專利名稱：在接合工藝中實施回流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地來說，涉及在接合工藝中實施回流方法。
背景技術(shù)：
集成電路形成在半導(dǎo)體晶圓上方，然后，將晶圓切割成半導(dǎo)體芯片?？梢詫雽?dǎo)體芯片接合到封裝基板上方。在接合工藝中，對半導(dǎo)體芯片和封裝基板之間的焊料區(qū)域進(jìn)行回流。常規(guī)的回流方法包括:對流式回流和熱壓縮回流。由于可以通過回流同時接合多個封裝基板和上層的管芯，所以對流式回流具有相對較高的產(chǎn)量。然而，對流式回流需要較長的時間周期加熱焊料凸塊。由此產(chǎn)生的高熱預(yù)算(high thermal budget)可以導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片和封裝基板具有顯著的翹曲。因此，可能產(chǎn)生虛焊，并且因此導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片與相應(yīng)的封裝基板的電連接可能具有缺陷。焊料區(qū)域也可以具有橋接(bridge)。由于翹曲產(chǎn)生的應(yīng)力也可以導(dǎo)致芯片中的低_k介電層之間的分層。與對流式回流相比，熱壓縮接合要求較低的熱預(yù)算。然而，熱壓縮接合具有非常低的產(chǎn)量。在熱壓縮接合工藝期間，焊頭(bond head)拾取芯片、翻轉(zhuǎn)芯片并且將芯片附接至封裝基板。然后，焊頭經(jīng)過升溫過程，以加熱芯片和焊料凸塊，該焊料凸塊將芯片與其底層的封裝基板接合。在焊料凸塊熔化后，焊頭經(jīng)過冷卻過程，從而使焊料凸塊凝固。由于對每個芯片都重復(fù)這個過程，因此熱壓縮接合的產(chǎn)量非常低，有時可能只有對流式回流的產(chǎn)量的 1/15。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種方法，包括:將覆蓋件置于下部封裝元件的上方，其中，所述覆蓋件包括與所述下部封裝元件對準(zhǔn)的開口 ；將上部封裝元件置于所述下部封裝元件的上方，其中，所述上部封裝元件與所述開口對準(zhǔn)，以及其中，將焊料區(qū)域設(shè)置在所述上部封裝元件和所述下部封裝元件之間；以及將所述覆蓋件和所述上部封裝元件暴露在輻射中，以回流所述焊料區(qū)域。在該方法中，將所述覆蓋件和所述上部封裝元件暴露在輻射中的步驟包括:在所述覆蓋件和所述上部封裝元件的上方輻射紅外光。在該方法中，所述紅外光的波長在大約750nm和大約3000nm之間。在該方法中，封裝元件帶包括所述下部封裝元件，所述封裝元件帶進(jìn)一步包括多個下部封裝元件，其中，所述覆蓋件進(jìn)一步包括與多個所述下部封裝元件對準(zhǔn)的多個開口，以及其中，所述方法進(jìn)一步包括將多個上部封裝元件置于所述多個下部封裝元件的上方，其中，所述上部封裝元件中的每個都與所述多個開口中的一個對準(zhǔn)。在該方法中，所述覆蓋件的頂面具有第一反射率，以及其中，所述上部封裝元件的頂面具有第二反射率，所述第二反射率低于所述第一反射率。在該方法中，所述第一反射率以大于大約10%高于所述第二反射率。在該方法中，在暴露所述覆蓋件和所述上部封裝元件的步驟期間，暴露在所述輻射中的所述覆蓋件的頂面層包括:從基本上由銀、鋁、金、銅、錫、鐵、氧化鋁(Al2O3)及其組合所構(gòu)成的組中選擇的材料。 在該方法中，所述下部封裝元件包括封裝基板，以及其中，所述上部封裝元件包括器件管芯。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種方法，包括:將覆蓋件置于其中具有多個封裝基板的封裝基板帶的上方，其中，所述覆蓋件包括多個開口，每個開口都與所述多個封裝基板中的一個對準(zhǔn)；將多個器件管芯置于所述多個開口中，其中，將所述多個器件管芯中每個都置于所述多個封裝基板中的一個的上方；通過將所述覆蓋件和所述多個器件管芯暴露在紅外光中，回流所述多個器件管芯和所述多個封裝基板之間的焊料區(qū)域；以及在回流步驟之后，從所述封裝基板帶的上方移除所述覆蓋件。