專利名稱：用來對晶片層面封裝件進行流體填充的系統(tǒng)和方法
背景技術：
隨著集成電路(IC)幾何圖形和微機電系統(tǒng)(MEMS)不斷變小，對可靠的高密度封裝的需求增加。提供尺寸不斷減小的芯片的可靠封裝的一種有前景的解決辦法是晶片層面封裝(WLP)。WLP是這樣一種封裝方法，其中在IC制作車間或其它加工位置在晶片層面處形成封裝。WLP使得能夠在將晶片切割成單個芯片之前對晶片進行待要執(zhí)行的測試和老化試驗。
在某些WLP方法中，可以用流體來填充IC或MEMS封裝件的小空腔或外殼。在許多這種應用中，可能需要以防止在流體填充的空腔中形成氣泡或氣態(tài)小穴的方式來執(zhí)行WLP的流體填充。由于在微觀上各種力的相對強度不同，故像WLP中那樣的流體填充小空腔而不在空腔內(nèi)部捕獲氣泡，是一種挑戰(zhàn)。一種這樣的力是液體表面處的表面張力。在宏觀尺度上，表面張力是比較弱的。但在微觀尺度上，表面張力可以非常強，甚至支配其它典型的強力。
隨著物理尺度縮小到微觀尺度，流體上的表面張力相對于其它機械力不斷增大。在晶片層面空腔的流體填充過程中的正常條件下下，流體的表面張力在微觀水平下可防止流體流入到空腔中。用來克服這些表面張力的傳統(tǒng)設備是昂貴的，且需要長的生產(chǎn)準備時間。而且，當在各種填充流體之間進行轉(zhuǎn)換時，傳統(tǒng)設備常常經(jīng)受交叉沾污。此外，當用于晶片層面填充時，傳統(tǒng)流體填充設備可能能量或填充流體效率不高，進一步提高了運行成本。

發(fā)明內(nèi)容
一種流體填充系統(tǒng)，它包括用來接納晶片的真空填充工作室、耦合到真空填充工作室的導管、以及通過導管被流體耦合到真空填充工作室的真空泵，此真空泵被構(gòu)造成在晶片層面封裝空腔內(nèi)產(chǎn)生真空，其中，真空填充工作室包括具有抽真空口的本體、密封耦合到本體以密封抽真空口第一端的第一基板、以及密封耦合到本體以密封抽真空口第二端的第二基板。


附圖示出了本系統(tǒng)和方法的各種實施方案，是本說明書的一部分。所示實施方案僅僅是本系統(tǒng)和方法的例子，對其范圍沒有限制作用。閱讀下列詳細描述和參照附圖之后，本概述以及本系統(tǒng)和方法的其它特點和情況將變得明顯，其中圖1是簡單方框圖，示出了用來對晶片層面空腔進行流體填充的系統(tǒng)。
圖2是根據(jù)一個示例性實施方案的真空工作室的裝配圖。
圖3是待要組合在根據(jù)一個示例性實施方案的用來對晶片層面空腔進行流體填充的系統(tǒng)中的真空工作室的分解圖。
圖4是流程圖，示出了根據(jù)一個示例性實施方案的用來對晶片層面封裝件空腔進行流體填充的系統(tǒng)的運行方法。
圖5示出了根據(jù)一個示例性實施方案的真空工作室內(nèi)部的晶片的放大剖面圖。
圖6示出了根據(jù)一個示例性實施方案的真空工作室內(nèi)部的被抽空的晶片的放大剖面圖。
圖7示出了根據(jù)一個示例性實施方案的真空工作室內(nèi)部的包括被去氣的流體的被抽空的晶片的放大剖面圖。
圖8示出了根據(jù)一個示例性實施方案的壓力已經(jīng)回到大氣壓之后真空工作室內(nèi)部的晶片和去氣流體的放大剖面圖。
圖9示出了根據(jù)一個示例性實施方案的用去氣流體填充的晶片的放大剖面圖。
圖10示出了根據(jù)一個示例性實施方案的流體填充的晶片在過量的去氣流體已經(jīng)被清除之后的放大剖面圖。
圖11示出了根據(jù)一個示例性實施方案的用來對晶片層面空腔進行流體填充的變通系統(tǒng)。
圖12示出了根據(jù)一個示例性實施方案的真空工作室的裝配圖。
圖13是待要組合在根據(jù)一個示例性實施方案的用來對晶片層面空腔進行流體填充的系統(tǒng)中的真空工作室的分解圖。
圖14示出了根據(jù)一個示例性實施方案的用來對晶片層面空腔進行流體填充的系統(tǒng)的使用方法。
在所有附圖中，完全相同的參考號表示相似但不一定完全相同的元件。
具體實施例方式
本說明書描述一種用來對晶片層面封裝空腔進行流體填充的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本系統(tǒng)和方法包括用來對晶片層面封裝空腔進行流體填充的系統(tǒng)和方法，此系統(tǒng)和方法在晶片層面空腔和晶片周圍環(huán)境中成為真空，用去氣流體覆蓋被抽空的空腔的，然后使晶片周圍環(huán)境回到大氣壓。此工藝提供了梯度足夠陡峭的壓力來克服去氣流體的表面張力并強迫去氣流體進入到晶片層面空腔中。一旦去氣流體位于晶片層面空腔內(nèi)，且從晶片表面清除過量的流體，去氣流體的表面張力就將去氣流體保留在空腔內(nèi)。下列說明書和權利要求公開了用來執(zhí)行上述工藝的示例性實施方案。
