專利名稱：用于有效毛細(xì)填充的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝，更具體地說，涉及在元件和元件載體之間的間隙進(jìn)行填充。
背景技術(shù)：
在微電子工業(yè)中，如芯片(die)的元件安裝在如襯底、印制電路板或引線框等的元件載體上，以形成組件。在芯片型組件(CSP)、圓片級組件(WLP)、直接芯片固定組件(DCA)、球柵陣列組件(BGA)、倒裝芯片組件和通孔組件中，在元件上以接合片形式所公知的導(dǎo)電接頭與位于元件載體上的對應(yīng)的已知為焊球或突起形式的導(dǎo)電接頭連接。一般地，元件相對于元件載體而放置，以使焊接突起與接片疊合，同時應(yīng)用回流工藝，以在元件和元件載體之間形成焊點形式的電連接件。安裝的倒裝芯片和芯片型組件在元件和元件載體之間具有空隙或間隙。其他安裝布置，如在把元件載體通過球-片電接點而安裝到印制電路板上的設(shè)計中也帶有空隙或間隙。
元件和元件載體通常由具有不匹配的熱膨脹系數(shù)的不同材料形成。當(dāng)加熱時，元件和元件載體經(jīng)受明顯的不同尺寸變化，這種變化可在元件和元件載體之間的電連接件中產(chǎn)生由熱引起的應(yīng)力。熱膨脹的不同可導(dǎo)致元件性能下降，對焊點產(chǎn)生破壞，或者組件失效。當(dāng)元件尺寸增加時，在元件和元件載體之間的熱膨脹更為明顯。
為了提高元件-元件載體組件中電連接件的可靠性，在微電子工業(yè)中普遍地用封裝材料對元件和元件載體之間的間隙進(jìn)行填充。填充或封裝使電連接件不暴露于外界環(huán)境中，同時使組件增加了機(jī)械強(qiáng)度，用于抵御動態(tài)和靜態(tài)機(jī)械負(fù)載。通過在熱循環(huán)過程中或當(dāng)元件和元件載體具有明顯溫差時減少電連接件承受應(yīng)力，這時封裝材料也提高了組件的疲勞壽命，同時也提高了電連接件的可靠性。封裝材料還提供了導(dǎo)熱路徑，該路徑可使熱從元件中散去，同時用來減少在元件和元件載體之間的溫差。結(jié)果，用封裝材料進(jìn)行填充可明顯地提高了組裝后組件的使用壽命。
有多種傳統(tǒng)的填充方法用于把封裝材料引入到元件和元件載體之間的間隙內(nèi)。一種傳統(tǒng)方法是依靠表面張力濕潤或者毛細(xì)作用，以誘導(dǎo)加熱后的、低粘性的具有良好濕潤特性的封裝材料從側(cè)邊移動到間隙中。根據(jù)該方法，封裝材料以細(xì)長的單線、L形或U形串珠分別配發(fā)到鄰近的元件一個、兩個或三個側(cè)邊，同時毛細(xì)作用誘導(dǎo)封裝材料移動到間隙內(nèi)。一般地，在封裝材料配發(fā)到元件載體前，通過把元件附近的元件載體預(yù)先加熱到約40℃到約90℃的均勻、穩(wěn)定溫度，封裝材料的粘度減小。也可通過例如形成貫穿封裝材料的串珠的壓差來提高流速，從而把封裝材料吸到間隙內(nèi)。有可能需要多次配發(fā)或排放串珠，以提供足夠體積的封裝材料。在填充操作結(jié)束后，可以選擇性地提供導(dǎo)角排放，以形成導(dǎo)角。隨后填充材料在電連接件被完全封裝后固化。
傳統(tǒng)的自動填充技術(shù)存在幾個缺點和不足。一個明顯的缺點是濕潤區(qū)域的存在，這是由于封裝材料使從形成有導(dǎo)角的元件邊緣向外的元件載體濕潤而導(dǎo)致的。在對元件進(jìn)行填充后，殘余物通常留在該濕潤區(qū)域。這些殘留物因影響美觀而是不希望有的，或者這些殘留物也會占用在元件上支撐其他相關(guān)電路元件的“禁用”區(qū)，這些電路元件例如為無源器件或可視基準(zhǔn)點等。攔壩或流動控制障礙件可圍繞元件周圍布置，用于控制濕潤區(qū)的擴(kuò)大。然而，這樣會降低填充操作的配發(fā)量。
傳統(tǒng)填充技術(shù)的另一個明顯缺點是，在給定的容差內(nèi)，必須精確地測量配發(fā)量，從而提供完全的填充操作和一些需要的導(dǎo)角，同時限制把多余的封裝材料配發(fā)到元件載體上，該多余的封裝材料會帶來殘留物或過大導(dǎo)角寬度。一般地說，配發(fā)量必須限制在最少量和最多量之間并可在統(tǒng)計工藝控制下進(jìn)行，其中最少量和最多量可通過計算得出。導(dǎo)角作為存儲部位，來接納多余的封裝材料。結(jié)果，填充配發(fā)器必須能夠精確地定量配發(fā)。
傳統(tǒng)填充技術(shù)的再一個明顯的不足是，由于在液體封裝材料在間隙內(nèi)移動的不規(guī)則，在封裝材料中會形成空隙。這種空隙會導(dǎo)致被侵蝕以及不期望的熱應(yīng)力，這會降低組件的性能，或者對組件可靠性產(chǎn)生負(fù)作用。
傳統(tǒng)填充技術(shù)的還一個明顯的缺陷是，需要對部件位置和多次配發(fā)工藝步驟進(jìn)行指示。自動填充配發(fā)系統(tǒng)中包括了指示系統(tǒng)(visionsystem)，以對編制程序提供幫助，并對封裝材料的配發(fā)圖形進(jìn)行精確校準(zhǔn)。這種指示系統(tǒng)是昂貴的，對成像的需要延長了填充的操作。
