专利名称：电气器件的高密度结合的制作方法
相关申请0001本申请要求递交于2004年6月18日的美国申请号10/872,235的权益，在这里将其并入本文作为参考。
背景技术：
1.发明领域0002本发明一般涉及电气器件的组装。更具体来讲，本发明涉及射频识别(RFID)内插器(interposer)和/或标记的组装。
2.相关技术描述0003贴装(pick and place)技术经常被用于组装电气器件。典型的贴装技术包括复杂的机器人部件和一次只处理一个电路小片(die)的控制系统。此类技术常常包括控制器，例如机器人臂，用于把集成电路(IC)芯片，或电路小片从IC芯片的晶片上移走并将其放置在芯片载体上或者直接传送到衬底上。如果不是直接被安装，芯片会随后和其他诸如天线，电容，电阻和电感的电气部件一起被安装在衬底上以组成电气器件。
0004射频识别(RFID)发送应答器(transponder)就是一种可以使用贴装技术进行组装的电气器件。射频识别嵌入物(也称作插入物)，标记和标签(在这里集体地指的是“发送应答器”)被广泛用于建立物体和识别码之间的联系。嵌入物(或嵌入发送应答器)是一种常常具有实质上平坦的形状的识别发送应答器。嵌入发送应答器的天线可以通过放置在非传导支架上的传导轨迹(conductive trace)的形式实现。所述天线的形状为扁平线圈或类似形状。必要地，天线的引线放置时也要内插非传导层。存储和任何控制功能都由安装在支架上并通过引线可操作地连接到天线的芯片提供。RFID嵌入物可以被连接或层压到选定的标签或标记材料，其中这些标签或标记材料是由薄膜，纸，薄膜和纸的层叠(lamination)，或者其它适合特定最终用途的弹性薄片材料制作而成。然后制成的RFID标签或标记原料可以被套印上文字和/或图形，冲切成特定的形状和尺寸并制作成连续的标签卷，或具有一个或多个标签的薄片，或是具有标记的薄片卷。
0005在很多RFID的应用中，电气部件的尺寸都需要做得越小越好。为了实现RFID嵌入物内的很小的芯片和天线的互连，已知的是一种被称为“带”(straps)，“内插器”和“载体”等多种名称的结构可以被使用，从而便于嵌入物的生产。这里所提的内插器包括传导的引线或焊点，所述引线或焊点都被电耦合到芯片的接触焊点以实现和天线的耦合。一般这些焊点与不用内插器而被精确对准直接放置的ICs相比能够提供更大的有效电接触面积。更大的面积降低了生产中放置ICs所需的精度，而同时也能提供有效的电连接。IC的放置和安装是实现高速生产的很大的限制。现有技术公开了多种RFID内插器结构，这些结构常常使用一种载有内插器的接触焊点或引线的挠性衬底。
0006这里所用的“内插器”一词，可指的是集成电路(IC)芯片，连接到芯片的电连接器和耦合到电连接器的内插器引线。内插器也可以包括内插器衬底，该衬底可以支持内插器的其它元件，同时也可以提供诸如电绝缘的其它特性。因为内插器引线从IC芯片延伸而出，内插器可以是延长的。内插器可以是挠性的，刚性的，或半刚性的。应该意识到的是，多种内插器配置都能够用于与天线耦合。实例包括一种AlienTechnology Corporation的RFID内插器和一种Philips Electronic的在市面上被称作I-CONNECT的内插器。“内插器”一词在广义上包括芯片载体。在美国专利号6,606,247(已转让给Alien Technology Corporation)和美国专利公开号2003/0136503A1中公开了更多的内插器的内容。
0007如上所述，RFID发送应答器包括集成电路和用于提供射频识别功能的天线。另一方面，内插器包括集成电路，但同时其必须被耦合到天线以组成完整的RFID发送应答器。在该专利申请中，“器件”词既可以指RFID发送应答器，又可以指用于合并在RFID发送应答器里的内插器。
0008RFID器件一般是由天线和模拟与/或数字电子元件组成，其中所述电子元件可能包括通信电子元件，数据存储器和控制逻辑等。例如，RFID标记和汽车内的安全锁结合使用，可实现对建筑物的进出控制及对存货和包裹的跟踪。一些RFID标记和标签的实例出现在美国专利号6,107,920，6,206,292和6,262,292中，在这里全部被并入本文作为参考。
0009RFID器件可以被贴在需要被探测和/或监测其存在情况的物品上。RFID器件的存在情况，和RFID器件所附在的物品的存在情况，可以被已知为“阅读器”的器件检查和监测。
0010RFID器件通常是通过将导体图案化，蚀刻或印制到介质层并将导体耦合到芯片制造而成。如上所述，贴装技术常被用于在图案化的导体上定位芯片。可选地，一块包含有多个芯片的板(web)可以被层压成一块印制传导材料的板。这个过程的一个实例在2004年3月22日提交的美国专利申请序列号10/805,938里被公开。
0011多种合适的连接材料和/或方法的任一种都可以用来将芯片耦合到导体，例如，可以使用传导的或不传导的粘合剂，热塑性的结合材料，传导墨水，通过熔接(welding)和/或焊接(soldering)，或电镀的方式。用来将芯片机械和/或电耦合到导体的材料通常需要加热和/或加压以实现最终的互连一这个过程，在使用粘合剂的情形下，被称为固化(curing)。传统的热压结合法通常采用某种形式的挤压，通过传导或对流，将热量和压力引导到RFID器件组件或RFID器件组件板。例如，加压和加热可以通过如下方式实现，压缩一对加热板之间的RFID器件组件或RFID器件组件板，并通过包括芯片、天线在内的不同种的媒介之间的传导对连接材料进行加热。作为另外一种选择，其中一个加热板可以被装配上插针从而实现对某些区域(例如，仅仅是芯片)进行选择性的加压和/或加热，同时也通过传导去加热连接材料。作为另一种选择，尤其是在使用焊料的情形下，在全部组件保持在提高的温度并通过对流使焊料回流的地方可以使用烘炉。在后一种情形下，可以不对器件加压。
