專利名稱：在基底上分配焊料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在基底上分配焊料的方法和裝置。
背景技術(shù)：
這種類型的焊接方法通常、但并不唯一地用于將半導(dǎo)體芯片安裝在稱之為焊接框架的金屬基底上。原則上，半導(dǎo)體粉末大部分利用軟焊料連接至基底，基底通常由銅構(gòu)成，這樣相比粘結(jié)方法的安裝而言，能確保制造所產(chǎn)生的熱損失更有效地通過焊接連接散發(fā)。但是，首先由于粉末密度增加，就要求焊接連接有更高的同質(zhì)性，也就是要求焊接層在整個芯片表面有確定的密度、一致的分布和最佳的浸濕、以及完全沒有氣泡和焊接連接的純度；另一方面，焊料必須不能滲出焊點(diǎn)，也不能緊接于芯片展開，這就再次要求焊接部分準(zhǔn)確地定量和定位。
在芯片組件的應(yīng)用區(qū)域，在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用的一種方法是將焊絲接觸到已被加熱到焊料熔點(diǎn)溫度以上的基底，以便熔化一部分焊絲。由于其簡便且靈活，這種方法非常適于大量生產(chǎn)。但是，這種熔化方法，最重要的是焊接部位的體積和定位，完全依賴于基底材料的組合和表面特性，也就是，將被熔化的各個焊料的數(shù)量和位置會發(fā)生相當(dāng)?shù)淖兓?。另外，所產(chǎn)生的大致圓形的浸濕區(qū)域并不理想地適于矩形或方形的芯片。此外，借助從US 6 056 184獲知的一種定型印記(formingstamp)，可將沉積在基底上的焊接部位制成一種適于芯片形狀的平坦且長方形的形狀。
從US 5 878 939獲知一種方法，可將液態(tài)焊料注射進(jìn)形成在上述定型印記和基底之間的一個空腔中。
這些已知的方法具有幾個缺點(diǎn)?；蛘咚练e焊料的形狀為圓形，或者必須為每個矩形制出一個特定的定型印記。這樣一個定型印記所具有的側(cè)壁將占據(jù)一部分基底。因此，焊料將不能施加到用于接收芯片的芯片島的邊緣。另外，基底必須被加熱到焊料熔化溫度之上，所沉積的焊料從施加開始直到沉積到半導(dǎo)體芯片上必須要保持在液態(tài)。另外的缺點(diǎn)是與液態(tài)焊料相接觸的部分必須被規(guī)則地清洗，為此就必須中斷生產(chǎn)。
從US 4 577 398和US 4 709 849中獲知一種方法，可利用該方法制成由焊接金屬制成的扁平體，即所謂的“焊劑預(yù)成型坯(solderpreform)”，其尺寸適用于芯片。這些焊劑預(yù)成型坯隨后會被放置到基底并由此熔化，以便形成具有所需尺寸的焊接層。但是由于對焊劑預(yù)成型坯的必要制造以及額外的組裝操作，這種方法非常昂貴且并不靈活。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)展一種不再具有上述缺點(diǎn)的、用于在基底上分配焊料的方法。
本發(fā)明具備如權(quán)利要求1所述的特征。
根據(jù)本發(fā)明，用于在基底上分配焊料的方法在于，將焊絲和加熱到預(yù)定溫度的合成氣體供應(yīng)到兩件式噴嘴的混合腔中，以便在該混合腔內(nèi)使焊料熔化掉并攜帶進(jìn)氣流中。從兩件式噴嘴吹出的焊料沉降到基底上。所述兩件式噴嘴相對基底移動或旋轉(zhuǎn)，以便使上述被吹出的焊料沉積到芯片島的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。焊絲最好被輸送到位于冷卻引導(dǎo)管中的混合腔內(nèi)。為中斷焊料的熔化，最好拉回焊絲，這樣焊絲就會就位在引導(dǎo)管內(nèi)。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了無接觸地將焊料施加到基底上，這樣在基底上不會產(chǎn)生任何劃痕。另外，沉積焊料的圖案能自由地編排設(shè)計，焊料也能施加到芯片島的邊緣處。在基底不再需要被加熱到焊料熔化溫度的情況下，使焊料沉積。沉積焊料在基底上的分布因此能通過照相機(jī)得到控制，而不會讓與熱相關(guān)的波浪狀毀壞或污損圖案。
附圖描述以下參照附圖以實(shí)施例的形式對本發(fā)明加以描述，其中附圖并未按比例示出。
附圖中，