如在說明書和所附權利要求中所用的那樣，術語“集成電路”或“IC”意味著廣義理解為描述一種半導體晶片，其上制造任何數(shù)目的細小晶體管、電容器、和/或電阻器，并可以用熟知的IC批處理技術來共同制造。示例性IC可以包括但決不局限于微處理器、計算機存儲器、放大器、振蕩器、計時器、以及計數(shù)器。術語“微機電系統(tǒng)”或“MEMS”意味著廣義理解為描述任何一種非常小(微小)的機械裝置，此機械裝置可以被構(gòu)造在單個半導體芯片上，并可以用集成電路(IC)批處理技術來制造。MEMS可以被廣義地分類為傳感器、致動器、傳感器和致動器的組合、或用于處理或控制的額外電路。為了本說明書和權利要求的目的，術語MEMS意味著指上述任何一類。
而且，術語“封裝件”或“封裝”意味著廣義地理解為IC或MEMS器件的任何一種外殼或支持件。封裝件或封裝可以提供電連接和隔離以及機械、熱、化學、或光學隔離或鈍化，以便保護IC或MEMS的功能和延長壽命。術語“填充流體”和“封裝流體”意味著廣義地理解為表示任何一種能夠被用來填充晶片層面處或晶片層面封裝方案中的空腔或外殼的流體。術語“晶片層面封裝”或“WLP”意味著被理解為任何一種在晶片層面形成封裝的IC或MEMS封裝技術。此外，術語“真空”意味著被理解為一種條件，其中，被考慮的環(huán)境的壓力低于周圍的大氣壓。術語“真空泵”意味著被理解為用來在某些容器或環(huán)境中產(chǎn)生真空條件的任何一種泵。術語“去氣的”意味著被理解為一種條件，其中的流體可能已經(jīng)基本上清除了所有溶解的氣體。流體可以由于處于基本上清除流體中所有溶解的氣體的高真空中而被去氣。
在下列說明書中，為了說明的目的，提出了大量具體的細節(jié)，以便提供對本系統(tǒng)和方法的透徹理解，本系統(tǒng)和方法提供了用來對晶片層面封裝件進行流體填充的簡單而價廉的真空工作室。但對本技術領域熟練人員來說，本方法無須這些具體細節(jié)也可以被實施。本說明書中所指“一個實施方案”或“實施方案”意味著結(jié)合此實施方案所述的具體特點、結(jié)構(gòu)、或特性被包括在至少一個實施方案中。本說明書中各處的短語“在一個實施方案中”不一定都指同一個實施方案。
示例性結(jié)構(gòu)圖1示出了根據(jù)一個示例性實施方案的用流體對晶片層面封裝件進行填充的示例性系統(tǒng)。如圖1所示，此流體填充系統(tǒng)(100)包括流體耦合的真空泵(140)、流體去氣工作室(110)、以及真空工作室(160)。真空泵(140)、流體去氣工作室(110)、以及真空工作室(160)，由管道(130)流體耦合。去氣閥門(120)被排列在真空泵(140)與流體去氣真空工作室之間的管道(130)中。同樣，真空閥門(150)被排列在真空泵(140)與真空工作室(160)之間，而流體填充閥門(170)被排列在流體去氣工作室(110)與真空工作室(160)之間的管道(130)中。下面來更詳細地描述上述流體填充系統(tǒng)(100)的各個組成部分。
圖1所示的真空泵(140)被構(gòu)造成選擇性地在管道(130)中，因而在流體去氣真空工作室(110)以及真空工作室(160)中產(chǎn)生負壓。當被啟動時，真空泵(140)施加足夠的負壓，從而從管道(130)、流體去氣真空工作室(110)、和/或真空工作室(160)抽出氣體。真空泵(140)可以是任何一種真空產(chǎn)生裝置，包括但決不不局限于高真空泵、旋轉(zhuǎn)葉輪真空泵、渦輪分子泵、或活塞真空泵。而且，雖然本流體填充系統(tǒng)(100)被描述為組合單個真空泵(140)，但在本系統(tǒng)和方法中可以組合任何數(shù)目的真空泵(140)。
如圖1所示，真空泵(140)通過管道(130)被流體耦合到流體去氣真空工作室(110)。此流體去氣真空工作室(110)可以是構(gòu)造成容納任何數(shù)目的流體以及便于這些流體去氣的任何一種容器。當使真空泵(140)能夠?qū)⒇搲菏┘拥饺庹婵展ぷ魇?110)時，包含在去氣真空工作室中的任何流體就在起表面上方承受降低了的壓力。這一降低了的壓力使可能引起本系統(tǒng)和方法的故障的夾裹住的空氣和其它氣體能夠逃逸且隨后清除。本去氣真空工作室(110)可以由能夠被密封且在真空泵(140)引起的真空下不破裂的任何數(shù)目的材料構(gòu)成，包括但決不局限于塑料、玻璃、金屬、復合物、或陶瓷。
