填充頭設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種填充頭設(shè)備，包括：用于保持流體的至少一個(gè)腔室。所述腔室具有用于排出流體的出口。一種真空裝置，其具有用于與流體出口相鄰的抽吸裝置的入口。多個(gè)柔性且彈性的密封裝置與工件的頂面接觸。密封裝置定位于腔室出口的相對(duì)側(cè)和真空裝置入口的相對(duì)側(cè)，使得所述密封裝置在由工件限定的空腔周?chē)a(chǎn)生至少部分的密封，該空腔位于腔室出口和真空出口兩者的下方。
【專(zhuān)利說(shuō)明】填充頭設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有用于真空和壓力填充的填充頭接口的設(shè)備，更具體地涉及一種具有填充頭接口的設(shè)備，所述填充頭接口包括相鄰的用于在制造過(guò)程中使用的真空和壓力裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)的精密圖案填充工藝，例如，在半導(dǎo)體制造(例如，集成電路、芯片技術(shù)和芯片封裝)中填充晶片或半導(dǎo)體芯片上的特征結(jié)構(gòu)(例如通過(guò)蝕刻產(chǎn)生的空腔/凹穴或溝槽)。該特征結(jié)構(gòu)可被物質(zhì)填充，所述物質(zhì)包括糊劑、油墨、液體金屬(如焊料)和溶劑。這些材料可以處于低于室溫、室溫或例如熔融焊料的高溫下。此外，所述特征結(jié)構(gòu)可以是在產(chǎn)品制造過(guò)程中所需的特征結(jié)構(gòu)和空腔，包括小的特征結(jié)構(gòu)，例如5-200 μ m寬和/或深。
[0003]與現(xiàn)有圖案填充過(guò)程相關(guān)聯(lián)的一個(gè)問(wèn)題是壓力自身往往不足以將材料注入特征結(jié)構(gòu)內(nèi)。此外，例如，具有高的縱橫比、即比較大的高度與直徑比或高度與寬度比的通孔可能難以填充。此外，盲孔經(jīng)常是非常難以填充的，因?yàn)闇舻臍怏w的背壓能阻止孔的完全填充。
[0004]通常，由于特征結(jié)構(gòu)中存在環(huán)境大氣氣體，使用空腔填充工藝填充孔或模制特征結(jié)構(gòu)是有問(wèn)題的。該氣體必須被填充材料完全取代，否則氣泡將占據(jù)經(jīng)填充的特征結(jié)構(gòu)和/或能導(dǎo)致特征結(jié)構(gòu)周?chē)拿芊獗黄茐?。?wèn)題在高速填充過(guò)程中尤為突出，其中在填充材料進(jìn)入空腔的同時(shí)特征結(jié)構(gòu)或空腔具有最少的時(shí)間來(lái)滲出滯留氣體。因此，在用于填充特征結(jié)構(gòu)所需的時(shí)間內(nèi)取代過(guò)程經(jīng)常是不完全的，并在極端情況下導(dǎo)致部分地填充空腔，這成為工藝中的缺陷。對(duì)于某些操作，例如允許特征結(jié)構(gòu)的空腔被部分填充或者未填充，則不是缺陷。在特征結(jié)構(gòu)中滯留的氣體可導(dǎo)致部分地填充空腔。被部分地填充的特征結(jié)構(gòu)或空腔可導(dǎo)致特征結(jié)構(gòu)周?chē)拿芊饬踊?，尤其是在高溫例如超過(guò)200°C經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間之后。
[0005]現(xiàn)有的特征結(jié)構(gòu)填充工藝的另一個(gè)問(wèn)題是，目前對(duì)于使特征結(jié)構(gòu)密封的努力不足以維持特征結(jié)構(gòu)周?chē)拿芊庑?，因?yàn)楸砻鎱^(qū)域可能是粗糙的。粗糙可由現(xiàn)有密封方法引起，該方法可從空腔拖曳填充物質(zhì)如焊料，在裝置例如晶片的表面區(qū)域上留下條紋。
[0006]參見(jiàn)圖1，一種已知的填充頭組件10用于將熔融焊料分配到使用填充頭20的模板內(nèi)。填充頭組件10還包括部分地填充有焊料14的焊料儲(chǔ)蓄器12。組件10的體部30包括用于加熱儲(chǔ)蓄器12中的焊料14的兩個(gè)加熱器32。通道18為焊料提供入口并通過(guò)向下的壓力19對(duì)焊料加壓。焊料填充頭20中的焊料填充區(qū)16或焊料出口提供用于焊料14的出口。兩個(gè)密封裝置/密封件24定位于焊料填充區(qū)16的相對(duì)兩側(cè)上。模板40(例如，玻璃模板)包括空腔44。利用組件10，體部30利用內(nèi)置筒式加熱器32被加熱至高于焊料的熔點(diǎn)。