專利名稱：：凸面管芯連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電子封裝。更具體地，本發(fā)明涉及用于組裝電子封裝件的一種方法，該方法采用在將管芯;改置在基片上之前，將無流式底部填充材料(no-flowunderfill)施加到管芯。
背景技術(shù)：
：在傳統(tǒng)的制造工序中，在一般以硅為半導(dǎo)體材料的單個大"晶片"上大量地構(gòu)成包含電氣元件的個別管芯。個別管芯有作為電氣連接的小金屬焊盤。該等個別管芯隨后從晶片中被切出來，并使用從焊盤導(dǎo)出的小導(dǎo)線連接到外殼。這些導(dǎo)線連接到在外殼的外側(cè)上的引腳，而引腳隨后被連接到基片，比如印刷電路板(PCB)。一種叫做"倒晶封裝芯片，，(flip-chip)、用于芯片制造的較新工序是有優(yōu)勢的，因為它不需要任何引線鍵合，并且經(jīng)常一皮用于半導(dǎo)體裝置，比如IC芯片。倒晶封裝芯片是簡單地被翻轉(zhuǎn)(flippedover)的管芯，以使該管芯包含電路的一面最接近裝配基片。在處理晶片的最后步驟中，焊料球或"凸塊，，被置入在管芯焊盤上，該焊料球或"凸塊"被用于直接地連接到對應(yīng)的、在基片上的接合連接器的電路。倒裝芯片的處理和常規(guī)IC制造類似，但有一些輕微的修改。在晶片被制造后，一小焊料點(diǎn)馬上被置入在每個焊盤上。個別的管芯隨后從晶片中被切出來(被切片)。通過將芯片翻轉(zhuǎn)以使焊料球被向下放置到下面的電子設(shè)備或電路板上的連接器，該倒裝芯片被連接到基片。焊料隨后被重新融化(回流)，以在管芯上的電路和基片之間產(chǎn)生電連接?；亓鞯暮噶贤箟K在管芯的接觸區(qū)域和基片的接觸區(qū)域之間產(chǎn)生機(jī)械的和電氣的連接。然而，由于焊料的性質(zhì)，該機(jī)械連接是相對弱的，并且易于在管芯的自然熱循環(huán)過程中變形或裂開。另夕卜，管芯表面的底面保持外露、通過回流的焊料凸塊在安裝基片的表面離開地被懸掛。一種通常被稱為底部填充材料(underfill)的電氣絕緣的粘合劑，一般通過注射施加入此空間，并被固化，以提供更強(qiáng)的機(jī)械連接、提供熱橋，以及確保焊料接合點(diǎn)不會由于管芯和基片之間的熱膨脹系數(shù)的差異而受壓。底部填充材料經(jīng)管芯和基片之間的毛細(xì)作用而流動，并因此需要可觀的時間以及需要/人多個點(diǎn)施加，以確保在管芯和基片之間沒有未被填充的空隙。底部填充材料一般是基于環(huán)氧樹脂的，并且具有合適的粘性以恰當(dāng)?shù)亓鲃忧以诠探Y(jié)/固化之后機(jī)械地強(qiáng)固。在施加注射后，底部填充材料就被加熱，以驅(qū)逐出任何溶劑，并/或使底部填充復(fù)合材料固化。這可以在焊^T+回流過程之前，或者作為焊^F回流過程的一個部分^皮完成。底部填充材料常常不完全地填充元件之間的空間，以至在管芯下留有空氣。在來自回流爐的熱量引起殘存空氣膨脹并脹破底部填充材料或管芯時，可能引起該部分的災(zāi)難性的故障。在和其它的自動工序中相比，用注射器手動地施加底部填充材料是花費(fèi)時間且勞動密集性的步驟。消除此步驟的一個嘗試涉及到，在基片上放置管芯之前，用底部填充材料在合適的位置涂覆基片。這通常被稱為無流式底膠充填，并圖1A-1C中顯示。晶片被制作完成后，一小焊料點(diǎn)就被置入在每個焊盤上。個別管芯隨后從晶片中被切出來(被切片)。包含焊料凸塊20的管芯10隨后被倒轉(zhuǎn)到準(zhǔn)備對齊并放置在基片上的位置，如圖1A所示。圖1B示出了處于倒轉(zhuǎn)位置的管芯10,準(zhǔn)備對齊并放置在基片40上，其中該基片40已經(jīng)被涂有底部填充復(fù)合材料30。管芯10被對齊以使焊料凸塊30與基片40上的連接器50對齊。