將半導體器件或元件焊接到基板上的裝置制造方法
【專利摘要】一種將半導體器件或元件如芯片焊接到基板上的裝置，該裝置包括具有壓模的加熱設備，而該壓模具有加熱表面，當該芯片的底面放在具有預定數(shù)量的夾在該底面和基板之間的焊料凸點的基板上時，該加熱表面用于與該芯片的上表面產生熱接觸。該壓模用于加熱該芯片以使焊料凸點回流。當回流焊料凸點固定了，所形成的焊縫用熱定形環(huán)氧糊狀物回填。該壓模的加熱表面具有接觸芯片的上表面的中心區(qū)域和延伸超出芯片上表面周邊的外區(qū)域。該壓模的加熱表面上具有橫跨所述周邊的凹槽。該壓膜加熱表面的外區(qū)域與其中心區(qū)域處在同一平面或處在比壓模的中心區(qū)域低的平面。該壓模包括平面加熱件。
【專利說明】將半導體器件或元件焊接到基板上的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及將半導體器件或半導體元件如芯片或芯片載體焊接到基板如印刷電路板(PCB)或類似物的裝置。
【背景技術】
[0002]使用在芯片和基板上的回流焊料凸點的互補陣列將芯片熱焊接到基板如PCB以及之后將形成的焊接界面用熱定形環(huán)氧糊狀物或類似物回填是大家熟知的。
[0003]該已知的裝置存在不少問題，包括在其固定之前不能確保整個陣列的焊料凸點適當潤濕以及不能防止或降低環(huán)氧糊狀物的蠕變。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于在某種程度上減輕或排除上述與已知的將半導體器件或元件焊接到基板的裝置相關的問題。
[0005]本實用新型提供一種將半導體器件或元件焊接到基板的裝置。該裝置包括:具有壓模的加熱設備，該壓模具有加熱表面，當該半導體器件或元件的底面放在具有預定數(shù)量的夾在該底面和基板之間的焊料凸點的基板上時，該加熱表面用于與半導體器件或元件的上表面產生熱接觸；該壓模用于加熱該半導體器件或元件以促使焊料凸點回流；該壓模的加熱表面具有接觸半導體器件或元件的上表面的中心區(qū)域和延伸超出半導體器件或元件的上表面的周邊的外區(qū)域，該壓模在其加熱表面具有橫跨該半導體器件或元件的上表面的周邊的凹槽。
[0006]本實用新型通過在壓模的加熱表面上設置延伸超出半導體器件或元件的上表面的周邊的外區(qū)域，該壓模在其加熱表面具有橫跨該半導體器件或元件的上表面的周邊的凹槽，從而確保整個陣列的焊料凸點適當潤濕并防止或降低環(huán)氧糊狀物的蠕變。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]本實用新型前述以及進一步的特征將從以下【具體實施方式】中體現(xiàn)，這些優(yōu)選實例僅結合附圖作為示例，其中:
[0008]圖1為焊接到基板上的芯片的側視圖；
[0009]圖2為圖1的俯視圖；
[0010]圖3為已知的將芯片焊接到基板的裝置的側視圖和俯視圖；
[0011]圖4為另一種已知的將芯片焊接到基板的裝置的側視圖和俯視圖；
[0012]圖5為圖4中的包含加熱設備的裝置的側視圖；
[0013]圖6為圖4中的裝置的側視圖，其展示了當將芯片焊接到基板時裝置的第一溫度分布特性；
[0014]圖7為圖4中的裝置的側視圖，其展示了當將芯片焊接到基板時裝置的第二溫度分布特性；[0015]圖8為本實用新型的將芯片焊接到基板的裝置的側視圖和俯視圖；
[0016]圖9為圖8中的包含有加熱設備的裝置的側視圖；
[0017]圖10為圖8中的裝置的側視圖，其展示了當將芯片焊接到基板時裝置的第一溫度分布特性；以及
[0018]圖11為圖8中的裝置的側視圖，其展示了當將芯片焊接到基板時裝置的第二溫度分布特性。
【具體實施方式】
[0019]以下的優(yōu)選實施方式僅是示例性的，其對實施本實用新型的必要特征的組合不構成限制。
[0020]一般而言，本實用新型涉及一種將半導體器件或元件如芯片焊接到基板的裝置。該裝置包括具有壓模的加熱設備，而該壓模具有加熱表面，當芯片的底面放在具有預定數(shù)量的夾在該底面和基板之間的焊料凸點的基板上時，該加熱表面用于與該芯片的上表面產生熱接觸。該壓模用于加熱芯片以使焊料凸點回流。當回流焊料凸點固定了，所形成的焊縫可用熱定形環(huán)氧糊狀物回填。該壓模的加熱表面具有接觸芯片的上表面的中心區(qū)域和延伸超出芯片上表面周邊的外區(qū)域。該壓模加熱表面上可具有橫跨所述周邊的凹槽。該壓模加熱表面的外區(qū)域可與壓模的中心區(qū)域處在同一平面或處在比壓模的中心區(qū)域低的平面。該壓?？砂ㄆ矫婕訜峒?。