例如，錫或錫合金焊料在大約230°C熔化，因此在這種情況下，體部被加熱到大約250°C。熔融焊料14被保持于密封的儲(chǔ)蓄器12中。填充頭(可選地或焊料填充頭)組件10放置于模板40上并施用額定負(fù)載或向下的力(通常為2.5磅每密封線性英寸(lbs/linear inchof seal))。焊料出口 16中的焊料的密封裝置防止焊料14漏出填充頭組件10的底部。焊料儲(chǔ)蓄器12被加壓至通常O至20psi之間以確保焊料在模具填充過(guò)程中進(jìn)入模板40的空腔44。模板40中的小的空腔44通過(guò)在焊料填充頭20的下面移動(dòng)模板40來(lái)填充，通常移動(dòng)速度在0.1至10mm/sec之間。當(dāng)焊料進(jìn)入空腔時(shí)空氣從模板空腔排出?？諝庠谀０?0的頂面42與密封裝置24之間排出。這個(gè)過(guò)程繼續(xù)，直到所有的模腔44已填充。模板40在方向41上移動(dòng)。然后，具有已填充的腔45的模板40被取出并傳送到下一個(gè)儀器,在該儀器處焊料從模具轉(zhuǎn)移到硅晶片的焊盤(pán)。
[0007]上述焊料填充的現(xiàn)有方法的缺點(diǎn)包括焊料必須對(duì)空腔中的空氣施加壓力以迫使空氣從空腔排出。該壓力可導(dǎo)致焊料從出口 16中的密封裝置泄漏，尤其是當(dāng)密封裝置中有變化或模板的平整度有變化時(shí)。另一個(gè)問(wèn)題是，為了空氣穿過(guò)密封裝置從空腔排出，如果密封裝置是粗糙的、有紋理的或有刻痕的則是有益的，以提供小的通道從而以使空氣能在模具的頂面和密封裝置之間更容易地排出。然而，這種方法會(huì)導(dǎo)致隨著時(shí)間的推移而增加磨損，例如磨掉通道或刻痕，導(dǎo)致與(磨掉)通道同樣的問(wèn)題:這阻止了即難以從空腔排出空氣?，F(xiàn)有方法的另一個(gè)問(wèn)題是，即使使用上述有紋理或有通道的密封，壓力自身可能不足以從空腔排出空氣，從而使不需要的空氣保留在空腔中，導(dǎo)致部分地填充空腔的不良狀況，即空腔被焊料部分地填充。
[0008]其他已知的填充頭組件包括焊料分配區(qū)、真空區(qū)、平坦的密封裝置和使真空區(qū)與焊料區(qū)之間能連通的通道或溝槽。真空區(qū)用于在填充之前從模板空腔去除空氣。然而，已知設(shè)計(jì)的幾個(gè)不足包括難以通過(guò)使用平整的密封裝置維持焊料填充頭組件與模板之間所需的接觸。例如，即使使用柔性的密封材料，模板表面中的不規(guī)則性以及填充頭組件與模板之間的對(duì)齊誤差也會(huì)導(dǎo)致焊料跨過(guò)密封裝置漏出。在焊料填充之前由于泄漏到真空區(qū)內(nèi)的空氣還難以維持模板腔中的真空。現(xiàn)有設(shè)計(jì)的另一個(gè)問(wèn)題是，由于密封裝置的磨損，在真空區(qū)和焊料區(qū)之間的小溝槽逐漸消失，從而使得在焊料填充之前難以維持模板腔中的良好的真空。現(xiàn)有設(shè)計(jì)的另一個(gè)問(wèn)題是平整的密封不能在跨過(guò)模板移動(dòng)時(shí)提供適當(dāng)?shù)哪Σ灵]合，因此趨向于在模具表面上留下焊料的條紋。
[0009]因此期望提供一種局部真空環(huán)境以在生產(chǎn)過(guò)程中消除環(huán)境氣體和有助于用以填充特征結(jié)構(gòu)的材料的回填。還期望的是提供一種設(shè)備和方法，用于以材料高速填充特征結(jié)構(gòu)，而不發(fā)生材料溢出、跨連或者產(chǎn)生條紋。此外，還需要一種可靠的模具填充工藝，其確保用填充頭裝置準(zhǔn)確地填充每個(gè)腔或特征結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在本發(fā)明的一方面，一種填充頭設(shè)備包括用于保持流體的至少一個(gè)腔室。該腔室具有用于排出流體的出口。至少一個(gè)真空裝置具有鄰接所述流體出口的入口。多個(gè)柔性且彈性的密封裝置與工件的頂面接觸。密封裝置定位于腔室出口的對(duì)向側(cè)/相對(duì)兩側(cè)上和真空裝置入口的對(duì)向側(cè)/相對(duì)兩側(cè)上。密封裝置在限定于工件中的、位于腔室出口與真空入口兩者下方的空腔周?chē)a(chǎn)生至少部分的密封。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]通過(guò)下面對(duì)說(shuō)明性的實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得顯而易見(jiàn)，該描述應(yīng)結(jié)合附圖閱讀，在附圖中:[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的焊料填充頭組件的剖視正視圖，焊料填充頭組件包括焊料儲(chǔ)蓄器、焊料分配區(qū)、密封裝置和具有填充有熔融焊料的空腔的工件或板；