如圖1所示，去氣閥門(120)可以被排列在真空泵(140)與流體去氣真空工作室(110)之間的管道(130)中。去氣閥門(120)被構(gòu)造成選擇性地耦合真空泵和流體去氣真空工作室(110)。當去氣閥門(120)被關閉時，真空泵(140)產(chǎn)生的任何壓力降低都不會傳送到和影響到流體去氣真空工作室(110)中的壓力。但當去氣閥門(120)被打開時，真空泵(140)就處于與流體去氣真空工作室(110)流體相連的狀態(tài)，從而可以對包含在流體去氣真空工作室中的流體執(zhí)行去氣工藝。去氣閥門(120)可以被手動或遙控操作，并可以包括但決不局限于閘閥、球閥、膜片閥、針閥、或塞閥。在一種提供遙控操作閥門的自動安排中，傳感器可以監(jiān)視真空水平和流體被去氣的程度。計算裝置也可以被耦合到遙控操作閥門，用來根據(jù)這種測量而開關各個閥門，形成部分或完全自動化的晶片層面流體填充系統(tǒng)。
相似于去氣閥門(120)，真空閥門(150)和流體填充閥門(170)可以被排列在管道(130)中。如圖1所示示例性實施方案中所示，真空閥門(150)可以選擇性地調(diào)節(jié)耦合在真空泵(140)與真空填充工作室(160)之間的流體。同樣，流體填充閥門可以調(diào)節(jié)流體去氣真空工作室(110)與真空填充工作室(160)之間的去氣流體的流動。如上面對去氣閥門所述，真空閥門(150)和流體填充閥門(170)可以被手動或遙控控制，并可以包括但決不局限于閘閥、球閥、膜片閥、針閥、或塞閥。
圖1所示的管道(130)使液體或氣體能夠在本流體填充系統(tǒng)(100)的各個組成部分之間流動。耦合本流體填充系統(tǒng)的各個組成部分的管道(130)可以是但決不局限于各種直徑的聚合物或金屬基管道。
真空填充工作室(160)被耦合到流體去氣真空工作室(110)和真空泵(140)二者。真空填充工作室被構(gòu)造成用流體價廉地填充晶片層面封裝件。下面參照圖2和圖3來解釋本真空填充工作室(160)的各個組成部分。
圖2示出了根據(jù)一個示例性實施方案的構(gòu)造成價廉地填充晶片層面封裝件的裝配好的真空填充工作室。如圖2所示，此真空填充工作室(160)可包括真空填充工作室(160)相反端處的玻璃板(200)以及排列在玻璃板(200)之間的本體板(210)。本體板(210)還包括構(gòu)造成容納晶片(230)的抽真空口(260)。O形環(huán)或其它密封件(220)可以分隔開并形成玻璃板(200)與本體板(210)之間的真空密封。一個或更多個流體端口(250)可以提供經(jīng)由本體板(210)進入真空工作室(160)的通道。此外，一個或更多個真空端口(240)也可以提供經(jīng)由本體板(210)延伸到抽真空口(260)中的腔管。
下面考慮圖3，示出了根據(jù)一個示例性實施方案的真空工作室(160)的分解圖。如圖3所示，本真空填充工作室(160)包括排列在真空填充工作室各端上的多個玻璃板(200)。圖3所示的玻璃板是平坦的，但玻璃板(200)以及本體板(210)可以具有各種外形，包括但決不局限于彎曲的表面。組合在真空工作室(160)各端上的玻璃板(200)可以由任何透明的強度比較高的耐磨損的基本上惰性的生物不活潑的能夠形成非常平滑而抗?jié)B透的表面的材料組成。
本體板(210)被排列在玻璃板(200)之間。本體板可以由各種材料組成，包括但決不局限于金屬、復合物、陶瓷、或塑料。如圖3所示，本體板(210)可以包括抽真空口(260)、一個或更多個真空端口(240)、一個或更多個流體端口(250)、以及密封件接納溝槽(270)。
排列在中心本體板(210)中的抽真空口(260)被用來安置一個或更多個晶片(230)或晶片層面封裝件。抽真空口(260)被排列在本體板中，以便提供晶片封裝件的流體填充位置。抽真空口(260)與一個或更多個真空端口(240)以及一個或更多個流體端口(250)二者處于流體連通狀態(tài)。一個或更多個真空端口(240)由流體將抽真空口(260)耦合到管道(130；圖1)，且隨后耦合到真空泵(140；圖1)。抽真空口(260)經(jīng)由真空端口(240)被抽空所有氣體，以方便根據(jù)一個示例性實施方案的本流體填充方法。
同樣，一個或更多個流體端口(250)由流體將流體去氣真空工作室(110；圖1)耦合到抽真空口(260)。根據(jù)一個示例性實施方案，此流體耦合使流體去氣真空工作室(110；圖1)能夠選擇性地將去氣流體置于抽真空口(260)中。
密封件接納溝槽(270)被排列在中心本體板(210)中，以便在玻璃板(200)與本體板(210)之間進行密封并保持O形環(huán)或其它密封件(220)。借助于將O形環(huán)或其它密封件(220)保持在玻璃板(200)與本體板(210)之間，可以在抽真空口(260)中選擇性地產(chǎn)生由流體密封的體積。