在該方法中，在放置所述多個器件管芯的步驟之后，基本上封裝基板帶沒有暴露在所述紅外光中。在該方法中，所述覆蓋件包括頂層，以及其中，所述頂層包括銀。在該方法中，所述覆蓋件具有對所述紅外光的第一反射率，所述多個器件管芯的暴露表面具有對所述紅外光的第二反射率，以及其中，所述第一反射率大于所述第二反射率。在該方法中，所述第一反射率和所述第二反射率之間的差大于大約10%。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了 一種方法，包括:將上部封裝元件置于下部封裝元件的上方，其中，在所述上部封裝元件和所述下部封裝元件之間設(shè)置焊料區(qū)域；以及將所述上部封裝元件暴露在輻射中，以回流所述焊料區(qū)域，其中，在暴露步驟期間，防止所述輻射到達(dá)所述下部封裝元件。在該方法中，在暴露步驟期間，將覆蓋件置于所述下部封裝元件的上方，以防止所述輻射到達(dá)所述下部封裝元件，以及其中，所述覆蓋件與所述上部封裝元件的表面相比具有對所述輻射較高的反射率。在該方法中，將所述上部封裝元件暴露在所述輻射中的步驟包括:將紅外光照射在所述覆蓋件和所述上部封裝元件上方。在該方法中，所述紅外光的波長在大約750nm和大約3000nm之間。在該方法中，暴露在所述輻射中的所述覆蓋件的頂面層包括:從基本上由銀、鋁、金、銅、錫、鐵、氧化鋁(Al2O3)及其組合所構(gòu)成的組中選擇的材料。該方法進(jìn)一步包括:在將所述上部封裝元件暴露在所述輻射中的步驟之后，將所述覆蓋件從所述下部封裝元件的上方移除。在該方法中，所述下部封裝元件包括封裝基板，以及其中，所述上部封裝元件包括器件管芯。


為了更好地理解實施例及其優(yōu)點，現(xiàn)在將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中:圖1A至圖5是根據(jù)各個實施例處于制造封裝件的中間階段的俯視圖和截面圖。
具體實施例方式下面，詳細(xì)討論本發(fā)明的實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本實施例提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念。所討論的具體實施例僅為示例性的，而不用于限制本公開的范圍。根據(jù)實施例，提供了用于形成封裝件的方法。提供了制造封裝件期間的中間階段。討論了實施例的變型例。在各個附圖和說明性實施例中，相同的附圖編號用于指定相同的元件。應(yīng)當(dāng)理解，圖1A至圖5中所示的實施例僅僅是示例性實施例，以及可以基于示例性實施例的教導(dǎo)發(fā)展更多的實施例。圖1A示出了封裝元件10的部分的俯視圖，該封裝元件進(jìn)一步包括多個封裝元件12。封裝元件10可以是封裝基板帶，并且因此，封裝元件此后可以被稱為封裝基板帶10，但是封裝元件10可以是另一種類型的封裝元件，例如中間晶圓。此后，封裝元件12可以相應(yīng)地被稱為封裝基板12。根據(jù)實施例，封裝基板帶10在其中包括多個封裝基板12。封裝基板12可以彼此相同。封裝基板之間的介電材料將封裝基板12彼此分離。在一些實施例中，封裝基板12均勻分布在整個封裝基板帶10中，并且將該封裝基板12配置成陣列圖案。在其他實施例中，可以將封裝基板12設(shè)置成多個組，其中，各組之間的組內(nèi)間距大于位于同一組中的封裝基板12之間的組內(nèi)間距。雖然說明性實施例示出了封裝基板帶10在俯視圖中具有矩形形狀，但是在可選實施例中，封裝基板帶10在俯視圖中可以具有圓形形狀。圖1B示意地示出了封裝基板12中的一個的截面圖，其中，通過圖1A中的平面交線1B-1B截取該截面圖。多個連接件16形成封裝基板12的一面上方，該連接件16可以是焊料凸塊、預(yù)焊料區(qū)域、金屬焊盤、或者非可回流的金屬凸塊。連接件16電連接到封裝基板12的相對面上方的金屬部件，例如，接合焊盤18。