用于微輻射熱計真空封裝組件的晶片級封裝的裝置的制造方法
【專利說明】用于微輻射熱計真空封裝組件的晶片級封裝的裝置
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年3月15日提交的并且名稱為“WAFER LEVEL PACKAGING OFMICROBOLOMETER VACUUM PACKAGE ASSEMBLIES” 的美國臨時專利申請 N0.61/801，596 的權(quán)益，上述申請通過引用完整地合并于此。
[0003]本申請要求于2012年12月31日提交的并且名稱為“WAFER LEVEL PACKAGING OFMICR0B0L0METER VACUUM PACKAGE ASSEMBLIES” 的美國臨時專利申請 N0.61/747，867 的權(quán)益，上述申請通過引用完整地合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本實用新型的一個或多個實施例總體上涉及用于批量生產(chǎn)紅外(IR)檢測器，并且更特別地，用于微輻射熱計真空封裝組件(VPA)的晶片級封裝的方法、系統(tǒng)和裝置。
【背景技術(shù)】
[0005]在2011年7月27日提交的、通過引用合并于本文中的共同擁有的國際專利申請N0.PCT/US2011/045600中，公開了包括微輻射熱計真空封裝組件(VPA)的新型IR檢測器，以及使用晶片級封裝(WLP)技術(shù)制造它們的方法。
[0006]用于生產(chǎn)常規(guī)半導(dǎo)體集成電路(1C)器件和微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的WLP方法和裝置是已知的。這樣的技術(shù)典型地包括提供一對互補半導(dǎo)體晶片，在其中的至少一個內(nèi)已制造多個相同的“有源”器件。兩個晶片典型地面對面抵靠對準，彼此粘結(jié)，然后切割或“分離”成多個單獨的器件。
[0007]在適當?shù)那闆r下，WLP技術(shù)可以允許可靠地、有效地并且以成本效益高的方式生產(chǎn)這樣的器件。然而，IR檢測器具有明顯不同于例如MEMS器件的封裝要求。例如，在MEMS器件(如數(shù)字光投影器(DLP)或慣性傳感器)中，更重視具有較差“密封性”(即，密封要求)的非腐蝕環(huán)境，原因是它們主要關(guān)心提供用于腐蝕的電解質(zhì)的透濕性。相比之下，IR檢測器(如微輻射熱計(“輻射熱計”或“輻射熱測定器”))需要高真空水平(例如，低壓力)和關(guān)聯(lián)密封性(例如，低泄漏率)，并且更多地重視部件的脫氣和后續(xù)除氣率，其受到晶片粘結(jié)之前的高溫真空烘烤或“烘干”方案影響。此外，可以由常規(guī)MEMS生產(chǎn)使用的多種密封方法不是IR WLP制造的選擇，原因是在一些情況下，關(guān)聯(lián)滲透率是不可接受的，并且在其它情況下，輻射熱計結(jié)構(gòu)的溫度限制決定了可能加工溫度選擇的很窄窗口。
[0008]因此，在工業(yè)中存在對這樣的WLP方法、系統(tǒng)和裝置的需要，其適應(yīng)封裝要求的這些差異從而允許可靠的、有效的和成本效益高的IR檢測器和微輻射熱計VPA的批量生產(chǎn)。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例，提供使用WLP技術(shù)進行可靠的、有效的和成本效益高的IR檢測器和微輻射熱計VPA的批量生產(chǎn)的方法、系統(tǒng)和裝置。例如對于一個或多個實施例，本文中公開的技術(shù)提供高批量(例如，數(shù)百萬而不是成百上千個VPA)自動加工以及連續(xù)真空環(huán)境以防止組裝過程期間的污染物的典型吸附，其可能需要額外的加工時間以減小它們的顯著性和對過程靈活性的不利影響。