示例性裝置和操作現(xiàn)在參照圖4流程圖，示出了用于對晶片層面封裝空腔進行流體填充的系統(tǒng)的示例性操作方法。如圖4所示，此工藝可以在晶片被置于抽真空口內(nèi)部和抽真空口被密封(步驟400)時開始。一旦抽真空口被密封，就開啟真空泵(140；圖1)(步驟410)。然后打開真空閥門，從而在真空填充工作室中產(chǎn)生真空(步驟415)。當在真空填充工作室中存在真空狀態(tài)時，使去氣流體流入到真空填充工作室中(步驟420)，從而以去氣流體覆蓋整個晶片表面(步驟430)。一旦整個晶片表面被去氣流體覆蓋，就關閉泵，并使真空填充工作室回到大氣壓(步驟440)。當工作室處于大氣壓時，可以打開真空填充工作室，并移去包含被流體填充的空腔的晶片(步驟450)。下面參照圖5-圖10來更詳細地描述上述方法。
如上所述，此方法開始于晶片被插入到抽真空口中且抽真空口被密封(步驟400)時。圖5示出了被插入到本系統(tǒng)的抽真空口(260；圖2)中的晶片(500)的示例性實施方案。如圖5所示，具有晶片層面空腔(510)的硅晶片或其它半導體材料可以被插入在真空工作室(160；圖1)的抽真空口(260；圖2)內(nèi)。晶片層面空腔(510)可以具有經(jīng)由大量填充端口(520)到達晶片(500)表面從而到達周圍大氣的通路。各個空腔(510)和/或填充端口(520)的尺寸根據(jù)晶片設計可以相似或不相似。雖然本示例性實施方案是在硅晶片的流體填充的情況下進行說明，但本系統(tǒng)和方法也可以用來對任何晶片層面封裝件進行流體填充，包括但決不局限于其上包含被蝕刻的MEMS的晶片。
如圖5所示，在開啟真空泵(140；圖1)之前，真空工作室環(huán)境可以包含大氣壓下所包含的空氣(530)或任何其它氣體。由于填充端口(520)提供了到空腔(510)的通路，故晶片層面空腔(510)也可以被大氣壓下的空氣(530)填充。一旦晶片(500)被置于真空工作室(160；圖1)的抽真空口(260；圖2)內(nèi)，就可以借助于將玻璃板(200；圖2)壓向具有形成密封件的O形環(huán)(220；圖2)的本體板(210；圖2)而密封真空工作室(160；圖1)(步驟400；圖4)。
一旦晶片(500)被插入且真空工作室(160；圖1)被流體密封(步驟400；圖4)，就可以開啟耦合到簡單真空填充工作室(160；圖1)和流體去氣真空工作室(110；圖1)二者的真空泵(140；圖1)(步驟410；圖4)，從而在真空填充工作室中產(chǎn)生真空(步驟415，圖4)。一旦被開啟，真空泵就可以同時對流體去氣工作室(110；圖1)中的流體進行去氣并抽空真空工作室(160；圖1)?？梢杂孟到y(tǒng)傳感器(未示出)來監(jiān)視流體被去氣的程度和真空工作室中的真空水平。在一個變通實施方案中，可以根據(jù)預先測試的工作參數(shù)和時間來設想流體被去氣的程度和真空工作室中的真空度。在任何情況下，可以讓真空泵(140；圖1)保持工作，直至根據(jù)設計容差在流體去氣工作室(110；圖1)中已經(jīng)實現(xiàn)可接受的流體去氣程度以及在真空工作室(160；圖1)中已經(jīng)達到可接受的真空。在一個變通實施方案中，可以提供自動控制器根據(jù)傳感器的輸出來使閥門的打開與關閉、真空泵的開啟和關閉、以及其它系統(tǒng)的操作自動化。為了便于解釋，本處理考慮了系統(tǒng)過程被手動控制的實施方案。
圖6示出了真空泵(140；圖1)已經(jīng)開啟且抽真空口(260；圖2)中產(chǎn)生真空(600)之后，包含在簡單真空填充工作室(160；圖1)中的晶片(500)。一旦真空泵(140；圖1)已經(jīng)開啟，管道(130；圖1)中的壓力就明顯地降低。結(jié)果，若適當?shù)拈y門(120，150；圖1)被打開，則流體去氣真空工作室(110；圖1)和簡單真空填充工作室(160；圖1)中的壓力也可以被降低。借助于在真空泵(140；圖1)工作情況下打開去氣閥門(120；圖1)，包含在流體去氣真空工作室110；圖1)中的流體由于壓力的降低而可以被去氣。同樣若在真空泵(140；圖1)處于工作狀態(tài)的情況下打開真空閥門(150；圖1)，則包含在真空填充工作室(160；圖1)中的空氣(530；圖5)或任何其它氣體就可以被抽空，導致晶片(500)周圍和空腔(510)內(nèi)的真空環(huán)境。可以讓真空泵(140；圖1)保持工作，直至流體去氣真空工作室(110；圖1)中的流體被去氣且已經(jīng)在真空工作室(160；圖1)中達到所希望的真空。