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的填充頭設(shè)備的剖視圖，其包括焊料填充頭組件，該焊料填充頭組件包括焊料儲(chǔ)蓄器、焊料分配區(qū)、真空區(qū)、真空和密封裝置，模板被示出為填充有熔融焊料；
[0014]圖3是圖2中所示的密封裝置的細(xì)節(jié)的側(cè)視圖；
[0015]圖4是焊料填充頭組件的仰視圖，包括焊料分配區(qū)、真空區(qū)和焊料及真空密封裝置；
[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的雙向填充頭設(shè)備的剖視圖，其與圖2中示出的實(shí)施例相似，并且還包括第二真空區(qū)和真空裝置，并且該設(shè)備能夠雙向地填充模板；以及
[0017]圖6是根據(jù)圖5的實(shí)施例的空腔與真空入口的示意性框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參見(jiàn)圖2，根據(jù)本發(fā)明的填充頭設(shè)備100的實(shí)施例包括體部104和附接至體部104的填充頭108。體部104包括密封的焊料儲(chǔ)蓄器112、內(nèi)部加熱器116、以及焊料填充區(qū)114或出口，該焊料填充區(qū)114或出口包括用于從焊料儲(chǔ)蓄器112取出焊料113的焊料頭136。焊料儲(chǔ)蓄器容納通過(guò)通道118中的入口 116填充的焊料113。通道處于來(lái)自壓力源119的壓力下，以維持焊料儲(chǔ)蓄器112中的焊料113上的正壓。填充頭108包括真空區(qū)或真空入口130。該真空區(qū)130通過(guò)真空管134與真空源131連通。填充頭108還包括多個(gè)密封裝置140。密封裝置140定位在真空入口 130的每一側(cè)上和填充區(qū)114的每一側(cè)上，如圖2中所示。密封裝置140包括弓形/弧形的密封頭142，如圖3中更詳細(xì)地示出。弓形密封頭142具有指定的半徑146和尺寸/高度144。密封裝置140的弓形密封頭142在模板150的頂面152之間提供優(yōu)異的密封性。模板150包括空腔或特征結(jié)構(gòu)154。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的方法，填充頭設(shè)備100通過(guò)首先使用內(nèi)置的筒式加熱器120將填充頭體部104加熱至焊料113的熔點(diǎn)以上來(lái)操作。焊料可包括錫或錫合金焊料，其熔點(diǎn)為大約230°C，因此，對(duì)于使用錫或錫合金焊料的情況，焊料填充頭被加熱到大約250°C。熔融焊料被保持在密封的儲(chǔ)蓄器中。焊料填充頭(或FH) 136放置于模板150上并施加額定負(fù)載或向下的力(通常為2.51bs/密封線性英寸)以確保填充頭136和模板150的頂面152之間接觸良好。密封裝置140包繞焊料填充區(qū)114以防止焊料113漏出填充頭136的底部。包繞真空區(qū)的密封裝置140確保維持規(guī)定質(zhì)量的真空。中間密封裝置140，即焊料填充區(qū)114和焊料出口 130之間的密封裝置140執(zhí)行兩個(gè)功能:促進(jìn)限制焊料和維持真空區(qū)132。密封裝置140的材料是高度柔性的，通常具有大約3毫米或更高的高度，從而確保即使在模具頂面152可能不平整或填充頭136與模板頂面152之間出現(xiàn)不完美的對(duì)齊時(shí)也維持填充頭136和模具頂面152之間的足夠的接觸。
[0020]通過(guò)在焊料填充頭136下方例如以0.1至10mm/sec的速度移動(dòng)模具來(lái)填充模板空腔154。當(dāng)空腔進(jìn)入填充頭的真空區(qū)時(shí)從空腔151去除空氣?？涨?51直接行進(jìn)至焊料填充區(qū)，跨過(guò)/越過(guò)共用的中間密封部分過(guò)渡。在中間密封部上不需要槽或刻痕，因?yàn)榻?jīng)歷的距離很短并且密封裝置是高度柔性的?？涨挥珊噶咸畛鋮^(qū)中的焊料填充?？上蚝噶蟽?chǔ)蓄器施加小的壓力(Opsi至IOpsi)以確保完全填充空腔。填充過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，直到所有的模腔被充滿(mǎn)。然后取出模板并傳送到下一個(gè)工具處，焊料在該處從模具轉(zhuǎn)移到硅晶片的焊盤(pán)。
