专利名称：加压加热设备及方法
技术领域：
在此阐述的实施例涉及一种加压加热设备，该加压加热设备使用加压加 热方法将电子部件通过接合材料接合到电路板。
背景技术：
近几年，数字信息家电设备(例如，手机、数码相机以及数字视频)取 得了显著的发展。用于数字信息家电设备的电子装置需要在小型化、轻量型、 性能、功能性以及多样性方面进一步改进。为了符合这种要求，半导体芯片 已经小型化并且设置到半导体芯片上的管脚数目增加。随着这种进步，半导 体芯片布置中的脚距变小(密脚距布置)。因此，需要一种能够实现这种密 脚距布置的安装方法。
作为芯片焊接技术之一的倒装芯片安装技术被认为是实现高密度、小尺 寸、高性能以及低成本装置的关键技术，并且倒装芯片安装技术的应用已得 到扩展。取决于凸块材料和焊接类型，倒装芯片(即，FC)安装技术中具有 各种工艺。根据封装形式选择最优的FC安装处理。
由于采用压力接触方法和金焊接方法，所以处理焊盘间距为50pm的封 装件的FC安装技术更适用于大规模制造。但是，这些技术中存在的问题是: 在FC安装工艺之后会在底部填充(即，UF)材料中产生空隙。如果在UF 材料中产生空隙，则可能发生电子迁移现象，这将引起电极之间的短路。因 此，为了减少在对UF材料进行加热的过程中产生的空隙，建议在第一加热 过程中使UF材料成胶状并随后在第二加热过程中使焊料熔化。通过在第一 加热过程中使UF材料成胶状可减少在UF材料中产生空隙(气泡)。但是，在该方法中存在的问题是处理时间与使用一次加热过程的方法相比延长二 至十倍。另外，由于加热一个半导体芯片的时间很长，因此热会传递到与正 在加热的半导体芯片邻近的半导体芯片中，这使得供给至邻近的半导体芯片 的UF材料开始固化过程。
因此，提出了一种在将压力施加到多个半导体芯片上的同时对所述多个 半导体芯片进行加热的方法(例如，参考专利文献1)。而且还提出了一种 通过使用多个头(包括用于加压加热半导体芯片的头和用于加压结合FPC的 头)同时加压结合半导体芯片和柔性印刷电路板(即，FPC)的方法(例如， 参考专利文献2)。此外，提出了通过使用多个头将多个TAB衬底同时加压 结合到液晶衬底上的方法(参考专利文献3)。
专利文献l:第11-121532号日本公开专利申请
专利文献2:第2005-86145号日本公开专利申请
专利文献3:第06-77643号日本公开专利申请
为了同时加压加热多个半导体芯片，必须在加压加热设备中设置多个加 压加热头。如果将加压机构和加热机构设置于每个加压加热头，则加压加热 设备的制造成本会提高。
另外，必须在加压加热设备中设置用于安置多个加压加热头(均具有加 热器)的空间。这可能会阻碍对以窄脚距布置的半导体芯片和以多列布置的 半导体芯片的处理。即，各个半导体芯片的具有加压机构和加热机构(加热 器)的加压加热头的平面投影尺寸(占地面积)必须大于每个半导体芯片的 平面投影尺寸。因此，由于每个加压加热头远远大于以窄脚距布置的每个半 导体芯片，从而加压加热头不能布置在半导体芯片的相应的位置上。
而且，必须独立地控制每个加压加热头的加热温度和压力，因此，控制 复杂并且很难实施维护操作。
因此，期望开发出一种改进的加压加热设备，其能够很容易地独立控制 每个加压加热头的加热温度和压力。
发明内容
根据本发明的一个方案，提供了一种加压加热设备，包括基台，其构
造为将待加压加热的物体放置在其上；加压加热头，其设置为与所述基台相对；以及压力驱动机构，其构造为相对于所述基台可移动地支撑所述加压加热头，其中加压加热头包括多个压力加热工具；保持件，其构造为独立地容置所述多个加压加热工具中的每个加压加热工具；单个加热块，其构造为与所述多个加压加热工具的端部接触从而传递热；以及多个支撑件，其构造为分别相对于所述保持件独立地和可移动地支撑所述多个加压加热工具。
