋大多數(shù)單芯片模塊。當(dāng)焊料頭在模具上移動(dòng)時(shí)多余的焊料被去除。然后通過(guò)在轉(zhuǎn)移(transfer)工藝中將熔融焊料施加到襯底上，來(lái)執(zhí)行用于焊料接合的IMS。當(dāng)遇到較小的襯底(即，芯片級(jí)或單芯片模塊)時(shí)，由于填充焊料的模具和襯底面積相對(duì)較小，可以容易地以多種結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)和結(jié)合，因此容易實(shí)施轉(zhuǎn)移工藝。例如，在將芯片結(jié)合到襯底時(shí)常常使用縫隙光學(xué)對(duì)準(zhǔn)(split-optic alignment)工藝。也可以用相同的工藝來(lái)將芯片級(jí)IMS模具結(jié)合到將形成凸塊的襯底(芯片)上。當(dāng)前IMS系統(tǒng)的一個(gè)問題是它們被限制為將焊料線性沉積到矩形模具中。即，模具和焊料頭彼此線性地移動(dòng)，使得空腔垂直于焊料頭中的狹縫運(yùn)動(dòng)，以便在空腔經(jīng)過(guò)時(shí)將其填充。模具限于矩形結(jié)構(gòu)。
因此，需要克服上面討論的現(xiàn)有技術(shù)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)單地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明披露了一種將導(dǎo)電粘著材料注塑到非矩形模具中的多個(gè)空腔中的系統(tǒng)和方法。該方法包括將填充頭與非矩形模具對(duì)準(zhǔn)。非矩形模具包括多個(gè)空腔。將填充頭放置得與非矩形模具基本上接觸。在填充頭與非矩形模具基本上接觸的同時(shí)，對(duì)非矩形模具和填充頭中的至少一個(gè)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。迫使導(dǎo)電粘著材料離開填充頭到非矩形模具。在多個(gè)空腔中的至少一個(gè)空腔與填充頭接近的同時(shí)，將導(dǎo)電粘著材料提供到所述至少一個(gè)空腔中。
在本發(fā)明另一實(shí)施例中，披露了一種將導(dǎo)電粘著材料注塑到非矩形模具中的多個(gè)空腔中的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)非矩形模具，該模具包括至少一個(gè)空腔。還包括至少一個(gè)導(dǎo)電粘著材料放置設(shè)備，用于將導(dǎo)電粘著材料提供到至少一個(gè)非矩形模具的至少一個(gè)空腔中。
該導(dǎo)電粘著材料放置設(shè)備包括填充頭，用于將填充頭與所述至少一個(gè)非矩形模具對(duì)準(zhǔn)。該設(shè)備還將填充頭放置得與所述至少一個(gè)非矩形模具基本上接觸。該放置設(shè)備中還包括導(dǎo)電材料容器。容器與填充頭機(jī)械耦接，用于從材料容器將導(dǎo)電粘著材料提供到填充頭。該系統(tǒng)還包括用于在填充頭與所述至少一個(gè)非矩形模具基本上接觸的同時(shí)對(duì)填充頭和所述至少一個(gè)非矩形模具中的至少一個(gè)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置。
本發(fā)明上述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，可以使用IMS系統(tǒng)填充非矩形模具或襯底。本發(fā)明使得能夠使用與其相關(guān)晶片更精密相似的模具。此外，本發(fā)明的填充頭提供用于在填充頭中通入氣體的裝置，以便以更受控制、更精確的方式保持導(dǎo)電粘著材料熔融和凝固導(dǎo)電粘著材料。


附圖與下面的詳細(xì)描述一起在這里構(gòu)成說(shuō)明書的部分，用于進(jìn)一步圖解各個(gè)實(shí)施例和說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的各種原理和優(yōu)點(diǎn)，其中在各個(gè)附圖中相同的附圖標(biāo)記始終指代相同或功能類似的元件。
圖1-5是IMS系統(tǒng)的頂視圖，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、使用旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)將導(dǎo)電粘著材料填入非矩形模具中的空腔的漸進(jìn)序列，其中旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)實(shí)現(xiàn)第一類型的填充頭(fill