专利名称：用于将管芯接合在封装基板上方的具有可控间距的夹具的制作方法
用于将管芯接合在封装基板上方的具有可控间距的夹具技术领域
本发明一般地涉及半导体领域，更具体地来说，涉及一种用于封装基板的夹具。
背景技术：
在集成电路的封装中，可以将管芯封装在封装基板(有时称为层压基板)上方，封装基板包括可以在层压基板的相对面之间传递电信号的金属连接件。可以采用倒装芯片接合将管芯接合在层压基板的一个面上方，并实施回流来熔化互连管芯和层压基板的焊料凸块。
层压基板可以使用能够很容易被层压的材料。然而，这些材料易于在焊料凸块的回流期间由于温度升高所导致的翘曲。翘曲可以引起不规则连接(joint)和/或凸块裂缝， 并导致较差的组装成品率。按照惯例，为了减少层压基板的翘曲，可以使用夹具从两面挤压层压基板。夹具可以包括下夹具和上夹具。上夹具通常具有在其中设有开口的栅格图案， 以及将层压基板夹置在下夹具和上夹具之间。层压基板的多部分通过上夹具中的开口暴露出来。管芯通过开口接合至层压基板。
然而，夹具也引起了多种问题。例如，层压基板的热膨胀系数(CTE)通常不同于夹具的CTE。因此，尽管层压基板在回流之前是平滑的，但是在接合回流工艺期间，升高的温度弓I起层压基板和夹具具有不同的膨胀长度。尽管可以采取预防措施来减少回流期间层压基板的翘曲，但是在回流之后仍可能发生翘曲。发明内容
为了解决现有技术中所存在的技术问题，根据本发明的一方面，提供了一种器件， 包括下夹具，包括第一基底材料；以及第一多个部件，附接至所述第一基底材料，其中所述第一多个部件被设置成邻近所述下夹具的外围；以及上夹具，其中，所述上夹具和所述下 夹具被配置成用于固定封装基板，并且其中，所述上夹具包括第二基底材料；以及第二多个部件，附接至所述第二基底材料，其中所述第二多个部件被设置成邻近所述上夹具的外围，并且其中，所述第一多个部件被配置成通过磁力吸附至所述第二多个部件。
在该器件中，所述上夹具被设置在所述下夹具的上方，其中，所述第一多个部件的位置和所述第二多个部件的位置具有一一对应关系，其中，所述第一多个部件中的每个位于所述第二多个部件中的一个的上方，并且所述第一多个部件中的每个垂直对准于且被吸附至所述第二多个部件中的所述一个。
在该器件中，互连所述上夹具的所述第二多个部件以形成环，并且其中，所述第二多个部件被配置成当将所述上夹具堆叠在所述下夹具上方时，在所述上夹具和所述下夹具之间保留空间。
在该器件中，所述上夹具是网筛型的，所述上夹具包含网筛结构。
该器件进一步包括封装基板，所述封装基板位于所述上夹具和所述下夹具之间， 并通过所述上夹具和所述下夹具固定所述封装基板，其中，所述第一部件和所述第二部件与环绕所述封装基板的环对准，并且其中，所述封装基板的多部分通过所述上夹具中的开口暴露出来。
在该器件中，所述封装基板的厚度基本上等于所述上夹具和所述下夹具之间的间距。
在该器件中，所述第一多个部件是磁体，以及其中，所述第二多个部件由铁磁材料形成。
在该器件中，所述上夹具被设置在所述下夹具的上方，并且其中，所述第二多个部件中的每个都包括止动部，位于所述第二基底材料下方，其中所述止动部具有第一横向尺寸；以及销部，插入至所述第二基底材料中的开口中，其中所述销部和所述开口具有第二横向尺寸，所述第二横向尺寸小于所述第一横向尺寸。
在该器件中，所述上夹具被设置在所述下夹具的上方，并且其中，所述第二多个部件中的每个都包含所述第二基底材料中的螺纹部。
在该器件中，所述上夹具包括多个导销孔，以及所述下夹具包括多个导销，所述多个导销与所述多个导销孔的位置对准并被配置成插入所述多个导销孔中。