[0010]在一些實施例中，總體系統(tǒng)流程可以在原位。例如，離散的WLP子部件可以高批量地引入到專用機器人集群加工工具，并且各種蓋和輻射熱計晶片可以首先經(jīng)由傳遞機器人組件引入到機器人集群工具。例如，每個晶片可以從潔凈室兼容晶片儲存容器(例如，具有由唯一序列化保持的可追蹤性，其可以由基于視覺的制造執(zhí)行軟件(MES)管理)取出，并且引入到真空裝載鎖，在那里發(fā)生綜合原位真空過程，如本文中所述，導(dǎo)致WLP產(chǎn)品的完成、粘結(jié)對。這樣的產(chǎn)品可以通過相同的裝載鎖離開，導(dǎo)致晶片儲存容器中的完成產(chǎn)品。在一些實施例中，高真空可以通過系統(tǒng)的各級之間的金屬密封件的使用獲得，并且在一些實施例中，通過與裝載鎖、烘干室和關(guān)聯(lián)升降器組件關(guān)聯(lián)的各種彈性體密封件的去除獲得。
[0011]在一些實施例中，公開了一種用于微輻射熱計真空封裝組件的晶片級封裝的裝置，所述裝置包括:晶片對準和粘結(jié)室；彼此豎直面對地布置在所述室內(nèi)的輻射熱計晶片夾頭和蓋晶片夾頭；至少一個栗，其配置成產(chǎn)生所述室內(nèi)的第一超高真空環(huán)境；輻射熱計晶片夾頭溫度控制裝置，其配置成加熱和/或冷卻所述輻射熱計晶片夾頭；蓋晶片夾頭溫度控制裝置，其配置成加熱和/或冷卻所述蓋晶片夾頭；以及一對雙頭照相機，其配置成確定由所述輻射熱計晶片夾頭保持的輻射熱計晶片上的基準與由所述蓋晶片夾頭保持的蓋晶片上的基準的對準。
[0012]在一個示例性實施例中，一種用于微輻射熱計真空封裝組件(VPA)的晶片級封裝(WLP)的方法包括提供輻射熱計晶片和蓋晶片。將所述輻射熱計晶片安裝在輻射熱計晶片夾頭上并且將所述蓋晶片安裝在蓋晶片夾頭上面對所述輻射熱計晶片布置。使用所述輻射熱計夾頭以第一溫度烘烤所述輻射熱計晶片，并且使用所述蓋晶片夾頭以第二溫度烘烤所述蓋晶片。然后使用所述輻射熱計和蓋晶片夾頭將所述輻射熱計晶片和所述蓋晶片的相應(yīng)溫度升高到共同粘結(jié)溫度，并且以選擇的力將所述輻射熱計晶片和所述蓋晶片壓緊在一起，使得所述晶片以粘結(jié)晶片對粘結(jié)在一起。然后將所述粘結(jié)晶片對的溫度降低到所述共同粘結(jié)溫度之下。在前述內(nèi)容中，提供、安裝、烘烤、升高、夾緊和降低在超高真空(UHV)環(huán)境中實現(xiàn)。
[0013]在另一示例性實施例中，一種用于微輻射熱計真空封裝組件(VPA)的晶片級封裝(WLP)的裝置可以包括晶片對準和粘結(jié)室，彼此豎直面對地布置在所述室內(nèi)的輻射熱計晶片夾頭和蓋晶片夾頭，用于產(chǎn)生所述室內(nèi)的第一超高真空(UHV)環(huán)境的裝置，用于彼此獨立地加熱和冷卻所述輻射熱計晶片夾頭和所述蓋晶片夾頭的裝置，用于在豎直方向上并且相對于所述輻射熱計晶片夾頭移動所述蓋晶片夾頭的裝置，用于在水平面中在兩個正交方向上平移地和圍繞垂直于水平面的豎直軸線旋轉(zhuǎn)地移動所述輻射熱計晶片夾頭的裝置，以及用于將由所述輻射熱計晶片夾頭保持的輻射熱計晶片上的基準與由所述蓋晶片夾頭保持的蓋晶片上的基準對準的裝置。
[0014]通過參考接下來的詳細描述最佳地理解本實用新型的實施例及其若干優(yōu)點。應(yīng)當領(lǐng)會相似的附圖標記用于識別在一個或多個圖中示出的相似的元件。
【附圖說明】
[0015]圖1A-1F是根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例的、在微輻射熱計VPA的示例性實施例的WLP生產(chǎn)中涉及的步驟的部分側(cè)視立面圖；
[0016]圖2是取決于包含在其中的真空的水平的各種示例性輻射熱計封裝的響應(yīng)性的圖形；
[0017]圖3是根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例的、用于微輻射熱計VPA的WLP生產(chǎn)的裝置的示例性實施例的前視和俯視透視圖；