傳統(tǒng)填充技術(shù)的還一個明顯的缺點是，要使配發(fā)器針頭相對于元件特別是元件側(cè)邊進(jìn)行三維精確定位。這樣就需要一個具有高精度定位的移動臺。
傳統(tǒng)填充技術(shù)的再一個明顯的缺點是，來自配發(fā)器針頭和元件和/或元件載體之間接觸而產(chǎn)生的過分偏離。對于獲得高質(zhì)量的填充操作，對在元件載體上的配發(fā)針頭排放口的配發(fā)高度進(jìn)行精確定位是非常主要的。如果配發(fā)高度太大，則配發(fā)的封裝材料的一部分將從期望的串珠位置偏離。如果配發(fā)高度太小，則配發(fā)器針頭可能碰到元件載體或元件上。該配發(fā)器針頭可配有接觸傳感器，來探測特別小的配發(fā)高度。然而，接觸傳感器增加了填充系統(tǒng)的成本。
傳統(tǒng)填充技術(shù)的另一個明顯缺點是需要配置高價位的、限制流量的配發(fā)器針頭。該配發(fā)器針頭需要確保封裝材料配發(fā)串珠的精確放置。
傳統(tǒng)填充技術(shù)的又一個明顯缺點是，封裝材料從側(cè)邊串珠到間隙的流出時間很長。封裝材料必須從一個或多個側(cè)邊穿過間隙的寬度或?qū)蔷€流動。流出時間長減小了填充操作的產(chǎn)量。另外，封裝材料流入到間隙內(nèi)是非等向等或非均勻性的，這樣會產(chǎn)生空隙。而且，L形和U形串珠的各種不同波陣面聚集會形成停滯線。
傳統(tǒng)填充技術(shù)的再一個明顯缺點是，通常地，熱經(jīng)過元件載體傳遞到在間隙內(nèi)移動的封裝材料。由于元件載體是熱的不良導(dǎo)體，因此加熱效率很低，同時需要相對較高瓦特數(shù)的加熱器。
因此，需要提供對形成在如芯片的元件和如襯底的元件載體之間形成的間隙進(jìn)行填充的方式，這種方式可提高填充工藝的生產(chǎn)量，同時減少相關(guān)設(shè)備的費(fèi)用。
發(fā)明概述本發(fā)明克服了迄今為止公知的填充方法的上述和其他缺陷和不足。雖然在下面結(jié)合某些實施例描述本發(fā)明，可以理解的是，本發(fā)明不限于這些實施例。相反，本發(fā)明包括所有替換、改型以及等同結(jié)構(gòu)，這些替換、改型以及等同結(jié)構(gòu)均包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
一般地說，本發(fā)明涉及對元件和元件載體之間的間隙進(jìn)行填充以對形成其間的多個電連接件進(jìn)行封裝的方法，其中元件可以是芯片，而元件載體例如可以是襯底。本發(fā)明的原理可適用于安裝在元件載體上的任何元件，其中在該元件載體中，在安裝組件中具有間隙或空間。例如，本發(fā)明的原理適用于任何表面安裝或通孔安裝的組件上，該組件在元件及其元件載體之間具有間隙。
根據(jù)本發(fā)明的原理，提供一種對在元件和元件載體之間間隙進(jìn)行填充的方法。該方法包括形成至少一個或多個通道，該通道穿過在元件下面元件載體的一個位置或者元件本身；至少把元件加熱到配發(fā)溫度；把封裝材料引入到每個通道內(nèi)；以及把封裝材料移動到間隙內(nèi)，用于對延伸在元件和元件載體之間的多個電連接件進(jìn)行封裝。
從前面概述以及后面的詳細(xì)描述中可知，本發(fā)明提供用于對如芯片的元件和如襯底的元件載體之間的間隙進(jìn)行填充的獨特而有效的方法。本發(fā)明消除或至少減少了傳統(tǒng)填充技術(shù)中的濕潤區(qū)域，從而位于元件載體上靠近元件的無源器件不可能被封裝材料污染。
本發(fā)明還提供定制尺寸的導(dǎo)角，同時在連續(xù)填充操作中提高導(dǎo)角的均勻性。通過調(diào)整元件溫度來控制導(dǎo)角的形成與否。除了有意選擇溫度來提供導(dǎo)角，在元件周邊的表面張力將阻礙封裝材料向外流動。
由于相對于配發(fā)頭通道的精確對準(zhǔn)不需要成像，因此本發(fā)明不需要可增加填充操作的配發(fā)量的具有照相機(jī)和復(fù)雜照明設(shè)計的自動觀察系統(tǒng)，同時也減少配件的成本。本發(fā)明還放寬了對配發(fā)器頭、元件和元件載體的三維(X、Y和Z)定位要求，并去除或放寬了對封裝材料精確定量配發(fā)的要求。另外，由于封裝材料不需要以串珠形式配發(fā)，而替代的是僅僅引入到元件載體或元件的一個或多個通道中，因此不需要昂貴的配發(fā)量限制針頭。
由于配發(fā)針頭位于元件載體相對于放置元件的元件載體側(cè)的另一側(cè)，因此針頭-元件碰撞產(chǎn)生的過分偏離的可能性減少了。由于封裝材料必須從通道流出來填充間隙的距離減少了，因此與通常依靠毛細(xì)作用把填充材料從元件周邊移動到間隙相比，從通道流出的時間明顯減少了。
本發(fā)明還消除或減少了停滯線的影響范圍。從位于中心的通道或?qū)ΨQ的一組通道進(jìn)行填充可導(dǎo)致封裝材料等向的、徑向流動。另外，由于熱必須經(jīng)過元件而不是經(jīng)過一般具有相對較低導(dǎo)熱性的元件載體傳遞，因此對封裝組件的加熱更為有效。