0012但是，传统的热压结合器件有一些缺点。例如，传统的热压结合器件不是很适合于同时将一致的压力和热量施加到很多芯片和/或电气器件(例如RFID器件组件)非常密集的板上。此外，使用传导和对流方式的传统热压结合器件不是很适合高速操作。传导和对流都是相对较慢的过程，并且是间接对连接材料(如粘合剂或焊料)加热。因此，整个电气器件组件可能要在热压结合器件中保持一段时间，例如10秒钟，以使连接材料达到所需要的温度。在RFID器件组件中，日常用的塑料常常被用来作承载板(如承载天线)，温度通常不能超过塑料的软化点。这又限制了热量通过传导或对流方式被引导到连接材料的速率。
0013此外，传统热压器件可能不容易适应芯片和/或天线和/或板构造的设计和密度的变动。例如，当采用新的芯片或天线设计时，热压器件的插针设计很可能必须改变以适应新的设计。修改传统热压结合器件的插针设计可能是时间密集(time intensive)的过程，从而会导致结合器件相当长时间的中断运行。
0014由前述应该看到，RFID器件及相关的制造过程仍有改进的空间。
发明内容
0015根据本发明的一个方面，所提供的将半导体芯片热压结合到电气部件的方法包括将所述半导体芯片定位在所述电气部件上和使用热压结合器件对结合材料进行加热。所述加热的过程包括施压将所述结合器件的至少一个加热元件与所述半导体芯片压缩接合。所述施压的过程包括使用所述结合器件的弹性构件对所述至少一个加热元件进行下压。
0016根据本发明的另一个方面，所提供的将半导体芯片热压结合到电气部件的方法包括将所述半导体芯片定位在所述电气部件上和使用热压结合器件对结合材料进行加热。所述加热的过程包括施压将所述热压结合器件的挠性板与所述半导体芯片压缩接合并采用热辐射。
0017根据本发明的另一个方面，所提供的把半导体芯片热压结合到电气部件的方法包括将焊料应用在所述半导体芯片或电气部件中的至少一个；将所述半导体芯片定位在所述电气部件上；和使用热压结合器件回流焊接所述焊料。所述回流或回流焊接的过程包括将所述结合器件的挠性板与所述半导体芯片压缩接合并采用热辐射。
0018根据本发明的另一个方面，所提供的将半导体芯片容性耦合到电气部件上的方法包括将压敏粘合剂应用在半导体芯片或电气部件中的至少一个；将所述半导体芯片定位在所述电气部件上；和使用结合器件压缩所述粘合剂，以实现所述半导体芯片和所述电气器件的耦合。所述压缩的过程包括施压将所述结合器件的挠性板与所述半导体芯片压缩接合。
0019为实现上述及相关的目标，本发明包含的特征在下文中会被充分地描述并在权利要求中特别指出。随后的描述和附图详细地阐述了本发明的某些解释性的实施例。但这些实施例采用本发明原理的多种方法中的仅仅几种方法，是阐释性的。本发明的其他目标，优点和新颖的特征将会通过下文中结合附图对本发明所做的详细描述而变得明显。
0020在如下不是必须依照比例的附图中，0021图1是依照本发明制作电气器件的过程的流程图；0022图2是依照本发明的热压结合器件的斜视图；0023图3是依照本发明的热压结合器件的加热元件的侧视图；0024图4是依照本发明的热压结合器件的加热元件的侧视图；0025图5是依照本发明制作电气器件的过程的流程图；0026图6是依照本发明的热压结合器件的斜视图；0027图7是依照本发明的热压结合器件的侧视图；0028图8是依照本发明的热压结合器件的斜视图；0029图9是依照本发明的热压结合器件的侧视图；0030图10是表示一些实例性的材料相对于3200开尔文的温度下的黑体辐射体的近红外(NIR)吸收速率的曲线图；0031图11是依照本发明制作电气器件的过程的流程图；0032图12是依照本发明的热压结合器件的侧视图；0033图13是依照本发明制作电气器件的过程的流程图；0034图14是依照本发明的热压结合器件的侧视图；0035图15是依照本发明的热压结合器件的侧视图；
0036图16是使用本发明的一种方法制造出的器件的斜视图；0037图17是使用本发明的一种方法制造出的器件的侧视图；0038图18是使用本发明的一种方法制造出的器件的侧视图。
具体实施例方式
0039本发明提供了一种使用独立的加热元件和一个弹性构件对多个电气器件的同时进行热压结合的方法，以将所述独立的加热元件和所述电气器件压缩接合。所述独立的加热元件可以采用居里点加热元件或者传统的电阻加热元件。本发明也提供了一种使用透明挠性板和热辐射同时对多个电气器件进行热压结合的方法。在一个实施例中，所述热辐射是近红外热辐射，所述透明挠性板是由硅橡胶构成。结合材料可以采用粘合剂或者热塑性的结合材料。本发明同时也提供了一种使用压敏粘合剂将半导体芯片容性耦合到电气部件上的方法。所述方法包括通过施压将结合器件的挠性板与所述半导体芯片压缩接合以实现对芯片的压缩。
0040参照图1，对多个电气器件(板的形式)同时进行热压结合的方法100将会被描述。应该意识到，所述电气器件除了RFID器件以外，也可以是其它器件。但是，因为本方法非常适合RFID器件的制造，所以其将会在RFID器件制造过程的段落中被描述。
0041图1所示的方法100首先在工步110中提供了内插器引线或天线的板。在工步120中，可以选用各向异性传导胶(ACP)或各向异性传导膜(ACF)或非传导的环氧树脂(NCP)的粘合剂应用在板上，应用粘合剂需要采用合适的方式，例如印制，涂敷或注射(syringring)。作为另一种选择，粘合剂可以被应用于芯片或内插器，或者应用于板和芯片或内插器。在工步130中，芯片或内插器会被提供。在工步131中，芯片或内插器被涂上传导材料(ACP，ACF)或非传导材料(NCP)，这一过程需要采用合适的方式，例如印制，多种涂敷方法或注射。作为另一种选择，焊料可以被应用于芯片或内插器。在工步140中，芯片或内插器被精确地放置在天线板上。粘合剂可以选择地被部分固化以在最终结合前将芯片和内插器固定在板上。然后芯片或内插器被结合到天线上，这一过程是通过使用热压法固化ACP粘合剂的方式在工步150实现的。作为另一种选择，在工步150中，可通过焊料回流将芯片或内插器结合到天线或内插器引线上，在这种情形下，接着可能还需要针对底部填充胶(underfill)和固化底部填充胶的工步。除了将芯片和内插器结合到天线上，应该意识到方法100同样适用于将芯片粘贴到内插器引线上(也就是组成一个内插器)。