head)；圖6-9是IMS系統(tǒng)的頂視圖，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、在將導(dǎo)電粘著材料填入非矩形模具中的空腔之后、從該非矩形模具轉(zhuǎn)移第一類型的填充頭的漸進(jìn)序列；圖10-12是IMS系統(tǒng)的頂視圖，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、使用旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)將導(dǎo)電粘著材料填入非矩形模具中的空腔的漸進(jìn)序列，其中旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)實(shí)現(xiàn)第二類型的填充頭；圖13-15是IMS系統(tǒng)的頂視圖，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、在將導(dǎo)電粘著材料填入非矩形模具中的空腔之后、從該非矩形模具轉(zhuǎn)移第二類型的填充頭的漸進(jìn)序列；圖16-20是IMS系統(tǒng)的頂視圖，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、使用旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)將導(dǎo)電粘著材料填入非矩形模具中的空腔的漸進(jìn)序列，其中旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)實(shí)現(xiàn)第三類型的填充頭；圖21-22是IMS系統(tǒng)的頂視圖，示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、在將導(dǎo)電粘著材料填入非矩形模具中的空腔之后、從該非矩形模具轉(zhuǎn)移第三類型的填充頭的漸進(jìn)序列；圖23是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的IMS填充頭的橫截面視圖；圖24是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、圖23的IMS填充頭的平面圖；圖25是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一IMS填充頭的橫截面視圖；圖26是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、圖25的IMS填充頭的平面橫截面視圖；圖27是示出使用旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)填充非矩形模具的示例性工藝的操作流程圖。
具體實(shí)施例方式
按照要求，這里披露本發(fā)明的具體實(shí)施例；然而應(yīng)當(dāng)理解，所披露的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的示例，而本發(fā)明可以以各種形式實(shí)現(xiàn)。因此，這里所披露的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制性的，而是僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)以及作為向本領(lǐng)域技術(shù)人員講述以各種方式在任何本質(zhì)上適合的具體結(jié)構(gòu)中實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。此外，這里使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)并非意圖限制性的；相反，是為了提供對(duì)本發(fā)明的易于理解的描述。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“一”/“一個(gè)”(“a”或“an”)被定義為一個(gè)或多于一個(gè)。這里使用的術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”被定義為兩個(gè)或多于兩個(gè)。這里使用的術(shù)語(yǔ)“另一個(gè)”被定義為至少第二個(gè)或更多。這里使用的術(shù)語(yǔ)“包括(including)”和/或“具有”被定義為包括(comprising)(即，開放式語(yǔ)言)。這里使用的術(shù)語(yǔ)“耦接”被定義為連接，盡管不一定是直接的，也不一定是機(jī)械的。
根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明通過(guò)提供使用IMS系統(tǒng)填充非矩形模具或襯底的技術(shù)，克服了現(xiàn)有技術(shù)的問題。本發(fā)明使得能夠使用與其相關(guān)晶片更精密相似的模具。此外，本發(fā)明的填充頭提供將氣體通入填充頭各處以便熔融和凝固導(dǎo)電粘著材料的裝置。非矩形模具允許模具材料和加工技術(shù)的靈活性。例如，硅具有可制造性的優(yōu)點(diǎn)，并且可以被非常準(zhǔn)確地蝕刻。此外，非矩形模具的使用使得能夠在產(chǎn)品上直接沉積導(dǎo)電粘著材料。
用于旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)實(shí)現(xiàn)的示例性IMS系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，圖1-5示出利用旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)的示例性IMS系統(tǒng)100的漸進(jìn)序列。示例性IMS系統(tǒng)100包括非矩形模具102。非矩形模具102在一個(gè)實(shí)施例中是圓形的，然而根據(jù)本發(fā)明也可以使用其它非矩形結(jié)構(gòu)。例如，模具102可以包括橢圓、六邊形、三角形、星形或這些形狀的任何組合。在一個(gè)實(shí)施例中，非矩形模具102對(duì)應(yīng)于硅晶片。在一個(gè)實(shí)施例中，非矩形模具102由玻璃、硅、金屬等構(gòu)成。例如，硼硅玻璃具有與硅晶片相同的熱膨脹系數(shù)。在另一實(shí)施例中，對(duì)模具可以使用偏置的材料(例如鉬)，以校正模具和晶片之間熱膨脹系數(shù)的不匹配。