[0021]參見圖1和2，芯片10通過多個回流焊料凸點14被焊接到基板12以形成焊接界面或焊縫16.如本領域技術人員熟悉的，每個芯片10和基板12均設有如圖2所見的焊料凸點14的補償陣列，雖然用虛線環(huán)形線的陣列表示的陣列是不完整的。通過已知的方法將熱施加到芯片10的上表面時，每個陣列中對應的凸點14被促使回流在一起從而形成焊接界面16。當焊接界面16形成，粘接劑18如熱定形環(huán)氧基糊狀物被回填進該焊接界面。施加到芯片10的頂面的熱量使環(huán)氧糊狀物18固定以將芯片10焊接到基板12。
[0022]文中所指的“芯片”解釋為處理芯片如計算機芯片，數(shù)據(jù)處理芯片或信息處理芯片。它也可以被認為是指一種半導體器件，甚至是半導體元件，例如芯片載體或類似物。
[0023]圖3展示了將芯片10焊接到基板(未示出)的已知的裝置20。芯片示出了具有設置僅在芯片兩側端子22上的焊料凸點14，但應理解，這些僅僅是設置在芯片10的下表面的焊料凸點14的陣列的代表。焊接裝置20包括加熱設備(未示出)，該加熱裝置在加熱界面24上方并為其提供熱能。該加熱界面24下方為加熱壓模26，該加熱壓模26可以是一塊金屬或任何適合的導熱材料做成的塊。將通過界面24加熱的壓模26施加到芯片10的上表面以促使在芯片10和基板12上的焊料凸點14回流。在該已知的裝置20中，接觸芯片10的上表面的壓模26的加熱表面比芯片的上表面窄，這可從圖3的俯視圖中清楚地看至IJ。在圖3的俯視圖中，虛線28表示壓模26在芯片10的上表面上的接觸印跡。
[0024]采用這種已知的裝置，產生的第一問題是熱量沒有直接施加到芯片10的周邊區(qū)域IOa上，這通常導致焊料凸點陣列邊沿的焊料凸點14不能適當?shù)鼗亓?，也就是說，不能適當?shù)刂匦聺櫇?，導致在陣列邊沿的對應的焊料凸點14之間的焊接連接質量差?？赡墚a生的又一問題是由于芯片10的周邊區(qū)域IOa的不良加熱，回填的環(huán)氧糊狀物18在固定之前可能側向蠕變多于預期從而增加需要分離基板12上的芯片焊接位置的距離。[0025]為了嘗試克服部分與圖3的裝置相關的一些問題，圖4展示了一種改進的焊接裝置30，但是已改進的裝置30依然存在問題。
[0026]在圖4的裝置30中，壓模32具有臺階式的設置，壓模32的主體32a比圖3的裝置的壓模26的主體寬，但是壓模32的接觸部分32b的尺寸比芯片10的上表面小。如圖4的俯視圖顯示，虛線34代表的壓模32在芯片10的上表面的接觸印跡與圖3的相同，但是線36代表的不直接接觸芯片10的壓模32的主體32a的寬度和面積稍中于芯片10的上表面的寬度和面積。這樣壓模32的主體32a延伸超過芯片10的上表面，但是位于高于接觸部分32b的加熱表面的平面。
[0027]圖5示出的裝置30具有用于提供熱能給加熱界面24的加熱設備38，該加熱界面24反過來加熱臺階式壓模。
[0028]從圖6中可看到加熱界面24和臺階式壓模32的熱量分布，這些元件的外沿區(qū)域40a都是涼的，而不規(guī)則線分隔的是漸熱的內區(qū)域40b，c，d。透過界面24，壓模的主體部分32a以及壓模接觸部分32b這個熱量分布模式或特性很明顯。顯而易見的是，不能適當?shù)刂匦聺櫇裨谛酒闹苓厖^(qū)域IOa的焊料凸點14的問題與環(huán)氧糊狀物在固定之前側向蠕變的
問題一樣繼續(xù)存在。
[0029]圖7示出了因為加熱界面24和壓模32的外邊沿區(qū)域的冷卻，壓模32的邊沿的熱強度相對低。
[0030]圖8到11展示的是本實用新型改進的焊接裝置50。圖8中僅示出了裝置50的壓模52。加熱設備38和加熱界面24沒有示出。該裝置可以省略加熱界面24。在圖9可以看到裝置50的這些元件。至少從圖8中顯而易見，壓模52優(yōu)選包括一個單一的平板件，該平板件的尺寸大于芯片10的上表面的尺寸。這樣，壓模52優(yōu)選地具有一個或多個延伸超出芯片10上表面的一個或多個周邊區(qū)域IOa的外區(qū)域或凸緣52a，該外區(qū)域或凸緣52a優(yōu)選地與壓模的中心區(qū)域52b處在同一平面并成為壓模52加熱表面的一部分。壓模52的中心區(qū)域52b為壓模的加熱表面的中心部分，該中心部分與芯片10的上表面直接接觸。在一些實施例中，該壓模的一個或多個外區(qū)域52a可位于低于中心區(qū)域52b的平面上，而離基板12更近.[0031]從圖9和10中所見，壓模52的優(yōu)選尺寸大體與加熱界面24或加熱設備38的尺寸一致。如圖9所示，本實用新型改進的裝置50的一個優(yōu)點是當加熱設備處于一個特定溫度，該壓模溫度持續(xù)保持高于圖3和4中的已知的裝置20，30的壓模溫度。