0042本发明的方法适用于使用多种结合材料将芯片结合到电气部件上。这里所用的结合一词指的是将芯片电耦合和/或机械耦合到电气部件。粘合剂可以通过本发明的方法被热压固化。这里所用的“固化”一词是用来指通过粘合剂实现结合，其中会对粘合剂加热加压从而产生造成粘合剂交联的化学反应。作为另一种选择，一种热塑性的结合材料可被用来将芯片结合到电气部件上。热塑性的结合材料常常是熔化的，冷凝重构的(resolidfied)，因此能够形成机械的和/或电的结合。应该意识到，本发明的方法并不只局限于所说明的结合材料，并且更广泛多样的合适的结合材料都可以通过本发明的方法而被采用。
0043转到图2，一种使用热压法同时对多个电气器件(板的形式)进行结合的器件和方法将会被描述。热压结合器件200包括一个包含多个加热元件220的加热器组块210。如图2所示，所述加热元件220被固定从而不能相对于加热器组块210作侧向和横向运动，并且从所述加热器组块210的下表面突出。所述加热器组块210的上部包括一个可变形的囊状物230。所述囊状物230可由任何合适的气体，液体或可变形固体填充。所述囊状物230位于加热元件220的上方，并且允许当所述加热元件220和其它表面(例如具有RFID器件的板)压缩接合时，所述加热元件220相对所述加热器组块210可做有限的轴向移动。所述加热器组块210被安装在压力机(press)212或其它装置里，这样做是为了升高和降低加热器组块210并提供压缩力。
0044应该意识到，所述可变形的囊状物230抑制了所述独立的加热元件同时也将压力均匀地分配给芯片。因此，合适的可压缩的固体材料，例如橡胶垫，可作为可变形的囊状物230的替代。作为另一种选择，每个加热元件可以和弹簧或其它弹性器件一起被安装，从而实现对震动的缓冲。
0045本实施例的加热元件220优选地采用居里点自调节加热元件。该类型加热元件的一个实例由美国专利号5,182,427所公开，并由SmartHeattechnology具体实现，目前正由Metcal of Menlo Park，California生产。这种加热元件常常包括镀有磁化镍合金的中心铜核。在加热元件中感应出的高频电流，由于集肤效应，会流向镍合金镀层。具有相对较大电阻的镍合金里的焦耳热会引起镀层温度的升高。一旦镍合金镀层的温度达到其特征居里点时，电流将不会在镍合金镀层，而会流过具有低电阻的中心铜核。居里点温度基本上会保持在这一点。因此，当高频电流一接通，加热元件迅速加热到居里点温度，然后在这个温度下自调节。居里点自调节加热元件是有优势的，这是因为它们小，效率高，并且能够温度自调节，从而使独立的加热元件被分配给每个所需的热压点。应该意识到，其它加热元件也可以被使用，例如标准电阻加热元件。
0046定位在加热器组块210下方的202表示RFID器件的多道板(multilane web)。RFID器件组件的板202可以是定位在板内插器引线、内插器、或用ACP粘胶剂预印的天线结构上的IC芯片。作为另一种选择，RFID器件组件的板202的可以是定位在用ACP预印的天线结构的板上的内插器。任何合适的贴装或插入装置都可以用来将芯片或内插器放置在多道板形式中。板202是相对于加热器组块210定位的以使板202上的RFID器件204和加热元件220能够对准。加热元件220可以设计得比必要的尺寸稍大一点，从而可以允许加热元件220和RFID器件204之间的一些未对准的情况发生。一旦被对准，压力机212就逐渐降低加热器组块210，使其与RFID 204器件接触直到达到预定的压力。
0047现在转到图3和图4，这两幅图显示了加热器组块210上的加热元件220的接通。根据之前的阐述，加热元件220被固定从而不能相对于加热器组块210作侧向和横向运动。囊状物230是用来在加热元件220被压缩时提供反作用力。如图4所示，当加热器组块210被降低时，加热元件220同芯片204发生接触。当加热器组块210进一步降低时，囊状物230开始变形，从而对加热元件220施加反作用力。应该意识到，因为囊状物230内部每一点的压力基本上是一样大的，所以囊状物230施加在每个加热元件220以及因此每个芯片204上的压力基本上是一样大的。照这种方式，囊状物230为每个芯片204提供了一致的压力，同时也抑制了加热元件220和芯片204之间的碰撞。
0048囊状物230也可以补偿芯片204和/或板202在尺寸的变化，否则当加热器组块210降低时，被刚性固定的加热元件所施加的压力会因这种变化而变得不相等。这种通过囊状物230实现的对压力的弹性应用避免了将被结合的RFID器件的可能发生的压坏，并可以产生一种更有效、更均匀或一致的RFID器件的结合方法。
0049应该意识到，监测囊状物230内的压力以确保适当的压力以适当的时间被施加到RFID器件204的做法可能是需要的。例如，囊状物压力可以被监测，压缩时间的长短可以根据所知的固化值(curingvalues)来调节，因此就实现了对结合器件220更有效的利用。另外，一种升高和降低囊状物230内的周围压力(也就是当加热器组块210没有和一个板接合时，囊状物内的压力)的装置可能也需要被包含进来。例如，在一些应用中囊状物内可能需要有较高的周围压力，这样当加热元件没有和器件压缩接合时囊状物能够向加热元件施加压力。在其他应用中，可能需要较低的周围压力，这样囊状物对加热元件会施加很少压力或者不施加压力，直到加热元件和器件被压缩接合。用于防止囊状物超压的器件，例如安全阀，可以用来防止在热压结合过程中对RFID器件的板造成的损害。