根据本发明的另一方面，提供了一种器件，包括下夹具，包括第一基底材料；以及多个磁体，位于所述第一基底材料中，其中所述多个磁体被设置成邻近所述下夹具的外围；以及上夹具，位于所述下夹具上方，其中，所述上夹具包括第二基底材料；以及多个铁磁隔离件，附接至所述第二基底材料，其中，所述多个铁磁隔离件将所述第一基底材料与所述第二基底材料间隔开，其中所述多个铁磁隔离件被设置成邻近所述上夹 具的外围，并且其中所述多个铁磁隔离件中的每个都位于所述多个磁体中的一个的上方，并垂直对准于所述多个磁体中的所述一个，以及被吸附至所述多个磁体中的所述一个。
该器件进一步包括封装基板，所述封装基板位于所述上夹具和所述下夹具之间， 其中，所述多个铁磁隔离件和所述多个磁体与环绕所述封装基板的环对准。
在该器件中，所述多个铁磁隔离件具有第一热膨胀系数(CTE)，所述第一热膨胀系数大于所述封装基板的第二 CTE。
在该器件中，所述封装基板的厚度基本上等于所述上夹具和所述下夹具之间的间距。
在该器件中，所述上夹具被设置在所述下夹具的上方，并且其中，所述多个磁体中的每个都包括止动部，位于所述第二基底材料的下方，其中，所述止动部具有第一横向尺寸；以及销部，插入至所述第二基底材料中的开口内，其中所述销部和所述开口具有第二横向尺寸，所述第二横向尺寸小于所述第一横向尺寸。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括将封装基板置于下夹具上方；以及将上夹具置于所述封装基板和所述下夹具上方，其中，所述封装基板的多部分通过所述上夹具中的开口暴露出来，并且其中，所述上夹具中的多个第一部件与所述下夹具中的多个第二部件对准，并通过磁力被吸附至所述下夹具中的所述多个第二部件。
该方法进一步包括在放置所述上夹具的步骤之后，将管芯置于所述封装基板的管芯附接区上方；以及实施回流步骤以将所述管芯接合至所述封装基板，其中，在所述回流步骤期间，所述封装基板位于所述上夹具和所述下夹具之间。
在该方法中，在所述回流步骤期间，所述上夹具和所述下夹具被配置成容许所述封装基板在与所述封装基板的主面平行的方向上膨胀和收缩，以及其中，所述上夹具和所述下夹具被配置成限制所述封装基板在垂直于所述封装基板的所述主面的方向上的移动。
在该方法中，在放置所述上夹具的步骤之后，所述上夹具通过所述上夹具的隔离件与所述下夹具间隔开，并且其中，所述隔离件被配置成将所述上夹具与所述下夹具间隔开一间距，所述间距基本上等于所述封装基板的厚度。
在该方法中，所述多个第一部件是磁体，以及所述多个第二部件包含磁性材料。
为了更充分地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中
图1A至图5是根据各个实施例的在将管芯接合到封装基板上方的中间阶段的横截面图和俯视图，其中，该封装基板被设置在上夹具和下夹具之间。
具体实施方式
在下面详细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的创造性概念。所讨论的具体实施例仅仅是示例性的，而不用于限制本发明的范围。
根据实施例提供了在回流工艺中容许层压基板固定在其之间进行膨胀和收缩的夹具。讨论了实施例的变型例。在整个附图和所描述的实施例中，相同的参考标号用于指定相同的元件。
图1A示出了下夹具20的示意性俯视图。在示例性实施例中，下夹具20包括基底材料(base material) 22,基底材料22由介电材料、或金属等形成。下夹具20可以具有矩形形状，但是也可以使用其他形状。下夹具20可以包括多个部件24，部件24可以是磁体， 因此在下文被称为磁体24。在实施例中，磁体24被设置成邻近下夹具20的外围，并可以与环26对准，环26邻近下夹具20的外围。磁体24可以被设置成邻近下夹具20 的边缘20A， 其中，例如，磁体24和相应最近的边缘20A之间的间距小于约2mm，或者小于约1mm。在实施例中，在环26内基本上不设置磁体24。导销33可以附属于下夹具20的一部分，并且导销33从下夹具20的表面22A突出(图1B和图1C)。在一些实施例中，导销33面向下夹具 20的中心的内边缘与磁体24的内边缘对准，其中内边缘在图1A中被示为43。在其他实施例中，导销33的内边缘比磁体24的内边缘更接近下夹具20的中心。
