专利名称：模板以及用于在模板上分配焊料凸起的方法
技术领域：
本发明的公开宽泛地涉及半导体封装技术的领域，更具体而言涉及制 备用于集成电路晶片的焊料凸起的方法。
背景技术：
称作"倒装芯片封装"的集成电路(IC)器件到芯片载体的面朝下焊接 已应用于半导体制造工艺四十年。注射模制焊接(IMS )是IBM开发的以 解决关于当前晶片凸起制作技术的成本对质量问题的一种技术。作为应用 到晶片凸起的IMS称为C4NP (可控塌陷芯片连接新工艺)并且是IBM 开发的用于使用无铅焊料将C4焊料凸起设置到处于晶片级的芯片上的最 新的半导体封装技术。C4NP涉及使用提供熔化的焊料的头来填充在焊料模(模板)中的特 定设计的凹坑。通过^皮压缩在填充头与模板之间的O形环，典型地将焊料 约束到头和工作区域。由于头必须保持在工作温度(伴随焊料熔化)，必 须将填充头与模板之间的该界面从某种停留位置移动到才莫板上。这通过将 头移动越过才莫板与停留区域之间的接缝来完成，使O形环受压并经常损 坏。由于O形环替换是一个漫长的过程，这限制了机器吞吐量。另外，运 动和方向的改变使O形环受压和损坏，所以任何解决方案将是最好的，如 果其通过单向方式执行。如果可以完成用于界面清洗工艺的任何解决方案 而没有机器停工期，将同样是有益的。发明内容简要地，根据本发明的实施例， 一种用于在模板上分配焊料凸起的方
法包括以下步骤将包括O形环的填充头从第一位置相对地移动到第二位 置，以便当其从所述第 一位置跨越到所述第二位置时使所述O形环减压； 使用焊料填充在所述模板中的至少一个腔；以及然后将所述填充头从所述 第二位置相对地移动到第三位置，以便当其从所述第二位置跨越到所述第 三位置时使所述O形环减压。将所述填充头从所述第一位置相对地移动到 所述第二位置的所述步骤包括从较高的高度移动到较低的高度。
图1是根据现有技术示出了未填充的腔的模板的图；图2是根据现有技术的用于将熔化的焊料分配到才莫板上的基本IMS头 的示意侧视图；图3是根据现有技术的IMS的凸起工艺的流程图；图4A是才艮据本发明的实施例的"步降"方法的图，其示出了将填充 头装载到模板上；图4B是根据本发明的另一实施例的"步降"方法的图，其示出了从 模板卸载填充头；图5是根据本发明的实施例在"步降"方法中升高停留板的图；以及 图6是"步降"方法的另一实施例的图，其示出了倾斜的停留板。
具体实施方式
参见图1，示出了在也称作"C4晶片凸起"的焊料晶片凸起中^f吏用的 模板100的顶层视图。在模板上的多个蚀刻的腔120匹配晶片上所需要的 焊料凸起的图形("接合衬垫")。腔尺寸与间距确定焊料凸起的体积与 间隔。腔120给予了焊料凸起体积的精确控制，导致良好的凸起高度均匀 性。典型的应用要求在150 jim间隔上的75 fim直径的凸起。已经证实在 50 nm间隔上的较小凸起的直径降到25 fim，匹配电镀敷的凸起的细间隔 容量。对于更高的板到管芯离板间隙(standoff)，可以将大的BGA焊料 凸起才莫制到500 fim直径。
模板100典型地由硼硅酸盐玻璃构造。在选择用于模板100的材料时， 必须考虑热膨胀系数(CTE)。例如，玻璃模的热膨胀匹配硅晶片的热膨 胀。如果考虑了CTE，可以使用其它材料。参见图2，我们示出了用于将熔化的焊料分配到模板上的基本IMS填 充头200。分配器210包含用于在熔化的焊料240上施加压力的可移动活 塞225。在分配器210的末端处设置用于容纳熔化的焊料240的储存器235。 典型地将储存器235的温度维持在焊料熔点以上l(TC到20。C。为了将焊料 注射到腔，在活塞225上施加压力，以便活塞225下降进入到储存器235 中，从而迫使熔化的焊料通过孔245并且iiA到模板250中的腔中。在该 图中，示出了头从右向左移动。将填充的腔示为黑色，而将未填充的腔示 为白色。O形环280作为密封以阻止焊料泄漏。O形环280也提供焊料容纳和 固化区限定。当O形环280移动跨越模板250时，其作为刮刷器以去除在 模板的表面之上的过量的焊料而不干扰腔中的焊料。这消除了将独立的刮 刷器并入到填充头装置中的需要。O形环280优选为同心保形 (conformable)材料，例如不会粘附到模板250的橡胶。O形环280的接 触区(净仏缩的区域)提供些许的固化区.