本發(fā)明提高了電子元件的耐用性和可靠性，其中這些電子元件需要在安裝在元件載體上的元件之間的間隙具有填充的封裝材料。本發(fā)明還明顯地減少了在元件和元件載體之間的間隙進(jìn)行有效和可靠填充封裝材料而需要的時間。本發(fā)明還提高了填充過程的整個配發(fā)量，同時適應(yīng)靈活性需要，并同時適應(yīng)多種不同芯片尺寸、減小的間隙尺寸以及在工業(yè)上采用的各種封裝材料。
從附圖及描述中將更明顯看出本發(fā)明的上述和其他目的及優(yōu)點。


附圖包含在說明書中，構(gòu)成本說明書的一部分，這些附圖示出了本發(fā)明的實施例，并與上述對本發(fā)明的概括描述和下面對實施例的詳細(xì)描述一起用來解釋本發(fā)明原理。
圖1A為本發(fā)明一個實施例的組件和襯底的立體圖，其中用虛線表示的組件由沖模組成，而襯底具有流體通道；圖1B為根據(jù)本發(fā)明原理的圖1A組件的剖面圖，同時示出了填充操作；圖1C為圖1A組件的立體圖；圖2A、2B和2C為本發(fā)明一個可替代實施例的與圖1A、1B和1C類似的視圖；圖3A、3B和3C為本發(fā)明又一個可替代實施例的與圖1A、1B和1C類似的視圖；圖4A、4B和4C為本發(fā)明再一個可替代實施例的與圖1A、1B和1C類似的視圖；圖5A、5B和5C為本發(fā)明又一個可替代實施例的與圖1A、1B和1C類似的視圖；圖6A、6B和6C為本發(fā)明再一個可替代實施例的與圖1A、1B和1C類似的視圖；圖7-15為根據(jù)本發(fā)明原理的填充后組件的正視圖；以及圖16-24為圖7-15的填充后組件的后視圖。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述參見圖1A-1C，組件結(jié)構(gòu)10包括如芯片(die)12的元件，該芯片12安裝在如襯底14的元件載體上。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，襯底14可由有機(jī)或陶瓷材料構(gòu)成，例如可以是印制電路板、倒裝芯片多芯片模塊或倒裝片載體，同時芯片12可以是包括但不限于矩形的任何合適的幾何形狀。襯底14具有通道16，該通道16穿過上表面18和下表面20之間的襯底14厚度。通道16位于芯片12幾何中心或在其附近。通道16位于襯底14的原因?qū)⒃谙旅婷枋觥?br> 芯片12與襯底14通過一組互連突起22與襯底14可導(dǎo)電地和機(jī)械地連接，其中突起22在芯片12的下側(cè)或突起側(cè)23上，這些突起與襯底14的上表面18上的對應(yīng)一組焊墊24疊合或?qū)R。焊接突起22和焊墊24熱接在一起，以在其間形成以焊點形式的機(jī)械的、熱的和電的連接。如液體環(huán)氧樹脂的封裝材料26填入到芯片12突起側(cè)23和襯底14的上表面18之間間隙28內(nèi)。一般地，間隙28的尺寸范圍為從大約1密耳到大約23密耳。根據(jù)本發(fā)明原理的填充對于填充從大約12密耳到大約23密耳的間隙28特別有效。
參見圖1A-C，組件結(jié)構(gòu)10是反向的，同時芯片12的下側(cè)29與支撐件32導(dǎo)熱接觸。支撐件32加熱到比周圍環(huán)境溫度高的散發(fā)溫度，該溫度適合于把熱能傳遞到芯片12。本發(fā)明的芯片12可以選擇通過不脫離本發(fā)明精神和范圍的各種不同接觸或者非接觸加熱技術(shù)來進(jìn)行加熱。選擇散發(fā)溫度可輔助和有利于封裝材料26移動到間隙28內(nèi)。
填充配發(fā)器34相對于襯底14布置，用于把一定體積的封裝材料26配發(fā)到通道16內(nèi)。填充配發(fā)器34從配發(fā)泵(未示出)接受封裝材料26，并把該封裝材料26從排放針頭36排放口配發(fā)到通道16內(nèi)。來自支撐件32的熱能通過傳導(dǎo)從被加熱的芯片12傳遞到封裝材料26，封裝材料26從通道16向前經(jīng)過或移進(jìn)間隙28。所傳遞的熱使間隙28內(nèi)的封裝材料26的溫度升高，從而減小了其依賴于溫度的粘性，并因此增加了前進(jìn)的封裝材料26的引導(dǎo)邊緣或波前陣面的均勻性。封裝材料26從通道16向外徑向流動或移動到間隙28內(nèi)。在由于在芯片12側(cè)邊緣靜流體表面張力而導(dǎo)致流動停止后，封裝材料26對所有由焊點提供的電連接點進(jìn)行完全的封裝。
導(dǎo)角38可以形成在沿著芯片12的側(cè)邊，該導(dǎo)角將在下面在詳描。由于能限制從芯片12側(cè)邊向外流動的表面張力的作用，圖1B所示的導(dǎo)角38具有可忽略的寬度。通過升高至少位于芯片12外周邊的芯片12的溫度，或者升高整個芯片12的溫度，從而封裝材料26粘著并爬升在芯片12的周邊上，導(dǎo)角38的寬度可增加成由虛線表示的導(dǎo)角40。當(dāng)然，封裝材料26的配發(fā)體積必須包括足以形成導(dǎo)角40的附加體積。根據(jù)本發(fā)明的原理，由于芯片12周邊作用的表面張力的存在，從而阻斷了封裝材料26的向外流動，因此通過控制芯片12的溫度很容易得到可忽略寬度的零導(dǎo)角38。零或可忽略導(dǎo)角38的存在不依賴于封裝材料26的超過配發(fā)到通道16內(nèi)需要最小體積的任何多余體積。