0050依靠加热元件220和板202上的RFID器件204的配置，RFID器件204能够以一组或多组被固化。例如，RFID器件204的板202可以具有八排RFID器件，但是本发明的热压结合器件210可以被装配上仅仅四排的加热元件。因此，当RFID器件的板通过热压结合器件行进时，第一组的四排RFID器件在第一步中被固化。然后板和/或热压结合器件210被重新定位，或者引导到余下的四道RFID器件，这样那些道中余下的器件在第二步中被固化。应该意识到，多种尺寸，数量和配置的加热元件都是可以的。应该进一步意识到，加热元件的尺寸，数量和/或配置都可以符合板的尺寸和其上将要被热压固化的元件的设计。
0051依照之前的陈述，本实施例中对压力的弹性应用可以防止在没有采用弹性压力应用的情形下可能产生的部件的压坏，例如，使用平压缩板的传统热压结合器件。此外，弹性压力的应用可以补偿贯穿电气器件和/或板的压力变化。因此，在固化过程中，基本均匀的压力可以被提供给每一个电气器件，从而获得更一致的结合。所述独立的加热元件与单独的较大的热质相比，热调节也更容易。因此，更为精确的热应用是做得到的。
0052转到图5，一种使用倒装芯片(flip chip)制造法和图2-4中的热压结合器件制造RFID器件的方法400将会被描述。方法400从工步410开始，凸点芯片的晶片在这里被呈出。在工步420中，焊膏被应用在芯片上。作为另一种选择，在工步430中，诸如ACP，ACF或NCP的粘合剂也可以被应用在芯片上。组装过程开始于工步450，在这一工步中，芯片被从晶片上拾起，然后在工步455中被放置在传送面上。作为另一种选择，芯片可以被直接放置在内插器引线或天线结构上，所述内插器引线或天线结构在内插器引线板或天线结构板上。在工步470中，焊剂或者粘合剂可以选择地被印制到内插器引线或者天线结构上。在工步480中，芯片从传送面上被拾起，反转，然后放置在内插器引线板或天线结构板上，其中每个芯片上的芯片焊点(或焊料块)接触内插器引线或天线结构。作为另一种选择，芯片可以被直接放置在内插器引线或天线上，而不需要像工步455一样被先放在传送面上。然后芯片就在工步490中通过热压固化粘合剂或者回流或重熔焊料块的方式被结合到内插器引线或天线结构上。图2-4中所示的热压结合器件，或者图6-9在这里描述的NIR热压法，都可以在工步490中用来固化粘合剂或者回流焊料块。应该意识到，当使用焊料时，工步491可以选择地执行。在工步491中，底部填充胶可以用来加强芯片和内插器引线或天线结构之间的机械连接。作为另一种选择，不流动或低流动的底部充胶可以在工步490之前就被分配。
0053转到图6和图7，另一种同时对多个电气器件(以板的形式)进行热压结合的器件和方法将会被描述。在图6中，热压结合器件500包括上模板510，该上模板包括反射体515和硅橡胶板514或其它挠性热辐射透明材料。上模板510被安装在压力机或其它器件上，从而可通过升高和降低上模板510提供压缩力。上模板可以选择地包括可变形材料的插入物513，该插入物可能由橡胶组成。下模板520包括一个或多个热辐射加热元件522和一块石英板524。
0054在本发明的热压结合过程中使用热辐射作为热源提供了多种优势。辐射能量热传递，与传导和对流热传递相比，能够取得明显较高的热流量。辐射能量能够提供极快的加热，这是由于光的高速度和将热量直接应用到被加热材料上的可能性。受控的辐射加热能够取得多种工艺优势，例如系统冷却需求的降低及通过局部化的热和压力之间的协调所提高的精度。
0055如前所述，辐射加热可以直接应用到被加热的材料。精确地将热量直接应用到被加热区域的能力是很有优势的，这是因为与传导和对流加热法相比，其可能只需要较少的总热能。此外，由于只使用较少的总热量，一旦结合过程完成，材料和/或结构会更快地冷却下来。
0056辐射能量加热和其它模式的热传递(如传导加热)相结合，可以取得更有利的效果。例如，热辐射热传递可用来加热系统结构(尤其是硅芯片)，而该系统结构可以将热量通过传导的方式传递给将被热压固化的材料。因此，热辐射可以不用直接地应用到将被固化的材料，而是间接地通过相邻结构(诸如芯片或天线结构)的热传导，或有限的热辐射被将固化的材料吸收，其主要的热源就来自一个相邻结构的传导。
0057依照以下更详细的描述，辐射能量可以一直穿过一种相对辐射透明的材料直到碰到一种相对辐射吸收的材料并被其吸收。这里所用的相对辐射透明材料(也被称作“透明材料”)指的是一种对辐射能量的吸收能力弱于相对辐射吸收材料(也被称作“吸收性材料”)的材料。
0058在本实施例中，通过在上模板使用相对辐射透明材料和在一个或多个将被结合的表面上使用相对辐射吸收材料，适当的热辐射能量就可以被用于加热。例如，将使用合适的粘合剂定位在电气部件上的相对辐射吸收的芯片暴露在近红外(NIR)热辐射中，该芯片会被加热，从而加热和固化粘合剂。在本实施例中，其它波长的热辐射也可以和其它材料一起被使用。例如，紫外线(UV)或微波能量在一些应用中可能就是合适的能量形式。电子束固化和一些材料一起使用也是合适的选择。一般而言，所采用的热辐射的形式将会由部件材料的吸收性的或非吸收性的特性和/或将被固化的粘合剂的类型确定。
