空气冲击加热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及一种在电子工业中加热衬底的设备和方法，并且更具体地涉及一种以包括可独立控制的加热区域的热空气对衬底加热的设备和方法。
【背景技术】
[0002]在微电子工业中，电动装置的制作通常包括一个或多个步骤，其包括加热衬底、电路板和/或引线框架。例如，可通过将带有集成电路的裸片(die)安装在提供从裸片至封装外部的电连接的封装载架上而制作封装集成电路。裸片包括导电触点的区域阵列或结合焊盘，其电连接至封装载架上的导电触点的对应区域阵列，称为焊料球或凸起。通常，焊料凸起与结合焊盘对准，并且通过加热该封装而施加回流处理，以在裸片和封装载架之间产生焊料接头形式的电连接。类似地，可通过将部件放置在电路板上而将电子部件电联接至电路板，从而部件被定位为接触焊盘上的电引线已经被涂以焊膏。然后可加热电路板，使得焊膏熔化或回流，由此将电子部件联接至电路板。
[0003]为了提高电动装置的耐久性，通常以灌封材料填充裸片、封装载架和/或电路板之间的间隙。以灌封材料底部填充可提高电动装置承受机械冲击和振动的能力，保护电连接不受环境条件影响，并且在所安装的装置和位于下方的衬底之间提供改进的热联接。一种底部填充的方法涉及沿间隙的侧边缘分配具有强润湿性的低粘性灌封材料，从而通过表面张力润湿或毛细作用将灌封材料抽入间隙中。为了提高流动性，可通过在将灌封材料分配到衬底上之前预先加热衬底而降低灌封材料的粘度并且提高流量。也可在灌封材料已经流入到间隙中之后加热衬底，以固化灌封材料。
[0004]因此，在电子工业中存在一种对用于加热衬底的改进设备和方法的需求。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，提供一种处理衬底的设备。该设备包括:加热器，该加热器具有多个加热器块；以及控制器，该控制器与加热器联接。控制器被构造成独立地调节从加热器的每个加热器块供应至一个或多个衬底的热量。
[0006]在另一实施例中，提供一种处理衬底的方法。该方法包括独立地调节从多个加热器块中的每个加热器块供应至一个或多个衬底的热量。
【附图说明】
[0007]包含在本说明书中并且组成其一部分的附图例示了本发明的各种实施例，并且与上文给出的本发明的总体说明与下文给出的实施例的详细说明一起用于解释本发明的原理。
[0008]图1是在底部填充操作期间的以虚线示出的管芯和衬底的封装组件的透视图。
[0009]图2示出在底部填充操作后的图1的封装组件的横截面图。
[0010]图3是示出被构造成加热衬底的非接触式加热系统的框图。
[0011]图4是包括处于支撑组件上的多个加热器块的加热器的透视图。
[0012]图5是图4的支撑组件的底部的透视图。
[0013]图6是图4中的加热器的透视图，其中切除顶板的一部分以展示支撑组件的内部细节。
[0014]图7是图4的加热器块中的一个加热器块的分解图。
[0015]图8是图7的加热器块的横截面透视图。
[0016]图9是图7的加热器块的底部透视图。
[0017]图10是被安装在提升组件上的图4的加热器的前视图。
[0018]图11是图10的提升组件的分解图。
[0019]图12和13是例示包括图10的加热器和提升组件的衬底处理系统的示意图。
[0020]图14是加热器的可替换实施例的透视图。
[0021]图15是具有零件载架和框架的图14的加热器的透视图。
【具体实施方式】
[0022]本发明的实施例包括以多个单独控制的加热区域加热衬底的设备和方法。加热器包括:支撑组件，该支持组件具有空气室；和多个加热器块。每个加热器块都被构造成提供独立控制的加热区域，并且包括加热元件，该加热元件加热从支撑组件的空气室提供的空气。被提供给加热器块中的每一个加热器块的空气由加热器块加热，并且冲击在衬底的一部分上，以暖化衬底的该部分。每个加热器块也都可包括:一个或多个空气室和冲击板，所述一个或多个空气室和冲击板协同工作以将热空气朝向正在处理的衬底引导；和温度传感器，温度传感器向控制器提供反馈。顺应性构件或垫圈可联接至一个或多个加热器块，使得垫圈位于冲击板和衬底之间。因此，垫圈可将冲击空气限于正在由该一个或多个加热器块加热的衬底的该部分，同时允许充分泄漏，以防止过量加压。加热器也可包括使热空气再循环的空气回收系统。空气回收系统可回收已经穿过垫圈泄漏的空气，或者可通过经冲击板中的开口将空气抽回到加热器块中，而从冲击板和衬底之间的区域回收空气。
[0023]加热器可由容纳控制器的提升组件支撑。提升组件可选择性地以联接至加热器的提升板升高和降低加热器。提升板可包括将未加热的空气联接至加热器的通道。该通道可具有穿过提升板的迂回路径，使得流经通道的空气冷却提升板。因此，该通道可减少从加热器通过提升板传递至提升组件的热量。因此可预加热流经通道的空气，这可减少加热器为了将空气加热至期望温度而必须产生的热量。控制器可安装至提升板，并且可操作地联接至加热元件和温度传感器中的每一个。控制器可调节每个加热元件产生的热，以独立地控制与该加热元件对应的加热区域的温度。在不控制加热器内的空气流量或者个别地控制加热器块处的空气流量的情况下实现对每个加热区域的温度控制。仅在加热器外部提供空气流量控制。
