[发明专利]用于硅管芯的预加热系统和方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及用于将管芯焊接到各种电子媒介的管芯预加热器和使用该管芯预加热器的方法。

背景技术

倒装芯片(Flip Chip)微电子组件是面朝下的直接电连接，即，利用芯片焊盘上的导电凸块将电子元件“倒装”在衬底、电路板或载体上。在传统的倒装芯片焊接中，先完成助熔和芯片放置，然后将芯片移动到回流炉，在回流炉里，使引线的焊料顶端熔化并且结合到电路板的焊盘。在热压焊接中，同时进行芯片放置和回流。在放置过程期间，向管芯以及衬底施加热量，以使得在电路板上形成焊料凸块和焊盘之间的焊料接头的焊料凸块熔化。

与目前的倒装芯片装配技术有关的一个问题是硅管芯易受到热冲击。具有低介电常数的管芯在突然遇到高温时会产生电路疲劳。

热压过程要求将管芯从室温加热到焊料熔化温度，此温度可能高达240℃。为了减少热冲击的可能性，需要10度/秒(deg/sec)或者更低的缓变率。在现有的热压焊接机中，焊接工具自身使用一系列的预先编排的温度步骤预加热管芯。为了实现期望的缓变率，焊接工具在开始焊接过程之前必须等待20秒以上。这个延迟导致对于现有系统非常低的生产率。

另一个问题是管芯和衬底的热膨胀系数之间的失配。图1a和图1b示出了这个问题。图1A示出了典型装配系统10的一部分。系统10包括连接到衬底14的元件12。在下面示出的结构中，可以假设元件12和衬底14的热膨胀系数(CTE)是不同的。热失配Δu通过下面的公式1给出：

Δu＝Δe×L×ΔT    (1)

其中，

Δe＝材料之间的CTE差值；

L＝元件的最长尺寸(经常是对角线)；和

ΔT＝温度变化。

图1B示出了系统10的三个实施例，假设衬底12的CTE大于元件12的CTE。在第一个实施例20中，系统10处于热平衡。在第二个实施例22中，元件处于冷却阶段，导致衬底14关于元件12相对缩小。在第三个实施例24中，元件处于加热阶段，导致衬底14关于元件12相对膨胀。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种系统，所述系统包括：多个预加热器，用于将多个管芯从基准温度预加热到期望温度，所述多个预加热器能够以期望的平均速率递增地加热所述多个管芯中的每一个，直到达到期望温度；管芯座，包含多个管芯位置，每一个管芯位置被配置为用于容纳所述多个管芯中的一个；以及装置，用于对所述多个管芯中的每一个关于所述多个预加热器中的每一个进行分度，直到达到期望温度。

本发明的实施方式可以进一步包括能够取回已预加热的管芯并将所述管芯焊接到衬底上的焊接工具组件。所述多个预加热器可包括至少两个预加热器。在可选的实施方式中，所述多个预加热器包括6个预加热器。所述分度装置可包括能够旋转分度或线性分度的设备。所述管芯座可包括转台，并且所述分度装置可包括驱动所述转台的伺服电机。

可相对于所述多个预加热器中的每一个，在期望时间内对所述多个管芯中的每一个按顺序进行分度，以实现所述期望的平均速率。所期望的分度时间可以是3秒钟。可将所述多个管芯中的每一个按顺序置于离所述多个加热器中的每一个0.2mm远的位置。并且所述平均速率可以是每秒10℃。

在一些实施方式中，所述分度装置可相对于所述预加热器移动所述管芯。可选地，所述分度装置可相对于所述管芯移动所述预加热器。

所述焊接组件可利用倒装芯片焊接将所述管芯附接于所述衬底。所述管芯可包括从柱凸块、焊料凸块、标准焊剂、p涂层焊剂和无流式底部填充所构成的组中选出的凸块结构。

所述系统还可以包括计算机控制系统，所述计算机控制系统能够独立地控制所期望的温度、所述平均速率、所述分度时间、所述多个预加热器中的每一个的温度和所述焊接加热器的温度。

本发明的可选方面提供了一种将管芯从基准温度预加热到期望温度的方法，随后将所述管芯附接于衬底，所述方法包括以下步骤：提供用于将多个管芯从基准温度预加热到期望温度的多个预加热器，所述多个预加热器能够以期望的平均速率递增地加热所述管芯，直到达到期望温度；提供包含多个管芯位置的管芯座，每一个管芯位置均配置为用于容纳所述多个管芯中的一个；并且对所述多个管芯中的每一个相对于所述多个预加热器中的每一个进行分度，直到达到期望温度。

在所述方法中，所述多个预加热器可包括六个预加热器，并且可以以每秒10℃的平均速率增加所述管芯的温度。