在圖1C中，倒裝芯片IO被放置并連接到基片40，以使焊料球20被向下放置到在下面的電子設(shè)備或者電路板60的連接器50上，且焊料被回流。雖然此工序使底部填充材料的施加自動化，但是仍然存在的問題是，底部填充材料在基片上的潤濕不均勻，以及焊料凸塊妨礙了空氣從元件之間脫逸，以至在管芯和基片之間存在殘存空氣60。發(fā)明概述在本發(fā)明的第一方面，提供了用于組裝微電子裝置的一種方法，該方法包含使用凸面管芯連接工藝將管芯粘著到基片的步驟。在本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于形成電子組件的方法，該方法包括a)提供在其上有底部填充材料的管芯；b)撿起并翻轉(zhuǎn)管芯；c)加熱底部填充材料直到它至少輕微地液化并形成一凸面，以及d)將管芯放置在基片上。在本發(fā)明的一個實施方式中，該管芯包括微電子元件。在本發(fā)明的另一個實施方式中，該管芯包括外部電連接。在本發(fā)明的又一個實施方式中，該管芯包括焊料凸塊，以及在本發(fā)明的另一個實施方式中，底部填充材料大致上圍繞焊料凸塊。在本發(fā)明的一個另外的實施方式中，該基片包括用于與焊料凸塊連接的焊盤。在本發(fā)明的另一個實施方式中，方法的步驟a)包括al)提供晶片；a2)在所述晶片上形成焊料凸塊；a3)使用包含環(huán)氧樹脂和溶劑的底部填充材料涂覆所述具有凸塊的晶片；a4)干燥所述底部填充材料以大致上移除全部的溶劑；a5)將晶片切成個別的管芯。在本發(fā)明的另外的實施方式中，干燥底部填充材料以大致上移除上全部的溶劑的步驟是在真空下進(jìn)行的和/或底部填充材料被加熱以干燥底部填充材料。在本發(fā)明的一個實施方式中，撿起管芯并將管芯翻轉(zhuǎn)的步驟包括使用加熱的管芯接合器撿起管芯，該加熱的管芯接合器通過所述管芯的主體提供加熱步驟的熱量。在本發(fā)明的一個變化的實施方式中，底部填充材料經(jīng)由導(dǎo)向該管芯的熱空氣流被加熱。在本發(fā)明的另一個實施方式中，將涂覆后的管芯定位和放置在基片上的步驟包括dl)將管芯上的焊料凸塊與基片上對應(yīng)的焊盤對準(zhǔn)；d2)將管芯放置在基片上；d3)允許底部填充材料潤濕基片并實質(zhì)上填充管芯和基片之間的空間；d4)加熱組件以凝固底部填充材料。在本發(fā)明的一個實施方式中，底部填充材料是通過加熱組件來固化的。在本發(fā)明的另一個實施方式中，加熱組件以固化底部填充材料的步驟包括將基片加熱到足以使焊料回流的溫度。在本發(fā)明的另一個實施方式中，底部填充復(fù)合材料包含環(huán)氧樹脂、溶劑、固化劑，并可選擇地包括焊劑(flux)。在本發(fā)明的又一個實施方式中，固化劑包含熱潛伏固化劑。在本發(fā)明的另一個實施方式中，環(huán)氧樹脂包含固態(tài)雙酚A或雙酚F環(huán)氧樹脂。在本發(fā)明的又一個實施方式中，環(huán)氧樹脂的熔點(diǎn)低于大約IOO'C。在本發(fā)明的另外的實施方式中，溶劑包含二氯曱烷。在本發(fā)明的另一個實施方式中，基片包含另一個管芯以形成堆疊的芯片組件。在本發(fā)明的另外的實施方式中，堆疊的芯片組件包含多個管芯。在本發(fā)明的另一個實施方式中，在放置涂有底部填充材料的管芯之前，基片被涂有底部填充組合物。附圖簡述圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的微電子組件。圖2示出了在本發(fā)明的一個實施方式中的凸面管芯連"t妻工藝，該實施方式包括(a)涂覆后的翻轉(zhuǎn)的管芯，(b)在其上形成有凸面的加熱的管芯，以及(c)將管芯放置在基片上。圖3示出了依據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的完整的制造和焊接工藝，該實施方式包含(a)帶有焊料凸塊的晶片，(b)施加有底部填充材料的晶片，(c)帶有被干燥的底部填充材料的晶片，(d)被切片的晶片，(e)被撿起并翻轉(zhuǎn)的管芯，(f)放置在基片上的管芯，以及(g)管芯粘著到焊料已回流和底部填充材料已固化的基片。