金屬凸塊的焊料沉積系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種制造技術(shù)，包括以晶片或裸片的形式在裸片上的電接觸上創(chuàng)建柱狀凸塊。提供具有與裸片上的電接觸對(duì)應(yīng)的腔體的單獨(dú)模板或載體。腔體利用焊膏填充，并且使裸片緊密接近模板，使得柱狀凸塊延伸到腔體中并且與焊膏發(fā)生接觸。當(dāng)移除裸片時(shí)，焊膏保持固定至柱狀凸塊，并且從而將焊膏被轉(zhuǎn)移并遞送至柱狀凸塊。然后可以將裸片固定至諸如PCB之類的襯底。
【專利說明】金屬凸塊的焊料沉積系統(tǒng)和方法
[0001]交叉引用
[0002]本申請(qǐng)是名稱為“SolderDeposition System and Method for Metal Bumps，，的在2011年7月6日提交的第61/504797號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的非臨時(shí)申請(qǐng)，該臨時(shí)專利申請(qǐng)通過引用并入本申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開總體涉及電子器件，并且更具體地涉及用于附著電子部件的技術(shù)。甚至更具體地，其涉及減少成本并增加制造吞吐量的制造設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0004]通常使用焊料來將一個(gè)電子部件的電接觸與另一個(gè)電子部件的電接觸連接。存在已經(jīng)用于應(yīng)用焊料的各種方法。應(yīng)牢記，隨著電子部件變得越來越小并且其功能和能力的增強(qiáng)，在部件上的相鄰電接觸之間的節(jié)距(pitch)縮小了。這就大大增加了應(yīng)用焊料和連接部件的挑戰(zhàn)。一種方法包括在部件上沉積光刻膠，將銅柱電鍍到部件上的每個(gè)金屬焊盤上(在不被光刻膠覆蓋的區(qū)域中)，并且然后將焊料帽印刷并回流到銅柱上，接著移除光刻膠。這一方法遭受用于濺射、光刻和鍍制的高成本。
[0005]另一種方法包括在部件的金屬焊盤上創(chuàng)建柱狀凸塊，直接將焊膏放置到在另一個(gè)部件上的每個(gè)金屬焊盤上，并且然后緊接另一個(gè)部件上的焊膏放置柱狀凸塊并且回流焊料。這一方法遭受如對(duì)于可以被應(yīng)用于在另一個(gè)部件上的每個(gè)小金屬焊盤的焊料量的約束，并且遭受在柱狀凸塊被應(yīng)用后(由于柱狀凸塊的不規(guī)則形狀)不能簡(jiǎn)單地對(duì)部件進(jìn)行電測(cè)試的問題。
[0006]因此，需要更低廉的并且具有更高吞吐量的制造設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在本文中公開的是一種用于將焊料應(yīng)用于裸片上的柱狀凸塊的方法，包括:提供具有多個(gè)柱狀凸塊的裸片，每個(gè)柱狀凸塊被固定至裸片上的對(duì)應(yīng)的金屬焊盤；提供具有與裸片上的柱狀凸塊的相對(duì)位置對(duì)應(yīng)的多個(gè)腔體的模板；將焊膏放置到模板的腔體中；將柱狀凸塊浸潰到模板的腔體中，以便使焊膏與柱狀凸塊發(fā)生接觸；并且從腔體移除柱狀凸塊，使得焊膏被固定至柱狀凸塊。
[0008]該方法還可以包括在腔體以外的區(qū)域中從模板擦去過量的焊膏?？梢砸呀?jīng)從多個(gè)裸片的晶片創(chuàng)建裸片。多個(gè)裸片可以被連接在一起作為晶片的一部分，并且模板具有用于晶片上的所有裸片上的所有柱狀凸塊的腔體。焊膏可以已經(jīng)被加熱以提高其溫度，以助于焊膏中的焊料固定至柱狀凸塊。該方法還可以包括在焊料已經(jīng)被固定至柱狀凸塊之后并且在從腔體移除柱狀凸塊之前，對(duì)焊料進(jìn)行冷卻。
[0009]裸片上的柱狀凸塊可以包括銅?？梢酝ㄟ^印刷將焊料放置到腔體中。該方法還可以包括提供具有與裸片上的柱狀凸塊對(duì)應(yīng)的金屬接觸的襯底；并且利用焊料將柱狀凸塊固定至襯底上的金屬接觸。該方法還可以包括回流焊料。該方法還可以包括在裸片和襯底之間添加粘附材料，以進(jìn)一步將裸片和襯底固定在一起。粘附材料可以包括底部填料。可以在已經(jīng)利用焊料將裸片固定至襯底之后點(diǎn)膠粘附材料?？梢栽谝呀?jīng)利用焊料將裸片固定至襯底之前點(diǎn)膠粘附材料。粘附材料還可以包括助焊劑?？梢栽诳缫r底的圖案中點(diǎn)膠底部填料。粘附材料可以包括非導(dǎo)電膏(NCP)?？梢栽诳缫r底的圖案中點(diǎn)膠NCP。該方法還可以包括固化粘附劑。可以將所有柱狀凸塊同時(shí)浸潰到腔體中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本公開通過參照以下附圖來描述，其中相似的附圖標(biāo)記表示基本相似的元件:
[0011]圖1是用于將焊料應(yīng)用于電子部件上的柱狀凸塊的工藝流程；
[0012]圖2a、圖2b、圖2c和圖2d是關(guān)于用于將焊料應(yīng)用于電子部件上的柱狀凸塊的工藝流程的進(jìn)一步細(xì)節(jié)；
[0013]圖3是用于晶片處理的工藝流程；
[0014]圖4是用于晶片處理的工藝流程的另一個(gè)實(shí)施例；以及
[0015]圖5是用于晶片處理的工藝流程的另一個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0016]雖然本文公開的實(shí)施例允許有各種修改和替代形式，但是在附圖中已經(jīng)借由示例示出了并且在本文中詳細(xì)描述了具體的實(shí)施例。然而應(yīng)理解，并不旨在將本發(fā)明限制于公開的具體形式，而是本發(fā)明將覆蓋如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的實(shí)施例的所有修改、等效和替代。本公開參考附圖進(jìn)行描述，其中相似的附圖標(biāo)記表示基本相似的元件。
[0017]圖1示出晶片形狀的模板10，雖然這一技術(shù)也可以在裸片級(jí)實(shí)施。如在晶片10的放大部分12中所示，在其中限定了多個(gè)腔體14，并且在這一情況下其被限定在與晶片上的單獨(dú)裸片對(duì)應(yīng)的限定區(qū)域的外圍周圍，該限定區(qū)域?qū)⒕哂刑砑佑谄涞暮噶稀＿M(jìn)一步放大的部分16在截面圖中示出腔體14中的兩個(gè)。接著，將焊膏18印刷到模板16上的腔體14中。之后可以跨模板16的頂部拖動(dòng)刮刷器(wiper)或刮板(squeegee) 20，以移除在腔體14以外的過量的焊膏。然后模板10準(zhǔn)備好用于如下文中將描述的那樣轉(zhuǎn)移焊膏18。
[0018]并行地，多個(gè)單獨(dú)裸片的晶片24具有多個(gè)電接觸，該多個(gè)電接觸具有固定至其的適當(dāng)導(dǎo)電材料(例如銅)的柱狀凸塊26。圖1示出晶片24、放大部分28和進(jìn)一步放大的部分30，該放大部分28示出在每個(gè)裸片的外圍周圍的柱狀凸塊26，該進(jìn)一步放大的部分30示出柱狀凸塊26中的兩個(gè)柱狀凸塊26。現(xiàn)在準(zhǔn)備好晶片24以用于轉(zhuǎn)移焊膏18。
[0019]接下來，使兩個(gè)晶片10和24處于相互相對(duì)并相鄰的關(guān)系，并且將它們移動(dòng)到其中每個(gè)柱狀凸塊26都被插入到一個(gè)腔體14中并且與焊膏18接觸的位置。然后將該晶片分開，并且每個(gè)柱狀凸塊26將如所示在其上具有焊膏18的層，并且具體地如顯著放大的形式34所示。
[0020]圖2a至圖2d示出這一工藝的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。如在圖2a中所示,模板或載體16具有限定于其中的多個(gè)腔體14。圖2b示出由打印頭(print head) 40和用于移除過量的焊膏18的刮板20來印刷焊膏18的工藝。圖2c示出具有與晶片16接近的柱狀凸塊26的晶片30，使得柱狀凸塊26延伸到腔體14中并且與焊膏18發(fā)生接觸。如所注意到的那樣，可以存在一些總體或局部加熱，以加熱焊膏18和柱狀凸塊26并且?guī)椭鷮⒑父?8轉(zhuǎn)移至柱狀凸塊26。圖2d示出從晶片16移開的晶片30，使得從腔體14移除柱狀凸塊26，而此時(shí)焊膏18被附著到柱狀凸塊26。
