[发明专利]用于安装半导体芯片的焊料滴涂

说明书

技术领域

本发明通常涉及集成电路元件的构造和封装，特别是涉及通过使用焊料将半导体芯片安装到衬底。

背景技术

半导体芯片通过焊接可被键合在金属衬底，如引线框上。特别是，电力半导体(power semiconductors)通过使用软焊料(soft solder)通常被固定到引线框。由于电力器件的高热和电气性能，它们被广泛地使用在自动化工业中，而对于这种半导体封装件而言，软焊料通常被选作芯片贴附层。该焊接的节点不仅提供了芯片的机械安装，而且它也确保在运行期间半导体芯片中所产生的热量扩散比包含有非电导体黏合剂(non-conductive adhesive)的节点更有效率。另外，软焊料为半导体芯片提供了优良的电气通道。

在半导体芯片的功率密度(power density)存在增长的情形下，需要一种具有规定厚度(stipulated thickness)的焊接节点。焊料层会均匀地熔湿(wet)半导体芯片的整个区域。而且，其完全会免受杂质引起的气洞(air cavities)和污染。该焊料不会从端缘凸起，也不会扩散超越键合盘的表面区域，其被大家称之为渗出(bleeding)。为了实现这些，在键合半导体芯片以前，规定数量的焊料会滴涂和精确定位在衬底上。

通常，在定位芯片以前，半导体芯片和引线框的软焊接需要在引线框上滴涂大量的焊料。这可能包括在芯片将被定位的引线框的位置处接触焊接导线的一端。引线框被预热到一温度，该温度在焊料的熔点温度之上，以致于焊接导线一旦接触引线框会熔化。被规定的一段焊接导线被进给给引线框，它在引线框上会紧接着或间歇地被熔化。没有熔化的焊接导线然后被拉回，在引线框上留下焊料滴。当引线框温度被保持在焊料的熔点温度之上时，焊料滴保持熔化。在熔化的焊料中的表面张力导致在引线框上形成圆顶状的焊料滴，这样当芯片被键合在焊料上时抑制在整个芯片表面下方形成扁平和平坦的焊料层。影响平坦延展的焊料层恰当形成的一个另外的原因是当焊料滴正位于引线框上之时焊料滴可能的侧向偏移。因此，有必要改变焊料滴的形状以在定位芯片以前获得薄而平坦地延伸开来的焊料层。

改变焊料滴的形状的传统的方法是使用压散器(spanker：一种业界常用的、使得衬底上的焊料扁平和延展的工具)。携带有焊料滴的衬底被传送到设置有以方形塑模(rectangular mold)形式存在的压散器的压散区(spanking zone)。该方形塑模向下移动以接触焊料滴并在方形塑模的孔洞内将其展开，以形成矩形覆盖区(rectangularfootprint)。通常，压散器包括：相对于衬底能提升或降低的转轴、与其相连的压杆(stamp)或冲头(punch)，其中该压印或冲出的表面朝向衬底。衬底的厚度和位置上的偏差以及衬底可能的倾斜可能反过来焊接的厚度和侧向分布。冲出表面和衬底表面之间角度上的甚至微小的偏差可能导致焊料滴相当大的侧向位移。另外，通过使用压散式(spanking)压杆或冲头的装置使得焊料滴扁平化导致焊接点(solderspots)可能或多或少环绕在其端缘以及不和芯片的矩形或方形形状准确地一致。

专利号为6,056,184、发明名称为“在半导体芯片软焊接中用于焊料的液态端部成形的装置”的美国专利公开了一种带有距离保持装置的冲压机(punch)，用于在焊料扁平化的应用中将球状圆顶(spherically domed)的液态焊料成形，以获得均匀分配的和正确定位的软焊料层。该冲压机相对于一转轴弹性装配，并相对于转轴的运动轴线在所有方向上可回转(slewable)。移动的冲压机允许相对于衬底自我调整，以致于即使在衬底倾斜时离衬底的固定距离得以保持。附加于冲压机的该距离保持装置在冲压机较低的表面之外凸伸，并被使用来在衬底上向下接触。该距离保持装置具有一肋部，当焊料块在衬底上散开时该肋部灵活地限制和集中焊料块。因此，在所应用的焊料滴位置上的侧向偏移在冲压的表面下方将不会影响均匀的焊料层的形成。而且，这个装置表明当降低转轴时查看冲压表面距衬底的预先确定的精确高度或距离是没有必要的。

不幸的是，在芯片和衬底之间可能会形成不均匀的焊料层，尤其是，在芯片端缘附近的区域可能不会被熔化的焊料所熔湿(wetted)。而且，当应用过量的熔化的焊料时，在安装头压在熔融覆盖区上的芯片之际导致焊料渣(solder splash)。