0059AdPhos AG，Bruckmühl-Heufeld，Germany(AdPhos)提供了优选的商用高能量NIR系统的流水线。AdPhos红外加热系统提供持久的，高能的加热系统；AdPhos灯起了工作在大约3200K的温度下的黑体发射器的作用。其它提供合适热能的辐射加热器和发射器可由若干主要的灯制造商(包括Phillips，Ushio，General Electric，Sylvania，和Glenro)提供。例如，这些制造商都生产在半导体工业中使用的外延反应器的发射器。所有这些发射器具有的温度都高于3000K。但是更广泛地说，温度高于大约2000K的发射器就可以是合适的NIR源。AdPhos系统的一个优势在于，尽管大多数此类高能NIR灯的额定寿命都少于2000小时，AdPhos NIR系统设计的工作寿命可达到4000到5000小时。AdPhos NIR灯的辐射能量发射，其大部分能量在波长在0.4到2微米的范围之间，并且在800纳米附近达到传递的峰值能量，与短波和中波红外源相比能转到一个较低的波长上，从而提供了较高的能量输出和其它在热辐射吸收方面的优势，这些优势将在下文中被说明。
0060在图7中，RFID器件504的多道板502被定位在上模板510和下模板520之间。RFID器件504的板502可以是定位在用粘合剂预印的内插器引线板或天线结构板上的IC芯片。石英板524可以被涂上特氟纶或其它合适的聚合物。具有高玻璃态转化温度(Tg)的聚合物，例如特氟纶，薄片或薄膜都可以用来取代涂层。压力机512降低上模板510直到上模板510上的挠性板514被压到和RFID器件504之间达到预定的压力。如图7所示，当RFID器件的板502在挠性板514和石英板524之间被压缩时，挠性板514在芯片和器件504的周围产生变形，从而将压力基本均匀地分配到芯片或器件上，同时也补偿了压力变化。然后NIR加热元件522被启动，RFID器件504被加热到适当的温度，从而热压固化粘合剂。上模板510可以包括用来将热辐射反射回芯片的表面。
0061应该意识到，挠性板514，板502和石英板524都是相对辐射透明的，因此当暴露在NIR辐射中时，三种板的温度都不会明显地升高。但是，因为RFID器件504和/或芯片能够吸收NIR辐射，所以当暴露在NIR辐射时，RFID器件504和/或芯片会迅速地加热。当RFID器件504和/或芯片被NIR灯522加热时，芯片或内插器与其安装表面的交界面上的粘合剂也被加热，从而将粘合剂固化。粘合剂通常也可以通过热的芯片的热传导而被加热。应该意识到，一些天线结构也可以被NIR辐射加热，从而也将热量传导给将要被固化的粘合剂。作为一种可选的或额外的热源，一些粘合剂可以吸收NIR辐射，并因此可以直接被NIR辐射加热。
0062图8显示了另一个NIR热压结合器件的配置。热压结合器件510包括上模板510和下模板520。本实施例中的上模板510包括一个或多个热辐射加热元件522，石英板524和透明挠性板514。下模板520起反应面的作用，靠着被压缩的上模板510。下模板520的上表面可被涂上特氟纶或其它合适的聚合物。作为另一种选择，特氟纶薄片或薄膜都可以被使用。下模板520也可以包括反射面515。
0063在图9中，RFID器件组件502的板在上模板510和下模板520之间被压缩。挠性板514在板上的RFID器件504附近产生形变，从而为RFID器件504提供基本上均匀的压力。相对辐射透明的石英板524和挠性板514允许热辐射加热元件522产生的NIR或其它热辐射传至RFID器件504，从而加热器件并固化粘合剂。
0064转到图10，一张曲线图显示了可以被用于本发明的各种典型材料的相对NIR辐射吸收率。图10所示的曲线图起解释作用，图中所示材料仅仅是用来实践本发明的实例性材料。所示材料决不是想要限制可以用来实践本发明的材料。从曲线图中可以看到，在大部分的波长谱上，可以用于本系统的实例性材料(透明硅，聚砜，PMMA)对NIR辐射的吸收率比构成芯片所用的抛光硅低很多。抛光硅材料对NIR辐射较高的吸收速率使得芯片能够被NIR辐射快速地加热而同时衬底材料还保持相对较冷。应该意识到，许多聚合物，例如PEEK或PEN，都可以用作挠性板的材料，这是因为大多数聚合物通常都是NIR透明的。但是，挠性板材料应该能够承受住比加热芯片所到温度更高的温度。
0065所述热辐射热压结合器件可取得几个优势。例如，与需要将板上的RFID器件引导到加热元件以提供热量和/或压力的传统热压结合器件不同，本实施例向RFID器件提供了均匀的压力，并且只选择性地对RFID器件504和/或板502的吸收热辐射的部分区域进行加热。因此，将RFID器件504引导到加热元件是不需要的。另外，因为只有热辐射吸收性材料才会被加热，热辐射加热与传导或对流加热过程相比更具有局部性(localized)，更精确。热量只会传向板的吸收热辐射的部分区域，因此整个板不会被加热。因此，可以根据哪个组件将会被加热来为电气器件的不同的组件选择材料。这个举措的优势在于降低了过多的热量导致的电气器件的损坏的风险。此外，因为只有芯片被加热，大多数的部件保持相对较冷，从而翘曲和/或其它热降解(heat degradation)发生的可能性较小。
0066通常热辐射加热也比传导或对流加热方式更有效率，并且同传导或对流加热过程相比，其能够利用相对低的热能输入产生高温。热辐射加热能够迅速地应用和移除，从而实现快速加热和冷却。因此，完成使用热辐射加热的热压结合所需时间通常比其它加热过程所需的时间短。挠性板对压力的应用降低了使用传统热压结合法可能产生的对RFID器件造成损坏的风险。此外，因为板是挠性的，所以它会很容易地适应新的板形式，器件密度和器件尺寸。不同于传统的热压结合法，本发明的挠性板可以被用来对不同尺寸的电气器件和/或具有不同密度和形式的电气器件的板进行热压结合而不需要重新装配工具。因此，因为不管板上器件的密度、厚度或位置如何，均匀的压力和热量都可以提供给热辐射加热元件下的整个区域，所以本实施例的热压结合器件对多种RFID形式和密度都是高度适应的。此外，本实施例可以使较大的区域同时被固化，从而提高了电气器件可被固化的速度。