图1B和图1C示出了根据各个实施例的下夹具20的横截面图，其中通过图1A中的平面剖切线(plane crossing line) 1B/1C-1B/1C截取该横截面图。在实施例中，在基底材料22中设置磁体24。磁体24的顶面24A可以与基底材料22的顶面22A齐平，高于或低于基底材料22的顶面22A。参考图1B，磁体24可以穿过基底材料22暴露出来。可选地， 如图1C中所示，磁体24的顶面24A可以由基底材料22层覆盖，并且低于基底材料22的顶面 22A。
参考图2A，将封装基板30置于下夹具20的顶部上。在实施例中，封装基板30包含介电材料31，以及在介电材料31内部形成的金属线和通孔37 (在图2A中未示出，请参考图2B)。封装基板30可以是层压基板，其中封装基板30中的介电材料31 (其可以形成为介电层)是彼此层压的层压膜。封装基板30包括多个管芯附接区32，其中管芯附接区32的结构彼此相同。可以将管芯附接区32设置成多个组34，且组34之间的组间间距大于相同组中的管芯附接区32之间的组内间距。图2B示出了管芯附接区32之一的横截面图，其中由图2A中的平面剖切线2B-2B截取该横截面图。在封装基板30的面上形成多个金属部件 36，该金属部件可以是预焊料层、焊料凸块、或者非可回流金属凸块。金属部件36电连接至位于封装基板30相对面上的金属部件,如接合焊盘38。虚线37表示电连接件,该电连接可以包括多条金属线和互连金属线的通孔。
图3A示出了根据一些实施例的上夹具40的俯视图。在整个说明书中，下夹具20 和上夹具40共同被称为夹具组(jig set)。在示例性实施例中，上夹具40的基底材料42 可以由介电材料、或金属等形成。上夹具40可以具有矩形形状，并可以具有与下夹具20基本上相同的尺寸。上夹具40可以包括多个开口 45。每个开口 45的尺寸可以足够大以容许组34(图2A)之一通过该开口暴露出来。上夹具40可以包括多个隔离件44。隔离件44 具有磁导率，以使可以件隔离件44吸附至磁体24。隔离件44可以由铁磁材料形成，铁磁材料可以包括铁、或钢等。上夹具40进一步包括导销孔47，用于插入下夹具20(图1A、图 1B、和图1C)中的导销33，其中导销孔47的位置与导销33的位置对准。
图3B和图3C示出了上夹具40的横截面图，其中由图3A中的平面剖切线 3B/3C-3B/3C截取该横截面图。在如图3B中所示的实施例中，隔离件44包括销部44A，可以通过上夹具40中的开口(被销部44A占据)插入销部44A ;和止动部44B，止动部44B的横向尺寸可以大于销部44A的横向尺寸和上夹具40中的开口的横向尺寸。因此，可以从上夹具40的基底材料42的底部插入隔离件44，并且通过基底材料阻挡止动部44B。尽管未示出，但隔离件44可以包括或者可以不包括位于基底材料42上方的额外的定位停止件，以使隔离件44从两侧固定在基底材料42上。可选地，可以使用粘合材料将隔离件44固定在基底材料42上方。可以紧密地附接隔离件44和基底材料42，从而形成集成单元。
参考图3C，在可选实施例中，隔离件44可以任选地包括螺纹部44C，以及任选地， 包括非螺纹部44D。螺纹部44C包括螺纹，隔离件44的转动导致隔离件44移入和移出基底材料42，并且隔离件44的部分的长度S2相应地发生改变。因此，可以使用螺纹部44C来增大或者减小基底材料22和基底材料42之间的距离S2 (图4B)。
