[发明专利]加热芯片的设备、倒装芯片接合器及接合倒装芯片的方法有效

专利信息
申请号: 200710305149.0 申请日: 2007-10-30
公开(公告)号: CN101295658A 公开(公告)日: 2008-10-29
发明(设计)人: 金成郁 申请(专利权)人: 三星TECHWIN株式会社
主分类号: H01L21/603 分类号: H01L21/603;B23K26/22;B23K26/06;G02B6/42;B23K101/40
代理公司: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 代理人: 柴毅敏
地址: 韩国庆*** 国省代码: 韩国;KR
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摘要:
搜索关键词: 加热 芯片 设备 倒装 接合 方法
【说明书】:

相关申请的交叉引用

本中请要求于2007年4月24日提交的韩国专利申请2007-0039741的优先权,在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本申请涉及一种将半导体芯片接合到衬底上的设备和方法,更具体地涉及一种使用激光束加热半导体芯片的设备、具有该设备的倒装芯片接合器、以及使用该倒装芯片接合器来接合倒装芯片的方法。

背景技术

在近期,电子装置的尺寸变得越来越小,而且还增加了功能性,因此趋向包括高集成和高性能的半导体芯片。

同样地,为了跟随这种趋向,保护这种半导体芯片免受多种外部环境因素(例如灰尘、湿气、电子或机械负载等)的影响的半导体封装被制造成轻、薄、简单且小的并具有许多插脚。

因此,诸如传统的引线接合法之类的半导体封装方法不适合较新的半导体封装,因此提出新的方法。作为新方法的一个例子,有焊块(solder bump)法。

在焊块法中,焊块单独地形成在用作半导体芯片的输入/输出端子的焊垫上,然后半导体芯片在倒装的情况下被直接附装到电路带或载运衬底的图案上。这里,接合是在半导体被倒装的状态下进行的,因此这种焊块法被称为“倒装芯片接合”。

倒装芯片接合法分为热压合法和激光压合法。

关于热压合法的情形,在日本专利公布2002-141376中公开了,将芯片移动到接合位置从而焊块与载运衬底的指定焊块相对,然后加热芯片焊块和衬底焊块之间的焊料至熔点来接合两个焊块。

然而,因为在热传输部分中发生热损失,热压合法不得不将半导体芯片加热相对长的时间。结果是,需要很长的时间来达到焊块的接合温度,因此生产率降低并且无法使用对高温敏感的材料。

此外,在热压合焊接法中,由于在半导体芯片和载运衬底之间热膨胀系数的不同,接合位置可能稍稍偏离,导致焊接精度降低。并且,在冷却之后半导体芯片和载运衬底紧缩,导致在接合部发生破裂或类似损害的危险。

另一方面,在韩国专利公布2001-0108103中公开了激光压合法,该方法在将芯片移动到接合位置从而芯片焊块与相应的载运衬底焊块相对之后加热和压缩芯片的背面,由此接合两个焊块。因为使用激光器作为加热源来加热半导体芯片,并且在相对短的时间内实现高生产率和相对低的热膨胀,激光焊接法已经被广泛的应用。

附图1是举例说明在传统的倒装芯片接合器中的接合头的一个例子的横截面图。

参照图1,传统的倒装芯片接合器包括在内部形成有真空通道12的接合头10。通过真空压力发生器(未示出),真空通道12具有真空压力。因此,接合头10通过在真空通道12中产生的真空压力来拾取半导体芯片80,并运送到接合位置。

此外,在真空通道12中提供光纤11,光纤传输激光束至半导体芯片80。光纤11将激光束从激光发生器传输至半导体芯片80,由此在相对短的时间内加热半导体芯片80至接合温度。

因此,传统的倒装芯片接合器利用真空通道12中产生的真空压力来拾取半导体芯片并运送至接合位置,并使用通过光纤11传输的激光束束加热半导体芯片80至接合温度,由此将半导体芯片80接合至衬底。

然而,在传统的倒装芯片接合器中,用来加热半导体芯片80至接合温度的激光束通过没有独立介质的光纤11传输,并且直接发射至半导体芯片80,因此激光束不是均匀发射至半导体芯片80的整个区域。如附图2所示,激光束在半导体芯片80的中心区域比在芯片80的周围区域和外围以更强的强度发射。结果是,半导体芯片中的能量分布由于激光束而非常不均匀,这可能导致半导体芯片80被损坏、焊接质量恶化或类似的问题。

换句话说,如附图2所示,由于激光束11是通过没有独立介质的光纤11直接地发射至半导体芯片80,发射至半导体芯片80的激光束的强度具有高斯分布的形状。由于能量与光束强度成比例,中心区域具有高能量,而其周围区域具有低能量。因此,在倒装芯片接合中,如果相对于中心区域的能量减小激光束的强度和量,则在周围区域会有能量短缺,因此导致接合质量的降低。另一方面,如果相对于周围区域的能量增加激光束的强度和量,则过大的能量会施加到中心区域,因此导致半导体芯片80损害等。

为了解决上述问题,最近使用了如附图3所示的倒装芯片接合器。

附图3是举例说明在传统的倒装芯片接合器中的接合头的另一个例子的横截面图。

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