0067上文所描述的热压结合法可以用来将芯片结合到印制的或蚀刻的内插器引线和/或天线。图11提出了制造电气器件的板的方法600-a。在工步601中，凸点芯片的晶片被提供。在工步602中，粘合剂，例如ACP，ACF或NCP被应用到芯片上，或内插器或天线的传导印制或蚀刻元件上。在工步604中，芯片被从晶片上拾起，反转，然后在工步605中被放置在内插器或天线上。内插器或天线可以被呈现在选定的衬底的板(在工步603中显示)上。在工步606中，板，包括放置在内插器和/或天线上的多个芯片，被载入NIR热压结合器件，在其中多个芯片将会被结合到内插器和/或天线上。
0068将芯片热压结合到内插器和/或天线上可通过本发明的热压结合法和器件来实现。例如，上文讨论的关于图6-7的NIR热压结合器件可以用在工步606中。如图12所示，包含NIR加热元件520和挠性板530的NIR热压结合器件500被压靠向具有图案化的导体或其它电气部件的板702上的芯片704。挠性板530在芯片704周围产生形变从而向那里提供压力。如图12所示，芯片704上的芯片焊点706接触板702上的印制的/蚀刻的传导材料708。当NIR加热元件520被启动后，芯片704和焊点706都会被NIR辐射加热，因此芯片下的粘合剂(ACP，ACF或NCP)也会被NIR辐射加热。因此该热量和压力就将芯片704的焊点706和印制的/蚀刻的传导材料708结合在一起(在使用NCP的情形下直接结合或在使用ACP或ACF的情形下通过使用Z方向的传导微粒进行结合)。然后NIR加热元件520可以被解除作用以使粘合剂迅速凝固，从而实现焊点706和板702上的印制的/蚀刻的传导材料的电耦合和机械耦合。热压结合器件然后被打开使得板702和现已被电结合和机械结合到板702上的内插器和/或天线的芯片704一起移动。
0069上文所描述的热压结合器方法也适合回流可熔性传导材料(例如焊料)。在图13中，显示了一种制造电气器件的板的方法600b。在工步610中，凸点芯片的晶片被提供。该芯片在工步620中被从晶片上拾起，并且在工步630中可以选择地放置在传送面上。在工步640中，电气部件(例如印制的/蚀刻的导体)的板被提供。在工步650中，一种可熔性传导材料被印制到该板上。在工步650之后，一种熔接材料可以被选择地应用到可熔性传导材料上以确保在回流过程中可熔性传导材料的合适流动。另外，一种粘合剂可被通过印制或其它方式沉积在板上，从而在工步670中的焊料回流之前暂时将芯片固定在电气部件上。在工步660中芯片然后就被直接从晶片上或者可以选择地从传送面上放置在板上，同时芯片的凸点接触板上的可熔性传导材料。可熔性传导材料然后在工步670中被回流，从而将芯片电耦合到电气部件。
0070回流可熔性传导材料可以通过本发明的热压结合法实现。例如，在工步660之后，板可以被推进诸如上文所讨论的NIR热压结合器件(对照图6-7)的一种热压结合器件。如图14所示，包含NIR加热元件520和挠性板530的NIR热压结合器件500靠着包含图案化的导体或其它电气部件的板702上的芯片704被压缩。挠性板530在芯片704的周围产生变形从而向那里提供压力。如图15所示，芯片704上的焊料块706接触印制的可熔性传导材料708。当NIR加热元件520被启动后，芯片704和/或焊料块706将会被NIR辐射加热，从而引起焊料块706和可熔性传导材料708的回流。然后NIR加热元件520将会被解除作用，从而使得焊料706和可熔性传导材料708凝固，从而将芯片704电耦合和机械耦合到板702上的电气部件。然后一种底部充胶材料可以被用来加强芯片到电气部件的机械连接。应该意识到，可熔性传导材料708不是在所有应用中都是必需的，这是因为焊料706独自就可以充分地将芯片电耦合到电气部件。
0071任何一个上文所述的实施例的额外工步都可以依靠其应用和使用的材料来被执行。例如，将可熔性传导材料(也就是焊膏)在芯片从晶片上移走前分配给芯片是需要的。在使用焊膏将芯片耦合到内插器引线或天线结构时，在回流焊料之前采用不流动或低流动的底部充胶以加强芯片和内插器引线或天线结构之间机械连接的做法是可取的。但是，当使用ACP或NCP粘合剂来耦合芯片到内插器引线或天线结构时，底部充胶常常是不需要的。在上文所描述的所有方法中，为了在芯片被放置到板之后但在被结合到那里之前，将粘合剂印制到内插器引线或天线结构的板以将芯片固定在适当的位置的做法可能是有利的。
0072本发明的实施例也非常适合制作容性耦合嵌入物的过程。例如，一种压敏粘合剂(PSA)可以被用来取代ACP以将内插器耦合到天线结构。除了压敏粘合剂，其它非传导的粘合剂也可以被使用，例如非传导的环氧树脂，热塑性的粘合剂和热固性的粘合剂。之前所公开的热压结合器件可以仅对RFID器件组件施压而不加热(也就是热源未被启动)。照这种方式，电容耦合的RFID器件可以被制造出来。图16显示了这种器件的一个实例，其中天线部分822通过压敏粘合剂或其它合适的方式被电容耦合到RFID内插器812的内插器引线810。
0073图17说明了可以使用本发明的方法制造的电容耦合嵌入物的另一种变型方案。RFID器件802包括天线结构808和内插器812。传导内插器引线810和天线结构808之间的间隙可通过间隔件844来维持，间隔件是电介质焊点806的组成部分。间隔件844可以连同非传导聚合物被用在绝缘焊点806。间隔件844可以在聚合材料中被预混合。作为另一种选择，间隔件可以被旱喷在已经应用在天线808和/或传导内插器引线810的非传导聚合物上。应该意识到，间隔件844也可以连同其它电介质材料一起被使用，例如压敏粘合剂。合适的间隔件的实例包括SekisuiFine Chemical Co.of Japan的Micropearl SP-205 5μm间隔件和Merck的7.7μm纤维间隔件(产品111413)。应该意识到，使用间隔件844可有助于在RFID器件802的天线808和传导内插器引线810之间获得准确一致的间距。