發(fā)明詳細(xì)詳述在微電子元件的制造中有多種方法用于生產(chǎn)^:晶片、粘著焊料凸塊以及將晶片切成個別的管芯。本發(fā)明的各種實施方式的方法可以容易地被整合進(jìn)本領(lǐng)域技術(shù)人員能認(rèn)識的現(xiàn)存工藝中。在本發(fā)明的第一方面，管芯被涂有底部填充材料。底部填充材料優(yōu)選地包含環(huán)氧樹脂。該底部填充材料可以選擇地包含一種或多種固化劑、溶劑、焊劑溶液以及填料。在本發(fā)明的一個實施方式中，包含多個管芯的晶片被涂覆，然后被切成個別的已涂覆管芯。在本發(fā)明的另一個實施方式中，管芯在從晶片切出后個別地被涂覆。在本發(fā)明的另一個實施方式中，底部填充復(fù)合材料的一個重要特性是它的液化溫度。該液化溫度為固態(tài)的底部填充材沖+液化并開始流動的溫度，從而在管芯:f皮翻轉(zhuǎn)時，由于重力在其上形成凸面。在本發(fā)明的一個實施方式中，此溫度將落在用于倒裝芯片應(yīng)用的通用的工作和處理范圍內(nèi)，并且可以從大約2(TC變化到大約27(TC。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式9中，該液化溫度將在從大約40。C到大約150。C的范圍內(nèi)，并且最優(yōu)選地為從大約8CTC到大約120。c。本發(fā)明的方法采用的底部填充復(fù)合材料可以包4舌適合于如本文描述的加熱/液化步驟的任何底部填充復(fù)合材料。底部填充復(fù)合材料被調(diào)節(jié)為具有合適的粘性、液化溫度以及可以對于特定的用途所需要的任何其它性質(zhì)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式中，底部填充復(fù)合材料包括基于環(huán)氧樹脂的底部填充材料，其包括熱潛伏固化劑。該熱潛伏固化劑允許底部填充材料在管芯上凈皮加熱而不引起固化，以允許底部填充材料在撿起/加熱/i文置各步驟的整個過程中保持非固化。在管芯被放置在基片上后，底部填充材料就接著被加熱到固化劑的初始溫度以上，以使環(huán)氧樹脂開始固化。在環(huán)氧樹脂聚合或交聯(lián)到使得粘性相當(dāng)?shù)卦黾拥某潭葧r，固化開始。在本發(fā)明的最優(yōu)選的實施方式中，底部填充復(fù)合材料包含熔點(diǎn)溫度低于大約IOO'C的雙酚A或雙酚F固態(tài)環(huán)氧樹脂，以及熱潛伏固化劑，比如Stapleton的美國專利申請公開號2008/0012124號中描述的固化劑，該固化劑具有在大約15(TC以上的固化初始溫度。在大多數(shù)倒裝芯片裝置中，焊料球的大小范圍為從25jum到500jum。根據(jù)用途，底部填充材料可以完全地覆蓋焊料球或者僅僅覆蓋其一部分。因此，在本發(fā)明的一個實施方式中，底部填充材料的厚度可以從0.1iam變化到10mm，優(yōu)選地在25jum到lmm之間，并且理想地在100jam到400lim之間。然而，應(yīng)i人識到，樣i電子元件組件的幾何形狀和底部填充材料的性質(zhì)將規(guī)定施加的最終厚度。在本發(fā)明的、底部填充材料包含溶劑的實施方式中，在放置步驟之前，需要干燥步驟以從底部填充材料移除溶劑。該干燥步驟包括，例如加熱底部填充材料以使溶劑蒸發(fā)，或?qū)⒌撞刻畛洳牧戏胖糜谡婵障?，以使溶劑從底部填充材料移除。?dāng)管芯被涂覆了底部填充材料并且移除了任何溶劑，那么涂覆后的管芯可以選擇地被儲存一段時間，直到微電子元件組件要被構(gòu)造為止。