[发明专利]使用闪光灯进行芯片的非接触转移和焊接的设备和方法

说明书

在闪光灯(5)和基底(3)之间设置芯片载体(8)。芯片(1a)在芯片载体(8)的面向基底(3)的一侧上被附接到芯片载体(8)。在芯片(1a)和基底(3)之间设置焊料材料(2)。闪光灯(5)产生用于加热芯片(1a)的光脉冲(6)。芯片(1a)的加热使得芯片(1a)从芯片载体(8)朝向基底(3)脱离，以朝向基底(3)非接触地转移。焊料材料(2)通过与经加热的芯片(1a)接触而至少部分地熔融，用于将芯片(1a)附接到基底(3)。可以在闪光灯(5)和芯片(1a)之间设置掩蔽装置(7)，掩蔽装置(7)包括被配置成使光脉冲(6)的光(6a)选择性地通过到达芯片(1a)的掩蔽图案(7a)。可以如下将具有(例如由不同的尺寸(表面积和/或厚度)、热容量、吸收率、传导率、焊料接合的数目和/或尺寸引起的)不同加热特性的多个芯片同时从芯片载体(8)转移到基底(3)并且焊接到基底(3)，使用掩蔽装置(7)，通过掩蔽装置(7)的光脉冲(6)在不同区域中造成不同光强度，从而用不同光强度加热芯片，用于至少部分地补偿所述不同加热特性，以减少由于光脉冲(6)的加热而导致的芯片之间的温度差距。

技术领域和背景技术

本公开内容涉及焊接，特别地涉及用于将芯片焊接到基底上的设备和方法。

原则上，可以将简单柔性系统例如具有晶体管或光电子装置的逻辑功能完全印刷在基底(例如箔或刚性板)上。然而，对于更复杂的系统，需要开发其中印刷电路系统与硅基集成电路或本文称为芯片部件或简称为“芯片”的表面安装器件(SMD)部件组合的混合系统。为了使器件功能化，通常具有不同尺寸的多个芯片部件可能需要互连到基底上的电路迹线，例如印刷或蚀刻的铜电路。这可以例如使用炉回流焊接、导电粘合剂接合或面朝上(face-up)芯片集成来实现。然而，这些过程被认为是耗时的和/或与具有低分解温度的低成本聚酯箔不兼容的。特别是对于焊接过程，通常使用的聚合物基底倾向于在高于150℃的热负荷下劣化和变形。

例如，回流焊接通常可以用于互连刚性基底例如FR4或陶瓷上的厚芯片。然而，回流焊接与低成本柔性箔和卷对卷(R2R)处理兼容性差，因为它需要将整个板维持在通常高于200℃的焊料的液相线温度以上持续较长保持时间。这通常导致使用通常具有多个回路的大的线上炉的耗时过程。长的保温时间也可能导致柔性箔自身的变形或劣化或其有机表面涂层或粘合剂的劣化。认为不可能通过使用工业标准的无铅合金将常规焊料炉回流在低成本的聚酯箔例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，因为PET具有远低于这些焊料的液相线温度(200℃)的约120℃至150℃的最高处理温度。

作为替选，例如可以在相当的焊接时间下使用红外(IR)加热。例如，可以使用红外激光点来依次加热每个焊接连接。然而，在激光点焊接时，小的光点区域可能需要对每个部件的光点的精确定位。此外，在R2R过程中应用这种技术是有挑战性的，因为激光点需要对准移动的基底上的多个芯片。此外，该过程可能是耗时的。因此，这些方法中的一些可能仍然基于定期不断的被迫停止。

作为另一替选，可以使用通过闪光灯的高能量光脉冲进行的大面积照射。例如，Van denEnde等在Electronic Materials Letters第10卷第6期(2014)第1175-1183页的文章中描述了用于柔性电子系统的柔性箔上的薄芯片的大面积光子闪光焊接。有利地，当加热脉冲的时间刻度足够短以避免柔性聚合物基底的扩散加热时，可以在高于箔的最高处理温度的温度下焊接部件。然而，如果(箔)基底和/或部件对光的吸收不同，则会导致选择性加热。此外，电子装置通常由多个芯片部件组成。这可能导致不同部件的加热性能的进一步差异，这使得温度和焊接过程难以控制。

因此，仍然需要改进芯片到基底的焊接，例如更快、更可靠、与柔性箔基底、卷对卷处理以及不同的芯片和/或基底兼容。

发明内容