非矩形模具102包括對(duì)應(yīng)于晶片(未示出)上的濕焊點(diǎn)(wettingpad)的多個(gè)空腔104。正方形邊界106表示芯片邊界，并且僅僅是用于說(shuō)明目的。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)硼硅玻璃表面涂敷聚酰亞胺來(lái)形成空腔104。然后聚酰亞胺層被激光加工，來(lái)僅在聚酰亞胺層中產(chǎn)生空腔104。在另一實(shí)施例中，使用濕蝕刻來(lái)形成空腔104。然而，考慮到這里給出的討論，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)很好地理解，本發(fā)明不限于這兩種形成空腔的工藝。
IMS系統(tǒng)100中還包括填充頭108。填充頭108在一個(gè)實(shí)施例中由玻璃、金屬、石墨等制成。填充頭108被配置成使得它在非矩形模具102的表面110上平滑地掃過(guò)。示例性填充頭108在填充頭108的面對(duì)模具102的表面上具有光滑涂層(未示出)，該涂層具有低摩擦系數(shù)以確保在非矩形模具102上平滑掃過(guò)。例如，光滑表面可以是O型環(huán)或任何使得能夠平滑掃過(guò)的其它表面。容器(reservoir)(未示出)耦接到填充頭108，以容納將要通過(guò)填充頭108提供到空腔104的材料。例如，容器(未示出)內(nèi)容納導(dǎo)電有機(jī)材料，如導(dǎo)電環(huán)氧樹脂、焊膏、浸漬有導(dǎo)體(例如金屬微粒)的粘合劑等。
在該公開全文中，將使用術(shù)語(yǔ)“焊料”作為要沉積到空腔104中的材料類型的例子。填充頭108還包括傳送槽(或狹縫)112，使得焊料材料能夠從容器(未示出)流入空腔104中。在一個(gè)實(shí)施例中，填充頭108還包括至少一個(gè)氣體通道(未示出)，該氣體通道包括具有高于焊料熔點(diǎn)的溫度的氣體。這使來(lái)自填充頭108的焊料更充分地液化(熔融)并流入空腔104。將在下面更詳細(xì)討論填充頭108。
在一個(gè)實(shí)施例中，可選的填充刀(fill blade)(未示出)也耦接到填充頭108。可選的填充刀(未示出)位于填充頭108的與模具的表面110接觸的部分。可選的填充刀(未示出)被定位為使得空腔104在經(jīng)過(guò)可選填充刀(未示出)下方之前被填充。當(dāng)焊料提供到空腔104時(shí)，可選填充刀(未示出)防止焊料漏出到傳送槽(狹縫)112外。當(dāng)可選填充刀(未示出)的位置對(duì)著非矩形模具102的表面110時(shí)，產(chǎn)生使得能夠排出空腔內(nèi)的空氣的封口?？蛇x填充刀(未示出)包括柔性或剛性材料。在另一實(shí)施例中，不需要填充刀。例如，在另一實(shí)施例中，填充頭108自身用作填充刀。在該實(shí)施例中，填充頭108的底面(在一個(gè)例子中是平坦光滑的)以足夠的壓力壓到模具上，以對(duì)模具102產(chǎn)生橡皮刷的效果。
圖1-5示出沿著非矩形模具102的半徑放置的填充頭108。在一個(gè)實(shí)施例中，填充頭108比非矩形模具102的半徑稍長(zhǎng)。圖2-5以90度遞增量示出當(dāng)填充頭108繞模具102的中心旋轉(zhuǎn)、或者非矩形模具102繞其中心旋轉(zhuǎn)、或者兩者同時(shí)旋轉(zhuǎn)時(shí)的IMS系統(tǒng)100。應(yīng)當(dāng)注意的是，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以施加給非矩形模具102和填充頭108中的一個(gè)或兩者。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，非矩形模具102旋轉(zhuǎn)360度，而填充頭108保持固定。在另一實(shí)施例中，填充頭108旋轉(zhuǎn)360度，而非矩形模具102保持固定。在再一個(gè)實(shí)施例中，非矩形模具102和填充頭108彼此相互地旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在一個(gè)實(shí)施例中是連續(xù)的，從而非矩形模具102和/或填充頭108平滑地旋轉(zhuǎn)而不停止。在另一實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)力是以遞增的方式施加的。盡管示出以逆時(shí)針方式旋轉(zhuǎn)，但也可以以順時(shí)針方式施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在該公開全文中，將描述一個(gè)示例性實(shí)施例，其中填充頭108保持固定，而非矩形模塊102旋轉(zhuǎn)。此外，即使在這個(gè)例子中示出單個(gè)非矩形模具102和單個(gè)填充頭108，但考慮到這里給出的討論，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中可以結(jié)合多個(gè)非矩形模具102和/或多個(gè)填充頭108。此外，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明，非矩形模具102可以位于填充頭108上面或下面。
