將半導(dǎo)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(dǎo)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(shè)備，而該壓模具有加熱表面，當(dāng)該芯片的底面放在具有預(yù)定數(shù)量的夾在該底面和基板之間的焊料凸點(diǎn)的基板上時(shí)，該加熱表面用于與該芯片的上表面產(chǎn)生熱接觸。該壓模用于加熱該芯片以使焊料凸點(diǎn)回流。當(dāng)回流焊料凸點(diǎn)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(shuō)明】將半導(dǎo)體器件或元件焊接到基板上的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及將半導(dǎo)體器件或半導(dǎo)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(lèi)似物的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]使用在芯片和基板上的回流焊料凸點(diǎn)的互補(bǔ)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(lèi)似物回填是大家熟知的。
[0003]該已知的裝置存在不少問(wèn)題，包括在其固定之前不能確保整個(gè)陣列的焊料凸點(diǎn)適當(dāng)潤(rùn)濕以及不能防止或降低環(huán)氧糊狀物的蠕變。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)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(dǎo)體器件或元件焊接到基板的裝置相關(guān)的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型提供一種將半導(dǎo)體器件或元件焊接到基板的裝置，包括:具有壓模的加熱設(shè)備，該壓模具有加熱表面，當(dāng)半導(dǎo)體器件或元件的底面放在具有預(yù)定數(shù)量的夾在該底面和基板之間的焊料凸點(diǎn)的基板上時(shí)，該加熱表面用于與半導(dǎo)體器件或元件的上表面產(chǎn)生熱接觸；該壓模用于加熱該半導(dǎo)體器件或元件以促使焊料凸點(diǎn)回流；該壓模的加熱表面具有接觸半導(dǎo)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具有延伸超出半導(dǎo)體器件或元件的上表面的周邊的外區(qū)域，而該外區(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。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]本實(shí)用新型前述以及進(jìn)一步的特征將從以下【具體實(shí)施方式】中體現(xiàn)，這些優(yōu)選實(shí)例僅結(jié)合附圖作為示例，其中:
[0007]圖1為焊接到基板上的芯片的側(cè)視圖；
[0008]圖2為圖1的俯視圖；
[0009]圖3為已知的將芯片焊接到基板的裝置的側(cè)視圖和俯視圖；
[0010]圖4為另一種已知的將芯片焊接到基板的裝置的側(cè)視圖和俯視圖；
[0011]圖5為圖4中的包含加熱設(shè)備的裝置的側(cè)視圖；
[0012]圖6為圖4中的裝置的側(cè)視圖，其展示了當(dāng)將芯片焊接到基板時(shí)裝置的第一溫度分布特性；
[0013]圖7為圖4中的裝置的側(cè)視圖，其展示了當(dāng)將芯片焊接到基板時(shí)裝置的第二溫度分布特性；
[0014]圖8為本實(shí)用新型的將芯片焊接到基板的裝置的側(cè)視圖和俯視圖；
[0015]圖9為圖8中的包含有加熱設(shè)備的裝置的側(cè)視圖；
[0016]圖10為圖8中的裝置的側(cè)視圖，其展示了當(dāng)將芯片焊接到基板時(shí)裝置的第一溫度分布特性；以及
[0017]圖11為圖8中的裝置的側(cè)視圖，其展示了當(dāng)將芯片焊接到基板時(shí)裝置的第二溫度分布特性。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下的優(yōu)選實(shí)施方式僅是示例性的，其對(duì)實(shí)施本實(shí)用新型的必要特征的組合不構(gòu)成限制。
[0019]一般而言，本實(shí)用新型涉及一種將半導(dǎo)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(shè)備，而該壓模具有加熱表面，當(dāng)芯片的底面放在具有預(yù)定數(shù)量的夾在該底面和基板之間的焊料凸點(diǎn)的基板上時(shí)，該加熱表面用于與該芯片的上表面產(chǎn)生熱接觸。該壓模用于加熱芯片以使焊料凸點(diǎn)回流。當(dāng)回流焊料凸點(diǎn)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?。
[0020]參見(jiàn)圖1和2，芯片10通過(guò)多個(gè)回流焊料凸點(diǎn)14被焊接到基板12以形成焊接界面或焊縫16.如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的，每個(gè)芯片10和基板12均設(shè)有如圖2所見(jiàn)的焊料凸點(diǎn)14的補(bǔ)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(guò)已知的方法將熱施加到芯片10的上表面時(shí)，每個(gè)陣列中對(duì)應(yīng)的凸點(diǎn)14被促使回流在一起從而形成焊接界面16。當(dāng)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(jìn)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。
[0021]文中所指的“芯片”解釋為處理芯片如計(jì)算機(jī)芯片，數(shù)據(jù)處理芯片或信息處理芯片。它也可以被認(rèn)為是指一種半導(dǎo)體器件，甚至是半導(dǎo)體元件，例如芯片載體或類(lèi)似物。
[0022]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(shè)置僅在芯片兩側(cè)端子22上的焊料凸點(diǎn)14，但應(yīng)理解，這些僅僅是設(shè)置在芯片10的下表面的焊料凸點(diǎn)14的陣列的代表。焊接裝置20包括加熱設(shè)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(dǎo)熱材料做成的塊。將通過(guò)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(diǎn)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到。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。
[0023]采用這種已知的裝置，產(chǎn)生的第一問(wèn)題是熱量沒(méi)有直接施加到芯片10的周邊區(qū)域IOa上，這通常導(dǎo)致焊料凸點(diǎn)陣列邊沿的焊料凸點(diǎn)14不能適當(dāng)?shù)鼗亓?，也就是說(shuō)，不能適當(dāng)?shù)刂匦聺?rùn)濕，導(dǎo)致在陣列邊沿的對(duì)應(yīng)的焊料凸點(diǎn)14之間的焊接連接質(zhì)量差?？赡墚a(chǎn)生的又一問(wèn)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(cè)向蠕變多于預(yù)期從而增加需要分離基板12上的芯片焊接位置的距離。