一旦系統(tǒng)操作人員或監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)確定真空工作室(160；圖1)被充分抽空且流體去氣工作室(110；圖1)中的流體被充分去氣，就可以打開流體填充閥門(170；圖1)。一旦流體填充閥門(170；圖1)已經(jīng)被打開，被去氣的流體就可以通過一個或更多個流體填充端口(250；圖2)流入到真空工作室(160；圖1)中和晶片上(步驟420；圖4)。在這一流體填充過程中，可以使真空閥門(150；圖1)和去氣閥門(120；圖1)保持打開或關閉。流體去氣工作室可以以使重力能夠引起流體流入到真空工作室中或晶片上方的方式而被耦合到真空工作室?；蛘撸T如泵之類的另一機構(gòu)可以被用來引起流體從去氣工作室經(jīng)由流體端口(250；圖2)流入到真空工作室中。在流體填充閥門(170；圖1)被關閉之前，可以使其量足以覆蓋整個晶片表面的去氣流體流入到真空工作室(160；圖1)中。同樣，在閥門被關閉之前，可以度過足以使流體擴展到晶片表面上的時間。
圖7示出了在流體填充閥門(170；圖1)已經(jīng)打開且去氣流體(700)已經(jīng)流入到真空工作室(160；圖1)中和硅晶片(500)上之后，真空工作室(160；圖1)內(nèi)的硅晶片(500)的剖面圖。如圖7所示，去氣流體(700)由于重力而可以在晶片上基本上均勻地擴展。在一個變通實施方案中，為了使去氣流體(700)均勻地覆蓋晶片(500)的表面，可以旋轉(zhuǎn)晶片(500)或真空工作室(160；圖1)本身。在任何情況下，操作人員可以使足夠的去氣流體(700)流入到真空工作室(160；圖1)中并經(jīng)過足夠的時間，以便晶片(500)被去氣流體層覆蓋(步驟430；圖4)。由于微觀尺寸上的流體表面張力的相對強度以及由于晶片填充端口(520)的尺寸小，故表面張力可以防止去氣流體(700)流入填充端口(520)中且隨后填充晶片層面空腔(510)。相反，去氣流體(700)可以大部分保留在圖7所示晶片(500)表面處的晶片層面空腔填充端口(520)的開口附近。通常在晶片層面空腔(510)內(nèi)和真空工作室(160；圖1)內(nèi)都可以保持真空(600)狀態(tài)。
在晶片(500)已經(jīng)被去氣流體(700)充分覆蓋之后，可以在真空閥門(150)保持打開的情況下關閉真空泵(140；圖1)，逐漸使真空工作室(160；圖1)中的空氣壓力回到大氣壓(步驟440；圖4)。隨著逐漸使空氣和/或其它氣體能夠流入到真空工作室中，真空工作室(160；圖1)在去氣流體和晶片上方的總壓力可以回到大氣壓。但晶片中未被去氣流體填充的裂縫和空腔可能仍然經(jīng)受高真空狀態(tài)。結(jié)果，隨著真空工作室中的壓力回到大氣壓，在總真空工作室大氣壓與真空的晶片層面空腔之間就出現(xiàn)陡峭的壓力梯度。由于此壓力梯度，位于晶片500中空腔填充端口(520)上的去氣流體(700)可以被強迫通過填充端口(520)而進入保持在真空(600)中的晶片層面空腔(510)中。
圖8示出了真空泵(140；圖1)已經(jīng)被關閉且真空工作室(160；圖1)中的空氣壓力已經(jīng)回到大氣壓之后的真空工作室環(huán)境中的晶片(500)的剖面圖。當真空工作室(160；圖1)中的壓力通常已經(jīng)回到大氣壓時，建立了這樣一種狀態(tài)，其中從真空工作室氣氛(530)(大氣壓)到晶片層面空腔(510)(它被去氣流體(700)密封于真空工作室氣氛，可以保持在高真空狀態(tài))建立起陡峭的壓力梯度。這一大的壓力梯度可以強迫去氣流體(700)通過晶片填充端口(520)進入到晶片層面空腔(510)中。
圖9示出了真空工作室(160；圖1)中的空氣壓力已經(jīng)回到大氣壓且已經(jīng)度過足以使去氣流體(700)流入到晶片層面空腔(510)中并將其填充的時間之后的真空工作室(160；圖1)中的晶片(500)的放大剖面圖。倘若時間足夠，去氣流體就可以基本上填充晶片層面空腔(510)，且先前的壓力梯度可以不再存在?？諝?530)或其它氣體可以在大氣壓下填充真空工作室(160；圖1)，且去氣流體(700)層仍然可以覆蓋晶片(500)的表面。此時，可以打開真空工作室(160；圖1)，并可以從本系統(tǒng)的真空工作室(160；圖1)中移出具有被流體填充的晶片層面空腔(510)的晶片(500)，以便清洗和進一步加工(步驟450；圖4)。