當(dāng)非矩形模具102繞其中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，空腔104經(jīng)過(guò)傳送槽(或狹縫)112下面。例如，通過(guò)將氣體(如氮?dú)饣驓鍤?注入容器(未示出)中，向容器(未示出)中的焊料施加背壓。背壓迫使熔融焊料從容器(未示出)流到傳送槽(或狹縫)112，由此熔融焊料離開填充頭到非矩形模具102的表面110。當(dāng)非矩形模具102旋轉(zhuǎn)時(shí)，填充頭108保持與非矩形模具102的表面110基本上接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，熔融焊料被直接沉積到襯底自身(如支持電路的襯底)，而不使用模具102。在該實(shí)施例中，襯底是非矩形的，并且具有與模具102上的空腔104類似的空腔。當(dāng)直接將焊料沉積到非矩形襯底上時(shí)，可應(yīng)用與上面參照模具102描述的過(guò)程相同的過(guò)程。
填充刀(未示出)(其也與表面110基本上接觸)呈現(xiàn)橡皮刷的效果，并且將熔融焊料導(dǎo)入非矩形模具102的空腔104中。在圖2-5中，已被填充的空腔用變暗的圓圈表示。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，填充頭108還包括至少一個(gè)氣體通道(未示出)，該氣體通道包括具有低于焊料熔點(diǎn)的溫度的氣體。這使得當(dāng)空腔經(jīng)過(guò)填充頭108的后邊沿114下面時(shí)，熔融或液化的焊料在空腔104中凝固。填充頭108將在下面詳細(xì)討論。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用焊料填充非矩形模具的能力。當(dāng)前的IMS系統(tǒng)以直線方式工作。即，模具和填充頭在直線方向上相互運(yùn)動(dòng)。就圓形晶片的使用而言，諸如圓形模具之類的非矩形模具是可取的。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)使得能夠在不用轉(zhuǎn)換器(adapter)的情況下填充諸如圓形模具之類的非矩形模具。例如，現(xiàn)有技術(shù)在圓形模具上放置矩形轉(zhuǎn)換器，并且在直線方向上將填充頭掃過(guò)模具。
在非矩形模具102旋轉(zhuǎn)了360度之后，所有的空腔104被填充。然后，填充頭108可以轉(zhuǎn)移到相鄰模具(未示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)填充頭108在模具之間轉(zhuǎn)移時(shí)，背壓被釋放，從而使焊料從傳送槽(或狹縫)112縮回。然而，在某些情況下，填充頭108或填充頭108的一部分將伸展到非矩形模具102以外，從而在填充頭108轉(zhuǎn)移時(shí)暴露傳送槽(或狹縫)112。這可能導(dǎo)致焊料泄漏出填充頭，危及已填充的空腔和/或浪費(fèi)焊料。為了避免這個(gè)問題，在一個(gè)實(shí)施例中，停放刀(parking blade)644耦接到非矩形模具102的邊沿，其中在該邊沿處填充頭108轉(zhuǎn)移到下一非矩形模具102。
圖6-9示出停放刀602耦接到非矩形模具102的實(shí)施例。一旦用焊料填充了非矩形模具102上的空腔104，就移動(dòng)非矩形模具102，使得填充頭108轉(zhuǎn)移到下一模具(未示出)。當(dāng)非矩形模具102被移動(dòng)時(shí)，填充頭108的一部分或整個(gè)填充頭108伸展到非矩形模具102以外，如圖8或9所示。填充頭108保持與停放刀602基本上接觸，從而防止焊料的溢出。
利用第二類型的填充頭的示例性IMS系統(tǒng)圖10-12示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中填充頭1008比非矩形模具1002的直徑稍長(zhǎng)。圖10-12以90度間隔示出非矩形模具1002旋轉(zhuǎn)180度的漸進(jìn)序列。填充頭1008沿著非矩形模具1002的直徑對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)非矩形模具1002繞其中心旋轉(zhuǎn)時(shí)，熔融焊料從傳送槽1012流到非矩形模具的表面1010。當(dāng)非矩形模具1002旋轉(zhuǎn)時(shí)，填充刀(未示出)將熔融焊料導(dǎo)入空腔1004。在該實(shí)施例中，填充頭1008是雙向的。換而言之，填充頭1008在兩個(gè)方向上填充空腔1004。例如，從與填充位于非矩形模具1002的下半部1018上的空腔1004的方向相反的方向，填充位于非矩形模具1002的上半部1016上的空腔。