[0024]為了嘗試克服部分與圖3的裝置相關(guān)的一些問(wèn)題，圖4展示了一種改進(jìn)的焊接裝置30，但是已改進(jìn)的裝置30依然存在問(wèn)題。
[0025]在圖4的裝置30中，壓模32具有臺(tái)階式的設(shè)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(guò)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。
[0026]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(shè)備38，該加熱界面24反過(guò)來(lái)加熱臺(tái)階式壓模。
[0027]從圖6中可看到加熱界面24和臺(tái)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(nèi)區(qū)域40b，c，d。透過(guò)界面24，壓模的主體部分32a以及壓模接觸部分32b這個(gè)熱量分布模式或特性很明顯。顯而易見(jiàn)的是，不能適當(dāng)?shù)刂匦聺?rùn)濕在芯片的周邊區(qū)域IOa的焊料凸點(diǎn)14的問(wèn)題與環(huán)氧糊狀物在固定之前側(cè)向蠕變的
問(wèn)題一樣繼續(xù)存在。
[0028]圖7示出了因?yàn)榧訜峤缑?4和壓模32的外邊沿區(qū)域的冷卻，壓模32的邊沿的熱強(qiáng)度相對(duì)低。
[0029]圖8到11展示的是本實(shí)用新型改進(jìn)的焊接裝置50。圖8中僅示出了裝置50的壓模52。加熱設(shè)備38和加熱界面24沒(méi)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?gòu)膱D8中顯而易見(jiàn)，壓模52優(yōu)選包括一個(gè)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(gè)或多個(gè)延伸超出芯片10上表面的一個(gè)或多個(gè)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(shí)施例中，該壓模的一個(gè)或多個(gè)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.[0030]從圖9和10中所見(jiàn)，壓模52的優(yōu)選尺寸大體與加熱界面24或加熱設(shè)備38的尺寸一致。如圖9所示，本實(shí)用新型改進(jìn)的裝置50的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)加熱設(shè)備處于一個(gè)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。
[0031]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(nèi)區(qū)域60b，c，d同樣保熱。透過(guò)界面24和壓模52，這個(gè)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(qiáng)度相對(duì)高。
[0032]圖8到11的改進(jìn)的裝置50具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是芯片10的上表面的溫度分布更均勻，因?yàn)樾酒?0的外區(qū)域IOa沒(méi)有冷的邊沿區(qū)域。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是將不能適當(dāng)?shù)刂匦聺?rùn)濕的焊料凸點(diǎn)14減少，特別是那些位于芯片的外周邊IOa附近的焊料凸點(diǎn)14。還有另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(cè)向蠕變。這能夠?qū)е禄迳系男酒拿芏雀茫驗(yàn)樾酒奈恢媚軌蚩康酶＿M(jìn)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(rùn)濕焊料凸點(diǎn)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(diǎn)14的芯片到基板12。為了清楚起見(jiàn)，焊料凸點(diǎn)14沒(méi)有在圖10和11中示出，但應(yīng)理解的是它們?nèi)匀皇呛附咏Y(jié)構(gòu)的一部分。
[0033]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(wèn)題，糊狀物可能在固定之前通過(guò)熔化的焊料進(jìn)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(gè)問(wèn)題，壓模52優(yōu)選在其加熱表面上設(shè)有凹槽54，該凹槽的開(kāi)口橫跨至少一個(gè)芯片10上表面的周邊10a。起點(diǎn)在芯片10的外沿之前而終點(diǎn)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(jìn)入間隙。當(dāng)壓模厚度優(yōu)選為500微米或更小時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(jìn)入間隙。凹槽54更具另一意想不到的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)壓模接觸芯片10時(shí)，凹槽有便于壓模置中和監(jiān)控。
[0034]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。
[0035]該壓?？捎媒饘倩蛱沾勺龀伞?br> [0036]本實(shí)用新型的熱焊接工藝可包括熱壓非導(dǎo)電膠工藝。
【權(quán)利要求】
1.一種將半導(dǎo)體器件或元件焊接到基板的裝置，包括: 具有壓模的加熱設(shè)備，該壓模具有加熱表面，當(dāng)半導(dǎo)體器件或元件的底面放在具有預(yù)定數(shù)量的夾在該底面和基板之間的焊料凸點(diǎn)的基板上時(shí)，該加熱表面用于與半導(dǎo)體器件或元件的上表面產(chǎn)生熱接觸；該壓模用于加熱該半導(dǎo)體器件或元件以促使焊料凸點(diǎn)回流；該壓模的加熱表面具有接觸半導(dǎo)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具有延伸超出半導(dǎo)體器件或元件的上表面的周邊的外區(qū)域，而該外區(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。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該壓模的加熱面設(shè)有凹槽，該凹槽橫跨半導(dǎo)體器件或元件上表面的周邊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中該壓模包括平面加熱件。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中該壓模的厚度為500微米或小于500微米。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中該凹槽的寬度為300微米到500微米之間。
【文檔編號(hào)】H01L21/58GK203774256SQ201420110001
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】李相均 申請(qǐng)人:東莞高偉光學(xué)電子有限公司