圖10示出了過量去氣流體(700)已經(jīng)被清除之后，本系統(tǒng)外面晶片(500)的放大剖面圖?？梢杂酶鞣N不同的方法從晶片(500)的表面清除過量的去氣流體。根據(jù)一個示例性實施方案，可以用高壓去離子水或其它適當?shù)娜芤簩⑦^量去氣流體清洗掉。在另一示例性實施方案中，可以手工或用自動工藝，借助于用布或其它吸附性材料摩擦硅晶片(500)的表面，來機械地清除過量的去氣流體。雖然許多不同的過量流體清除方法是可能的，但晶片層面空腔(510)可以仍然被去氣流體填充。一開始阻止流體進入空腔中的表面張力，現(xiàn)在阻止流體從填充的晶片層面空腔(510)清除。根據(jù)設計參數(shù)，流體可以被氣密性地密封在晶片層面空腔(510)中，提供一種流體填充的晶片層面封裝件。
上述用來對晶片層面空腔進行流體填充的系統(tǒng)(100；圖1)由于其設計簡單而有優(yōu)點。與傳統(tǒng)流體填充系統(tǒng)不同，本流體填充系統(tǒng)(100；圖1)由于其設計簡單而可以迅速制造。本系統(tǒng)的設計簡單性還可以得到比較簡單而完全的拆卸，從而提供LCD流體填充機無法得到的徹底清洗可能性。當一種填充流體被改變成另一種時，這種徹底清洗使得能夠基本上消除填充流體的交叉沾污，使本系統(tǒng)可用于各種IC和MEMS封裝件設計的流體填充。
此外，本系統(tǒng)(100；圖1)的簡單設計使之能夠與市售真空泵和市場上已有的其它組成部分一起使用而無須設計新的組成部分，從而降低了制造和維護本系統(tǒng)(100；圖1)的成本。設計的簡單性還導致需要時一個人就可以容易地搬動的體積較小的流體填充裝置，而無須使用起重機或搬動傳統(tǒng)龐大而復雜的流體填充機所需的其它設備。
而且，本系統(tǒng)的能量和流體可以比傳統(tǒng)流體填充機更有效?？梢宰C明，對于真空泵或泵組來說，較小的抽真空口(260；圖2)比其它系統(tǒng)傳統(tǒng)使用的更大的真空工作室更容易抽空，從而提供更有效的單位晶片能耗。而且，在本系統(tǒng)(100；圖1)中，填充流體的消耗比傳統(tǒng)系統(tǒng)的流體消耗更有效。如下面關于本系統(tǒng)和方法的變通實施方案所述的那樣，在晶片或真空工作室本身被旋轉(zhuǎn)的實施方案中，填充流體的消耗可以格外有效。
變通實施方案圖11示出了根據(jù)一個示例性實施方案的用流體來填充晶片層面封裝件的變通系統(tǒng)。如圖11所示，此流體填充系統(tǒng)(1100)包括通過管道(1130)耦合到簡單真空填充工作室(1110)的真空泵(1140)。此外，真空閥門(1120)和流體泄漏閥門(1150)被安置在管道中。
相似于圖1所示的實施方案，圖11所示的真空泵(1140)被構(gòu)造成選擇性地在管道(1130)中因而在簡單真空填充工作室(1110)中產(chǎn)生負壓。當被開啟時，真空泵(1140)施加足夠的負壓，以便從管道(1130)和/或簡單真空填充工作室(1110)抽空氣體。真空泵(1140)可以是任何一種真空產(chǎn)生裝置，包括但決不局限于高真空泵、旋轉(zhuǎn)葉輪真空泵、渦輪分子泵、或活塞真空泵。而且，雖然本流體填充系統(tǒng)(1100)被描述成組合單個真空泵(1140)，但任何數(shù)目的真空泵(1140)都可以被組合在本系統(tǒng)和方法中。
管道(1130)將真空泵(1140)耦合到真空填充工作室(1110)。真空閥門(1120)被安置在真空泵(1140)與真空填充工作室(1110)之間的管道(1130)中。真空閥門(1120)被構(gòu)造成選擇性地將真空泵(1140)耦合到真空填充工作室(1110)。真空閥門(1120)可以被手工控制或遙控，并可以包括但決不局限于閘閥、球閥、膜片閥、針閥、或塞閥。
從真空填充工作室(1110)引出一系列管道(1130)，該管道包含流體泄漏閥門(1150)。流體泄漏閥門(1150)被構(gòu)造成選擇性地從真空填充工作室(1110)泄漏過量的流體。
圖12和13詳細地示出了簡單真空填充工作室(1110)的各個組成部分。如圖12所示，變通的真空填充工作室(1110)包括被玻璃基板(1260)密封在二端上的本體塊(1270)。玻璃基板(1260)被多個玻璃定位器耦合到本體塊(1270)。此外，多個O形環(huán)(1220)或其它密封件被設在玻璃基板(1260)與本體塊(1270)之間。本體塊(1270)包括形成在其中心的抽真空口(1280)。抽真空口(1280)被構(gòu)造成方便安置被其中具有切口(1235)的O形環(huán)間隔件(1230)分隔開的多個晶片(1240)。真空端口(1250)也被安置在本體塊(1270)中，形成從本體塊(1270)外表面到抽真空口(1280)的腔管。
圖13示出了根據(jù)一個可選的實施方案的真空填充工作室(1110)的分解圖。如圖13所示，本體塊(1270)還包括構(gòu)造成密封和保持用來在抽真空口(1280)中形成真空緊密密封的O形環(huán)(1220)或其它密封件的O形環(huán)保持溝槽(1290)。