為了填充所有空腔1004，非矩形模具1002只需要旋轉(zhuǎn)180度。因此本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)使用不同的填充頭108、1008可控制空腔1004的填充時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，填充頭1008包括填充頭1008的第一邊沿1014和第二邊沿1020上的氣體通道1122、1124、1126、1128(圖11)的集合。例如，圖11-12示出填充頭1008的前邊沿1014上的第一氣體通道1122和第二氣體通道1124、以及非矩形模具1002的后邊沿1020上的第三氣體通道1126和第四氣體通道1128。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第四氣體通道1122、1128包括具有高于焊料熔點(diǎn)的溫度的氣體，而第二和第三氣體通道1124和1126包括具有低于焊料熔點(diǎn)的溫度的氣體。氣體通道1122、1124、1126、1128的這種配置使得能夠沿逆時(shí)針方向填充空腔104，并且在經(jīng)過(guò)填充頭108的相反邊沿下面時(shí)在空腔中凝固熔融焊料。當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體通道1122、1124、1126、1128被反過(guò)來(lái)。在另一實(shí)施例中，第一和第四氣體通道1122、1128以及第二和第三氣體通道1126、1128分別彼此機(jī)械耦接。
圖13-15示出本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中停放刀1344耦接到非矩形模具1002，從而非矩形模具1002可以轉(zhuǎn)移到相鄰非矩形模具(未示出)而不溢出焊料。停放刀1344具有比填充頭1008大的寬度。當(dāng)移動(dòng)非矩形模具1002使得非矩形模具1002較窄的部分通過(guò)填充頭1008下面時(shí)，填充頭1008伸展到非矩形模具1002的邊沿以外。在沒有停放刀1344的情況下，焊料將從填充頭1008溢出，導(dǎo)致浪費(fèi)和/或危及已填充的空腔104。停放刀1344通過(guò)保持與填充頭1008基本上接觸，使得填充頭1008能夠平滑地轉(zhuǎn)移到下一非矩形模具1002。
利用第三類型的填充頭的示例性IMS系統(tǒng)圖16-20示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、實(shí)現(xiàn)基本上彎曲的填充頭1608的IMS系統(tǒng)1600。圖16-20以90度遞增量示出非矩形模具102在旋轉(zhuǎn)360度的同時(shí)被填充熔融焊料的漸進(jìn)序列。在一個(gè)實(shí)施例中，基本上彎曲的填充頭1608相對(duì)于非矩形模具1602的周邊1630的曲率而基本上彎曲?；旧蠌澢奶畛漕^1608沿著非矩形模具1602的半徑對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)非矩形模具1602旋轉(zhuǎn)360度時(shí)，空腔1604經(jīng)過(guò)傳送槽1612下面。向容器(未示出)施加背壓，使得熔融焊料流出填充頭1612并流到非矩形模具1602的上表面1610?？蛇x填充刀(未示出)迫使熔融焊料進(jìn)入空腔1604。當(dāng)填有熔融焊料的空腔1604經(jīng)過(guò)基本上彎曲的填充頭1608的后邊沿1614下面時(shí)，熔融焊料凝固。
在填充空腔1604之后，基本上彎曲的填充頭1608通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)基本上彎曲的填充頭1608而轉(zhuǎn)移到下一非矩形模具1602。例如，圖21-22示出轉(zhuǎn)動(dòng)基本上彎曲的填充頭1608，使得基本上彎曲的填充頭1608在非矩形模具1602的外周1630的上面經(jīng)過(guò)。傳送槽1612與外周1630對(duì)準(zhǔn)，如圖21-22所示?；旧蠌澢奶畛漕^1608在轉(zhuǎn)移到相鄰模具(未示出)的整個(gè)期間，能夠不使用停放刀而保持與非矩形模具1602基本上接觸。在該實(shí)施例中，各非矩形模具1602彼此定位為使得模具1602之間產(chǎn)生最小的間隙。在另一實(shí)施例中，當(dāng)下一非矩形模式(未示出)轉(zhuǎn)移到基本上彎曲的填充頭1608下面時(shí)，基本上彎曲的填充頭1608保持靜止不動(dòng)。
示例性填充頭圖23和24分別示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的填充頭2308的橫截面視圖和平面圖。填充頭2308具有導(dǎo)電粘著材料容器2346，用于容納要沉積到模具的空腔中的導(dǎo)電粘著材料。通過(guò)將氣體經(jīng)由背壓端口2348注入容器2346來(lái)施加背壓。當(dāng)諸如焊料之類的導(dǎo)電粘著材料被加熱時(shí)，它從容器2346通過(guò)通道2332流到傳送槽(或狹縫)2312中。傳送槽(或狹縫)2312使得熔融焊料能夠流到非矩形模具的上表面上。填充頭2312還包括可選填充刀(未示出)?？蛇x填充刀(未示出)將熔融焊料導(dǎo)入非矩形模具的空腔，并且防止熔融焊料泄漏。
填充頭2308還包括氣體通道2334、2336，用于容納氣體端口2340提供的氣體。每個(gè)氣體通道位于填充頭2308的邊沿2314、2320上。耦接到氣體端口2340的氣體線路2338將氣體輸送到氣體通道2334、2336。根據(jù)施加到非矩形模具和/或填充頭2308的旋轉(zhuǎn)方向，氣體通道2334、2336之一容納具有高于材料容器2346中的材料熔點(diǎn)的溫度的氣體。傳輸“熱”氣體的氣體通道2334、2336位于填充頭2308中，使得焊料在被傳送到空腔102時(shí)保持熔融。另一個(gè)氣體通道2334、2336容納具有低于材料熔點(diǎn)的溫度的氣體。這使得空腔中的熔融材料能夠在空腔104經(jīng)過(guò)填充頭108的通有“冷”氣體的區(qū)域下面時(shí)凝固。