0074图18说明了可采用本发明的方法制造的另外一种电容耦合RFID器件850。在图18中，芯片858通过绝缘焊点852被耦合到传导内插器引线860，同时在芯片858的触点856和传导内插器引线860之间获得了电容耦合854。一种压敏粘合剂可以用在芯片858的触点和绝缘焊点852的界面处以将各部件结合在一起。
0075应该意识到，本发明的实施例允许对排列非常密集的板形式的半导体芯片和电气部件的进行热压结合和/或耦合。根据之前的阐述，本发明能够在板上将芯片以多道的方式结合和/或耦合到电气部件上。本发明的方法可以使结合芯片间距小于7毫米，优选地小于5毫米的板上的电气器件变得容易。芯片间距是指板上相邻芯片之间的间距。将非常密集的器件板(也就是，低芯片间距)结合的能力使采用较高质量的衬底的成为可能，这是因为只有较少的衬底材料被浪费。因此，之前用作衬底材料是成本禁止的材料可以用在本发明的方法中。使用诸如Kapton的较高成本的材料可能是有利的。例如，Kapton较高的Tg使得它特别适用于热结合过程，这是因为它能够比传统材料经受更高的温度。
0076但是，应该意识到，本发明的热辐射实施例可以不需要使用较高成本的衬底材料，例如Kapton。由于通过热辐射实现的高精确度和局部性的热应用，粘合剂可以固化而不会对衬底材料显著加热。因此，较不昂贵的衬底材料可以被使用。不管所用衬底材料的类型，本发明的方法都能实现对排列非常密集的电气器件的热压结合，因此就减少了每件器件所需要的衬底材料量。照这种方式，本发明的方法使电气器件以较低的成本制造。
0077本发明的热压结合方法和器件可以和现有的电气器件制造机器一起被使用，例如，由Besi Die Handling，Inc建造的DS9000 Tape ReelSystem。DS9000能在每小时放置9000个单元。本发明的方法可以连同这种机器一起使用以实现RFID器件的制造的高速度和低成本。
0078应该意识到，本发明的热压法和器件并不限制于对固定的RFID器件应用热压法。本发明可以被用来间歇地或连续地将热压法，如所要求的，应用到一个或多个固定或连续移动的RFID器件。例如，在其中RFID器件的板是用间歇的方式(也就是，在RFID器件的制造中，板是间歇地向前移动)制造的系统中，当器件静止时热压器件可以将热压法应用到一个或多个RFID器件。在这种应用中，热压器件被启动和解除作用以选择地将热压法应用到一个或多个RFID器件。作为另一种选择，在其中RFID器件的板是连续移动的系统中，当器件经过热压器件时，热压器件可连续地将热压法应用到RFID器件上。例如，热压器件可以被提供在移动带上，以使得当器件连续移动时热压法可以被应用到一个或多个RFID器件。在这种应用中，热压器件可以连续地被启动，并且热压的持续时间可由RFID器件前进通过热压器件的速度控制。作为另一种选择，热压器件可以被提供在移动带上，以使热压器件和RFID器件板一起移动，从而选择地将热压法应用到一个或多个RFID器件。
0079在阅读了之前的描述，本领域的技术人员可能会想起(occurto)一些修改和改进。应该认识到，本发明并没有局限于任何特定类型的通信器件或内插器。出于本应用的目的，耦合，耦合的，或耦合着广义上都应解释为包括直接电耦合和电抗(reactive)电耦合。电抗耦合广义上应包括电容和电感耦合。本领域的普通技术人员将会意识到，存在不同种可将这些元素实现本发明的方式。本发明应覆盖权利要求的内容及其等同物。这里所用的具体的实施例是为了帮助理解本发明，而不应该用来限制本发明的范围，使得本发明的范围窄于权利要求及其等同物的范围。
0080虽然本发明是通过某个实施例或某些实施例来被说明和描述的，对阅读和理解了规范和附图的本领域的技术人员来说，对本发明实施例的等效更改和修改将是显然的。尤其对于多种通过上文描述的元素(部件，组件，器件，组成，等等)实现的功能，用来描述这些元素的术语(包括一个“方法”的引用)，如果没有以其它方式指出，都应和任何实现所描述元素(也就是功能上等效)的特定功能的元素一致，即使这些术语没有在结构上和在这里所说明的典型的实施例或本发明的实施例里实现功能的公开的体系一致。另外，当本发明的一个特性在上文中可能对照一个或多个所说明的实施例进行描述时，这种特性可以与其它实施例的一个或多个特性结合，因其对于任何给定或特定的应用来说可能是所期望的或有利的。
权利要求
1.一种将半导体芯片(204/704)热压结合到电气部件的方法包括将所述半导体芯片(204/704)定位在所述电气部件上；和使用热压结合器件(200/500)对结合材料进行加热；其中所述加热包括施压将所述结合器件(200/500)的至少一个加热元件(220)和所述半导体芯片(204/704)压缩接合；而且其中所述施压包括使用所述结合器件(200/500)的弹性构件对至少一个加热元件(220)进行下压。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个加热元件(220)包括居里点自调节加热元件(220)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个加热元件(220)包括电阻加热元件(220)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹性构件包括可变形的囊状物(230)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹性构件包括橡胶垫。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹性构件包括弹簧。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述弹性构件包括挠性板(530)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述电气部件包括天线结构(808)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中多个半导体芯片(204/704)被同时热压结合到多道板(202/502)上的多个电气部件。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述定位包括将多个半导体芯片(204/704)与板(202/502/702)上的多个电气部件对准。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述板(202/502/702)上的相邻芯片(204/704)的芯片间距小于7毫米。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述板(202/502/702)上的相邻芯片(204/704)的芯片间距小于5毫米。