填充配發(fā)器34和配發(fā)針頭36可采取本領(lǐng)域熟知的用于配發(fā)封裝劑或填充材料的任何形式。一種把封裝材料26提供到填充配發(fā)針頭36的適當(dāng)泵為DP-3000型泵，該泵可從Nordson Asymtek(Cartsbad，CA)買到。填充配發(fā)器34、配發(fā)器針頭36和相關(guān)的泵構(gòu)成了自動填充配發(fā)系統(tǒng)的元件，這些系統(tǒng)例如為可從Nordson Asymtek(Cartsbad，CA)買到的M-2020、X-1020、M-620和C-720填充配方系統(tǒng)。要注意的是，由于配發(fā)要求的放寬，因此在配發(fā)封裝材料26的量和配發(fā)器針頭36相對于開口定位的精度可以放寬，從而根據(jù)本發(fā)明原理，多種不同類型的配發(fā)器針頭36、配發(fā)泵和填充配發(fā)系統(tǒng)可用于配發(fā)封裝材料26。例如，可高精度定量配發(fā)的限制通過量的、窄量距配發(fā)器針頭36和配發(fā)泵可以從填充配發(fā)系統(tǒng)中取消。具體地說，與必須配發(fā)封裝材料26的均勻珠滴的傳統(tǒng)填充配發(fā)相比，配發(fā)器針頭36的量距可以充分增加，以減少把所需體積的封裝材料26配發(fā)到通道16內(nèi)的時間。
封裝材料26從通道16到間隙28內(nèi)的流動在徑向上基本是各個方向都是相同的。因此，停滯線不可能存在，這樣在填充操作結(jié)束后，明顯提高了封裝材料26的均勻性。
通道16可具有在襯底14的上表面18上金屬鍍層不受影響的任何可選直徑。通道16的容積可選擇成大致等于或大于填充間隙28內(nèi)未填滿空隙需要的封裝材料26的體積，同時提供任何需要的導(dǎo)角40。為此，完成填充的封裝材料26的最小體積可以被計算或被確定，并隨后至少該最小體積在一次配發(fā)操作中配發(fā)，或者經(jīng)過通道16。一般地，封裝材料26的配發(fā)體積大約為100到150mm3。把封裝材料26配發(fā)到通道16就不需要像在先有技術(shù)中那樣把一個或更多封裝材料26的珠滴在一次或更多排放中配發(fā)到靠近芯片12側(cè)邊緣。結(jié)果，填充配發(fā)器34和配發(fā)器針頭36可在配發(fā)操作中保持穩(wěn)定，芯片12相對于配發(fā)器針頭36的定位要求也放寬了。
通道16的容積或容量可以小于封裝材料26需要最小體積，此時，需要多個配發(fā)操作或排放來完成間隙28的填充操作。還可以理解的是，除非有意使芯片溫度升高以形成導(dǎo)角40，否則由于在芯片12的側(cè)邊緣表面張力的作用，從通道16流入到間隙28內(nèi)的封裝材料26的量將等于最小體積，并產(chǎn)生零導(dǎo)角40。過量封裝材料26的增加將導(dǎo)致導(dǎo)角40的出現(xiàn)，除非有意使芯片溫度升高來克服芯片12周邊的表面張力。如果不有意使該溫度升高以形成導(dǎo)角40，則任何過量的封裝材料26將僅僅被保持停留在通道16中，并在通道16上形成冠狀物。
參照圖2A-2C，其中相同標(biāo)號指代圖1A-1C中的相同特征，圍繞在通道16的外圍設(shè)置有流動控制屏障或攔壩42。一定體積的封裝材料26從配發(fā)器針頭36配發(fā)到填充配發(fā)器34內(nèi)。攔壩42與襯底14的下表面20具有流體密封關(guān)系，該密封足以阻止配發(fā)到通道16內(nèi)以及在攔壩42內(nèi)部限定的容積內(nèi)的封裝材料26有明顯丟失。
攔壩42的存在可有效地增加了一次配發(fā)操作或排放中的封裝材料26的體積，而該體積是填充間隙28以及形成導(dǎo)角40(如果存在的話)所需要的。接著，由于通道16的容積比封裝材料26的配發(fā)體積小，因此攔壩42可使所需體積的封裝材料26在一次配發(fā)操作中進(jìn)行配發(fā)以及/或者對通道16的尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。封裝材料26從通道16徑向向外流動或移動，并進(jìn)入到間隙28內(nèi)。由于存在的流體靜力學(xué)表面張力，導(dǎo)致芯片12側(cè)邊緣的流動停止，流動停止后，封裝材料26完整地封裝由焊點提供的所有電連接。
參照圖3A-C，其中相同標(biāo)號表示與圖1A-C相同的特征，在靠近芯片12中心或中點處的襯底14上設(shè)置有通道44。通道44由具有三個不同直徑的結(jié)合的、單個凹坑46、48、50構(gòu)成。凹坑46、48和50的總?cè)莘e確定了通道44的流體容量以及在通道44內(nèi)可接納的封裝材料26的對應(yīng)的最大體積。結(jié)果，在襯底14內(nèi)提供足夠尺寸的空腔以接納在一次配發(fā)操作或排放中的所需體積的封裝材料26，同時在芯片12下面開口的直徑可被控制。