另一示例性填充頭圖25-26示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的填充頭2508。與圖23和圖24的填充頭2308類似，圖25和26的填充頭2508包括容器2546、背壓端口2548和傳送槽2512。然而，填充頭2508的每個(gè)邊沿2514、2520處包括至少兩個(gè)氣體通道2522、2524、2526、2528。例如，與參照?qǐng)D11所述的填充頭1008類似，填充頭2508的第一邊沿2514包括第一氣體通道2522和第二氣體通道2524。與參照?qǐng)D11所述的填充頭1008類似，填充頭2508的第二邊沿2520包括第三氣體通道2526和第四氣體通道2528。填充頭2508的第一邊沿2514的第一氣體通道2522通過(guò)第一耦接通道2542耦接到填充頭2508的第二邊沿2520的第四氣體通道2528。類似地，填充頭2508的第一邊沿2514的第二氣體通道2524通過(guò)第二耦接通道2544耦接到填充頭2508的第二邊沿2520的第三氣體通道2526。為了簡(jiǎn)單起見，圖25僅示出耦接通道2542、2544的一部分。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，耦接通道2542、2544一上一下彼此交叉，以分別將第一氣體通道2522耦接到第三氣體通道2528，并將第二氣體通道2524耦接到第四氣體通道2526，如圖26所示。耦接通道2542、2544使得能夠?qū)⒉煌臍怏w放在填充頭2508的不同區(qū)域。
例如，如參照?qǐng)D11的填充頭1008所述，當(dāng)使用沿著非矩形模具1002的直徑工作的填充頭1008時(shí)，在兩個(gè)不同方向上沉積焊料。具有如圖25和26配置的氣體通道使得焊料能夠與一種氣體緊密相鄰，從而保持焊料熔融。氣體通道的配置還使得當(dāng)空腔104經(jīng)過(guò)填充頭2508的通有“冷”氣體的區(qū)域下面時(shí)，熔融焊料能夠在空腔104中凝固。通過(guò)耦接通道2452、2544耦接氣體通道使得能夠根據(jù)模具102和/或填充頭108的旋轉(zhuǎn)而冷卻和加熱要放在不同通道中的氣體。
在填充頭2508中(至少在填充頭2508的特定區(qū)域中)通入熱氣體和冷氣體，使得能夠?qū)μ畛漕^2508和焊料的溫度進(jìn)行的更多控制。例如，來(lái)自模具102的熱/冷負(fù)載可以改變焊料的溫度。在不通入氣體的情況下，需要以高很多的溫度加熱容器，以使焊料不過(guò)早凝固。在另一實(shí)施例中，熱電偶探針(未示出)位于填充頭2508的邊沿2514、2520的至少一個(gè)中，以提供精確的溫度監(jiān)控和反饋。
如圖23-26所述的填充頭2308和2508不僅對(duì)于使用非矩形模具是有利的，而且對(duì)于使用矩形模具也是有利的。當(dāng)前的填充頭在頭中具有電阻加熱器。加熱器被嵌入填充頭的該頭接觸被填充的模具的表面。由于線路中產(chǎn)生熱量再傳到頭需要的時(shí)間，要經(jīng)歷時(shí)間延遲。此外，這些填充頭沒有任何手段來(lái)冷卻空腔內(nèi)的焊料。本發(fā)明的填充頭不經(jīng)歷上述時(shí)間延遲。此外，本發(fā)明的填充頭提供了當(dāng)空腔經(jīng)過(guò)填充頭下面時(shí)冷卻熔融焊料的手段。
用焊料填充非矩形模具的示例性工藝圖27是示出使用旋轉(zhuǎn)填充技術(shù)填充非矩形模具中的空腔的示例性工藝的操作流程圖。圖27的操作流程圖在步驟2702開始，并且直接前進(jìn)到步驟2704。在步驟2704，填充頭與非矩形模具102對(duì)準(zhǔn)。例如，填充頭108沿著半徑或直徑對(duì)準(zhǔn)，這取決于所使用的填充頭類型。在步驟2706，填充頭108被放置得與非矩形模具102基本上接觸。在步驟2708，將旋轉(zhuǎn)力施加到非矩形模具102和/或填充頭108上。在步驟2710，迫使焊料離開填充頭108到非矩形模具102。例如，向容器2346施加背壓，迫使焊料流過(guò)通道2348，并流出填充頭108。填充頭108的邊沿處包括氣體通道，具有溫度高于焊料熔點(diǎn)的氣體。這使得當(dāng)焊料接觸氣體時(shí)，焊料能夠保持液化或熔融。
在步驟2712，當(dāng)至少一個(gè)空腔經(jīng)過(guò)填充頭108下面時(shí)，焊料被提供給非矩形模具102上的該至少一個(gè)空腔?？蛇x填充刀(未示出)呈現(xiàn)橡皮刷的效果，并且將熔融焊料向下引導(dǎo)入到空腔。在步驟2714，當(dāng)焊料與具有低于焊料熔點(diǎn)的溫度的第二氣體接觸時(shí)，該至少一個(gè)空腔中的焊料凝固。在步驟2716，填充頭108轉(zhuǎn)移到相鄰非矩形模具102。在某些示例中，可能需要使用停放刀來(lái)幫助轉(zhuǎn)移，以避免焊料溢出。然后在步驟2718，控制流程退出。
非限制性示例本發(fā)明的上述實(shí)施例是有利的，因?yàn)樗鼈兲峁┝耸褂肐MS系統(tǒng)向非矩形模具或襯底填充導(dǎo)電粘著材料的技術(shù)。本發(fā)明使得能夠使用與其相關(guān)晶片更精密相似的模具。此外，本發(fā)明的填充頭提供了一種將氣體通入頭中的手段，該氣體使要沉積到模具的空腔中的材料熔融并且使空腔中的材料凝固。