[0021]圖3提供關(guān)于該工藝的一個(gè)變體的細(xì)節(jié)。作為第一步驟，減薄多個(gè)單獨(dú)裸片的晶片24以便平坦化晶片24。隨后，將銅柱狀凸塊26添加到晶片24上的電接觸。隨后，晶片24可以被安裝在劃片膠帶50或類似物上。隨后，晶片24被鋸切為單獨(dú)裸片52。之后，從劃片膠帶50上拾取每個(gè)裸片52，并且將其移動(dòng)到相對(duì)于模板的位置，以接收在每個(gè)柱狀凸塊26上的焊膏18。隨后，可以加熱焊膏18以固化焊料。隨后，將非導(dǎo)電膏(NCP) 54點(diǎn)膠(dispense)到襯底56 (例如PCB或柔性電路板或類似物或其它電子部件)上，裸片52將被附著到襯底56。雖然圖3的圖示呈現(xiàn)為示出僅在襯底56上的電接觸58的頂部上點(diǎn)膠的NCP54，但是實(shí)際上可以在跨襯底56的與裸片52對(duì)應(yīng)的部分的圖案中點(diǎn)膠NCP54。然后在襯底56上放置裸片52，使柱狀凸塊26與電接觸58對(duì)準(zhǔn)，并且使用局部加熱以回流焊料。然后可以將整個(gè)組件放置到爐中以固化NCP54，此時(shí)NCP54由于與襯底56接近放置的裸片52的壓力，而使其自身分布于裸片52下方并支持裸片52。
[0022]圖4提供關(guān)于該工藝的另一個(gè)變體的細(xì)節(jié)。作為第一步驟，減薄多個(gè)單獨(dú)裸片的晶片24以便平坦化晶片24。隨后，將銅柱狀凸塊26添加到晶片24上的電接觸。隨后，晶片24可以被安裝在劃片膠帶50或類似物上。隨后，晶片24被鋸切為單獨(dú)裸片52。之后，從劃片膠帶50上拾取每個(gè)裸片52，并且將其移動(dòng)到相對(duì)于模板的位置，以接收在每個(gè)柱狀凸塊26上的焊膏18。隨后，可以加熱焊膏18以固化焊料。隨后，將助焊劑(flux)66點(diǎn)膠到襯底56 (例如PCB或柔性電路板或類似物或其它電子部件)上，裸片52將被附著到襯底56。雖然圖4的圖示呈現(xiàn)為示出僅在襯底56上的電接觸58的頂部上點(diǎn)膠的助焊劑66，但是實(shí)際上可以在跨襯底56的與裸片52對(duì)應(yīng)的部分的圖案中點(diǎn)膠助焊劑66。然后在襯底56上放置裸片52，使柱狀凸塊26與電接觸58對(duì)準(zhǔn)，并且回流焊料。隨后，在裸片52和襯底56之間點(diǎn)膠底部填料68，并且然后可以將整個(gè)組件放置到爐中以固化底部填料68。
[0023]圖5提供關(guān)于該工藝的另一個(gè)變體的細(xì)節(jié)。作為第一步驟，減薄多個(gè)單獨(dú)裸片的晶片24以便平坦化晶片24。隨后，將銅柱狀凸塊26添加到晶片24上的電接觸。隨后在晶片級(jí)，使用具有包含焊膏的腔體的模板來將焊膏18轉(zhuǎn)移到柱狀凸塊26。隨后回流焊料。隨后，晶片24可以被安裝在劃片膠帶50或類似物上。隨后，晶片24被鋸切為單獨(dú)裸片52。之后，可以將無流動(dòng)底部填料(底部填料加助焊劑)80點(diǎn)膠到襯底56上，裸片52將被附著到襯底56。然后在襯底56上放置裸片52，使柱狀凸塊26與電接觸58對(duì)準(zhǔn)，并且然后回流焊料。
[0024]本公開的制造技術(shù)提供幾個(gè)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。如可見，這些方法提供無需昂貴工藝(如濺射和光刻)的用于應(yīng)用焊料的簡(jiǎn)單的和低成本的解決方案。也易于基于每個(gè)腔體的體積來控制使用的焊料體積。易于在不同的焊料材料之間切換?？蛇x地，可以執(zhí)行柱狀凸塊壓印(coining)(在柱狀凸塊上產(chǎn)生更規(guī)則的表面)。用于焊膏的模板或載體可以由硅組成，并且腔體可以通過濕法蝕刻產(chǎn)生。模板可以重復(fù)使用?？梢蕴砑宇~外的焊料體積，以有效增加凸塊高度。最后，這一簡(jiǎn)化平坦化襯底(例如PCB、柔性電路板(flex)等)的問題。
[0025]雖然已經(jīng)在附圖和前述說明中詳細(xì)地圖示并描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是這類圖示和說明應(yīng)被理解為示例，而不是限制性的。例如，上文中所描述的某個(gè)實(shí)施例可以與其它所描述實(shí)施例組合并且/或者以其它方式布置(例如可以以其它順序執(zhí)行工藝元素)。因此應(yīng)理解，僅已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的示例實(shí)施例和變體。