用于倒裝芯片清洗的方法與裝置制造方法
【專利摘要】揭示了一種用于清洗倒裝芯片的裝置，該設(shè)備包括：一個(gè)卡盤裝置；一個(gè)與卡盤通過轉(zhuǎn)軸連接在一起的馬達(dá)；至少一個(gè)載體裝載倒裝芯片；至少一個(gè)噴嘴用于噴射去離子水，一種清洗溶液，一種氣體或者蒸汽。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種清洗倒裝芯片裝置的方法，該方法包括：在倒裝芯片載體中裝載至少一個(gè)倒裝芯片；以一種旋轉(zhuǎn)速度來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤裝置；在卡盤裝置上的倒裝芯片載體中裝載至少一個(gè)倒裝芯片，以一種旋轉(zhuǎn)速度來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤裝置；使用一種液體（去離子水，一種清洗液，等等）來(lái)去除污染物；將超聲/兆聲作用于倒裝芯片；通過噴嘴噴射一種氣體或一種蒸汽來(lái)干燥倒裝芯片；將倒裝芯片取出倒裝芯片載體。
【專利說明】用于倒裝芯片清洗的方法與裝置
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般而言涉及一種用于倒裝芯片清洗的方法與裝置。更確切地說，是一種用于清洗倒裝芯片上焊劑殘留物以及其他污染物的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂的倒裝芯片是指倒裝的電子元件通過導(dǎo)電凸點(diǎn)與基板，電路板或者其他載板的一種直接的電性連接。盡管某些更大或者更小的尺寸也常被使用，凸點(diǎn)的典型直徑為30-200微米，且形狀一般為球形或近似球形。倒裝芯片的清洗要比清洗傳統(tǒng)表面裝置或通孔電子裝置復(fù)雜得多。在倒裝芯片配件的制造中，各種類型的助焊劑比如以松香為原料的助焊劑，含有鹵素的助焊劑，都被頻繁使用于電子元器件的焊接工藝中。
[0003]為了滿足性能和可靠性的標(biāo)準(zhǔn)，倒裝芯片配件必須沒有污染物，比如助焊劑，指紋，水，或者其他表面污染物。否則這些殘留物將導(dǎo)致離子污染及腐蝕，并且妨礙底層填充而產(chǎn)生空洞，這種空洞將助長(zhǎng)水分的聚集，加熱過度和局部失效。
[0004]然而，在徹底去除殘留物這個(gè)方面，有兩個(gè)突出的問題:(I)回流焊接工藝中的高溫會(huì)使得助焊劑焦化，而這種焦化的助熔劑是很難被去除的；(2)隨著凸點(diǎn)尺寸的縮小和凸點(diǎn)間間距縮小，凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)變的更加脆弱，而且凸點(diǎn)和襯底的間距也變的更小，倒裝芯片配件的這種小而脆弱的凸點(diǎn)互聯(lián)結(jié)構(gòu)使得芯片板上只有非常狹窄的空間允許被清洗，這種小間隙使得倒裝芯片配件被徹底和均勻的清洗成為很大的挑戰(zhàn)。
[0005]因此，仍然需要一種改進(jìn)的倒裝清洗裝置，這種裝置能提供一種對(duì)助焊劑殘留物和其他污染物質(zhì)的徹底和均勻的清洗方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)當(dāng)前發(fā)明的具體實(shí)施方案，我們提出了一個(gè)清洗倒裝芯片的裝置。這種裝置包括:一個(gè)卡盤裝置；一個(gè)與卡盤通過轉(zhuǎn)軸連接在一起的馬達(dá)；至少有一個(gè)載體裝載倒裝芯片，每個(gè)載體上裝載一個(gè)倒裝芯片。根據(jù)這種發(fā)明的一個(gè)方面，倒裝芯片載體直接裝配在卡盤上。根據(jù)這種發(fā)明的另一個(gè)方面，有一塊承載板裝配在卡盤上，倒裝芯片載體位于此承載板上。根據(jù)這種發(fā)明的一個(gè)方面，倒裝芯片載體裝配位置遠(yuǎn)離卡盤或者承載板的旋轉(zhuǎn)中心。倒裝芯片載體的分布圖案可能是圓形，方形，旋渦狀，同軸或者其他適宜的圖案；至少有一個(gè)噴嘴用于噴射去離子水，一種清洗溶液，一種氣體或者蒸汽。這種被倒裝芯片載體支撐的倒裝芯片隨著卡盤的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。