另外，根据本发明的另一个方案，提供了一种加压加热方法，包括将多个加压加热工具通过多个弹性材料构件独立地支撑在单个保持件上；以及通过移动所述保持件使所述多个加压加热工具分别压抵多个待加压加热物体，并通过从所述单个加热块经由所述多个加压加热工具进行传热，来加热待加压加热物体。
而且，根据本发明的再一个方案，提供了一种待处理物体移动设备，其构造为使待处理物体在可竖直移动的基台上的第一位置和外部搬运装置上的第二位置之间移动，且包括保持台，其构造为保持所述待处理物体；臂，其构造为保持所述保持台；以及水平移动机构，其构造为使所述臂水平地移动，其中，所述竖直移动机构设置在所述第二位置的与所述第一位置相对的相对侧，并且当所述保持台处于所述第二位置时，所述臂从所述第一位置朝向所述第二位置延伸。
实施例的目的和优点将通过所附的权利要求中具体指出的构件和组合来实现和完成。
应当认识到，如所声明的，前面的概述和下面的详述仅是示例性说明并且不限制本发明。
图1是示出根据一实施例的加压加热设备的外形结构的正视图2是从底侧看到的加压加热头和基台的立体图3是加压加热头的分解立体图4是加压加热头的部分截面放大图5是示出在加压加热工具压抵半导体芯片的状态下的加压加热头的部分截面图6是使用巻簧作为弹性材料构件的加压加热头的部分截面图；的加压加热头的部分截面图8是滚动接触型滚珠衬套在保持件的容置部的内壁和加压加热工具之间的情况下的加压加热头的部分截面图9是诸如作业油的流体代替弹性材料构件，以用于产生压力的情况下的加压加热头的部分截面图10是示出在衬底装卸器附连到加压加热设备的下基座的状态下的侧视图11是衬底工作台的分解立体图12是示出在位于加压加热头和基台之间的衬底工作台和靠近基台设置的搬运输送装置之间的位置关系的概略图13是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的一系列操作中的第一操作的概略图14是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的该系列操作中的第二操作的概略图15是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的该系列操作中的第三操作的概略图16是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的该系列操作中的第四操作的概略图17是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的该系列操作中的第五操作的概略图18是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的该系列操作中的第六操作的概略图19是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的该系列操作中的第七操作的概略图20是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的该系列操作中的第八操作的概略图21是示出加压加热头、基台以及衬底工作台的该系列操作中的第九操作的概略图。
具体实施例方式
将参考附图阐述本发明的优选的实施例。
图1是示出根据一实施例的加压加热设备的外形结构的正视图。该加压加热设备包括下基座2;多个导杆4，从下基座2竖直延伸；以及上基座6，所述导杆4的端部固定至该上基座。
基台支撑板10沿导杆4可移动地设置在下基座2的侧部，基台8附连至该基台支撑板。基台驱动电动机12附连到下基座2。基台驱动电动机12的转轴连接到滚珠丝杠14，该滚珠丝杠附连至基台支撑板10。通过驱动基台驱动电动机12以驱动滚珠丝杠14，基台8可以与基台支撑板10 —起上下移动。除了基台驱动电动机12和滚珠丝杠14的组合之外，还可以使用气缸、液压缸或者凸轮机构来实现基台8的竖直运动。