假设隔离件44和部件24可以用于将封装基板30固定至基底材料22和42和将封装基板30与基底材料22和42彼此间隔开，则可以以任意组合不同地配置隔离件44和部件24的材料和位置。例如，在上面所讨论的实施例中，在下夹具20中形成磁体24，以及在上夹具40中形成铁磁隔离件44。在可选实施例中，部件24可以由铁磁材料形成，而隔离件44是磁体。在又一些实施例中，部件24和44都是能够彼此吸附引的磁体。此外，隔离件44可以形成为下夹具20的多部分，而不是上夹具40的多部分，同时部件24可以形成为上夹具40的多部分，而不是下夹具20的多部分。
图3D示出了网筛型上夹具40。除了网筛49以外，根据该实施例的上夹具40与图3A中所示的实施例相似，网筛49可以由与基底材料42相同的材料形成，该网筛被设置在开口 45中。当将上夹具40堆叠在下夹具20上方时，可以在网筛49和基底材料42之间形成的开口中设置管芯附接区32。
图3E示出了根据可选实施例的上夹具40的仰视图。除了隔离件44形成为条状物，而不是较小块状物以外，这些实施例与图3A至图3C中的实施例类似。可以互连条状隔离件44以形成环。可选地，条状物44可以彼此断开。条状隔离件44的材料可以与图3A 至图3C中所示的隔离件44的材料基本上相同。与在图3E中所示出的俯视图中一样，导销孔47位于隔离件44的内边缘44E的外侧。当将封装基板30置于上夹具40和下夹具20 之间时(图4B)，封入导销孔47的隔离件可以保持隔离件44离开封装基板30，以使可以为封装基板30进行膨胀保留足够的空间。图3F示出了上夹具40的横截面图，其中由图3E 中的平面剖切线3F-3F或3F’ -3F’截取该横截面图。注意到隔离件44是可运动和可替换的，以使可以将具有不同厚度的隔离件44替换成适合于具有不同厚度的封装基板。
参考图4A，将上夹具40置于图2A中所示的结构的上方，图2A中所示的结构包括封装基板30和下夹具20。将下夹具20中的导销33插入到上夹具40的对应导销孔中，以使下夹具20和上夹具40对准。管芯附接区32的组34通过上夹具40中的开口 45暴露出来。在实施例中，隔离件44以对应关系基本上垂直对准于相应的磁体24 (还参考图 4B)，并吸附至磁体24。因此，隔离件44和磁体24之间的磁力也是用于将上夹具40附接至下夹具20的力，以及用于将封装基板30固定在上夹具40和下夹具20之间的力。可以观察到在如图4A的俯视图中，隔离件44和磁体24与环26对准，环26环绕封装基板30。 在环26的侧面和最近的封装基板30的边缘之间存在非零间距S3。非零间距S3容许封装基板在后续的回流工艺中膨胀。在实施例中，间距S3大于约250 μ m。
图4B示出了图4A中所示的结构的横截面图，其中由图4A中的平面剖切线4B-4B 截取该横截面图。下夹具20的基底材料22和上夹具40的基底材料彼此间隔开间距S2，间距S2由位于基底材料22和42 (还请参考图3C)之间的隔离件44的部分的长度决定。封装基板30的厚度Tl可以基本上等于间距S2，以及可以略微大于间距S2。在间距S2大于厚度Tl的实施例中，例如，差值(S2-T1)在熔点时可以小于约5μπι。因此，在后续的热处理如焊料凸块的回流期间，封装基板30在Z方向上受限，Z方向是垂直于封装基板30的主面 30Α的方向。然而，封装基板30仍可以在X和Y方向上膨胀或收缩，X和Y方向与封装基板 30的主面30Α平行。
在实施例中，隔离件44和封装基板30具有不同的热膨胀系数(CTE)，而隔离件44 的CTE可以大于或者小于封装基板30的CTE。在示例性实施例中，封装基板30的CTE处于约8和约12之间，而隔离件44的CTE处于约15和约20之间。