[0024]参考图1和2，半导体装置封装10可包括管芯12，该管芯12以倒装芯片安装布置的形式安装在封装载架或衬底14上。衬底14可具有顶表面15和底表面16，并且包括有机或陶瓷衬底材料，诸如印刷电路板、倒装芯片多芯片模块或者倒装芯片载架。管芯12可通过与衬底14上的焊料焊盘20的对应阵列对齐或对准的管芯12的下侧上的焊料凸起18的区域阵列而电地且机械地连接至衬底14。一旦加热，衬底14上的焊料焊盘20就回流并且与管芯12的焊料凸起18物理连接，从而在管芯12和衬底14之间提供呈焊料接头形式的机械的、热的且电的联接。通过这种安装布置，可在管芯12的接触侧24和衬底14的顶表面15之间形成间隙22。
[0025]可通过沿管芯12的一侧或多侧沉积灌封材料26从而将灌封材料26抽入到间隙22中，而以灌封材料26诸如液体环氧树脂填充间隙22。如图2中所示，可从流体分配器28将灌封材料26提供为L形珠30，将该L形珠30分配到衬底14的紧邻间隙22的表面上和管芯12的两个连续侧上。虽然已经将本发明的实施例描述为与L形珠一起使用，但是可使用其它适当的珠形状。例如，可沿管芯12的一个侧边缘布置单条灌封材料26，或者可沿管芯12的三个侧边缘布置灌封材料26的U形珠。珠30中的灌封材料26的量可取决于期望的倒角体积和管芯下方体积，倒角体积和管芯下方体积由管芯12的尺寸以及在凸起18和焊盘20之间产生的焊料接头的高度公差确定。大致如箭头32所示，在毛细作用下或通过加力协助，灌封材料26可流入或移入到间隙22中。一旦灌封材料26已经完全灌封由焊料焊盘20和焊料凸起18限定的焊料接头提供的所有电互连，灌封材料26的流动就可停止。因此，可沿管芯12的侧边缘形成倒角34，并且诸如可通过加热衬底14而硬化或固化灌封材料26。
[0026]图3是示出具有多个冲击加热区域38、40的加热器36的框图，所述多个冲击加热区域38、40每个都被构造成加热衬底14的对应部分42、44。虽然为了清晰，将例证性实施例例示为具有对单个衬底14加热的两个加热区域38、40，但是本领域技术人员应理解，可设置其它数目的加热区域38、40和/或衬底14。因此，本发明不限于特殊数目的加热区域或衬底。可将每个个别衬底都保持在处理载架，诸如Auer boat或JEDEC载架中。
[0027]加热器36包括具有空气室48的支撑组件46和多个加热器块52。支撑组件46也可包括一个或多个加热器49，所述一个或多个加热器49向空气室48中的空气提供热，使得在空气进入加热器块52之前对其预加热。每个加热器块52都可包括:加热元件54，该加热元件54热联接至热交换器55 ;和温度传感器56，诸如电阻式温度检测器(RTD)。控制器50可通过基于来自对应的温度传感器56的信号而选择性地激活加热块52的加热元件54而独立地控制每个加热块的温度。
[0028]每个加热器块52也都可包括空气室58和位于空气室58和衬底14之间的冲击板60。冲击板60包括多个开口 62，热空气穿过所述多个开口 62 (如箭头64所示)从加热器块52的空气室58进入相应的冲击加热区域38、40。每个加热器块52也都可包括顺应性构件66，诸如垫圈，该顺应性构件66诸如垫圈卡在加热器块52的外边缘上的固位唇边(未示出)上。顺应性构件66可从加热器块52的外边缘朝向衬底14大致向上地突出。顺应性构件66的边缘可接触位于上方的衬底14，或者可与衬底14稍微间隔开但是与该衬底14紧邻。因此，顺应性构件66可将热空气64限制于衬底14和加热器块52的冲击板60之间的区域，该区域对应于相应的加热区域38、40。顺应性构件66可包括用于热空气64的在角部中的狭缝(未示出)或另一逸出路径，该狭缝或逸出路径可用于防止对在衬底14和加热器块52的冲击板60之间的区域过量加压。因此，与缺乏顺应性构件66的加热器相比，加热器36可利用较低空气流量将衬底14加热至期望温度。这种空气流量的降低可减少由加热器36消耗的加压空气的量以及被释放到处理设施内的废热和热污染的量。
[0029]在本发明的实施例中，可由可选的空气回收系统67收集从衬底14和冲击板60之间的区域逸出的热空气。空气回收系统67可包括由空气泵71联接至空气室48的空气进气管道69，空气泵71具有进气端口 73和输出端口 75。响应于激活空气泵71，空气回收系统67可将从衬底14和冲击板60之间的区域逸出的热空气64抽入到空气进气管道69中，并且使该空气返回至空气室48。因此，被捕获的空气可再循环到加热器36中。在可替换实施例中，可在冲击加热区域38、40中设置一个或多个空气进气管道69，使得在热空