在倒裝芯片載體旋轉(zhuǎn)時(shí)，去離子水和/或一種清洗溶液噴射到卡盤的中心區(qū)域，由于離心力的作用，去離子水和這種清洗溶液將被進(jìn)一步甩至裝配于卡盤或承載板外圈的裝芯片上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，所述倒裝芯片清洗裝置進(jìn)一步包括:一個(gè)位于卡盤中心和/或者位于倒裝芯片承載板中心的凹槽，凹槽的形狀可能是圓形，正方形或者其他適宜的形狀；一個(gè)用于連接中心凹槽和倒裝芯片載體的引流通道，便于引導(dǎo)液體從中心凹槽流入倒裝芯片。在卡盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，噴射到中心凹槽的去離子水/或者清洗溶液在離心力的作用下將經(jīng)由引流通道進(jìn)一步甩入倒裝芯片內(nèi)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，所述倒裝芯片清洗裝置進(jìn)一步包括:至少一個(gè)噴嘴，裝配在倒裝芯片載體的一側(cè)，用于噴射去離子水，一種清洗溶液，一種氣體或者一種蒸汽。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，所述倒裝芯片清洗裝置進(jìn)一步包括:一個(gè)用于容納倒裝芯片載體的凹槽，這個(gè)凹槽的形狀可能是圓形，正方形，或者其他適宜的形狀；至少一個(gè)噴嘴被裝配在凹槽的邊緣，用于噴射去離子水，一種清洗溶液，一種氣體或者一種蒸汽。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，所述倒裝芯片清洗裝置進(jìn)一步包括:一個(gè)外部的水槽，用來(lái)盛放用以預(yù)浸潤(rùn)倒裝芯片的清洗溶液；一個(gè)通過水槽底部的泵產(chǎn)生循環(huán)的液體回路；至少四個(gè)裝配在水槽底部的出流口，第一個(gè)出流口與一條酸液排放及回收管路連通，第二個(gè)出流口與一條堿液排放及回收管路連通，第三個(gè)出流口與一條有機(jī)溶劑排放及回收管路連通，第四個(gè)出留口與一條廢水排放管路連通。在工藝過程中，噴灑在卡盤裝置上的去離子水或者一種清洗溶液將被存儲(chǔ)在水槽里直到液位浸沒倒裝芯片，長(zhǎng)時(shí)間的浸潤(rùn)工藝可以松弛，軟化和去除污染物。在浸潤(rùn)過程中，打開循環(huán)管路中的回流泵，在泵的作用下，液體能保持持續(xù)在水槽中循環(huán)，通過這種方法可獲得高效的清洗性能。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，所述倒裝芯片清洗裝置進(jìn)一步包括:至少一個(gè)超聲/兆聲裝置，這種超聲/兆聲裝置工作頻率范圍為5KHZ至10MHz，在清洗工藝中應(yīng)用了超聲/兆聲能量能增強(qiáng)物質(zhì)傳輸，通過在反應(yīng)界面處形成聲流和局部氣穴氣泡的內(nèi)爆來(lái)減薄擴(kuò)散二重層的厚度。通過超聲/兆聲的這種振蕩攪拌作用而獲得一種高的清洗性能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，超聲/兆聲裝置被裝配在倒裝芯片載體和卡盤裝置的上方。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，超聲/兆聲裝置被裝配在外部水槽的壁上。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)示范性實(shí)施例，揭示了一種清洗倒裝芯片裝置的方法。該方法包括:在卡盤裝置上的倒裝芯片載體中裝載至少一個(gè)倒裝芯片，以一種旋轉(zhuǎn)速度來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤裝置；使用一種液體(去離子水，一種清洗液，等等)來(lái)去除污染物，由于離心力的作用，被噴射在卡盤中心區(qū)域的清洗液體將被進(jìn)一步甩至裝配于卡盤或承載板外圈的裝芯片上；將超聲/兆聲作用于倒裝芯片；通過噴嘴噴射一種氣體或一種蒸汽來(lái)干燥倒裝芯片；將倒裝芯片取出倒裝芯片載體。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述清洗倒裝芯片裝置清洗方法進(jìn)一步包括在清洗工藝中改變卡盤轉(zhuǎn)速的步驟，低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速被交替使用。