接下来，如图5中所示，管芯50置于封装基板30上方。在示例性实施例中，每个管芯50都可以附接至管芯附接区32之一，并且金属凸块36 (图2Β)可以连接管芯50中的金属凸块(未示出)。然后，得到的结构可以进行回流工艺。在回流之后，可以实施助焊剂清洗工艺以清洗用于回流工艺的助焊剂。接下来，可以将底部填充剂(未示出)散布在管芯50和封装基板30之间的空间中。然后，可以将得到的结构送入烘箱中，以固化底部填充剂。在回流期间，当温度在回流工艺的加热阶段期间升高时，下夹具20、封装基板30、和上夹具40膨胀，以及当温度在回流工艺的冷却阶段期间降低时，下夹具20、封装基板30、和上夹具40收缩。、
由于封装基板30的CTE可以不同于下夹具20和上夹具40的CTE，所以封装基板 30、下夹具20、和上夹具40的膨胀率可以不同。由于间距S2(图4B)基本上等于封装基板 30的厚度Tl，所以可以容许封装基板30在基本上自由地与封装基板30的主面30A(图4B)平行的方向上膨胀和/或收缩。封装基板30在垂直于主面30A的方向(Z方向)上的移动受到上夹具40和下夹具20的限制。结果，在回流工艺之间和之后，至少减少了封装基板30 的翘曲，还可能基本上消除了封装基板30的翘曲。在实施例中，隔离件44的CTE大于封装基板30的CTE，以使在高温下，间距S2 (图4B)比厚度Tl的增量增加更多，因此封装基板30 具有更多的空间在高温下自由运动。相反，隔离件44的CTE可以小于封装基板30的CTE， 以使在低温下，例如，在回流的冷却阶段期间，间距S2(图4B)的降低小于厚度T2的减少， 并因此封装基板30具有更多的空间在低温下自由运动。
根据实施例， 一种器件包括下夹具和上夹具，其中下夹具和上夹具被配置成用于固定封装基板。下夹具包括第一基底材料和附接至第一基底材料的第一多个部件。第一多个部件被设置成邻近所述下夹具的外围。上夹具包括第二基底材料和附接至第二基底材料的第二多个部件。第二多个部件被设置成邻近上夹具的外围。第一多个部件被配置成通过磁力吸附至第二多个部件。
根据其他实施例，一种器件包括下夹具和位于下夹具上方的上夹具。下夹具包括第一基底材料和位于第一基底材料中的多个磁体。多个磁体被设置成邻近下夹具的外围。 上夹具包括第二基底材料和附接至第二基底材料的多个铁磁隔离件，其中多个铁磁隔离件将第一基底材料与第二基底材料间隔开。多个铁磁隔离件被设置成邻近上夹具的外围。多个铁磁隔离件中的每个都位于多个磁体之一的上方，以及垂直对准于并附接至多个磁体之O
根据又一些实施例，一种方法包括将封装基板置于下夹具的上方；以及将上夹具置于封装基板和下夹具的上方，其中，封装基板的部分通过上夹具中的开口暴露出来，上夹具中的多个第一部件对准于下夹具中的多个第二部件并通过磁力附接至下夹具中的多个第二部件。
尽管已经详细地描述了实施例及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的实施例的精神和范围的情况下，进行各种改变、替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员根据本发明将很容易理解，根据本发明可以利用现有的或今后开发的用于执行与本文所述相应实施例基本上相同的功能或者获得基本上相同的结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求预期在其范围内包括这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。此外，每条权利要求构成单独的实施例，并且多个权利要求和实施例的组合在本发明的范围内。
权利要求
