[发明专利]用于焊料凸块模具填充的真空转移

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年9月1日向美国专利商标局提交的、美国专利申请号为12/551755、发明名称为“VACUUM TRANSITION FOR SOLDER BUMP MOLD FILLING”的美国专利申请的优先权权益，通过引用其全文将其内容并入本文。

技术领域

本发明涉及在制造或封装微电子元件(例如，半导体晶片和芯片)时使用的工具和工艺，并且更具体地涉及诸如用于以焊料填充模具的接合金属注入工具以及用于在微电子元件上形成凸块的工艺。

背景技术

“倒装芯片封装”是指一种将诸如半导体芯片的微电子元件面朝下安置在芯片载体上并将芯片表面上的触点接合至芯片载体的触点的技术。在典型工艺中，焊料凸块被形成在半导体芯片的触点上，而芯片仍然以晶片的形式在切割道处连接在一起。这样的工艺可以被称作“晶片凸块形成”。注入成型焊接(Injection Molding Soldering，IMS)是一种研发用于解决与现有晶片凸块形成技术相关联的成本质量比问题的技术。应用于晶片凸块的IMS已经被国际商业机器公司称为“C4NP”(受控塌陷芯片连接新工艺)。

C4NP包括接合金属注入工具1，其利用填充头20填充模具10(图1)的主表面12上特别设计的凹坑或“型腔(cavity)”14，填充头20具有包含熔融焊料24的腔室(chamber)22以及用于喷射焊料的喷嘴26。模具10可以是叠加在根据其热导率选择的热板50上的可移除“模具板”。模具板10通常无法由焊料浸润并且可以由诸如缘于其允许光学检验的透明度及其类似于硅的热性质而选择的硼硅玻璃之类的材料构成。填充头具有喷嘴26，熔融焊料由此被喷入模具的型腔内。例如，腔室内的气压能够迫使熔融焊料经过喷嘴向外喷出。在填充型腔时，支撑模具板的热板50通常被保持在低于焊料熔化温度的温度下，从而保持模具板型腔内的焊料低于熔化温度。

在填充头20已经完成对特定模具板的填充之后，它就被移动到供其暂时停留的“驻留空间”30上，并且在腔室和喷嘴中存有熔融焊料。驻留空间的表面32可以略高出模具板的主表面12(例如0.2到1.5毫米)。在驻留空间已经准备就绪让填充头20从驻留空间移动到模具板时，或者在将填充头从模具板移动到另一个驻留空间(未示出)上时，驻留空间的边缘面36和模具板的相邻的边缘面16之间通常留有小于1毫米的间隙34。模具板和驻留空间可以在焊料头已从模具板移动到驻留空间上之后彼此分离。

当填充头如图1中所示停留在驻留空间上时，焊料被密封件23约束在填充头的表面28和驻留空间的对面表面32之间的空间内。类似地，当填充头如图2中所示被用于填充型腔时，焊料被约束在填充头表面和模具板的主表面12之间。当填充头在驻留空间和模具板之间移动时会出现一种困难。跨越间隙的转移可能会导致焊料从喷嘴26脱出或者由此摇晃松动，从而在驻留空间和模具板之间的间隙处留下焊料块40(图2)或者在模具板的主表面12上留下焊料的条痕42。这样的构成潜在缺陷来源的块和条痕必须从模具板和驻留空间中清除。这就会影响到填模操作的生产能力和质量。

另一个问题是焊料会在其熔化且暴露给氧气时被氧化。氧化的焊料如果被允许进入型腔就能够导致由该焊料构成的凸块机械地变脆并且最终能够增加芯片和芯片载体之间的焊料凸块连接的电阻。在填充头移动到模具板上时离开喷嘴的焊料40、42能够被氧化并造成这些潜在的缺陷。

发明内容

根据本发明的一个方面提供了一种接合金属注入工具。这样的工具可以包括填充头，填充头具有用于容纳熔融接合金属和气体的密封腔室，以及用于引导熔融接合金属流入模具的主表面内的型腔中的喷嘴。压力控制设备能够可控地向腔室内施加压力以将接合金属从喷嘴喷入型腔内。压力控制设备还可以可控地降低腔室内的压力以阻止从喷嘴中喷出接合金属。

根据本发明的另一个方面可以提供一种接合金属注入工具，其包括填充头，填充头具有用于容纳熔融接合金属的腔室以及可以与模具的主表面并列的用于引导熔融接合金属流入主表面内的型腔中的喷嘴开口。驻留空间可以具有供填充头可密封接触的驻留面以及从驻留面伸出的边缘面。边缘面的某些部分可以与模具的相邻的边缘面间隔开以界定出间隙。填充头在喷嘴开口与主表面或其中的至少一个型腔并列的第一位置以及喷嘴开口与驻留面并列的第二位置之间可以是可移动的。在这样的情况下，接合金属注入工具可以进一步包括第二喷嘴以及可操作用于当喷嘴开口在驻留面和模具主表面之间或者在模具主表面和驻留面之间移动时自动引导气流通过第二喷嘴流往间隙的控制装置。