[0032]圖10示出加熱界面24和平面壓模52的熱量分布，這些元件的外沿區(qū)域60a與圖10中用不規(guī)則線分隔的漸熱的內區(qū)域60b，c，d同樣保熱。透過界面24和壓模52，這個熱量分布模式或特性很明顯。因此，如圖11所示，壓模52的邊沿的熱強度相對高。
[0033]圖8到11的改進的裝置50具有多個優(yōu)點。第一個優(yōu)點是該裝置比已知裝置更有效地在壓模52的加熱表面以及因此在芯片10的上表面持續(xù)保持較高的溫度。更進一步的優(yōu)點是芯片10的上表面的溫度分布更均勻，因為芯片10的外區(qū)域IOa沒有冷的邊沿區(qū)域。另一個優(yōu)點是將不能適當?shù)刂匦聺櫇竦暮噶贤裹c14減少，特別是那些位于芯片的外周邊IOa附近的焊料凸點14。還有另一個優(yōu)點是壓模52的外區(qū)域52a在同一平面(或較低平面)延伸超出芯片外邊沿10a，給該外區(qū)域供熱，更快更均勻地固定回填環(huán)氧糊狀物18從而降低糊狀物18的側向蠕變。這能夠導致基板上的芯片的密度更好，因為芯片的位置能夠靠得更近。進一步，壓模32的加熱表面上分布更一致的高溫有助更有效地重新潤濕焊料凸點14，從而比起用本文描述的已知裝置，更有效地焊接具有更高密度的焊料凸點14的芯片到基板12。為了清楚起見，焊料凸點14沒有在圖10和11中示出，但應理解的是它們仍然是焊接結構的一部分。
[0034]使壓模52與芯片10接觸的接觸面大于芯片的上表面可引起問題，糊狀物可能在固定之前通過熔化的焊料進入壓模52的中心區(qū)域52b的表面與芯片10的上表面之間的小間隙。為了解決這個問題，壓模52優(yōu)選在其加熱表面上設有凹槽54，該凹槽的開口橫跨至少一個芯片10上表面的周邊10a。起點在芯片10的外沿之前而終點在芯片10的外沿之后的凹槽防止或降低環(huán)氧糊狀物18在固定前進入間隙。當壓模厚度優(yōu)選為500微米或更小時，但優(yōu)選在300到450微米的范圍，該凹槽的寬度優(yōu)選為300微米到500微米。該凹槽54優(yōu)選與芯片邊沿IOa重疊，重疊大約100微米到150微米。實驗發(fā)現(xiàn)重疊至少100微米能夠有效防止環(huán)氧糊狀物18進入間隙。凹槽54更具另一意想不到的優(yōu)點，當壓模接觸芯片10時，凹槽有便于壓模置中和監(jiān)控。
[0035]該凹槽的橫截面優(yōu)選為半圓形，但是它也可為其他橫截面形狀如三角形和四方形。
[0036]該壓?？捎媒饘倩蛱沾勺龀伞?br> [0037]本實用新型的熱焊接工藝可包括熱壓非導電膠工藝。
【權利要求】
1.一種將半導體器件或元件焊接到基板的裝置，包括: 具有壓模的加熱設備，該壓模具有加熱表面，當該半導體器件或元件的底面放在具有預定數(shù)量的夾在該底面和基板之間的焊料凸點的基板上時，該加熱表面用于與半導體器件或元件的上表面產生熱接觸；該壓模用于加熱該半導體器件或元件以促使焊料凸點回流；該壓模的加熱表面具有接觸半導體器件或元件的上表面的中心區(qū)域，其特征在于，該壓模的加熱表面還具有延伸超出半導體器件或元件的上表面的周邊的外區(qū)域，該壓模在其加熱表面具有橫跨該半導體器件或元件的上表面的周邊的凹槽。
2.如權利要求1所述的裝置，其中壓模加熱表面延伸超出半導體器件或元件上表面周邊的外區(qū)域與加熱表面的中心區(qū)域處在同一平面或處在比加熱表面的中心區(qū)域低的平面。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其中壓模包括平面加熱件。
4.如權利要求1或2所述的裝置，其中壓模的厚度為500微米或小于500微米。
5.如權利要求1或2所述的裝置，其中凹槽的寬度為300微米到500微米之間。
【文檔編號】H01L21/58GK203774254SQ201420109279
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權日:2014年3月11日
【發(fā)明者】李相均 申請人:東莞高偉光學電子有限公司