專利名稱：用紅外線加熱的焊錫凸塊和引線接合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在組裝操作中，加熱半導(dǎo)體組件及電路板的方法與裝置，特別應(yīng)用于堆棧式裸晶組件的引線接合及倒裝芯片焊接上。
當(dāng)基板為具有良好熱傳導(dǎo)率的薄金屬引線架時(shí)，例如銅引線架，則使用加熱器塊自底部預(yù)熱基板可獲得令人滿意的結(jié)果，但是此種習(xí)用方法用于其它型式的基板是有問題的。特別是對(duì)于厚的層壓塑料或陶瓷基板來說，在有效的預(yù)熱時(shí)間周期內(nèi)(例如，約4秒或少于4秒的時(shí)間，這要依引線焊接器的速度及每一裸晶組的引線數(shù)而定)使用加熱器塊加熱是很慢的，無法升高至適當(dāng)溫度以進(jìn)行引線接合。而且，因?yàn)槁憔c基板底部相隔很遠(yuǎn)，以致其接合區(qū)的加溫比基板更慢，所以使用加熱器塊不可能加溫到較佳的引線接合溫度，必然對(duì)引線接合品質(zhì)及制造產(chǎn)率有不利影響。
類似的問題也存在于習(xí)用倒裝芯片組裝法，其中半導(dǎo)體裸晶系直接焊接在基板的上表面上，該基板以塑料或陶瓷電路板為代表。該基板上的接合片涂布有焊料，且焊料系以「焊錫凸塊」(solder bumps)的方式來處理，在組裝前附著于裸晶上。利用熱與壓力來熔化基板及裸晶上的焊料，以將裸晶接合至基板上。典型的倒裝芯片組裝技術(shù)是利用上述的加熱器塊，對(duì)基板預(yù)熱以部份熔化焊錫凸塊。然而在堆棧式裸晶組裝時(shí)，加熱器塊無法足夠快速升高基板上表面及焊錫凸塊的溫度以確保在裸晶與基板間的高品質(zhì)連接，因此反而影響產(chǎn)率及可靠度。
在此，需要一種方法確保倒裝芯片、裸晶與基板引線接合的適當(dāng)加熱，藉以改善制造產(chǎn)率及降低成本。
本發(fā)明的額外優(yōu)點(diǎn)及其它特征將在下列敘述中提出，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能通過審查本發(fā)明的下列實(shí)施例而明白，或可以從本發(fā)明的施行上了解。在所附的權(quán)利要求中特別指出的本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將可以實(shí)現(xiàn)與獲得。
依據(jù)本發(fā)明，為達(dá)到前述及其它優(yōu)點(diǎn)，利用加熱半導(dǎo)體裸晶上表面接合區(qū)以附著于基板的方法，該方法包括以紅外線直接照射裸晶上表面以加熱接合區(qū)。
本發(fā)明的另一方面，是用于實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置。
通過以下的詳細(xì)敘述，本發(fā)明的額外優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，將變成極為顯著的，其中通過考慮實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的說明方式，本發(fā)明僅顯示及描述較佳實(shí)施例。將可以了解的是，本發(fā)明可有其它及不同的實(shí)施例，并且該發(fā)明的各目的細(xì)節(jié)能夠修正于各種不同的明顯方面，均不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)，因此，附圖及敘述僅用來說明，而不是對(duì)本發(fā)明加以限定。
圖2A、2B為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的方法連續(xù)過程的示意說明圖。
具體實(shí)施例方式
用以將引線焊接在堆棧式裸晶封裝與組裝倒裝芯片封裝的習(xí)用方法，無法可靠加熱基板及/或裸晶上的接合區(qū)至適當(dāng)溫度，以形成高品質(zhì)的焊料接點(diǎn)或引線接合，因此降低制造產(chǎn)率。本發(fā)明提出并解決源自習(xí)用制造工藝中的問題。
依本發(fā)明的實(shí)施方案的方法，其中堆棧式裸晶封裝的各裸晶的引線接合區(qū)以紅外線照射來加熱，即在引線接合處理之前及處理期間以習(xí)用紅外線燈或紅外線槍直接照射該裸晶的上表面。此外，該基板的接合區(qū)也可透過上述紅外線照射來加熱，而基板的底部可以習(xí)用傳導(dǎo)加熱器塊來預(yù)熱。以本發(fā)明的紅外線照射來加熱裸晶與基板上的上表面，可確保在所需時(shí)間周期內(nèi)，如4秒或少于4秒，它們個(gè)別的引線焊接區(qū)加熱至適當(dāng)引線焊接溫度(即，約攝氏190度)；藉此，使高品質(zhì)的引線焊接成為可能，并增加引線焊接產(chǎn)率。