參見圖4A-C，其中相同標(biāo)號表示與圖1A-C中相同的特征，通道52形成在靠近芯片12的一個角部53附近的襯底14上，并位于從芯片12的中點56到角部53的對角線54上。通道52的尺寸設(shè)計成可接納在一次配發(fā)操作或排放中封裝材料26的所需體積。封裝材料26從通道52流出或移動，用來填充間隙28。由于存在流體靜力學(xué)的表面張力，導(dǎo)致在芯片12的側(cè)邊緣的流動停止，在流動停止后，完成了填充操作，同時封裝材料26對由焊點提供的電連接件完全被封裝。
參見圖5A-C，其中相同標(biāo)號表示與圖1A-C中相同特征，在連接芯片12的相對角部63、64的對角線62上，在襯底14內(nèi)形成有一對隔開的通道58、60，其中對角線通過芯片中點66。通道58、60可位于芯片12各對應(yīng)象限的相應(yīng)中心。封裝材料26從每個通道58、60向外徑向流出或移動，并進(jìn)入到間隙28。流體靜力學(xué)的表面張力阻止了在芯片12側(cè)邊緣的向外流動，此時封裝材料26對由焊點提供的所有電連接進(jìn)行完全的封裝。
參見圖6A-C，其中相同標(biāo)號表示與圖1A-C中相同特征，在襯底14和芯片12的下面形成有四個通道68、70、72和74。該通道68、70、72和74以四邊形布置，其中每個通道68、70、72和74位于四邊形各對應(yīng)象限中心附近。通道68和70位于連接芯片12的相對角部77、78的對角線76上，其中對角線76通過芯片中點80。通道72和74位于連接芯片12的相對角部83、84的對角線82上，其中對角線82通過芯片中點80。封裝材料26從每個通道68、70、72或74向外徑向流出或移動，并進(jìn)入到間隙28。流體靜力學(xué)的表面張力阻止了在芯片12側(cè)邊緣的向外流動，此時封裝材料26對由焊點提供的所有電連接進(jìn)行完全的封裝。
對于這里描述的所有各種不同的實施例，配發(fā)到一個通道或多個通道內(nèi)的封裝材料的最少量取決于由芯片尺寸限定間隙的有效容積，同時取決于互連突起的高度公差，以及如果導(dǎo)角存在的話還取決于需要導(dǎo)角體積。具體地說，加在本發(fā)明各自實施例的一個空腔或多個空腔的封裝材料最少量等于芯片下容積和導(dǎo)角體積減去互連突起體積。根據(jù)本發(fā)明的原理，除了引入最少量的封裝材料外，封裝材料的體積不需要精確控制。除非有意使芯片加熱到閾值溫度外，由于間隙邊緣的表面張力將阻止封裝材料明顯外溢到芯片邊緣外，因此在填充操作中，將不形成明顯導(dǎo)角。結(jié)果，任何加到空腔內(nèi)的多余封裝材料將只流動到間隙內(nèi)，同時保持在空腔內(nèi)，或者從空腔中沿著襯底向外突出。
根據(jù)本發(fā)明的原理，可以在一次配發(fā)操作或排放中，把封裝材料加入到通道內(nèi)。為此，可選擇通道總?cè)莘e，從而至少最少量的封裝材料在一次配發(fā)操作中配發(fā)到通道內(nèi)。如果通道總?cè)莘e小于最小容積，則一個或多個通道可由對應(yīng)的攔壩圍繞，這樣增加了接納被配發(fā)封裝材料的容積?？蛇x擇的是，可通過在一段停留時間內(nèi)進(jìn)行多個配發(fā)操作來填充通道，在該時間內(nèi)，封裝材料可配發(fā)到其他組件的通道內(nèi)。由于配發(fā)過程可在一些組件上進(jìn)行，同時封裝材料在其他組件內(nèi)流動，因此提高了該工藝的產(chǎn)量。
在封裝材料配發(fā)到通道內(nèi)后，這些封裝材料在毛細(xì)作用下開始從通道內(nèi)移動到間隙內(nèi)。如果至少最小體積的封裝材料通過一次配發(fā)操作引入到通道內(nèi)，則當(dāng)組件從填充配發(fā)器系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)饺鐚Ψ庋b材料進(jìn)行固化的加熱爐等后續(xù)位置的同時，填充操作可以進(jìn)行。這樣與傳統(tǒng)填充操作相比，明顯地提高了根據(jù)本發(fā)明原理的填充操作的產(chǎn)量。
從配發(fā)器頭部引入到通道內(nèi)的封裝材料沒有加壓。相反，在通道內(nèi)的已配發(fā)封裝材料的體積只作為貯槽，該貯槽在毛細(xì)作用下通過封裝材料流出到間隙內(nèi)而排空。
本發(fā)明的封裝材料可以如小球或其他固相體積的固定形式通過例如“取-放”操作來加入到通道內(nèi)。該小球熔化使封裝材料液化，該材料然后流動或移動到間隙內(nèi)。
本發(fā)明的通道也可以位于芯片內(nèi)，此時在填充操作中，襯底被加熱，固態(tài)或液態(tài)形式的封裝材料引入到通道內(nèi)，并流入到間隙內(nèi)。
本發(fā)明還可利用下面實例來得到進(jìn)一步理解。
實例1參照圖7和16，穿過襯底的通道或空腔位于芯片幾何中心附近。25mm2的玻璃芯片具有150μm間距(焊接突起之間的中心到中心距離)的22,500個銅突起，其中間隙為31μm。芯片和襯底的組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為65℃。大量的兩種不同顏色的封裝材料或填充材料引入到空腔內(nèi)。該布圖表明沒有停滯線，同時可見到流出速度。實現(xiàn)了零導(dǎo)角。