[0021]圖4示出了填充頭組件10的仰視圖。統(tǒng)一密封區(qū)域包括焊料填充區(qū)162和真空區(qū)164。如圖4所示，焊料填充區(qū)162可以是具有圓的端部的細(xì)長(zhǎng)形狀。焊料填充區(qū)具有足夠的長(zhǎng)度以覆蓋模板上的空腔(或空腔區(qū))。例如，對(duì)于300mm的晶片，焊料填充區(qū)可能需要大約300毫米的長(zhǎng)度用于全部的焊料球(模板腔)。該真空區(qū)164由附加的密封部分限定，其從焊料填充密封區(qū)162的端部圍繞填充頭的前緣延伸。真空進(jìn)給通道130 (例如，槽、孔等)都連接至真空源。
[0022]此外，參見(jiàn)圖4，模板150的空腔154包括經(jīng)過(guò)空腔154上方的真空入口 130。密封裝置140也通過(guò)空腔154上方，提供模板150的頂面152和密封裝置140之間的密封。密封裝置還將焊料的頂面152擦拭干凈。
[0023]參見(jiàn)圖5，本發(fā)明的另一實(shí)施例包括雙向填充頭設(shè)備200。填充頭設(shè)備200包括與圖2中所示的填充頭設(shè)備100相似的元件，其中使用了相同的標(biāo)號(hào)。此外，雙向填充頭設(shè)備200包括第二真空源131和另一密封裝置140，使得對(duì)置的密封裝置140處于第二真空源入口 130的相對(duì)兩側(cè)上。該設(shè)備200能夠在保持空腔的密封并首先將空腔抽真空的同時(shí)在任一方向上用焊料填充空腔。
[0024]參見(jiàn)圖5和圖6，填充頭設(shè)備200包括焊料儲(chǔ)蓄器112的反向側(cè)上的另一真空源131和另一個(gè)真空管134。如圖6所示，空腔151設(shè)有位于空腔151的相對(duì)兩側(cè)上的真空出口 130，通過(guò)真空/壓力容器壁204隔開(kāi)。因而，填充頭108被設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)在空腔的兩側(cè)具有真空區(qū)或用于施用焊料(或其它材料)的填充區(qū)的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，有可能在兩個(gè)方向上填充模板，從而提高生產(chǎn)量。
[0025]使用本發(fā)明，密封表面不需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)化或砂磨，大大提高了操作范圍并放寬了在向下壓緊填充頭及焊料儲(chǔ)蓄器壓力控制方面的要求。本發(fā)明的統(tǒng)一的、具有順應(yīng)性的密封裝置被壓入填充頭組件的凹槽，并且在密封裝置到達(dá)其使用壽命的終點(diǎn)時(shí)容易地更換。
[0026]本發(fā)明的益處包括提高填充速度，例如，比通常的沒(méi)有前緣真空的速度提高了 3-5倍。根據(jù)本發(fā)明的真空裝置提高了真空度和在模具表面上的焊料密封性?xún)烧撸驗(yàn)樗诿芊獗砻嫔鲜┘恿烁郊拥南蛳碌牧?。此外，減少了因部分填充空腔造成的缺陷。在本發(fā)明中密封表面的光潔度對(duì)工藝不是至關(guān)重要的，因?yàn)榕艢獠辉倏刂圃诤噶咸畛渲皬目涨蝗コ龤怏w的速率。此外，減少了焊料泄漏，改進(jìn)了擦拭，沒(méi)有條紋，并且也消除了在真空區(qū)和焊料區(qū)之間排空通道的需求。
[0027]雖然本發(fā)明已具體示出和描述有關(guān)的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的變化而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不限于本文所述和所示的確切形式和細(xì)節(jié)，而是落在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種填充頭設(shè)備，包括: 用于保持流體的至少一個(gè)腔室，所述腔室具有用于排出流體的出口 ； 具有與流體出口相鄰的入口的至少一個(gè)真空裝置；和 接觸工件的頂面的多個(gè)柔性且彈性的密封裝置，該密封裝置定位在腔室出口的相對(duì)兩側(cè)和真空裝置入口的相對(duì)側(cè)上，其中，所述密封裝置圍繞在工件中限定的、位于腔室出口與真空入口兩者下方的空腔產(chǎn)生至少部分的密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，密封裝置在定位于空腔上方時(shí)在該空腔中產(chǎn)生至少部分的真空。