在图3的流程图中，详述了使 用IMS技术的焊料凸起的工艺，在步骤302中，通过分配器210将熔化的 焊料注射到模板腔120中。将模板100加热到仅仅低于焊料的熔点。注射 器包括任何成分的熔化的焊料的稍微加压的储存器。填充头200保持与模 板紧密接触，自动地填充模100中的所有的腔。使用焊料将腔均匀地填充 到模板表面的高度。在步骤304中，填充的模可以被冷却，然后在室温下在干燥氮气中被 无限期地储存直到需要它时。当工艺继续到306中的接下来的步骤时，对 准填充的模与晶片，以便模腔120准确地匹配晶片上需要焊料的点。然后 在步骤308中，在炉中将模设置在晶片的上方地加热模和晶片以便焊料凸 起粘附到晶片的表面。在粘附焊料凸起之后，在步骤310中，以简单的湿 法化学工艺清洗空才莫并重新利用空模。
在制备焊料凸起中，通常将填充头固定到移动臂，该移动臂在模板被 定位并且准备填充的模板载体(带或平台)之上和上方移动。填充头沿一个方向移动。可选地，填充头保持静止并且模板载体沿一个方向移动。填 充头保持静止，但认为其表现出相对于模板载体的"相对"运动，而不是 实际运动。虽然在该实施例中，可以使用两种运动方法，但是为了简化我们将釆M板250相对于固定的填充头移动。当填充头在模板之上移动并且填充所有的腔时，在移动到下一个模上 之前，填充头接下来移动到停留平台或者过渡平台上。当填充头上的O形 环在模板和停留平台之上移动时，该O形环与模板和停留平台形成接触。 当O形环在模板毗邻停留板的接缝之上移动时，O形环被挤压。O形环的 重复挤压使O形环退化，其必须被更换。这导致昂贵的机器停工期。参见图4A，我们示出了在模板450与停留区440之间构造的界面420， 以便填充头410 "步降"越过界面420，充分地减少在O形环480上的压 力。"步降"意为锐利边缘或者缝隙不再啮合(进入)O形环480。这和现 有方法形成对比，在现有方法中填充头410滑上和滑离模板，将O形环 480暴露到使O形环480退化并产生碎片的边缘。当O形环480与载体结合时，O形环480仅沿一个方向移动。希望降 低O形环480上的压力和退化。如图4A所示，填充头410正从左向右移 动。当它离开停留平台440时，由于0形环480 (在横截面中示出)移低 到才莫板450， O形环480轻微地重新组形(reform )。注意到"步降"仅是 微小的高度变化。在图4B中，我们看到如何完成从模板450卸载填充头410,同样伴随 "步降"。当填充头410从才莫板450移动到停留或者过渡区440上时，O 形环480轻微地重新组形以与较低的表面形成接触。一旦在较低的表面上， 在本案例中为停留区440， O形环480轻微地重新组形以继续与表面形成 接触。当O形环480移动跨越表面时，其与表面是恒定接触并因此作为刮 刷器，带走来自填充工艺的任何多余的焊料或者碎片。如果在填充工艺期 间损坏了 0形环480，碎片可能来自实际的0形环480。减少对O形环480的压力和损坏也减少了在工艺期间产生的碎片。除了能够使用该"步降"之外，使用模板载体420还允许填充工艺的 单向移动。如前所述，改变运动方向在O形环480上是产生压力的。另外， 使用模板载体420允许用较少的机器停工期容易地清洗模板。在使用载体 的情况下，当正在填充下一个(或先前的)板时，可以取下模板进行清洗， 然后将其重新装回到平台上。越过过渡区，可以降低填充头的压力以减少 在填充头末端处的泄漏的可能性。在本发明优选的实施例中，由比玻璃软的塑料物质或者其它类似的材 料构建模板载体420和停留区440，以避免与玻璃相关的问题(例如碎裂 和破裂)。注意到比玻璃软的材料可以仅仅是在构成载体420或停留区440 的主体的较硬材料上的涂层。无论何种材料，其还必须很好地耐受熔化的 焊料的高温。虽然玻璃的CTE对于该工艺是理想的，但是因为玻璃具有 碎裂和破碎的缺点，特别当玻璃模板450与玻璃模板载体420形成接触时， 所以不推荐将玻璃用于才莫板载体。模板边缘不是非常光滑。 一个粗糙的边 缘可以啮合另一个粗糙的边缘。那么如果模板相对移动到同样由玻璃构成 的模板载体420，模板和/或载体可以"滞阻"， 一旦产生足够的压力到芯 片，将^f皮坏或打破一块或两块玻璃。