圖14示出了圖11所示變通的流體填充系統(tǒng)(1110)的示例性操作方法。根據(jù)圖14，此變通方法開始于將去氣填充流體引入到真空填充工作室的抽真空口(1280；圖12)中(步驟1400)。借助于用玻璃定位器(1210；圖12)將一個玻璃基板(1260；圖12)固定到本體塊(1270；圖12)的底部，可以將去氣流體置于和包含在抽真空口(1280；圖12)內(nèi)。一旦玻璃基板被固定，去氣填充流體就可以被置于抽真空口(1280)內(nèi)。
接著，可以將大量晶片(1240；圖12)引入到被大量O形環(huán)間隔分隔開的抽真空口(1280；圖12)中。O形環(huán)間隔(1230；圖12)可以被置于各個晶片(1240；圖12)之間，以便使填充流體能夠到達各個晶片的所有外表面。O形環(huán)間隔(1230；圖12)可以包括一個或更多個切口(1235；圖12)，以便使填充流體能夠內(nèi)部流到O形環(huán)間隔。
一旦所需的材料已經(jīng)被插入到抽真空口(1280；圖12)中，就可以借助于將真空填充工作室(1110；圖1)耦合到真空泵(步驟1420)以及將第二玻璃基板(1260；圖12)耦合到本體塊(步驟1430)，使抽真空口被流體密封。借助于將管道(1130；圖11)耦合到真空端口(1250；圖12)，真空填充工作室被耦合到真空泵(1140；圖11)。這一連接使真空閥門(1120；圖11)能夠選擇性地將真空泵(1140；圖11)耦合到真空填充工作室(1110；圖1)。此外，借助于將第二玻璃基板(1260；圖12)耦合到本體塊的頂部，抽真空口(1280；圖12)被流體密封(步驟1430)。O形環(huán)(1220；圖12)或其它密封件被設在本體塊(1270；圖12)與玻璃基板(1260；圖12)之間。當玻璃基板(1260；圖12)被玻璃定位器(1210；圖12)固定到本體塊(1270；圖12)時，O形環(huán)(1220；圖12)被壓縮，抽真空口(1280；圖12)就被流體密封。
一旦抽真空口(1280；圖12)被密封，就可以開啟真空泵(步驟1440)。當真空泵(1140；圖11)被開啟時，管道(1130；圖11)中的壓力被降低。借助于打開真空閥門(1120；圖11)，與開啟真空泵(1140；圖11)相關的這一壓力降低，可以被傳遞到抽真空口(1280；圖12)。一旦打開，真空泵(1140；圖11)就在抽真空口(1280；圖12)中產(chǎn)生真空，從而從晶片層面空腔抽空空氣和/或氣體，并進一步對填充流體去氣。在本方法的這一部分中，晶片(1240；圖12)被O形環(huán)間隔件(1230；圖12)定位。
當在抽真空口(1280；圖12)中已經(jīng)產(chǎn)生適當?shù)恼婵諘r，可以將真空填充工作室(1110；圖11)倒轉(zhuǎn)，以便將抽空的晶片浸入在去氣了的填充流體中(步驟1450)。設在O形環(huán)間隔件(1230；圖12)中的切口，使填充流體能夠進入到其間并覆蓋抽空的晶片(1240；圖12)的表面。但如上面參照圖7所述，填充流體由于表面張力而阻止對晶片層面空腔的填充。
一旦晶片被填充流體涂敷(步驟1450)，就可以停止真空泵，抽真空口(1280；圖12)從而可以回到大氣壓(步驟1460)。當抽真空口(1280；圖12)回到大氣壓時，如上所述存在壓力梯度，使填充流體克服流體中的表面張力而進入晶片層面空腔。一旦回到大氣壓，就可以取出晶片(1240；圖12)，并可以從晶片(1240；圖12)表面清除過量的填充流體。
根據(jù)此變通實施方案，采用了小的抽真空口(1280；圖12)。這一小的抽真空口使得能夠快速抽空抽真空口(1280；圖12)，迅速循環(huán)，并比傳統(tǒng)方法降低了流體消耗。此外，安裝在真空填充工作室(1110；圖11)二端上的玻璃基板使得能夠容易觀察晶片或晶片被填充的情況。
而且，本變通實施方案的填充流體的消耗可以比傳統(tǒng)系統(tǒng)的流體消耗更有效。如此處所述，在晶片或真空工作室本身被旋轉(zhuǎn)的情況下，由于抽空的晶片的表面可以被最少量的抽空填充流體涂敷，填充流體的消耗格外有效。
總之，用來對晶片層面封裝件進行流體填充的本系統(tǒng)和方法組合了價廉的真空工作室。此真空工作室的設計使得能夠快速抽空，迅速循環(huán)，并降低流體的消耗。而且，本晶片填充真空工作室使得能夠容易拆卸和清洗，從而減少了各種填充流體之間的交叉沾污。