圖1是具有兩件式噴嘴并用于在基底上分配焊料的裝置；圖2是兩件式噴嘴的第一實(shí)施例；圖3是兩件式噴嘴的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出用于在基底1上分配焊料的裝置。該基底1例如是一個具有幾個用于接納半導(dǎo)體芯片的芯片島2的帶狀金屬基底，即所謂的焊接框架，或者是一個用于接納單個半導(dǎo)體芯片的單位置基底。該基底1在箭頭3的方向內(nèi)被逐步輸送。該裝置具有一兩件式噴嘴4，該兩件式噴嘴4具有一個出口通道5和一個混合腔6，向該混合腔6供應(yīng)焊絲7形式的焊料和加熱到一預(yù)定溫度的合成氣體。該混合腔6也能僅僅作為出口通道5的起始部分。它標(biāo)志著熱合成氣體從焊絲7上熔化掉焊料的區(qū)域。所述合成氣體最好是富含氫H2的氮N2。氫只占一些比例，用于減少可能存在的氧O2。卷繞在線軸8上的焊絲7通過一個引導(dǎo)管9被輸送到兩件式噴嘴4的混合腔6，并通過驅(qū)動器10向前輸送。合成氣體通過氣體通道11輸送到混合腔6。氣體通道11具有一個用于控制合成氣體流速的閥12和用于將合成氣體加熱一預(yù)定溫度的加熱器13。利用安裝在氣體通道11內(nèi)的溫度傳感器14來檢測合成氣體的溫度。該溫度傳感器14、加熱器13和一個電路15以公知的方式形成一個用于控制合成氣體溫度的控制回路。當(dāng)流出兩件式噴嘴4的出口通道5的合成氣體作用到基底1時，攜帶在合成氣體中的焊料將沉降在基底1上。
兩件式噴嘴4的出口的尺寸通常要小于沉積在基底1上的焊料區(qū)域16所應(yīng)該具有的尺寸。在將焊料施加在基底的過程中，流出兩件式噴嘴4的氣流因此必須在所希望區(qū)域16上進(jìn)行書寫運(yùn)動(writingmovement)時被前后引導(dǎo)。因此本發(fā)明的裝置具有一個驅(qū)動機(jī)構(gòu)17，以便驅(qū)使兩件式噴嘴4或者在平行于基底1表面的兩個不同方向內(nèi)運(yùn)動或者在平行于基底1表面的兩個預(yù)定軸線內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
很有可能允許供應(yīng)焊料以便使焊料沉積到基底表面，并中斷供應(yīng)，以便向前將基底1輸送到下一個半導(dǎo)體芯片2。為了沉積焊料，由驅(qū)動器10以一預(yù)定速度向前輸送焊絲7。流過混合腔6內(nèi)焊絲7的合成氣體持續(xù)熔化焊料并將其沉積到基底1上。為了停止焊料在混合腔6內(nèi)的熔化，要停止向前輸送焊絲7。最好的是，焊絲7被驅(qū)動器10正好拉回一段預(yù)定距離D。這樣就無需中斷供應(yīng)合成氣體。
向前輸送焊絲7的驅(qū)動器10最好包括一個步進(jìn)電動機(jī)，該步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動一個驅(qū)動輪18和壓力輪19，該壓力輪會將焊絲7壓緊在驅(qū)動輪18上。所述壓力輪19具有一個解碼器，通過該解碼器，就能控制焊絲7的向前輸送和向后運(yùn)動。
沉積到基底1上的焊料數(shù)量以及由焊料所占據(jù)的區(qū)域16是由工藝所決定和給出的變量。通常，也給出為沉積焊接部位的可利用時間τ。該時間τ通常等于幾百毫秒，例如300毫秒。首先確定一些在準(zhǔn)備階段中與方法相關(guān)的參數(shù)1.焊絲7的所需長度L是由所要沉積的焊料數(shù)量ML和焊絲7的橫截面面積A計算出的L＝ML/A；2.向前輸送焊絲的速度v是由焊絲長度L和可利用時間τ計算出的v＝L/τ；3.所需的焊料沉積速度r是由所要沉積的焊料數(shù)量ML和可利用時間τ計算出的r＝ML/τ；4.沉積速度r是溫度T和合成氣體流速φ的函數(shù)r＝f(T，φ)；現(xiàn)在確定的溫度TP和流速φP滿足如下條件ML/τ＝f(TP，φP)。
合成氣體的溫度TP必須在焊料的熔化溫度之上。通常，它在400℃和600℃之間。流速φP同樣要大于一個預(yù)定的最小值。
最好，引導(dǎo)管9要被冷卻到一個預(yù)定溫度。這樣當(dāng)焊絲7在受控的情況下發(fā)生熔化時，就提高了方法的穩(wěn)定性。
在開始生產(chǎn)操作時，閥12打開并被設(shè)定成可使合成氣體的流速達(dá)到φP。合成氣體的溫度被控制到值TP。焊絲的尖端就位于引導(dǎo)管9的預(yù)定位置S。兩件式噴嘴4就位于初始位置。在第一個芯片島2已經(jīng)呈現(xiàn)出后用于施加焊料，根據(jù)如下方法施加該焊料1.向前輸送焊絲7一個預(yù)定距離D。焊絲7的尖端現(xiàn)在就位于混合腔6內(nèi)，這樣成型氣體將會隨熔化的焊料流動并攜帶上熔化的焊料。
2.在時間τ內(nèi)，焊絲7持續(xù)以速度v向前輸送。流出兩件式噴嘴4的氣流在基底1上由驅(qū)動機(jī)構(gòu)17引導(dǎo)，由此它將超過基底1上沉積成連續(xù)線的焊料。該連續(xù)線例如為波浪形。兩件式噴嘴4通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)17的書寫運(yùn)動而與焊絲7的向前輸送同步，并受到控制，這樣就能在上述可利用時間內(nèi)書寫出上述的給定連續(xù)線。