盡管披露了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特定實(shí)施例進(jìn)行改變。因此，本發(fā)明的范圍不限于這些特定實(shí)施例，并且期望所附權(quán)利要求涵蓋本發(fā)明范圍內(nèi)的任何和所有這樣的應(yīng)用、修改和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種將導(dǎo)電粘著材料注塑到非矩形模具中的多個(gè)空腔中的方法，該方法包括將填充頭與非矩形模具對(duì)準(zhǔn)，其中該非矩形模具包括多個(gè)空腔；將填充頭放置得與非矩形模具基本上接觸；在填充頭與非矩形模具基本上接觸的同時(shí)，對(duì)非矩形模具和填充頭中的至少一個(gè)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；迫使導(dǎo)電粘著材料離開填充頭到非矩形模具；以及在所述多個(gè)空腔中的至少一個(gè)空腔與填充頭接近的同時(shí)，將導(dǎo)電粘著材料提供到所述至少一個(gè)空腔中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括接收從位于填充頭內(nèi)的至少一個(gè)熱電偶反饋的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述非矩形模具基本上是下述形狀之一圓形、橢圓形、多邊形或者其組合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述導(dǎo)電粘著材料是焊料。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述對(duì)準(zhǔn)填充頭的步驟包括將填充頭沿著非矩形模具的半徑對(duì)準(zhǔn)，填充頭比非矩形模具的半徑稍長(zhǎng)，并且其中所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供填充頭與非矩形模具之間基本上達(dá)360度的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以將導(dǎo)電粘著材料提供到所述多個(gè)空腔中的至少一個(gè)空腔中。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，填充頭比非矩形模具的直徑稍長(zhǎng)，填充頭被配置成以兩個(gè)方向?qū)?dǎo)電粘著材料提供到所述多個(gè)空腔中，并且其中，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供填充頭與非矩形模具之間基本上達(dá)180度的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以將導(dǎo)電粘著材料提供到所述多個(gè)空腔中的至少一個(gè)空腔中。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的步驟包括下列步驟之一將填充頭保持在固定位置，而對(duì)非矩形模具提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；以及將非矩形模具保持在固定位置，而對(duì)填充頭提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)填充頭從該非矩形模具轉(zhuǎn)移到相鄰非矩形模具時(shí)，以填充頭在耦接到該非矩形模具的轉(zhuǎn)換器上面經(jīng)過(guò)的方式，將填充頭從該非矩形模具轉(zhuǎn)移到該相鄰非矩形模具，從而防止導(dǎo)電粘著材料從轉(zhuǎn)移中的填充頭中溢出。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在填充頭的第一邊沿附近通入第一氣體，所述第一氣體具有高于導(dǎo)電粘著材料熔點(diǎn)的溫度，從而當(dāng)導(dǎo)電粘著材料與至少第一氣體彼此緊密接近時(shí)，使導(dǎo)電粘著材料保持在熔融狀態(tài)；以及在填充頭的第二邊沿附近通入第二氣體，所述第二氣體具有低于導(dǎo)電粘著材料熔點(diǎn)的溫度，從而當(dāng)至少一個(gè)空腔經(jīng)過(guò)填充頭的具有至少第二氣體的第二區(qū)域下面時(shí)，使所述至少一個(gè)空腔中的導(dǎo)電粘著材料基本上凝固。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，填充頭包括基本上彎曲的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基本上與非矩形模具的周邊曲率匹配，填充頭相對(duì)于非矩形模具的半徑對(duì)準(zhǔn)。
11.一種將導(dǎo)電粘著材料注塑到非矩形模具中的多個(gè)空腔中的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)非矩形模具，該非矩形模具包括至少一個(gè)空腔；至少一個(gè)導(dǎo)電粘著材料放置設(shè)備，用于將導(dǎo)電粘著材料提供到所述至少一個(gè)非矩形模具的至少一個(gè)空腔中，該導(dǎo)電粘著材料放置設(shè)備包括填充頭，用于將填充頭與所述至少一個(gè)非矩形模具對(duì)準(zhǔn)，并且將填充頭放置得與所述至少一個(gè)非矩形模具基本上接觸；和與填充頭機(jī)械耦接的導(dǎo)電材料容器，用于從該導(dǎo)電材料容器向填充頭提供導(dǎo)電粘著材料；以及用于在填充頭與所述至少一個(gè)非矩形模具基本上接觸的同時(shí)對(duì)填充頭和所述至少一個(gè)非矩形模具中的至少一個(gè)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，向材料容器中的導(dǎo)電粘著材料施加背壓，從而迫使導(dǎo)電粘著材料離開填充頭到所述至少一個(gè)非矩形模具，并且在所述至少一個(gè)非矩形模具的至少一個(gè)空腔與填充頭接近的同時(shí)，將導(dǎo)電粘著材料提供到所述至少一個(gè)空腔中。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述非矩形模具基本上是下述形狀之一圓形、橢圓形、多邊形或者其組合，并且所述導(dǎo)電粘著材料是焊料。