僅僅為了描述本系統(tǒng)和方法的示例性實施方案而已經(jīng)提供了上面的描述。并不認為是窮舉的或是要將本系統(tǒng)和方法限制為所公開的任何精確形式。根據(jù)上面所述，許多修正和改變是可能的。意味著本系統(tǒng)和方法的范圍由下列權利要求限定。
權利要求
1.一種用來對晶片層面封裝空腔進行流體填充的系統(tǒng)，它包含構(gòu)造成接納晶片(230，500，1240)的真空填充工作室(160，1110)；耦合到所述真空填充工作室(160，1110)的導管(130，1130)；以及通過所述導管(130，1130)由流體耦合到所述真空填充工作室(160，1110)的真空泵(140，1140)，所述真空泵(140，1140)被構(gòu)造成在所述晶片層面封裝腔內(nèi)產(chǎn)生真空(600)；其中，所述真空填充工作室(160，1110)包含包括抽真空口(260，1280)的本體、密封耦合到所述本體以密封所述抽真空口(260，1280)第一端的第一基板(1260)、以及密封耦合到所述本體以密封抽真空口(260，1280)第二端的第二基板(1260)。
2.權利要求1的系統(tǒng)，還包含耦合到所述導管(130，1130)的真空閥門(150，1120)，其中，所述真空閥門(150，1120)選擇性地耦合所述真空填充工作室(160，1110)和所述真空泵(140，1140)。
3.權利要求1的系統(tǒng)，還包含由流體耦合到所述真空填充工作室(160，1110)和所述真空泵(140，1140)的流體去氣真空工作室(110)，其中，所述流體去氣真空工作室(110)被構(gòu)造成在對所述填充流體執(zhí)行去氣工藝的過程中容納填充流體。
4.一種流體填充真空工作室，包含本體，它包括在晶片層面封裝空腔流體填充操作過程中用來容納晶片(230，500，1240)的抽真空口(260，1280)；至少一個密封耦合到所述本體的基板(1260)，所述至少一個基板(1260)被構(gòu)造成由流體密封所述抽真空口(260，1280)；以及從所述抽真空口(260，1280)延伸到所述流體填充真空工作室外表面的第一腔管。
5.權利要求4的流體填充真空工作室，其中，所述至少一個基板(1260)包含透明基板(1260)。
6.一種用來對晶片層面封裝件進行流體填充的方法，它包含從設在真空工作室中的晶片(230，500，1240)抽空氣體；將去氣填充流體引入到所述晶片(230，500，1240)的表面；提高所述真空工作室中的壓力，以便在所述真空工作室與所述晶片(230，500，1240)的所述表面上的多個空腔(510)之間產(chǎn)生壓力梯度；其中，所述壓力梯度足以克服阻止所述去氣填充流體進入所述多個空腔(510)的表面張力。
7.權利要求6的方法，其中，上述的抽空氣體還包含用真空泵(140，1140)在所述真空工作室中產(chǎn)生真空(600)。
8.權利要求6的方法，其中，上述的提高所述真空工作室中的壓力包含重新將所述氣體引入到所述真空工作室中。
9.權利要求6的方法，還包含從所述晶片(230，500，1240)的表面清除過量的填充流體。
10.一種形成流體填充真空工作室的方法，它包含形成包括抽真空口(260，1280)和第一腔管的本體，所述第一腔管從所述抽真空口(260，1280)延伸到所述本體的表面；其中，所述抽真空口(260，1280)被構(gòu)造成在流體填充工藝過程中容納晶片(230，500，1240)，而所述第一腔管被構(gòu)造成可拆卸地耦合到外部真空泵(140，1140)；以及將至少一個透明基板(1260)密封耦合到所述本體，其中，所述至少一個透明基板(1260)由流體密封所述抽真空口(260，1280)。
全文摘要
一種流體填充系統(tǒng)，它包括構(gòu)造成接納晶片(230，500，1240)的真空填充工作室(160，1110)、耦合到真空填充工作室(160，1110)的導管(130，1130)、以及通過所述導管(130，1130)由流體耦合到真空填充工作室(160，1110)的真空泵(140，1140)，此真空泵(140，1140)被構(gòu)造成在晶片層面封裝腔內(nèi)產(chǎn)生真空(600)，其中，真空填充工作室(160，1110)包括具有抽真空口(260，1280)的本體、密封耦合到本體以密封抽真空口(260，1280)第一端的第一基板(1260)、以及密封耦合到本體以密封抽真空口(260，1280)第二端的第二基板(1260)。
文檔編號H01L23/22GK1630049SQ20041008837
公開日2005年6月22日 申請日期2004年11月3日 優(yōu)先權日2003年11月3日
發(fā)明者B·鮑爾, Q·齊, K·桑德 申請人:惠普開發(fā)有限公司