[0014]在工藝的開始階段，一種液體從卡盤上方噴射，此時(shí)卡盤以第一個(gè)較低的速度旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，液體將被進(jìn)一步甩至裝配于卡盤或承載板外圈的裝芯片上。在低轉(zhuǎn)速下，表面張力占主導(dǎo)作用，液體的流動(dòng)趨于緩慢，易于滯留在倒裝芯片上而不會(huì)向外擴(kuò)散，因此倒裝芯片將得到完全的預(yù)濕和浸泡。長(zhǎng)時(shí)間的浸潤(rùn)能軟化和松弛助焊劑殘留物和其他粘合在倒裝芯片上的污染物；同時(shí)，盡管低轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生較厚的邊界層，但此邊界層的厚度仍然允許反應(yīng)物質(zhì)的擴(kuò)散并與污染物發(fā)生反應(yīng)。
[0015]在預(yù)浸潤(rùn)工藝完成后，停止供應(yīng)液體，以第二個(gè)較高的速度旋轉(zhuǎn)卡盤。提高卡盤的旋轉(zhuǎn)速度將增加液體的離心力。隨著旋轉(zhuǎn)速度的升高，離心力將平衡并最終克服阻滯液膜停留在倒裝芯片上的表面張力，使得滯留其中的液體和污染物被甩出。同時(shí)，增加卡盤裝置的旋轉(zhuǎn)速度能減薄液膜的厚度以及倒裝芯片表面擴(kuò)散邊界層的厚度。我們知道，污染物的去除速率是由靠近倒裝芯片表面的固液界面化學(xué)藥液的傳質(zhì)率所控制。根據(jù)菲克定律，減薄擴(kuò)散邊界層厚度能提高傳質(zhì)率。因此，隨后的高速旋轉(zhuǎn)步驟使得清洗溶液與松散的污染物完全反應(yīng)，并通過離心力徹底地甩出污染物。
[0016]重復(fù)至少一次這種低速浸泡工藝和高速甩出工藝，由此獲得高性能的清洗效果。
[0017]如上所述，對(duì)于甩出工藝，旋轉(zhuǎn)速度必須足夠高才能產(chǎn)生用以克服液體表面張力的離心力，這種離心力將產(chǎn)生一徑向的向心加速度。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，我們能獲得以下方程。
[0018]Fc-Fs = mac (I)
[0019]這里Fe表示離心力，F(xiàn)s表示表面張力，m表示液體質(zhì)量，a表示向心加速度。
[0020]圖1描述的是一個(gè)倒裝芯片清洗機(jī)理的實(shí)施例，其中B表示的是倒裝芯片100的長(zhǎng)度，A表示的是倒裝芯片100的寬度，r表示的是安裝在卡盤裝置101上的倒裝芯片載體102到卡盤中心的距離，h是兩個(gè)芯片焊盤的間距，ω是卡盤的角速度，根據(jù)公式1，所需要的高旋轉(zhuǎn)速度N為:
【權(quán)利要求】
1.一倒裝芯片清洗裝置，包括: —盤裝置； 一與卡盤通過轉(zhuǎn)軸連接在一起的馬達(dá)； 至少一個(gè)載體裝載倒裝芯片，每個(gè)載體上裝載一個(gè)倒裝芯片； 至少一個(gè)噴嘴用于噴射去離子水、清洗溶液、氣體或者蒸汽。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述倒裝芯片載體裝配位置遠(yuǎn)離卡盤的旋轉(zhuǎn)中心。
3.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中此裝置進(jìn)一步包括一承載板，所述倒裝芯片載體位于此承載板上，所述承載板裝配在卡盤上。
4.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述倒裝芯片載體以頂部固定的方法來(lái)支撐倒裝 心/T O
5.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述倒裝芯片載體以底部固定的方法來(lái)支撐倒裝 心/T O