3.在時間τ結(jié)束后，將焊絲7向后拉回上述的預(yù)定距離D。
現(xiàn)在總結(jié)對焊料的施加。兩件式噴嘴4進(jìn)入其初始位置，隨后呈現(xiàn)出下一個芯片島。
為處理不同的產(chǎn)品，合成氣體的流速φP最好保持恒定，例如為每小時200升；在準(zhǔn)備步驟4中，合成氣體的溫度T適于各自的所需沉積速度r。
以下將更詳細(xì)地描述兩件式噴嘴4設(shè)計的兩個不同實(shí)施例實(shí)施例1圖2示出一個兩件式噴嘴4，如圖所示，在垂直方向內(nèi)，引導(dǎo)管9和出口通道5與兩件式噴嘴4共軸。氣體通道11共軸地通向引導(dǎo)管9，并在該引導(dǎo)管9的末端以一個由氣體通道11的一個壁20所限定的進(jìn)口角開口進(jìn)上述出口通道5的各側(cè)。利用這個實(shí)施例，混合腔6作為出口通道5的一部分。它是由出口通道5中合成氣體和熔化焊料發(fā)生混合的上部區(qū)域所限定的。上述進(jìn)口角基本上影響到焊絲7的端部幾何形狀。當(dāng)進(jìn)口角等于或大于約60°時，隨后焊絲7的端部是球形的。當(dāng)進(jìn)口角如圖所示小于約60°時，隨后焊絲7的端部是錐形的。錐體21的長度依賴于角度。當(dāng)錐體21的長度大于一定數(shù)量時，錐體21會有時無法控制地發(fā)生折斷。氣體通道11的橫截面確定了合成氣體在一進(jìn)入出口通道5時的速度。在預(yù)定流速φP的情況下，氣體通道11的橫截面越小，進(jìn)口速度將越大。
實(shí)施例2在圖3所示的實(shí)施例中，氣體通道11和出口通道5共軸。焊絲7的引導(dǎo)管9水平地延伸，這樣焊絲就在側(cè)面伸入到出口通道5內(nèi)。氣體通道11的橫截面面積小于出口通道5的橫截面面積。在從氣體通道11轉(zhuǎn)變成出口通道5時，兩件式噴嘴的橫截面將變寬，其變寬的位置直接位于引導(dǎo)管9進(jìn)入出口通道5的位置的上方。在這個實(shí)施例中，混合腔6同樣是出口通道5的一部分。
權(quán)利要求
1.一種在基底(1)上分配焊料的方法，其特征在于將焊絲(7)和加熱到預(yù)定溫度的合成氣體供應(yīng)到一兩件式噴嘴(4)的混合腔(6)中，以便在該混合腔(6)內(nèi)使焊料熔化掉并攜帶進(jìn)所述氣流中，所述兩件式噴嘴(4)相對于所述基底(1)移動或旋轉(zhuǎn)，由此從所述兩件式噴嘴(4)吹出的焊料將沉積到所述基底(1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述焊絲(7)被輸送到位于一引導(dǎo)管(9)中的上述混合腔(6)中，以便中斷焊料的沉積，向后拉回上述焊絲(7)，這樣該焊絲(7)就會就位在上述引導(dǎo)管(9)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將上述引導(dǎo)管(9)冷卻到預(yù)定溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于將上述引導(dǎo)管(9)冷卻到預(yù)定溫度。
5.一種在基底(1)上分配焊料的裝置，包括一具有混合腔(6)的兩件式噴嘴(4)；一用于向上述混合腔(6)供應(yīng)焊絲(7)的引導(dǎo)管(9)；一用于向上述混合腔(6)供應(yīng)合成氣體的氣體通道(11)，該氣體通道(11)包括一個用于控制上述合成氣體流速的閥(12)和一個用于將上述合成氣體加熱到一預(yù)定溫度的加熱器(13)；以及一用于使上述兩件式噴嘴(4)相對于上述基底(1)移動或旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(17)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在基底上分配焊料的方法和裝置，為了在基底(1)上分配焊料，將焊絲(7)和加熱到預(yù)定溫度的合成氣體供應(yīng)到一兩件式噴嘴(4)的混合腔(6)中，以便在該混合腔(6)內(nèi)使焊料熔化掉并攜帶進(jìn)所述氣流中。從所述兩件式噴嘴(4)吹出的焊料沉降到上述基底(1)上。所述兩件式噴嘴(4)相對所述基底(1)移動或旋轉(zhuǎn)，以便使上述被吹出的焊料沉積到所述基底(1)的預(yù)定區(qū)域。
文檔編號B23K1/00GK1443622SQ0312020
公開日2003年9月24日 申請日期2003年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者吉多·蘇特, 克里斯托弗·楚丁 申請人:Esec貿(mào)易公司