13.一种将半导体芯片(204/704)热压结合到电气部件的方法包括将所述半导体芯片(204/704)定位在所述电气部件上；和使用热压结合器件(200/500)对结合材料进行加热，其中所述加热包括施压将所述热压结合器件(200/500)的挠性板(514)和所述半导体芯片(204/704)压缩接合；并且应用热辐射。
14.根据权利要求1或13所述的方法，其中所述结合材料包括一种应用于所述半导体芯片(204/704)和所述电气部件中的至少一个的粘合剂。
15.根据权利要求1或13所述的方法，其中所述结合材料包括一种热塑性的结合材料。
16.一种将半导体芯片(204/704)热压结合到电气部件的方法包括将焊料(706)应用到所述半导体芯片(204/704)或所述电气部件中的至少一个；将所述半导体芯片(204/704)定位在所述电气部件上；和使用热压结合器件(200/500)对焊料(706)进行回流，其中所述回流包括施压将所述结合器件(200/500)的挠性板(530)和所述半导体芯片(204/704)压缩接合，并应用热辐射。
17.根据权利要求13或16所述的方法，其中所述挠性板(530)是相对辐射透明的。
18.根据权利要求13或16所述的方法，其中多个半导体芯片(204/704)被热压结合到多道板(202/502)上的多个电气部件。
19.根据权利要求13或16所述的方法，其中所述电气部件包括天线结构(808)。
20.根据权利要求13或16所述的方法，其中所述热辐射包括近红外辐射。
21.根据权利要求13或16所述的方法，其中所述热辐射包括微波辐射。
22.根据权利要求13或16所述的方法，其中所述热辐射包括紫外线辐射。
23.根据权利要求13或16所述的方法，其中所述热辐射包括电子束。
24.根据权利要求13或16所述的方法，其中所述半导体芯片(204/704)是相对辐射吸收的。
25.一种将半导体芯片(204/704)容性耦合到电气部件的方法包括将一种压敏粘合剂应用到半导体芯片(204/704)和电气部件中的至少一个；将所述半导体芯片(204/704)定位在所述电气部件上；和利用结合器件(200/500)压缩粘合剂，从而实现所述半导体芯片(204/704)与所述电气部件的耦合；其中所述压缩包括施压将所述结合器件(200/500)的挠性板(514)和所述半导体芯片(204/704)压缩接合。
26.根据权利要求13，16或25所述的方法，其中所述挠性板(514)包括硅橡胶。
27.根据权利要求13，16或25所述的方法，其中所述挠性板(514)包括特氟纶。
28.根据权利要求1，13，16或26所述的方法，其中所述电气部件包括内插器。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述电气部件包括天线结构(808)。
30.根据权利要求25所述的方法，其中多个半导体芯片(204/704)被耦合到多道板(202/502)上的多个电气部件。
31.根据权利要求13，16或25所述的方法，其中所述定位包括将多个半导体芯片(204/704)与多道板(202/502/702)上的多个电气部件对准。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述板(202/502/702)上的相邻芯片(204/704)的芯片间距小于7毫米。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述板(202/502/702)上的相邻芯片(204/704)的芯片间距小于5毫米。
34.根据权利要求13，16或25所述的方法，其中所述半导体芯片(204/704)是包含了安装在所述芯片上的内插器引线的内插器。
35.根据权利要求25所述的方法，其中所述粘合剂是一种环氧树脂。
36.根据权利要求25所述的方法，其中所述粘合剂是热塑性粘合剂。
37.根据权利要求25所述的方法，其中所述粘合剂是一种热固性粘合剂。
全文摘要
本发明提供了一种对一个或多个电气器件进行热压结合的方法，所述方法使用独立的加热元件和一个弹性构件以将独立的加热元件和电气器件压缩接合。所述独立的加热元件可以采用居里点加热元件或者传统的电阻加热元件。本发明同时也提供了一种使用透明挠性板和热辐射对一个或多个电气器件进行热压结合的方法。在一个实施例中，所述热辐射是近红外热辐射，所述透明挠性板是由硅橡胶组成。结合材料可以采用粘合剂或者热塑性的结合材料。本发明同时也提供了一种使用压敏粘合剂将半导体芯片到电气部件上的方法。所述方法包括通过将结合器件的挠性板与所述半导体芯片压缩接合以实现对芯片的压缩。
文档编号H01L21/30GK1985351SQ200580023314
公开日2007年6月20日 申请日期2005年6月20日 优先权日2004年6月18日
发明者K·凯恩, D·N·爱德华兹, J·芒恩, R·梅赫比, I·J·福斯特, T·C·维克雷 申请人:艾利丹尼森公司