6.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述倒裝芯片載體裝配位置遠(yuǎn)離卡盤的旋轉(zhuǎn)中心，倒裝芯片載體的分布圖案是圓形、方形或旋渦狀。
7.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述噴嘴類型為固定噴嘴、掃描噴嘴或者擺動(dòng)噴嘴。
8.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述噴嘴裝配在卡盤的上方。
9.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述噴嘴裝配在倒裝芯片載體的側(cè)邊。
10.如權(quán)利要求1中所述的裝置，進(jìn)一步包括:一位于卡盤中心的凹槽、一用于連接凹槽和倒裝芯片載體的引流通道。
11.如權(quán)利要求1中所述的裝置，進(jìn)一步包括:一用于容納倒裝芯片載體的凹槽，至少一個(gè)噴嘴被裝配在凹槽的邊緣。
12.如權(quán)利要求1中所述的裝置，進(jìn)一步包括:一個(gè)外部的水槽，用來(lái)盛放用以預(yù)浸潤(rùn)所述倒裝芯片的清洗溶液。
13.如權(quán)利要求12中所述的裝置，進(jìn)一步包括:一超聲/兆聲裝置裝配在外部水槽的槽壁上。
14.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述轉(zhuǎn)軸裝配在卡盤裝置的底部。
15.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述轉(zhuǎn)軸裝配在卡盤裝置的頂部。
16.如權(quán)利要求12中所述的裝置，進(jìn)一步包括:至少一超聲/兆聲裝置。
17.如權(quán)利要求16中所述的裝置，其中所述超聲/兆聲裝置的工作頻率范圍為5KHz至IOMHz。
18.如權(quán)利要求16中所述的裝置，其中所述超聲/兆聲裝置被裝配在所述倒裝芯片載體和所述卡盤裝置的上方。
19.一種清洗倒裝芯片裝置的方法，包括: 在卡盤裝置上的倒裝芯片載體中裝載至少一個(gè)倒裝芯片； 噴射一種清洗液體以去除污染物；以及 以一種旋轉(zhuǎn)速度來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤裝置。
20.如權(quán)利要求19中所述的方法，進(jìn)一步包括:一在清洗工藝中改變卡盤轉(zhuǎn)速的步驟，其中一低轉(zhuǎn)速和一高轉(zhuǎn)速被交替使用；





所述低轉(zhuǎn)速NI的范圍為小于
21.如權(quán)利要求19中所述的方法，進(jìn)一步包括:在清洗過程中將超聲/兆聲作用于倒裝芯片。
22.如權(quán)利要求19中所述的方法，進(jìn)一步包括:通過噴嘴噴射一種氣體或一種蒸汽來(lái)干燥倒裝芯片。
23.一種清洗倒裝芯片裝置的方法，包括: 在承載板上的倒裝芯片載體中裝載至少一個(gè)倒裝芯片； 將承載板安放在一料盒中； 將承載板從一料盒傳送到一工藝腔體中； 噴射一種清洗液體以去除污染物；以及 以一種旋轉(zhuǎn)速度來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)卡盤裝置。
24.如權(quán)利要求23中所述的方法，進(jìn)一步包括: 一在清洗工藝中改變卡盤轉(zhuǎn)速的步驟，其中一低轉(zhuǎn)速和一高轉(zhuǎn)速被交替使用；(2σ !BY- 所述低轉(zhuǎn)速NI的范圍為小于
25.如權(quán)利要求23中所述的方法，進(jìn)一步包括:在清洗過程中將超聲/兆聲作用于倒裝芯片。
26.如權(quán)利要求23中所述的方法，進(jìn)一步包括:通過噴嘴噴射一種氣體或一種蒸汽來(lái)干燥倒裝芯片。
【文檔編號(hào)】B08B3/02GK103464401SQ201210189044
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】張曉燕, 陳福平, 王暉 申請(qǐng)人:盛美半導(dǎo)體設(shè)備（上海）有限公司