在本發(fā)明的進(jìn)一步的實施方式中，如圖2A-2C中所示，涂有底部填充材料30的管芯10被撿起并翻轉(zhuǎn)，以便焊料球20和底部填充復(fù)合組合物30向下。涂有底部填充材料20的管芯10隨后被加熱。在加熱到足夠的溫度后，即在或接近底部填充材料的液化溫度時，重力和表面張力將使底部填充材料形成一凸面，如圖2B中所示。在本發(fā)明的實施方式中，凸面的形狀可以使用溫度、涂層厚度、粘性以及底部填充材料的表面能來調(diào)節(jié)。包括具有一凸面的底部填充復(fù)合材料30的被加熱的管芯10隨后被定位并放置在基片40上。底部填充材料30的凸形允許空氣60脫逸，以防止在管芯IO和基片40之間殘留有空氣。在本發(fā)明的一個實施方式中，通過用加熱的管芯接合器來使管芯便于被撿起、加熱以及放置。管芯接合器一般地使用放置頭，該放置頭經(jīng)由抽吸撿起管芯、將板和管芯放置對準(zhǔn)，然后將管芯^:置在板上并停止抽吸以釋放管芯。加熱的管芯接合器，比如由Datacon(DataconNorthAmerica,Trevose，PA19053)出售的那些管芯接合器，在管芯被放置時，允許管芯和/或基片同時加熱。用于加熱管芯的方式包括，通過加熱放置頭以傳導(dǎo)加熱管芯、經(jīng)由從管芯接合器傳導(dǎo)的熱量加熱基片，或者經(jīng)由熱空氣流對板和/或基片進(jìn)行對流加熱。管芯被放置成使得焊料球接觸在基片上對應(yīng)的連接器焊盤，以允許管芯和基片(優(yōu)選地為印刷電路板)之間的電氣互連。在底部填充材料潤濕基片時，底部填充材料的凸形保留使空氣脫逸的空間。這防止了在本文論述的不希望有的空氣的殘存。底部填充材料可潤濕基片的表面，并大致上填充管芯和基片之間的區(qū)域，和圍繞焊料球。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，基片完全地圍繞焊料球，在底部填充材料中不留任何空隙。在本發(fā)明的一個替代的實施方式中，撿起并^:置的步驟是使用傾斜的或不均勻的撿起及i文置頭(pickandplacehead)實現(xiàn)的。這將允許將管芯放置時，凸出涂層的頂點(diǎn)相對于管芯偏離中心。類似地，在某些情形中，保持基片處于相對于管芯呈一角度，以提供相同的偏中心對準(zhǔn)，可以是有利的。在本發(fā)明的另一個實施方式中，管芯和基片二者在放置步驟的過程中均被加熱。加熱管芯和板確保底部填充材料保持為液體，直到它有機(jī)會充分地潤濕基片的表面。通常，溫度將在正常的操作溫度范圍大約2crc到大約27(TC內(nèi)。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，該溫度在大約40。C和大約15(TC之間，并且理想地在大約8(TC和大約12CTC之間。在管芯被放置在基片上后，微電子組件被加熱以使焊料回流并固化底部填充復(fù)合材料。在本發(fā)明的一個替代的實施方式中，底部填充材料在放置之后但在使焊料回流之前被冷卻。這允許底部填克復(fù)合材料重新固化并將組件保持在一起。這在放置和回流之間有時間延遲時，或者在組件在這些步驟之間必須被移動或儲存時可以是有優(yōu)勢的。在本發(fā)明的一個另外的實施方式中，組件被置于后烘烤工序，以使底部填充材料在低于焊料回流溫度的溫度下固化。在本發(fā)明的另一個實施方式中，基片和管芯都一皮涂有底部填充材料。在基片上的底部填充材料涂層通過覆蓋基片的任何表面特征物比如焊料掩?；蛲怀龅碾姎饣ミB點(diǎn)，來提供均勻的接觸表面。應(yīng)用在基片上的底部填充材料的成分可以與涂覆管芯的不同。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，基片上的底部填充復(fù)合材料與在管芯上的底部填充復(fù)合材料大致上相同。另外，涂覆基片這一做法，在管芯被放置時提供底部填充材料對底部填充材料的接觸，這會改進(jìn)潤濕，并進(jìn)一步減少在放置過程中殘留空氣的可能性。