1.一种器件，包括 下夹具，包括 第一基底材料；以及 第一多个部件，附接至所述第一基底材料，其中所述第一多个部件被设置成邻近所述下夹具的外围；以及 上夹具，其中，所述上夹具和所述下夹具被配置成用于固定封装基板，并且其中，所述上夹具包括 第二基底材料；以及 第二多个部件，附接至所述第二基底材料，其中所述第二多个部件被设置成邻近所述上夹具的外围，并且其中，所述第一多个部件被配置成通过磁力吸附至所述第二多个部件。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述上夹具被设置在所述下夹具的上方，其中，所述第一多个部件的位置和所述第二多个部件的位置具有一一对应关系，其中，所述第一多个部件中的每个位于所述第二多个部件中的一个的上方，并且所述第一多个部件中的每个垂直对准于且被吸附至所述第二多个部件中的所述一个。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，互连所述上夹具的所述第二多个部件以形成环，并且其中，所述第二多个部件被配置成当将所述上夹具堆叠在所述下夹具上方时，在所述上夹具和所述下夹具之间保留空间。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述上夹具是网筛型的，所述上夹具包含网筛结构。
5.根据权利要求1所述的器件，进一步包括封装基板，所述封装基板位于所述上夹具和所述下夹具之间，并通过所述上夹具和所述下夹具固定所述封装基板，其中，所述第一部件和所述第二部件与环绕所述封装基板的环对准，并且其中，所述封装基板的多部分通过所述上夹具中的开口暴露出来。
6.根据权利要求5所述的器件，其中，所述封装基板的厚度基本上等于所述上夹具和所述下夹具之间的间距。
7.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一多个部件是磁体，以及其中，所述第二多个部件由铁磁材料形成。
8.根据权利要求1所述的器件，其中，所述上夹具被设置在所述下夹具的上方，并且其中，所述第二多个部件中的每个都包括 止动部，位于所述第二基底材料下方，其中所述止动部具有第一横向尺寸；以及销部，插入至所述第二基底材料中的开口中，其中所述销部和所述开口具有第二横向尺寸，所述第二横向尺寸小于所述第一横向尺寸。
9.一种器件，包括 下夹具，包括 第一基底材料；以及 多个磁体，位于所述第一基底材料中，其中所述多个磁体被设置成邻近所述下夹具的外围；以及 上夹具，位于所述下夹具上方，其中，所述上夹具包括 第二基底材料；以及多个铁磁隔离件，附接至所述第二基底材料，其中，所述多个铁磁隔离件将所述第一基底材料与所述第二基底材料间隔开，其中所述多个铁磁隔离件被设置成邻近所述上夹具的外围，并且其中所述多个铁磁隔离件中的每个都位于所述多个磁体中的一个的上方，并垂直对准于所述多个磁体中的所述一个，以及被吸附至所述多个磁体中的所述一个。
10.一种方法，包括将封装基板置于下夹具上方；以及将上夹具置于所述封装基板和所述下夹具上方，其中，所述封装基板的多部分通过所述上夹具中的开口暴露出来，并且其中，所述上夹具中的多个第一部件与所述下夹具中的多个第二部件对准，并通过磁力被吸附至所述下夹具中的所述多个第二部件。
全文摘要
一种器件包括下夹具和上夹具，其中下夹具和上夹具被配置成用于固定封装基板。下夹具包括第一基底材料和附接至该第一基底材料的第一多个部件。第一多个部件被设置成邻近所述下夹具的外围。上夹具包括第二基底材料和附接至第二基底材料的第二多个部件。第二多个部件被设置成邻近上夹具的外围。第一多个部件被配置成通过磁力吸附至第二多个部件。本发明还提供了一种用于将管芯接合在封装基板上方的具有可控间距的夹具。
文档编号H01L21/687GK103000561SQ20111040459
公开日2013年3月27日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年9月8日
发明者萧义理, 余振华, 刘重希, 黄见翎 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司