實例2參見圖8和17，穿過襯底的通道或空腔位于芯片幾何中心附近。25mm2的玻璃芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為31μm。芯片和襯底的組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為65℃。封裝材料或填充材料(Hysol 4545)引入到空腔內(nèi)。實現(xiàn)了零導(dǎo)角。
實例3參見圖9和18，穿過襯底的通道或空腔位于芯片幾何中心附近。25mm2的玻璃芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為31μm。芯片和襯底的組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為65℃。兩種不同顏色的封裝材料或填充材料引入到空腔內(nèi)。該結(jié)構(gòu)表明沒有停滯線，同時向外流動相對具有等向性。實現(xiàn)了零導(dǎo)角。
實例4參見圖10和19，兩個穿過襯底的直徑為0.060″的通道或空腔位于芯片對角線上。25mm2硅芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為35μm。芯片和襯底的組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為95℃。大量封裝材料或填充材料(Hysol4545)引入到空腔內(nèi)。觀察到填充操作(當(dāng)填充材料引入到空腔時開始，當(dāng)填充完成時結(jié)束)很快(90秒)并且質(zhì)量高。
實例5參見圖11和20，一個穿過襯底的直徑為0.177″的空腔或通道位于芯片一個角部附近。25mm2硅芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為35μm。組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為65℃。大量封裝材料或填充材料(Hysol 4545)引入到空腔內(nèi)。觀察到填充操作很快(84秒)并且質(zhì)量高。
實例6參見圖12和21，兩個穿過襯底的直徑為0.177″的通道或空腔位于芯片對角線上。25mm2硅芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為35μm。組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為95℃。封裝材料或填充材料(Hysol 4545)引入到空腔內(nèi)。觀察到填充操作很快(68秒)并且質(zhì)量高。雖然實例6的通道在直徑上比實例8中的通道大，但流出時間與實例8中觀察到的流出時間接近。
實例7參見圖13和22，兩個穿過襯底的直徑為0.125″的通道或空腔位于芯片對角線上。25mm2硅芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為35μm。組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為65℃。封裝材料或填充材料(Hysol 4545)引入到空腔內(nèi)。觀察到填充操作很快(130秒)并且質(zhì)量高。在填充材料的兩個波前陣相遇處有輕微的盲區(qū)(停滯線)。
實例8和對照例1設(shè)置了每個均與實例7中組件結(jié)構(gòu)相同的三個組件結(jié)構(gòu)，同時相應(yīng)的空腔充滿了封裝材料或填充材料(Hysol 4545)。在填充操作中，芯片的溫度測量為95℃，而不是象實例7中的65℃。觀察到的三個組件結(jié)構(gòu)的填充操作平均完成約為40秒，其中在封裝材料引入到空腔內(nèi)之后，觀察到的最快填充操作完成需要了38秒。
相比之下，利用相同封裝材料的L形珠串的多次配發(fā)或排放，對于與實例8中相同類型組件結(jié)構(gòu)和溫度，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的毛細(xì)填充操作。觀察到填充操作需要118秒完成。
實例9參見圖14和23，一個穿過襯底的直徑為0.177″的通道或空腔位于與芯片幾何中心偏離并位于角部和中心之間的中點附近的對角線上。25mm2硅芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為35μm。組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為95℃。封裝材料或填充材料(Hysol 4545)引入到空腔內(nèi)。觀察到填充操作需要483秒完成。通過在孔內(nèi)加入額外的材料并調(diào)整沿著芯片側(cè)部的溫度可有意形成導(dǎo)角。