[0018]圖4是圖3的WLP裝置的俯視平面圖；
[0019]圖5是WLP裝置的橫向平面橫截面圖；
[0020]圖6A和6B分別是WLP裝置的裝載鎖模塊的示例性實施例的俯視和側(cè)視透視圖和部分橫截面透視圖；
[0021]圖7是WLP裝置的中心室的示例性實施例的俯視和側(cè)視透視圖；
[0022]圖8是圖7的中心室的仰視和側(cè)視透視圖；
[0023]圖9是中心室的預(yù)對準器和后檢驗?zāi)K的示例性實施例的部分俯視和側(cè)視透視圖；
[0024]圖10A是WLP裝置的烘干模塊的示例性實施例的部分剖視俯視和側(cè)視透視圖；
[0025]圖10B是烘干模塊的部分俯視和側(cè)視分解透視圖；
[0026]圖10C是烘干模塊的部分剖視俯視和側(cè)視透視圖；
[0027]圖11A和11B分別是WLP裝置的緩沖模塊的示例性實施例的側(cè)視立面圖和俯視和側(cè)視透視圖；
[0028]圖12A和12B分別是WLP裝置的晶片對準和粘結(jié)模塊的示例性實施例的俯視和側(cè)視透視圖和部分剖視俯視和側(cè)視透視圖；
[0029]圖13是圖12A和12B的對準和粘結(jié)模塊的蓋晶片夾頭的示例性實施例的俯視和側(cè)視透視圖；
[0030]圖14是圖12A和12B的對準和粘結(jié)模塊的輻射熱計晶片夾頭的示例性實施例的俯視和側(cè)視透視圖；
[0031]圖15是圖13的蓋晶片夾頭的仰視和側(cè)視透視圖，顯示根據(jù)實施例的、鄰近夾頭布置的水平可移動熱護罩；
[0032]圖16是晶片對準和粘結(jié)模塊的下端板的俯視和側(cè)視透視圖，顯示根據(jù)實施例的、延伸通過其中的豎直可移動晶片提升銷臂；
[0033]圖17A和17B是對準和粘結(jié)模塊的部分剖視透視圖，顯示根據(jù)實施例的、分別布置在晶片基準測量位置和縮回位置的兩個雙頭晶片對準照相機；
[0034]圖18A和18B分別是根據(jù)實施例的輻射熱計晶片夾頭的俯視和側(cè)視透視圖和仰視和側(cè)視透視圖；
[0035]圖19是輻射熱計晶片夾頭的部分上部透視圖，示出為好像它是透明的，從而顯示根據(jù)實施例的、延伸通過它的加熱和冷卻流體通道；
[0036]圖20是用于支撐輻射熱計晶片夾頭的下表面或蓋晶片夾頭的上表面的支撐盤的俯視和側(cè)視透視圖，顯示根據(jù)實施例的、用于相應(yīng)晶片的碟形彈簧順應(yīng)安裝件；
[0037]圖21A是示意圖，示出根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例的、用于控制通過WLP裝置的蓋晶片夾頭和/或輻射熱計晶片夾頭的加熱和冷卻空氣的流動和溫度的裝置的示例性實施例；
[0038]圖21B是類似于圖21A的示意圖，顯示根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例的、用于控制和分配WLP裝置的電子功率和控制信號的裝置的示例性實施例；
[0039]圖22是根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例的、用于制造微輻射熱計VPA的WLP方法的示例性實施例的過程流程圖；
[0040]圖23是圖示，示出根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例的、圖22的示例性WLP生產(chǎn)方法的晶片對準和粘結(jié)過程的總圖；以及
[0041]圖24-37是圖示，示出根據(jù)本實用新型的一個或多個實施例的、在圖23的晶片對準和粘結(jié)過程中涉及的順序步驟。
【具體實施方式】
[0042]根據(jù)本實用新型的一個和多個實施例，提供使用WLP技術(shù)進行可靠的、有效的和成本效益高的IR檢測器和微輻射熱計VPA的高批量生產(chǎn)的方法、系統(tǒng)和裝置的各種實施例。
[0043]圖1A-1F是在微輻射熱