依本發(fā)明的另一實(shí)施方案，倒裝芯片所安裝的基板上表面的接合片區(qū)經(jīng)上述紅外線燈或紅外線槍照射，加熱至所需溫度約攝氏200度，該倒裝芯片隨后以壓力及紅外線加熱來接合。此外，該基板底部可以習(xí)用傳導(dǎo)加熱器塊來預(yù)熱。所以，本發(fā)明確保該基板上的焊料在適當(dāng)溫度，以在接合操作前及接合操作期間進(jìn)行倒裝芯片接合。結(jié)果，本發(fā)明改善位于該倒裝芯片與基板間的焊料接合的品質(zhì)。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例如

圖1所示。用以引線接合的發(fā)明裝置100，基于習(xí)用引線焊接器，如Willow Grove，PA的Kulicke & SoffaIndustries，Inc.所產(chǎn)的8028型引線焊接器，包括習(xí)用傳導(dǎo)加熱器塊110、習(xí)用引線接合頭120及紅外線加熱器130。習(xí)用堆棧式裸晶封裝結(jié)構(gòu)利用本發(fā)明的方法及裝置來進(jìn)行引線接合，其中包括基板140，如陶瓷或?qū)訅核芰想娐钒?；下半?dǎo)體裸晶150及上半導(dǎo)體裸晶160，典型是以環(huán)氧樹脂黏著劑來使該兩裸晶結(jié)合(未圖標(biāo))。
紅外線加熱器130設(shè)置于即將進(jìn)行引線接合的封裝結(jié)構(gòu)上方，以加熱裸晶150的上表面150a、裸晶160的上表面160a，其中每個(gè)裸晶包括接合片BP及基板140的「接合區(qū)域」；亦即，基板140的上表面140a的部分具有接合片BP。加熱器130為習(xí)用紅外線燈或紅外線槍，或是經(jīng)特別設(shè)計(jì)的最佳化紅外線加熱器，用以在引線接合器100上可獲得的有限空間內(nèi)進(jìn)行操作。例如，撓性光纖管線可用來將紅外線導(dǎo)向基板140及裸晶150、160。
紅外線加熱器130的強(qiáng)度及波長(zhǎng)可指定使用，強(qiáng)度最好使所需溫度曲線能實(shí)現(xiàn)；例如，裸晶上表面150a、160a及基板140的接合區(qū)的溫度能達(dá)到引線接合溫度，約在4秒或少于4秒的時(shí)間內(nèi)上升至攝氏190度，這要依照引線接合器100的速度及所需產(chǎn)量而定。紅外線放射的波長(zhǎng)以欲加熱的材料而定，因?yàn)橛行┘t外線波長(zhǎng)不被某些材料吸收(即該波長(zhǎng)無法加熱那些材料)。所以，有必要且必須提供不同波長(zhǎng)的紅外線照射來加熱裸晶150、160(主要為硅所制成)及基板140(以塑料或陶瓷制成)。
傳導(dǎo)加熱器110可用來與紅外線加熱器130搭配，使得依堆棧式裸晶封裝而定的所需引線接合溫度及溫度曲線更容易實(shí)現(xiàn)，例如，若引線接合的堆棧式裸晶封裝100包括陶瓷或塑料基板140，則最好使用傳導(dǎo)加熱器110以預(yù)熱封裝，而如同上述的紅外線加熱器130則用來加熱基板140及裸晶150、160的接合區(qū)。然而，若堆棧式裸晶封裝100包括金屬引線架基板140，則紅外線加熱器130就可以用來直接加熱裸晶表面150a、160a，但是不需要加熱基板表面140a，因?yàn)閱我詡鲗?dǎo)加熱器110就可以適當(dāng)加熱薄金屬基板。
在操作時(shí)，堆棧式裸晶封裝以傳導(dǎo)加熱器110預(yù)熱，例如當(dāng)其它封裝要進(jìn)行引線接合時(shí)，將其移至引線接合頭120下方位置。當(dāng)引線接合頭120連結(jié)引線170至接合片BP時(shí)，紅外線加熱器130接著對(duì)包括接合片BP的基板140及裸晶150、160的區(qū)域加熱至約攝氏190度。因?yàn)榻雍掀珺P由傳導(dǎo)加熱器110及/或紅外線加熱器130適當(dāng)加熱，故引線170可確實(shí)焊接到接合片BP上。
本發(fā)明的其它實(shí)施例如圖2A、2B所示。用于倒裝芯片接合的本發(fā)明裝置200，是基于習(xí)用倒裝芯片裸晶接合器，如瑞士ESEC公司所產(chǎn)的Micron2型，包括習(xí)用傳導(dǎo)加熱器210、習(xí)用接合頭220及紅外線加熱器230。已知的倒裝芯片基板240接合倒裝芯片裸晶250則顯示于裸晶接合器200上，如陶瓷或?qū)訅核芰想娐钒濉?br> 在將裸晶250加壓至基板240上之前，紅外線加熱器230設(shè)置于包含覆蓋有焊料240c的接合片240b的基板240上方，以加熱基板240的上表面240a。在上述實(shí)施方案中，加熱器230為習(xí)用紅外線燈或紅外線槍，或可為特別設(shè)計(jì)的最佳化紅外線加熱器，以在裸晶接合器200的可獲得的有限空間中操作。如先前所述紅外線加熱器230的強(qiáng)度及波長(zhǎng)須指定，如此才可達(dá)到所需溫度曲線，例如在0.66秒的時(shí)間內(nèi)，基板上表面240a的溫度上升到達(dá)約攝氏200度的接合溫度，依裸晶接合器200的速度及所需產(chǎn)量而定，而紅外線放射的波長(zhǎng)以基板240的材質(zhì)而定。