實例10提供與實例9類似的組件結(jié)構(gòu)，并在該結(jié)構(gòu)中充滿有封裝材料或填充材料(Hysol 4545)。在填充操作中，芯片的溫度測量為65℃。觀察到填充操作需要483秒完成。
實例11參見圖15和24，四個穿過襯底的直徑為0.060″的通道或空腔位于芯片每個象限的象限中間附近。25mm2硅芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為35μm。組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為95℃。封裝材料或填充材料(Hysol4545)引入到空腔內(nèi)。雖然觀察到填充操作很快(70秒)并相對高質(zhì)量，但是在芯片中心有空隙生成。如果在該空隙處沒有突起，則這些空隙沒有特別影響。
實例12參見圖15和24，一個穿過襯底的直徑為0.060″的通道或空腔位于芯片幾何中心附近。攔壩與空腔同心設(shè)置。25mm2硅芯片具有150μm間距的22,500個銅突起，其中間隙為35μm。組件結(jié)構(gòu)是顛倒的，同時芯片位于加熱板上。芯片的溫度測量為65℃。封裝材料或填充材料(Hysol 4545)引入到空腔內(nèi)。觀察到填充操作需要287秒完成。
本發(fā)明已經(jīng)通過各種實施例的描述被示出，同時這些實施例被特別詳細(xì)地描述，然而，申請人并非要以上述方式那樣詳細(xì)地限制或以任何方式限定附加權(quán)利要求書的范圍。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他優(yōu)點和改型是顯而易見的。較寬范圍的本發(fā)明因此不限定于示出和描述的具體細(xì)節(jié)、典型方法和示意性實例。因此，在不脫離申請人總體發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍情況下，可進(jìn)行與那些細(xì)節(jié)偏離的變化。
權(quán)利要求
1.一種填充在元件和元件載體之間的間隙以對多個在其中延伸的電連接件進(jìn)行封裝的方法，包括形成至少一個通道，該通道穿過在元件所需位置下面的元件載體；把至少元件加熱到配發(fā)溫度；把封裝材料引入到至少一個通道內(nèi)；以及從至少一個通道把封裝材料移動到間隙內(nèi)，用于對多個電連接件進(jìn)行封裝。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于封裝材料在明顯移動到間隙內(nèi)前引入到至少一個通道內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于至少一個通道位于元件的幾何中心。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于至少一個通道與元件的幾何中心偏離。
5.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于在封裝材料引入到該至少一個通道前，元件被加熱到配發(fā)溫度，同時該方法還包括把元件維持在配發(fā)溫度，直到多個電連接件被封裝材料封裝。
6.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于提供熱能的步驟與引入步驟同時進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括對配發(fā)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以在元件的外周邊周圍形成導(dǎo)角。
8.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于至少一個通道的容積小于填充間隙需要的封裝材料的體積，同時該方法還包括重復(fù)引入和移動的步驟，直到間隙被封裝材料充分地填充。
9.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于至少一個通道的容積大致等于填充間隙需要的封裝材料的體積。
10.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于還包括在封裝材料引入到至少一個通道前，把流動控制障礙件放置在至少一個通道周圍。
11.如權(quán)利要求10的方法，其特征在于至少一個通道的容積小于填充間隙需要的封裝材料的體積，而且流動控制障礙用于增加通道有效容積。
12.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于引入封裝材料還包括把液相的封裝材料配發(fā)到至少一個通道內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于引入封裝材料還包括把固相體積的封裝材料放入到至少一個通道內(nèi)，該封裝材料在配發(fā)溫度熔化成液相，以移動到間隙內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于對元件加熱還包括把熱能從熱源直接傳遞到元件上。