虛線14表示在部件16和18之間電連接，并且可以包括多條金屬線和互連金屬線的通孔。圖2A示出了根據(jù)一些實施例的覆蓋件20的俯視圖。覆蓋件20可以具有矩形形狀，并且可以在俯視圖中具有與封裝基板帶10 (圖1A)大致相同的尺寸和/或相同的形狀。可選地，覆蓋件20在俯視圖中的尺寸可以大于封裝元件10在俯視圖中的尺寸。覆蓋件20可以包括多個穿透開口(through-openings) 22,當(dāng)將覆蓋件20置于封裝基板帶10上方時，以穿透開口 22可以與封裝基板12對準(zhǔn)的方式來設(shè)置該穿透開口 22。穿透開口 22的每個的尺寸足夠大以使其中能容納一個封裝元件40 (圖3A和3B)。此外，穿透開口 22的尺寸和形狀可以與隨后放置的封裝元件40 (圖3A和3B)的尺寸和形狀相似。圖2B示出了覆蓋件20的截面圖，其中，由圖2A中的平面交線2B-2B得出該截面圖。在示例性實施例中，覆蓋件20包括頂面層20A，該頂面層20A具有對來自輻射源28的輻射30的高反射率。在圖2B中示意性地示出了輻射源28。頂面層20A可以擴(kuò)大到覆蓋件20整個頂面或基本上整個頂面。在一些實施例中，覆蓋件20的頂面層20A和底層20B由不同的材料形成。例如，頂面層20A可以包括:銀、鋁、金、銅、錫、鐵、氧化鋁(Al2O3)及其組合和/或由其組成的多層。另一方面，20B層可以包括不同于頂面層20A的金屬、有機(jī)材料、陶瓷等。例如，可以通過電鍍或化學(xué)鍍，或通過物理汽相沉積(PVD)在層20B上方涂覆頂面層20A。在可選實施例中，整個覆蓋件20由同質(zhì)的材料形成，該材料也可以包括銀、鋁、金、銅、錫、鐵、氧化鋁(Al2O3)及其組合和/或由其組成的多個層。頂面層20A對輻射30的反射率可以大于大約90%、大于大約95%或大于大約98%。輻射源28可以是紅外燈，例如，輻射源28可以發(fā)出波長為大約750nm至大約3000nm之間的紅外光30?？蛇x地，也可以使用其他類型的輻射源，例如，鹵素?zé)?。?yīng)當(dāng)理解，頂面層20A的反射率與輻射30的波長相關(guān)。因此，為了實現(xiàn)高反射率，頂面層20A的材料可以根據(jù)輻射源28的類型進(jìn)行選擇。例如，當(dāng)頂面層20A是銀層時，頂面層20A對紅外光30的反射率大于大約98%。圖3A和3B分別示出了將封裝元件40放置到封裝基板12的上方的俯視圖和截面圖。在一些實施例中，將覆蓋件20放置在封裝基板帶10的上方并與該封裝基板帶對準(zhǔn)。在封裝基板帶10中的封裝基板12與穿透開口 22 (圖3B)對準(zhǔn)。然后，將封裝元件40放置在封裝基板12的上方。在通篇描述中，封裝基板帶10可選地被稱為下部封裝元件帶，封裝基板12被稱為下部封裝元件。封裝元件40也被稱為上部封裝元件。在一些實施例中，封裝元件40是器件管芯，此后，可選地被稱為器件管芯40，但是封裝元件40也可以是封裝件、中間板等。將器件管芯40放置到覆蓋件20的穿透開口 22中，其中，每個器件管芯40都被放置到其中一個穿透開口 22中。器件管芯40在俯視圖中的尺寸(圖3A)可以大致接近于，也可以略小于，穿透開口 22在俯視圖中的尺寸，從而使器件管芯40可以放置到穿透開口 22中。在放置器件管芯40之后，封裝基板帶10大致完全被覆蓋件20和器件管芯40覆蓋。圖3B示出了 3A所示的結(jié)構(gòu)的截面圖，其中，由圖3A中的平面交線3B-3B截取該截面圖。可以將焊料區(qū)域42設(shè)置在器件管芯40和封裝基板12之間。焊料區(qū)域42可以是形成在金屬柱上方的焊球、焊帽(solder cap)等。焊料區(qū)域42可以預(yù)先形成在器件管芯40上方、封裝基板12上方，或者器件管芯40和封裝基板12這兩者的上方。在放置器件管芯40中的每個之后，可以應(yīng)用較小的壓力，從而將器件管芯40壓在相應(yīng)的下層封裝基板12上。參考圖4，通過放置有器件管芯40的所有覆蓋件20的穿透開口 22，器件管芯40和覆蓋件20暴露于來自輻射源28的輻射30下。