傳導(dǎo)加熱器210可用來與紅外線加熱器230搭配，使得所需裸晶接合溫度及溫度曲線更容易實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2A，在操作時(shí)，基板240由傳導(dǎo)加熱器210預(yù)熱，例如當(dāng)其它組件進(jìn)行裸晶接合時(shí)，接著將該裸晶移至運(yùn)載倒裝芯片250的裸晶接合頭220的下方，該倒裝芯片250包括有對(duì)應(yīng)接合片240b的焊錫凸塊260。接著操作紅外線加熱器230以加熱包含接合片240b的基板上表面240a至約攝氏200度，以至少部分熔化在接合片240b上的焊料240c。接著，裸晶接合頭220降下(如圖2B所示)并將接合片240b壓向焊錫凸塊260。該焊錫凸塊260接著與覆蓋于接合片240b上的焊料240c一起熔化，以將倒裝片250接合至基板240上。因?yàn)榻雍掀?40b在裸晶接合前，由傳導(dǎo)加熱器210及紅外線加熱器130適當(dāng)加熱，故倒裝芯片250與接合片240b間的連接品質(zhì)很高，結(jié)果改善了制造產(chǎn)率及可靠度。
本發(fā)明可應(yīng)用習(xí)用材料、方法及設(shè)備來實(shí)施。因此，這些材料、設(shè)備及方法的細(xì)節(jié)并未在此詳細(xì)提出。為了使能完全了解本發(fā)明，在前述說明中，提出了許多特定的細(xì)節(jié)，如特定的材料、結(jié)構(gòu)、化學(xué)制品及過程等。然而，本發(fā)明并不僅限于以上述特定細(xì)節(jié)來實(shí)施。在其它實(shí)例方面，為了不使不必要地遮掩了本發(fā)明的特征，故眾所周知的工藝架構(gòu)并未詳細(xì)敘述。
在此僅揭露本發(fā)明的較佳實(shí)施例及一些多用途的范例，如此可了解本發(fā)明在其它不同組合及環(huán)境下均可實(shí)施，且任何可行的變化及修正均在于此陳述的本發(fā)明概念的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種加熱附著于基板上的半導(dǎo)體裸晶的上表面的接合區(qū)的方法，該方法包括以紅外線照射該裸晶的上表面，以加熱該接合區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括以紅外線照射該基板上表面的接合區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括當(dāng)紅外線照射該裸晶的上表面時(shí)，將引線附接于該接合區(qū)。
4.一種將倒裝芯片組裝于基板的方法，包括以紅外線照射該基板的上表面，以加熱該基板上表面的接合區(qū)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該接合區(qū)包括焊料，該方法包括將含有焊料的倒裝芯片置放于該焊接區(qū)；以及對(duì)該倒裝芯片加壓以熔化接合區(qū)與倒裝芯片的焊料并且將倒裝芯片黏附于該基板上。
6.一種用以加熱附著于基板的半導(dǎo)體裸晶的上表面的接合區(qū)的裝置，該裝置包括紅外線加熱器，用以用紅外線照射該裸晶上表面來加熱該接合區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，包括第二加熱器，用來加熱該基板的底表面。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中該紅外線加熱器也可加熱該基板上表面的接合區(qū)。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中該紅外線加熱器與該第二加熱器在約4秒或少于4秒的時(shí)間內(nèi)，加熱該接合區(qū)至約攝氏190度。
10.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中該紅外線加熱器包括紅外線燈或紅外線槍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可靠地加熱堆棧式裸晶組件或倒裝芯片組件的基板及/或裸晶的接合區(qū)，以確保高品質(zhì)焊料或引線接合在基板與裸晶之間的方法與裝置。實(shí)施方案包含在引線接合前及引線接合過程期間利用紅外線燈或紅外線槍照射裸晶的上表面，以加熱堆棧式裸晶封裝的裸晶的引線接合區(qū)，或利用紅外線燈或紅外線槍的照射來加熱倒裝芯片所安裝的基板的上表面的接合片，以使其到達(dá)到所需溫度，接著將倒裝片接合至基板上，使用紅外線照射直接加熱該裸晶及/或基板的上表面，確保在必須時(shí)間周期內(nèi)焊接區(qū)個(gè)別加熱到適當(dāng)溫度，因此，使線路焊接或裸晶焊接的高品質(zhì)成為可能，同時(shí)增加了產(chǎn)率。
文檔編號(hào)H01L21/60GK1454393SQ00819641
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2000年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者P·C·翁 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司