另一方面，头支撑板16沿导杆4可移动地设置在上基座6的侧部，加压加热头30附连至该头支撑板上。头驱动电动机18附连到上基座6。头驱动电动机18的转轴连接到滚珠丝杠20，该滚珠丝杠附连至头支撑板16。通过驱动头驱动电动机18以驱动滚珠丝杠20，加压加热头30可以与头支撑板16 —起上下运动。除了头驱动电动机18和滚珠丝杠20的组合之外，还可以使用气缸、液压缸或者凸轮机构实施加压加热头30的竖直运动。
具有上述结构的加压加热设备是用于同时对布置在衬底上的多个半导体芯片进行加压和加热的设备。具体地说，通过将加压加热头30从上方压向半导体芯片的同时利用加压加热头30加热半导体芯片来加热和固化底部填充材料，从而使半导体芯片固定到衬底上。
另外，衬底装卸器设置在加压加热设备附近以便将衬底置于基台8上。在图1中，示出了衬底装卸器的衬底工作台62位于上部。下面将阐述衬底装卸器的结构和操作。
图2是从底侧观察的加压加热头30和基台8的立体图。加压加热头30包括加热块32和附连到加热块32的保持件34。加热块32是由诸如铜的导热材料形成的单个块。电加热器(图中未示出)设置在加热块32中。可以通过向电加热器供电来加热所述加热块32。保持件34也由诸如铜的导热材料制成。优选地，将镍镀层涂覆到加热块32和保持件34的表面上。
加压加热头30所面向的基台8是具有平坦表面并由诸如不锈钢形成的块。电加热器可以设置在基台8的内部。可以通过向电加热器供电来加热基台8而加热放置在基台8上的衬底50。
图3是加压加热头30的分解立体图。图4是加压加热头30的截面放大图。
保持件34通过保持件附连板35附连到加热块32。不一定必须设置保持件附连板35，保持件附连板35可以与保持件34 —体地形成。多个容置部36形成在保持件34中。容置部36贯穿保持件34并在保持件34的顶面和底面之间延伸。容置部36的布置与作为待加热加压物体的衬底上的半导体芯片52的布置相对应。
加压加热工具38分别容置在容置部36中。每个容置部36由柱形通孔形成。每个加压加热工具38形成为柱形，以使得加压加热工具38可以分别沿容置部36的内壁滑动。正方形的平坦部形成在每个加压加热工具38的端部以对半导体芯片52加压。加压加热工具38由例如铜的导热材料制成。
每个加压加热工具38的上端形成空腔，以便作为支撑件的弹性材料构件容置在所述空腔中。弹性材料构件40的一部分从加压加热工具38的末端延伸出，并且在加压加热工具38容置在保持件34的容置部36中的状态下，弹性材料构件40的上端与加热块32接触。即，加压加热工具38处于将加压加热工具38通过各个弹性材料构件40附连到加热块32的状态下。
与弹性材料构件40附连的加压加热工具38分别容置在容置部36中，并且盖42附连到保持件34的底面。在盖42上设置开口 42a，以便加压加热工具38的末端从盖42中伸出。
当具有上述结构的加压加热头30朝基台8上的衬底50移动，并且加压加热工具38的末端压在半导体芯片52上时，弹性材料构件40被压縮并且加压加热工具38相对于保持件34弹性地移动(移位)。加压加热工具38的移动距离可以是这一范围，即，能够吸收从衬底50的表面到半导体芯片52的顶面的高度上的变化。例如，如果半导体芯片的厚度是0.05mm到0.3mm，则加压加热工具38的可充分移动的距离可能是lmm到2mm。由于加压加热工具38施加的压力由弹性材料构件40的弹力决定，从而需要设定可移动距离(行程)，通过该可移动距离，可将所需的压力施加到每个半导体芯片52上。200910149691.0 52的状态下的加压加热头30的部分截面图。即使半导体芯片52的高度存在变化，也能够通过弹性材料构件40被压縮并弹性变性而吸收该变化。因此，可以由加压加热工具38对每个半导体芯片52施加所需的压力。在半导体芯片52不存在的部分中，加压加热工具38与衬底50的表面接触。
由于将加压加热工具38以一对一的方式设置到半导体芯片52上，因此每个加压加热工具38可以独立地移动(移位)，这使得可以单独对每个半,体芯片52加压。根据上述机构，可以吸收半导体芯片52的高度的变化。