图5示出了本发明的实施例，其示出了填充头如何总是"步降"到下一 个平台以减少O形环480上的压力。在该实施例中，可以通过机械方法主 动地升高停留板440，或者通过与导向装置的相互作用来升高停留板440。 停留板440在其下可以具有升高它的(水力的、气动的、机械的)执行器， 或者在固定头的情形下，停留板440在板末端处或之下可以具有啮合斜升 的(ramped)导向结构的滚轴或导向销，其中当停留板移动越过导向结构 时，该斜升的导向结构引起停留板的高度改变。参见图6，我们讨论了本发明的另一实施例，其中倾斜图5中的停留 板440以允许从停留板440到模板450更光滑的过渡。注意到倾斜总是沿 同 一方向并且具有很小的斜率，但刚好足够向O形环480提供充裕的升高， 以便可以将O形环480平緩地释放到较低的平台上。停留板440可以由易
于形成和成形的塑料材料(或比玻璃软的其它类似材料)构成。因此，虽然已描述了当前被认为是优选的实施例，但是本领域的技术 人员应该理解在本发明精神范围内可做出其它的修改。
权利要求
1.一种用于在模板上分配焊料凸起的方法，包括以下步骤将包括O形环的填充头从第一位置相对地移动到第二位置，以便当其从所述第一位置跨越到所述第二位置时使所述O形环减压；使用焊料填充在所述模板中的至少一个腔；以及然后将所述填充头从所述第二位置相对地移动到第三位置，以便当其从所述第二位置跨越到所述第三位置时使所述O形环减压。
2. 根据权利要求l的方法，其中将所述填充头从所述第一位置相对地 移动到所述第二位置的所述步骤包括从较高的高度移动到较低的高度。
3. 根据权利要求l的方法，其中将所述填充头从所述第一位置相对地 移动到所述笫二位置的所述步骤包括沿所述第一位置与所述第二位置之间 的倾斜的界面移动。
4. 根据权利要求l的方法，其中所述第一位置是停留位置和所述第二 位置是所述模板。
5. 根据权利要求l的方法，其中所述第三位置是停留位置。
6. 根据权利要求l的方法，其中所述第一位置和所述第二位置是模板。
7. 根据权利要求1的方法，还包括以下步骤 在载体上设置每一个模板；当所述模板从所述模板向所述停留位置经过时，在所述填充头之下传 送所述载体以便使所述O形环减压。
8. 根据权利要求7的方法，其中所述载体包括在其之下的用于升高和 降低所述模板的执行器。
9. 根据权利要求7的方法，其中所述载体由具有类似塑料的特性的材 料构成。
10. 根据权利要求5的方法，其中所述停留位置由具有类似塑料的特 性的材料构成。
11. 一种模板到停留位置的界面包括 模板，其包括用于储存焊料的一个或者多个腔； 填充头，其具有O形环，所述填充头用于在所述模板上分配焊料凸起; 停留位置，当所述填充头未正在所述模板上淀积焊料时，用于定位所 述填充头；以及平台，在所述模板与所述停留位置之间，用于将所述填充头从所述第 一位置相对地移动到所述第二位置，以便当其在界面之上经过时使所述O 形环减压。
12. 根据权利要求ll的界面，其中将所述填充头从所述第一位置移动 到所述第二位置包括从较高的高度移动到较低的高度。
13. 根据权利要求ll的界面，还包括位于所述平台之下的用于升起和 降低所述平台的执行器。
全文摘要
一种用于在模板上分配焊料凸起的方法包括以下步骤将包括O形环的填充头从第一位置相对地移动到第二位置，以便当其从所述第一位置跨越到所述第二位置时使所述O形环减压；使用焊料填充在所述模板中的至少一个腔；以及然后将所述填充头从所述第二位置相对地移动到第三位置，以便当其从所述第二位置跨越到所述第三位置时使所述O形环减压。将所述填充头从所述第一位置相对地移动到所述第二位置的所述步骤包括从较高的高度移动到较低的高度。一种模板到停留位置的界面包括模板，其用于储存焊料；填充头，其具有O形环，所述填充头用于在模板上分配焊料凸起；停留位置，其用于定位所述填充头；以及平台，在所述模板与所述停留位置之间，用于将所述填充头从所述第一位置相对地移动到所述第二位置，以便当其在界面之上经过时使所述O形环减压。
文档编号B23K37/06GK101131950SQ20071014031
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月9日 优先权日2006年8月22日
发明者M·D·舒尔茨 申请人:国际商业机器公司