15.如權(quán)利要求13的方法，其特征在于還包括多個通道，而且引入封裝材料還包括把封裝材料引入到所述多個通道中的每一個中。
16.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于多個通道沿著元件的幾何中心對稱布置。
17.一種填充在元件和元件載體之間的間隙以對多個在其中延伸的電連接件進(jìn)行封裝的方法，包括形成至少一個穿過元件的通道；把元件相對于元件載體放置；把至少元件載體加熱到配發(fā)溫度；封裝材料引入到至少一個通道內(nèi)；以及從至少一個通道把封裝材料移動到間隙內(nèi)，以對多個電連接件進(jìn)行封裝。
18.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于封裝材料在明顯移動到間隙內(nèi)之前引入到至少一個通道內(nèi)。
19.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于至少一個通道位于元件的幾何中心。
20.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于至少一個通道與元件的幾何中心偏離。
21.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于在封裝材料引入到該至少一個通道之前，元件加熱到配發(fā)溫度，同時該方法還包括把元件維持在配發(fā)溫度，直到多個電連接件被封裝材料封裝。
22.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于提供熱能的步驟與引入步驟同時進(jìn)行。
23.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于還包括對配發(fā)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以在元件的外周邊周圍形成導(dǎo)角。
24.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于至少一個通道的容積小于填充間隙需要的封裝材料的體積，同時該方法還包括重復(fù)引入和移動的步驟，直到間隙被封裝材料充分地填充。
25.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于至少一個通道的容積大致等于填充間隙需要的封裝材料的體積。
26.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于還包括在封裝材料引入到至少一個通道之前，把流動控制障礙件放置在至少一個通道周圍。
27.如權(quán)利要求26的方法，其特征在于至少一個通道的容積小于填充間隙需要的封裝材料的體積，而且流動控制障礙件用于增加通道有效容積。
28.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于引入封裝材料還包括把液相的封裝材料配發(fā)到至少一個通道內(nèi)。
29.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于引入封裝材料還包括把固相體積的封裝材料放入到至少一個通道內(nèi)，該封裝材料在配發(fā)溫度熔化成液相，以移動到間隙內(nèi)。
30.如權(quán)利要求17的方法，其特征在于對元件加熱還包括把熱能從熱源直接傳遞到元件上。
31.如權(quán)利要求30的方法，其特征在于還包括多個通道，而且引入封裝材料還包括把封裝材料引入到所述多個通道中的每一個中。
32.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于多個通道沿著元件的幾何中心對稱布置。
33.一種基本上如圖所示和說明書描述的那樣的填充在元件和元件載體之間的間隙、以對多個在其中延伸的電連接件進(jìn)行封裝的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在元件和元件載體之間的間隙填充封裝材料的方法，其中的元件例如為通過焊接電連接件連接到襯底上的芯片。一個或多個通道設(shè)置在元件相對于元件載體的需要位置下面的一個位置上。把元件加熱，同時一定體積的封裝材料引入到每個通道內(nèi)。在引入后，該封裝材料流動或移動以對元件和元件載體之間的間隙進(jìn)行填充。通過在填充操作過程中調(diào)節(jié)元件溫度來可選擇地形成導(dǎo)角。
文檔編號H01L21/02GK1531042SQ20041000097
公開日2004年9月22日 申請日期2004年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月28日
發(fā)明者H·奎諾奈斯, E·菲斯克, T·L·拉特來吉, A·巴比亞茲, R·L·西爾德拉, H 奎諾奈斯, 妊親, 拉特來吉, 箍, 西爾德拉 申請人:諾德森公司