由于弹性材料构件40与加热块32接触，从而期望的是由具有耐热性的弹性材料形成所述弹性材料构件40。虽然在本实施例中弹性材料构件40由聚氨酯橡胶形成，但是弹性材料构件40不限于诸如橡胶或塑料的弹性材料，还可以使用诸如硅胶的胶状材料或金属制成的弹簧。
加压加热工具38不仅具有对半导体芯片52加压的功能，还具有通过加热半导体芯片52而加热底部填充材料或半导体芯片52和衬底50之间的焊料的功能。
加热块32设有加热器，以便可以通过该加热器对加热块32加热。当对加热块32加热时，热通过铜制保持件34传递到加压加热工具38，并且还加热加压加热工具38的末端。因此，由加压加热工具38的末端加压的半导体芯片52也被加热，这致使半导体芯片52下方的底部填充材料和焊料被加热。
根据本实施例，不需要对多个加压加热工具38中的每个加压加热工具都设置加热器，并且通过将热量从单个加热块32传递到加压加热工具38来加热该加压加热工具38。因此，使加热机构简化，并且可以通过简单地执行对加热所述加热块32的加热器的控制来实现对加热的控制。
弹性材料构件40不限于聚氨酯橡胶，而是可以使用各种弹性材料形成。图6是使用作为弹性材料构件的金属巻簧44的加压加热头30的部分截面图。通过将金属巻簧44用作弹性材料构件，加热块32产生的热可以通过金属巻簧44传递到加压加热工具38。通过在保持件34的容置部36的内壁与加压加热工具38的外周表面之间设置导热油可以改进热传递性能。而且，如图7所示，具有良好导热性的弹性材料46 (例如导热胶体)可以设置在巻簧44内，从而改进到加压加热工具38的热传递。而且，如图8所示，滚动接触型滚珠衬套48可以设置在保持件34的容置部36的内壁和加压加热工具38 的外周表面之间，从而进一步改进到加压加热工具38的热传递。
图9是使用诸如作业油的流体替代弹性材料构件以产生压力的加压加热 头38的部分截面图。形成在保持件34中的容置部36的周部由诸如O形圈 的密封材料件54密封，并且诸如作业油的流体(液体)56填充到容置部36 中。可以通过经由形成在加热块32中的通道32a供应流体56,而使得流体 56填充到容置部36中。可以通过在加压加热工具38的末端与半导体芯片 52接触的状态下挤压容置部36中的流体56，而对半导体芯片52加压。如 果流体56具有良好的导热性，则在加热块中产生的热量可以通过流体56有 效地传递到加压加热工具38。
下面将阐述衬底装卸器，衬底装卸器是用于将衬底50置于基台8上的 衬底移动装置。
图10是示出衬底装卸器60附连到加压加热设备的下基座2的状态下的 侧视图。在图10中，为了简化附图，省略对加压加热设备的导杆4的示出。 衬底装卸器60是拾取由搬运输送装置80输送的衬底50的衬底传递装置， 搬运输送装置80是外部搬运装置并将衬底50置于基台8上。而且，衬底装 卸器60拾取基台8上的衬底50，并将衬底50返还给搬运输送装置80。
衬底装卸器60具有用于保持拾取的衬底50的衬底工作台62。衬底工作 台62是用于保持衬底的保持台，衬底工作台62固定到由臂驱动机构66驱 动的臂64上。通过沿图IO中的从左到右和从右到左的方向水平地移动，臂 64使衬底工作台62在搬运输送装置80上的第二位置与基台8上的第一位置 之间移动。由设置在搬运输送装置80下方的衬底升降机82的竖直运动和基 台8的竖直运动执行拾取衬底50的操作。因此，衬底工作台62仅在水平方 向上移动。
图11是衬底工作台62的分解立体图。衬底工作台62是槽形框架构件， 并在槽形体的三个内侧上均设有衬底接合部62a。衬底接合部62a与衬底50 的三个侧面接合以保持衬底50。上引导件68设置在衬底工作台62的上部。 上引导件68是加压构件，用于在由衬底接合部62a保持的衬底50被基台8 向上提升时对衬底50进行加压和固定。在图10中，衬底工作台62设置为 使得槽形体的敞开侧面向搬运输送装置80。图12是示出位于加压加热头30与基台8之间的衬底工作台62与位于 基台8附近的搬运输送装置80之间的位置关系的概略图。下面将参考图12 阐述衬底装卸器60的操作。图13到图21是示出加压加热头30、基台8以 及衬底工作台62的一系列的操作的概略图。