在本發(fā)明的另一個實施方式中，該基片包含另一個管芯。在此實施方式中，微電子組件由將管芯一個堆疊在另一個上并同時互相帶有電氣互連而構(gòu)成。其在本發(fā)明此實施方式的范圍內(nèi)，以在依據(jù)本文的不同實施方式的方法制備的組件中提供多個堆疊的管芯。例子在本發(fā)明的第一示范性的實施方式中，如圖3A-3G所示，本發(fā)明的實施方式的方法被并入微電子元件生產(chǎn)工序。在圖3A中，該工序從在其上形成有多個焊料凸塊120的晶片100開始。在圖3B中晶片100被涂有底部填充材料130，該底部填充材料130完全覆蓋焊料凸塊120。底部填充材料130依據(jù)表1包括固態(tài)的環(huán)氧樹脂、熱潛伏固化劑、溶劑以及焊劑溶液。表1——底部填充復(fù)合材料<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>*LORDCurative包含在Stapleton的美國專利申請第2008/0012l24號中描述的固化劑。如圖3C所示，底部填充組合物130隨后通過^f吏用熱量和;微真空移除涂層溶劑而硬化，以在管芯100上產(chǎn)生非粘性的干燥涂層，該非粘性的干燥涂層完全地覆蓋焊料凸塊120。隨后晶片IOO被切割成個別的管芯110,如圖3D所示。如圖3E所示，個別的管芯110隨后被加熱的管芯接合器170撿起，在此時，固態(tài)的未固化樹脂130液化以產(chǎn)生凸面。在圖3F中，帶有低粘度的凸出表面的管芯110隨后被對準(zhǔn)并放置到被加熱的板140上，允許樹脂130在連接工序的過程中潤濕板140的表面。板140在放置的過程中同時被加熱到一溫度，該溫度低于可能會使板140損壞或者使樹脂開始固化的溫度。然后管芯110和板140通過回流爐，以形成120和板140上的電氣元件150之間的物理連接。然后組件在180-200。C被后烘烤1小時，以確保底部填充復(fù)合材料完全固化。雖然本發(fā)明已經(jīng)參考特定的實施方式進(jìn)行了描述，但應(yīng)認(rèn)識到這些實施方式僅為對本發(fā)明的原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知曉本發(fā)明的裝置和方法可以以其它的形式和實施方式構(gòu)造和實施。因此，本文的描述不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明，因為其它實施方式也屬于本發(fā)明的范圍。雖然本發(fā)明已經(jīng)參考特定的實施方式進(jìn)行了描述，但應(yīng)認(rèn)識到這些實施方式僅為對本發(fā)明的原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)知曉本發(fā)明的復(fù)合材^"、裝置和方法可以以其它的形式和實施方式構(gòu)造和實施。因此，本文的描述不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明，因為其它實施方式也屬于本發(fā)明由附加的權(quán)利要求界定的范圍。權(quán)利要求1.一種用于形成電子組件的方法，其包括a)提供在其上具有底部填充材料的管芯；b)撿起并翻轉(zhuǎn)所述管芯；c)加熱所述底部填充材料直到所述底部填充材料至少輕微地液化并形成一凸面，以及d)將所述管芯放置在基片上。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述管芯包括微電子元件。3.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述管芯包括外部的電連接。4.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述管芯包括焊料凸塊。