[发明专利]用于将焊料凸块放置在模板上的装置和方法

说明书

技术领域

本发明广泛地涉及半导体封装技术领域，更特别地，涉及使用间隙传感器制造用于集成电路晶片的焊料块的处理。

背景技术

集成电路(IC)器件到芯片载体的面朝下焊接称为“倒装封装”，已经在半导体制造工艺中使用了四十年。注射模塑焊接(IMS)是由国际商用机器公司(IBM)开发的一种技术，用于解决与当前晶片凸起技术相关联的成本对质量的问题。应用于晶片凸起的IMS已经被称为C4NP(受控倒塌芯片连接新工艺)并且是由IBM开发的最新半导体封装技术，用于使用无铅焊料在晶片级将C4焊料块放置到芯片上。该工艺有时称为“C4晶片凸起”。C4NP包括使用填充头填充焊料模子(模板)中特别设计的坑，填充头将熔化的焊料注射到模板上。

模板上多个蚀刻的腔匹配晶片上要求的焊料凸块(焊盘)的图案。腔尺寸和间隔确定焊料凸块体积和间距。腔给出对凸块焊料体积的精确控制，导致优异的凸块高度均匀性。典型的应用可以要求以150μm间距的75μm直径的凸块。已经证明了以50μm间距的降至直径25μm的更小的凸块，匹配电镀凸块的精细间距能力。对于较高的板-芯片托起高度，巨大BGA焊料凸块可以模制为500μm直径。

模板典型地由硼硅玻璃构成。在选择用于模板的材料中，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CTE，可以使用其他材料。加热模板以恰好低于焊料的熔点。焊料典型地由于在填充头和模板之间压缩的O形环而受到头和操作区的限制。

熔化的焊料通过滴涂器注射到模板腔中。注射器包括任何成分的熔化的焊料的轻微加压的容器。填充头自动地填充模中所有腔，保持与模板的紧密接触。腔均匀地填充有熔化的焊料至模板表面的水平。一旦填充了模板，就传送焊料以在晶片上产生C4凸块。

在产生焊料凸块中，通常将填充头紧固到移动臂，其在模板载体(带或平台)上方或其之上移动，模板定位于该载体上并准备进行填充。填充头在一个方向上移动。可选地，填充头保持固定，并且模板载体在一个方向上移动。填充头保持固定，但考虑其相对于模板载体表现出“相对”移动而不是实际移动。

填充头必须接触模板防止焊料泄漏，然而必须提供小的间隙以允许气体溢出。在模板上用力下压防止焊料泄漏，但不允许气体溢出，这可能导致焊球的变形。

需要一种改进的C4晶片凸起的方法以控制填充头和模板之间的间隙从而克服现有技术的缺点。

发明内容

简言之，根据本发明的一个实施方式，一种用于将焊料凸块放置在模板上的装置，包括：焊料填充头，配置用于将熔化的焊料滴涂到模板上，焊料填充头还配置用于在模板上相对移动；以及控制机构，配置用于控制焊料填充头相对于模板的位置。控制机构包括：控制输入信号，包含关于焊料填充头的理想位置的数据；焊料填充头上定位的多个传感器，传感器配置用于提供关于焊料填充头和模板之间的间隙的数据；位置控制器，配置用于接收间隙数据以及比较间隙数据与控制输入信号，其中如果间隙数据和控制输入信号不相等则所述位置控制器提供不等信号；放大器，配置用于接收不等信号并放大该信号；以及致动器，配置用于接收放大的不等信号以及响应于接收的不等信号控制焊料填充头的移动。控制机构可以是伺服控制机构。传感器可以是间隙传感器。

根据本发明的一个实施方式，一种用于将焊料凸块放置在模板上的方法，包括以下步骤或动作：接收一个或多个控制输入信号，其包括焊料填充头在模板上的期望位置；接收来自位于焊料填充头上不同位置处的多个传感器中至少一个传感器的信号，信号包括关于焊料填充头和模板之间的间隙的数据；比较来自多个传感器中至少一个传感器的数据与控制输入信号；以及如果间隙数据和控制输入信号不匹配，则驱动位于焊料填充头上的致动器以改变焊料填充头的位置。致动器响应于多个传感器中至少一个传感器的哪个传感器发送信号来改变焊料填充头的位置。该方法还可以包括从查找表中获取数据的步骤，数据用于确定间隙的理想高度。

附图说明

为了描述上述和其他示范性目的、方面和优点，我们使用以下参照附图的本发明的示范性实施方式的详细描述，附图中：

图1示出根据本发明一个实施方式的与模板完全接触的具有位置传感器的焊料填充头的前视图；

图2示出根据本发明一个实施方式的具有位置传感器的非接触焊料填充头系统；

图3示出根据本发明一个实施方式的使用LVDT传感器的焊料填充头系统的侧视图；

图4示出配置用于根据本发明一个实施方式进行操作的焊料填充头的示例；以及

图5是根据本发明一个实施方式的用于制造焊料凸块的方法的流程图。