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)工件縱向地移動(dòng)、使密封裝置沿工件的表面滑動(dòng)時(shí)，密封裝置與工件的頂面保持接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述腔室被加壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述腔室被加壓以排出液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，被加壓的腔室出口關(guān)于工件的移動(dòng)方向定位于真空裝置出口的后面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述液體是焊料。
8.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的設(shè)備，其特征在于，工件在基本垂直于填充頭設(shè)備的縱向方向上移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，密封裝置由耐高溫的材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，密封裝置由聚合物構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，真空入口沿縱軸線定位在流體出口的一側(cè)上，使得工件沿縱軸線在一方向上移動(dòng)，在該方向上，空腔在遇到流體出口之前遇到真空入口。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，真空入口和流體出口相對(duì)于彼此定位成使得在真空入口與流體出口之間僅有這樣的空腔:所述空腔有一個(gè)或多個(gè)密封裝置至少部分地定位在其上方。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述出口與所述入口線性地相鄰，多個(gè)密封裝置與所述入口和出口線性地相鄰，使得所述入口和所述出口之間沒(méi)有空腔暴露于環(huán)境空氣。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述密封裝置由橡膠構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述密封裝置是基本卵形的并且包圍一空腔。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括三個(gè)密封裝置，第一和第二密封裝置在真空入口的相對(duì)兩側(cè)上，第三密封裝置在流體出口的遠(yuǎn)側(cè)上，使得第二和第三密封裝置在流體出口的相對(duì)兩側(cè)上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，多個(gè)真空裝置和真空入口定位在流體出口的相對(duì)兩側(cè)上，使得工件在沿縱軸線的任一方向上移動(dòng)成:空腔在遇到流體出口之前遇到多個(gè)真空入口中的一者。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，工件圍繞橫軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且沿著縱向平面轉(zhuǎn)動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的設(shè)備，其特征在于，所述工件是半導(dǎo)體晶片。
【文檔編號(hào)】H01L21/48GK103985640SQ201410046666
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月11日
【發(fā)明者】G·N·比格斯, R·A·巴德, B·V·法薩諾, J·J·格蘭特, P·A·格魯伯爾, J·P·卡里迪斯, B·W·利恩斯特拉, P·W·帕爾馬蒂爾, K·M·普雷蒂曼, C·L·泰斯勒, T·維斯 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司