首先，如图13所示，其上设有半导体芯片的衬底50由搬运输送装置80 输送，并且位于衬底50被拾取的位置。随后，如图14所示，位于搬运输送 装置80下方的衬底升降机82向上移动以提升衬底50。衬底50在该状态下 的竖直位置稍高于衬底工作台62的衬底接合部62a。随后，如图15所示， 衬底工作台62水平移动，并且衬底接合部62a移动到衬底50下方的位置。 随后，如图16所示，衬底升降机82向下移动，以实现衬底50与衬底接合 部62a接合并由衬底接合部62a保持的状态。
随后，如图17所示，衬底工作台62在保持衬底50的同时水平移动到 基台8上方的位置。随后，如图18所示，基台8向上移动且衬底50置于基 台8上。在该状态下，衬底50通过上引导件68压在基台8上，从而防止衬 底50因翘曲而上巻。提供给衬底50的底部填充材料由来自基台8的热进行 加热。该加热过程是第一加热过程，并且加热温度和加热时间设定为使底部 填充材料不完全固化并停留在胶状状态。
如图19所示，在第一加热过程完成之后，加压加热头30向下移动，并 在通过多个加压加热工具38对多个半导体芯片52同时加压的同时执行第二 加热处理。在第二加热过程中，通过使来自多个加压加热工具38的热同时 加热多个半导体芯片52来使半导体芯片52下方的底部填充材料固化。如果 使用焊料熔接，则焊料在第二加热过程中熔化。
如图20所示，在第二加热过程完成之后，加压加热头30向上移动并且 基台8向下移动。当基台8向下移动时，衬底50与衬底工作台62的衬底接 合部62a接合，并且衬底50由衬底工作台62保持。然后，如图21所示， 衬底工作台62水平移动到搬运输送装置80上方的位置。之后，衬底升降机 82向上移动以略微提升衬底，并且衬底工作台62向后移动，且衬底升降机 82向下移动。由此，衬底50置于搬运输送装置80上并被输送到下一个过程。
应该认识到，虽然上述衬底装卸器60设置为加压加热设备的一部分， 但是衬底装卸器60可用于移动与处理设备相关的、不同于加压加热设备的、诸如衬底的待处理物体。例如，衬底装卸器60可用于作为处理设备的接合 设备中，从而使作为待处理物体的衬底在接合基台上的第一位置与输送设备 上的第二位置之间移动。
在此给出的所有实例和条件性语句旨在用于教示目的，以帮助读者理解 发明的原理和发明人为发展技术所构想的构思，并且这些具体给出的实例和 条件性语句不受具体列举的实例以及条件的限制，并且说明书中这些实例的 组合也不与本发明的优劣有关。虽然详细地阐述了本发明的(多个)实施例， 但是应该认识到，可以在不偏离发明的原理和范围的情况下对发明进行各种 修改、置换和变型。
权利要求
1.一种加压加热设备，包括基台，其构造为将待加压加热物体置于其上；加压加热头，其设置为与所述基台相对；以及压力驱动机构，其构造为相对于所述基台可移动地支撑所述加压加热头，其中，所述加压加热头包括多个加压加热工具；保持件，其构造为独立地容置所述多个加压加热工具中的每个加压加热工具；单个加热块，其构造为与所述多个加压加热工具的端部接触从而传递热；以及多个支撑件，其构造为分别相对于所述保持件独立地和可移动地支撑所述多个加压加热工具。
2. 根据权利要求1所述的加压加热设备，其中，所述加压加热工具分 别可滑动地容置在贯穿所述保持件的多个容置部中，并且所述多个支撑件与 所述加压加热工具一起分别容置在所述容置部中。
3. 根据权利要求2所述的加压加热设备，其中，所述多个支撑件均为 弹性材料构件，所述弹性材料构件设置在所述加热块和所述加压加热工具之 间，并构造为弹性地支撑所述加压加热工具。