14.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，填充頭的大小和形狀被設(shè)計(jì)成將填充頭沿著非矩形模具的半徑對(duì)準(zhǔn)，填充頭比非矩形模具的半徑稍長(zhǎng)，并且其中所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供填充頭與非矩形模具之間基本上達(dá)360度的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以將導(dǎo)電粘著材料提供到所述至少一個(gè)空腔中。
15.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，填充頭的大小和形狀被設(shè)計(jì)成將填充頭沿著非矩形模具的直徑對(duì)準(zhǔn)，填充頭被配置成以兩個(gè)方向?qū)?dǎo)電粘著材料提供到所述至少一個(gè)空腔中，并且其中所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供填充頭與非矩形模具之間基本上達(dá)180度的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，以將導(dǎo)電粘著材料提供到所述至少一個(gè)空腔中。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，要么將填充頭保持在固定位置，而對(duì)非矩形模具提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，要么將非矩形模具保持在固定位置，而對(duì)填充頭提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
17.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括耦接到所述至少一個(gè)非矩形模具和另一個(gè)非矩形模具的轉(zhuǎn)換器，從而使得填充頭能夠在防止導(dǎo)電粘著材料從填充頭中溢出的同時(shí)從所述至少一個(gè)非矩形模具轉(zhuǎn)移到所述另一個(gè)非矩形模具。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，填充頭還包括至少第一氣體通道，用于在填充頭的第一輸出區(qū)域附近通入第一氣體，所述第一氣體具有高于導(dǎo)電粘著材料熔點(diǎn)的溫度，從而當(dāng)導(dǎo)電粘著材料與至少第一氣體彼此緊密接近時(shí)，使導(dǎo)電粘著材料保持在熔融狀態(tài)；以及至少第二氣體通道，用于在填充頭的第二輸出區(qū)域附近通入第二氣體，所述第二氣體具有低于導(dǎo)電粘著材料熔點(diǎn)的溫度，從而當(dāng)至少一個(gè)空腔經(jīng)過(guò)填充頭的具有至少第二氣體的第二區(qū)域下面時(shí)，使所述至少一個(gè)空腔中的導(dǎo)電粘著材料基本上凝固。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中在填充頭與至少一個(gè)空腔接近的同時(shí)，第二氣體被通入填充頭的第二區(qū)域附近，從而凝固14。
20.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括第三氣體通道，用于通入第一氣體，其中第三氣體通道與第一氣體通道機(jī)械耦接，并且位于填充頭的第三區(qū)域附近，所述第三區(qū)域與填充頭的第一區(qū)域不同；和第四氣體通道，用于通入第二氣體，其中第四氣體通道與第二氣體通道機(jī)械耦接，并且位于填充頭的第四區(qū)域附近，所述第四區(qū)域與填充頭的第二區(qū)域不同。
全文摘要
披露了一種將導(dǎo)電粘著材料注塑到非矩形模具中的多個(gè)空腔中的系統(tǒng)和方法。該方法包括將填充頭與非矩形模具對(duì)準(zhǔn)。非矩形模具包括多個(gè)空腔。將填充頭放置得與非矩形模具基本上接觸。在填充頭與非矩形模具基本上接觸的同時(shí)，對(duì)非矩形模具和填充頭中的至少一個(gè)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。迫使導(dǎo)電粘著材料離開填充頭到非矩形模具。在所述多個(gè)空腔中的至少一個(gè)空腔與填充頭接近的同時(shí)，將導(dǎo)電粘著材料提供到所述至少一個(gè)空腔中。
文檔編號(hào)B23K101/40GK101060089SQ200710086339
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月21日
發(fā)明者史蒂文A·科德斯, 彼得·A.·格魯伯, 詹姆斯·L.·斯匹戴爾, 約翰·U.·尼克博克 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司