器件管芯40的背面材料可以具有低于大約40%，或低于大約30 %的反射率(對于輻射30)。器件管芯40的背面材料的反射率可以低于覆蓋件20的頂面層20A的反射率。例如，當(dāng)器件管芯40的背面材料包括晶體硅，以及如果發(fā)射紅外光(波長在大約750nm到大約3000nm之間)時，器件管芯40的背面對輻射30的反射率可以是大約37%。器件管芯40的反射率可以小于頂面層20A的反射率，其差值大于大約10%，或大于大約20%。因此，器件管芯40可以以相當(dāng)高的速率吸收輻射30的能量。因此，器件管芯40的溫度迅速上升。與此同時，覆蓋件20的溫度的上升則慢得多。將器件管芯40吸收的熱量傳遞給焊料區(qū)域42，并且導(dǎo)致焊料區(qū)域42融化。由此回流焊料區(qū)域42。通過覆蓋件20阻擋由于輻射30產(chǎn)生的輻射能量，不能直接到達(dá)封裝基板帶10，封裝基板12吸收通過焊料區(qū)域42的傳遞的熱量，而不是從輻射30直接吸收熱量。因此，封裝基板12的溫度明顯低于器件管芯40的溫度。例如，器件管芯40的背面與封裝基板12的溫度之間的溫差高達(dá)大約150°C。焊料區(qū)域42融化之后，停止能量輻射，并且融化的焊料區(qū)域42可以凝固。因此，器件管芯40通過焊料區(qū)域42接合至封裝基板12。在一些實施例中，通過使用750nm-3000nm的紅外光來實施回流，回流工藝的持續(xù)時間可以小于大約30秒，也可以小于大約10秒。從而提高了回流工藝的產(chǎn)量。在回流工藝之后，覆蓋件20可以從封裝基板12的上方移走。在圖5中示出了由此得到的封裝件。
在上述實施例中，首先將覆蓋件20放置在封裝基板帶10的上方，隨后放置器件管芯40。在可選實施例中，可以顛倒順序，首先將器件管芯40放置到襯底12的上方，隨后，將覆蓋件20放置在封裝基板帶10的上方。然后，實施回流。在回流之后，可以將覆蓋件20從封裝基板帶10的上方去除。在實施例中，在回流工藝中，通過防止輻射達(dá)到封裝基板帶10 (圖4)的，而允許通過輻射能量加熱器件管芯40，使封裝基板12的溫度遠(yuǎn)低于器件管芯40的溫度。因此，減少了封裝基板12的翹曲、并且減少了焊料區(qū)域42與封裝基板12和/或器件管芯40的虛焊(故障接合)。此外，隨著封裝基板12的翹曲的減少，對器件管芯40中的低_k介電層(如果有的話)產(chǎn)生的應(yīng)力也隨之減小，低_k介電層的分層也減少。通過覆蓋件20具有較高反射率，在回流工藝期間和之后，覆蓋件20仍然保持較低的溫度。根據(jù)實施例，一種方法包括:將覆蓋件置于下部封裝元件的上方，其中，該覆蓋件包括與下部封裝元件對準(zhǔn)的開口。在下部封裝元件的上方放置上部封裝元件。上部封裝元件與開口對準(zhǔn)，在上部封裝元件和下部封裝元件之間設(shè)置焊料區(qū)域。覆蓋件和上部封裝元件暴露在輻射中以回流焊料區(qū)域。根據(jù)其他的實施例，將覆蓋件放置在其中包括多個封裝基板的封裝基板帶的上方。覆蓋件包括多個開口，每個開口都與多個封裝基板中一個對準(zhǔn)。將多個器件管芯放置在多個開口中。將該多個器件管芯中每個都放置到多個封裝基板中一個的上方。通過將覆蓋件和多個器件管芯暴露在紅外光中，使在多個器件管芯和多個封裝基板之間的焊料區(qū)域回流。在回流步驟之后，將覆蓋件從封裝基板帶移除。根據(jù)又一些實施例，方法包括在下部封裝元件的上方放置上部封裝元件。在上部封裝元件和下部封裝元件之間設(shè)置焊料區(qū)域。上部封裝元件暴露在輻射中以回流焊料區(qū)域。在暴露步驟期間，防止輻射到達(dá)下部封裝元件。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變、替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該包括在這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。