4. 根据权利要求3所述的加压加热设备，其中，所述弹性材料构件为 设置在所述加热块和所述加压加热工具之间的橡胶构件。
5. 根据权利要求3所述的加压加热设备，其中，所述弹性材料构件为 设置在所述加热块和所述加压加热工具之间的金属巻簧。
6. 根据权利要求3所述的加压加热设备，其中，在每个所述加压加热 工具与所述保持件的各个所述容置部的内壁之间供应导热油。
7. 根据权利要求2所述的加压加热设备，其中，每个所述支撑件是密封在各个所述容置部中的液体。
8. 根据权利要求1所述的加压加热设备，其中，所述基台设有加热器。
9. 根据权利要求1所述的加压加热设备，其中，所述加压加热工具、 所述加热块以及所述保持件由铜制成。
10. 根据权利要求1所述的加压加热设备，还包括 竖直移动机构，其构造为使所述基台上下移动；以及 加压加热物体移动装置，其构造为使所述待加压加热物体在所述基台上的第一位置和外部搬运装置上的第二位置之间移动。
11. 根据权利要求10所述的加压加热设备，其中，所述加压加热物体移动装置包括保持台，其构造为保持所述待加压加热物体； 臂，其构造为保持所述保持台；以及 水平移动机构，其构造为使所述臂水平移动，其中，所述竖直移动机构设置在所述第二位置的与所述第一位置相对的 相对侧，并且当所述保持台处于所述第二位置时，所述臂从所述第一位置朝 向所述第二位置延伸。
12. 根据权利要求11所述的加压加热设备，其中，所述保持台是槽形 构件，其具有面向所述第二位置的一个敞开侧；和位于所述槽形构件的其 他三侧的每一侧上的接合部，所述接合部与所述待加压加热物体接合。
13. 根据权利要求12所述的加压加热设备，其中，所述加压加热物体 移动装置还包括加压构件，所述加压构件设置在所述保持台上方，并当所述 待加压加热物体置于所述基台上时，抵靠着所述基台对所述待加压加热物体 加压。
14. 一种加压加热方法，包括将多个加压加热工具通过多个弹性材料构件独立地支撑在单个保持件 上；以及通过移动所述保持件使所述多个加压加热工具分别压抵多个待加压加 热物体，并通过所述多个加压加热工具传递来自所述单个加热块的热量，来 加热待加压加热物体。
15. —种待处理物体移动设备，其构造为使待处理物体在可竖直移动的 基台上的第一位置和外部搬运装置上的第二位置之间移动，且包括保持台，其构造为保持所述待处理物体；臂，其构造为保持所述保持台；以及 水平移动机构，其构造为使所述臂水平地移动，其中，所述竖直移动机构设置在所述第二位置的与所述第一位置相对的 相对侧，并且当所述保持台处于所述第二位置时，所述臂从所述第一位置朝 向所述第二位置延伸。
16. 根据权利要求15所述的待处理物体移动设备，其中，所述保持台 是槽形构件，且具有面向所述第二位置的一个敞开侧；和位于所述槽形构 件的其他三侧的每一侧上的接合部，所述接合部与所述待加压加热物体接 合。
17. 根据权利要求16所述的待处理物体移动设备，还包括加压构件， 所述加压构件设置在所述保持台上方，并当所述待处理物体置于所述基台上 时，抵靠着所述基台对所述待处理物体加压。
全文摘要
一种加压加热设备及方法，其中该加压加热设备包括基台，其构造为将待加压加热物体置于其上；加压加热头，其设置为与所述基台相对；以及压力驱动机构，其构造为相对于所述基台可移动地支撑所述加压加热头。加压加热头包括多个加压加热工具；保持件，其构造为独立地容置每一个所述加压加热工具；单个加热块，其构造为与所述加压加热工具的端部接触从而传递热；以及多个支撑件，其构造为分别相对于所述保持件独立地和可移动地支撑所述加压加热工具。
文档编号H01L21/00GK101640167SQ20091014969
公开日2010年2月3日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年7月30日
发明者伊仓和之 申请人:富士通株式会社