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在步驟a)中，所述底部填充材料大致上圍繞所述焊津牛凸塊。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述基片包括用于與所述焊料凸塊連接的焊盤。7.如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟a)包括al)提供晶片；a2)在所述晶片上形成焊料凸塊；a3)使用包含杉于脂和溶劑的底部填充材料涂覆所述具有凸塊的晶片；a4)干燥所述底部填充材術(shù)+以大致上移除全部的溶劑；a5)將所述晶片切成個別的管芯。8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中步驟a4)是在真空下進(jìn)行的。9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在步驟a4)中，所述底部填充材料被加熱以干燥所述底部填充材料。10.如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟b)包括使用加熱的管芯接合器撿起所述管芯，所述接合器通過所述管芯的主體為步驟C)提供熱量。11.如權(quán)利要求l所述的方法，其中在步驟C)中，所述底部填充材料經(jīng)由導(dǎo)向所述管芯的熱空氣流纟皮加熱。12.如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟d)包括d2)將所述管芯放置在所述基片上；所述基片之間的空間；d4)加熱所述組件，以固結(jié)所述底部填充材料。13.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中在步驟d4)中，所述底部填充材料被固化。14.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中步驟d4)包括將所述基片加熱到足以使所述焊料回流的溫度。15.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述底部填充復(fù)合材料包含環(huán)氧樹脂、溶劑、固化劑，并可選擇地包括焊劑。16.如權(quán)利要求15所述的工藝，其中所述固化劑包含熱潛伏固化劑。17.如權(quán)利要求16所述的工藝，其中所述環(huán)氧樹脂包含固態(tài)的雙酚A或雙朌F環(huán)氧樹脂。18.如權(quán)利要求16所述的工藝，其中所迷環(huán)氧樹脂的熔點(diǎn)小于大約IO(TC。19.如權(quán)利要求15所述的工藝，其中所述溶劑包含二氯甲烷。20.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述基片包含另一個管芯以形成堆疊的芯片組件。21.如權(quán)利要求20所述的工藝，其中所述堆疊的芯片組件包含多個管芯。22.如權(quán)利要求l所述的工藝，其中，在放置涂有底部填充材料的管芯之前，所述基片被涂有底部填充組合物。全文摘要提供了一種組裝一種微電子裝置的方法，該方法包含使用凸面管芯連接工藝將管芯粘著到基片的步驟。該凸面管芯連接工序基本上包括a)提供其上具有底部填充材料的管芯，b)撿起該管芯并將該管芯翻轉(zhuǎn)，c)加熱該底部填充材料的管芯直到它至少輕微地液化并形成凸出表面，以及d)將管芯放置在基片上。文檔編號H01L21/56GK101657891SQ200880011809公開日2010年2月24日申請日期2008年3月13日優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日發(fā)明者魯賽爾·A·斯特普爾頓申請人:洛德公司