此外，每條權(quán)利要求都構(gòu)成單獨的實施例，并且多個權(quán)利要求和實施例的組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括: 將覆蓋件置于下部封裝元件的上方，其中，所述覆蓋件包括與所述下部封裝元件對準(zhǔn)的開口 ； 將上部封裝元件置于所述下部封裝元件的上方，其中，所述上部封裝元件與所述開口對準(zhǔn)，以及其中，將焊料區(qū)域設(shè)置在所述上部封裝元件和所述下部封裝元件之間；以及 將所述覆蓋件和所述上部封裝元件暴露在輻射中，以回流所述焊料區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述覆蓋件和所述上部封裝元件暴露在輻射中的步驟包括:在所述覆蓋件和所述上部封裝元件的上方輻射紅外光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述紅外光的波長在大約750nm和大約3000nm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，封裝元件帶包括所述下部封裝元件，所述封裝元件帶進(jìn)一步包括多個下部封裝元件，其中，所述覆蓋件進(jìn)一步包括與多個所述下部封裝元件對準(zhǔn)的多個開口，以及其中，所述方法進(jìn)一步包括將多個上部封裝元件置于所述多個下部封裝元件的上方，其中，所述上部封裝元件中的每個都與所述多個開口中的一個對準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述覆蓋件的頂面具有第一反射率，以及其中，所述上部封裝元件的頂面具有第二反射率，所述第二反射率低于所述第一反射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一反射率以大于大約10%高于所述第二反射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在暴露所述覆蓋件和所述上部封裝元件的步驟期間，暴露在所述輻射中的所述覆蓋件的頂面層包括:從基本上由銀、鋁、金、銅、錫、鐵、氧化鋁(Al2O3)及其組合所構(gòu)成的組中選擇的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述下部封裝元件包括封裝基板，以及其中，所述上部封裝元件包括器件管芯。
9.一種方法，包括: 將覆蓋件置于其中具有多個封裝基板的封裝基板帶的上方，其中，所述覆蓋件包括多個開口，每個開口都與所述多個封裝基板中的一個對準(zhǔn)； 將多個器件管芯置于所述多個開口中，其中，將所述多個器件管芯中每個都置于所述多個封裝基板中的一個的上方； 通過將所述覆蓋件和所述多個器件管芯暴露在紅外光中，回流所述多個器件管芯和所述多個封裝基板之間的焊料區(qū)域；以及 在回流步驟之后，從所述封裝基板帶的上方移除所述覆蓋件。
10.一種方法，包括: 將上部封裝元件置于下部封裝元件的上方，其中，在所述上部封裝元件和所述下部封裝元件之間設(shè)置焊料區(qū)域；以及 將所述上部封裝元件暴露在輻射中，以回流所述焊料區(qū)域，其中，在暴露步驟期間，防止所述輻射到達(dá)所述下部封裝元件。
全文摘要
一種在接合工藝中實施回流的方法包括將覆蓋件置于下部封裝元件的上方，其中，覆蓋件包括與下部封裝元件對準(zhǔn)的開口。將上部封裝元件置于下部封裝元件的上方。上部封裝元件與開口對準(zhǔn)，在上部封裝元件和下部封裝元件之間設(shè)置焊料區(qū)域。將覆蓋件和上部封裝元件暴露在輻射中，以回流焊料區(qū)域。本發(fā)明還公開了在接合工藝中實施回流的方法。
文檔編號H01L21/60GK103111698SQ20121007497
公開日2013年5月22日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者林修任, 林志偉, 陳正庭, 鄭明達(dá), 劉重希 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司