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將焊料應(yīng)用于裸片上的柱狀凸塊的方法，包括: 提供具有多個(gè)柱狀凸塊的裸片，每個(gè)柱狀凸塊被固定至所述裸片上的對(duì)應(yīng)的金屬焊盤； 提供具有多個(gè)腔體的模板，所述多個(gè)腔體對(duì)應(yīng)于所述裸片上的所述柱狀凸塊的相對(duì)位置； 將焊膏放置到所述模板的所述腔體中； 將所述柱狀凸塊浸潰到所述模板的所述腔體中，以便使所述焊膏與所述柱狀凸塊發(fā)生接觸；并且 從所述腔體移除所述柱狀凸塊，使得所述焊膏被固定至所述柱狀凸塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的方法，還包括在所述腔體以外的區(qū)域中從所述模板擦去過量的焊膏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的方法，其中已經(jīng)從多個(gè)裸片的晶片創(chuàng)建所述裸片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的方法，其中多個(gè)所述裸片被連接在一起作為晶片的一部分，并且所述模板具有用于所述晶片上的所有所述裸片上的所有所述柱狀凸塊的腔體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的方法，其中所述焊膏已經(jīng)被加熱以提高其溫度，以助于所述焊膏中的所述焊料固定至所述柱狀凸塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所限定的方法，還包括在所述焊料已經(jīng)被固定至所述柱狀凸塊之后并且在從所述腔體移除所述柱狀凸塊之前，對(duì)所述焊料進(jìn)行冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的方法，其中所述裸片上的所述柱狀凸塊包括銅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的方法，其中通過印刷將所述焊料放置到所述腔體中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的方法，還包括提供具有與所述裸片上的所述柱狀凸塊對(duì)應(yīng)的金屬接觸的襯底；并且利用所述焊料將所述柱狀凸塊固定至所述襯底上的所述金屬接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所限定的方法，還包括回流所述焊料。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所限定的方法，還包括在所述裸片和所述襯底之間添加粘附材料，以進(jìn)一步將所述裸片和所述襯底固定在一起。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所限定的方法，其中所述粘附材料包括底部填料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所限定的方法，其中在已經(jīng)利用所述焊料將所述裸片固定至所述襯底之后，點(diǎn)膠所述粘附材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所限定的方法，其中在已經(jīng)利用所述焊料將所述裸片固定至所述襯底之前，點(diǎn)膠所述粘附材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所限定的方法，其中所述粘附材料還包括助焊劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所限定的方法，其中在跨所述襯底的圖案中點(diǎn)膠所述底部填料。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所限定的方法，其中所述粘附材料包括非導(dǎo)電膏(NCP)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所限定的方法，其中在跨所述襯底的圖案中點(diǎn)膠所述NCP。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所限定的方法，還包括固化所述粘附劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所限定的方法，其中將所有所述柱狀凸塊同時(shí)浸潰到所述腔體中。
【文檔編號(hào)】H01L23/48GK103797569SQ201280040478
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月6日
【發(fā)明者】S·W·塔姆, B·李, 彭康成, 馮泰偉 申請(qǐng)人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司