用于电子装置的真空辅助底部填充的方法
【专利说明】用于电子装置的真空辅助底部填充的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2011年I月11日提交的美国专利申请序号N0.13/004，198号的部分继续申请，其公开内容整体上通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体上涉及用于在电子装置和衬底之间应用底部填充物的方法。
【背景技术】
[0004]电子装置比如倒装芯片、芯片级封装(CSP)、球栅阵列(BGA)或在封装组件上的封装(PoP)包括焊接凸点图案是常见的，该焊接凸点图案在安装期间与衬底上的焊盘对准或者通过利用其它类型的相互连接技术比如铜柱或其它类型的热压结合相互连接而连接。例如，衬底可以是印刷电路板、电子芯片或晶片。焊料通过加热而回流且在凝固之后，焊接接头连接电子装置和衬底。可以是环氧树脂的底部填充物可以用于填充电子装置和衬底之间的敞开空间，其保留在回流的焊球之间。底部填充物保护焊接接头不受各种不利环境因素的影响，由于冲击而重新分布机械应力并且防止焊接接头在热循环期间在应变下移动。
[0005]在底部填充过程中，可能由于但不限于以下原因而形成空隙:在电子装置和衬底之间的间隙中的不平整的表面形貌、随着底部填充物围绕焊接连接部流动而产生的流体流速竞态条件、在衬底上的不同润湿性条件、底部填充物中的空气或者由分配过程引起的空气。因为空隙未被底部填充物进行填充，所以邻近空隙的未被支撑的焊接接头可能在暴露于来自操作期间的热膨胀的应变或暴露于由掉落组装的最终产品而引起的机械冲击时不足够地被保护免于冷流，该最终产品比如电话包括底部填充的电子装置。在焊接接头处的空隙防止焊接凸点被保持在流体静力压缩和应变限制的状态中，这可能增加焊接接头疲劳且从而增加焊接接头断裂的可能性。
[0006]因此，需要应用底部填充物的改进的方法，该方法减少在底部填充物中形成空隙的可能性。
【发明内容】
[0007]在一个实施例中，提供了用于将底部填充物分布到将电子装置连接到衬底的回流的焊球之间的空间中的方法。该方法包括靠近电子装置的至少一个外部边缘将底部填充物提供到衬底上，其中在底部填充物中具有至少一个间隙；向电子装置和衬底之间的空间提供空气路径；以及随后，通过该间隙或多个间隙来抽空该空间以在空间中提供真空状态。在抽空空间之后，底部填充物被加热到室温以上以使底部填充物的毛细管流到外部边缘或多个边缘并进入电子装置和衬底之间的空间并围绕回流的焊球。底部填充物可以设置为在室温下为固体并通过拾取放置装备定位到衬底上并且之后在升高的温度下变为液体的材料，或者设置为可以通过例如阀或分配器而被分配到衬底上的液体材料。
[0008]本发明的另一实施例涉及在衬底上提供底部填充物的方法，电子装置通过导电接头安装在衬底上且与衬底分开一空间。该空间具有未被导电接头占据的敞开部分。该方法包括:靠近电子装置的至少一个外部边缘将底部填充物提供到衬底上，以及抽空空间以在底部填充物和电子装置的外部边缘之间的空间的敞开部分中提供真空状态。在将空间抽空到真空状态之后，将底部填充物加热到室温以上的温度以使底部填充物流动到至少一个外部边缘并进入空间的敞开部分内，从而允许任何夹带在底部填充物自身下的空气在到达电子装置的外部边缘和电子装置和衬底之间的间隙之前通风。
[0009]本发明的其它实施例涉及阻挡在底部填充物下夹带的空气在电子装置下流动的方法。在一个这样的方法中，在应用真空之前，在电子装置的边缘和底部填充物之间放置障碍物。在应用真空状态之后，将底部填充物加热到室温以上的温度以使底部填充物溢流过障碍物并从至少一个外部边缘流入空间的敞开部分内。迫使底部填充溢流过障碍物有助于阻挡在底部填充物下夹带的空气在电子装置下流动并允许夹带的空气在到达电子装置下的间隙之前通风。
[0010]本发明的又一实施例涉及使衬底的表面暴露于等离子体以在靠近电子装置的至少一个外部边缘将底部填充物提供到衬底上之前改变衬底的润湿性的方法。该等离子体处理减少空气在底部填充物下夹带的机会。该方法进一步包括抽空空间以在空间的敞开部分中提供真空状态。在将空间抽空到真空状态之后，加热底部填充物以使底部填充物朝向至少一个外部边缘流动并进入空间的敞开部分内。因为衬底的等离子体处理减少底部填充物下的空气的夹带，所以也可以减少在底部填充操作期间的电子装置下夹带的空气的量。
[0011]类似于等离子体处理方法，可以在衬底上沉积玻璃状薄膜以便提供更完美地光滑的且平坦的表面。该平坦的表面具有较少的凹陷或不完美部，当底部填充物被定位在玻璃状薄膜的顶部上时空气可被夹带在该凹陷中。由于减少了底部填充物下的空气夹带，也可以减少在底部填充操作期间在电子装置下夹带的空气的量。
【附图说明】
[0012]并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的示例性实施例且与本发明的上面给出的实施例的总体说明和下面给出的详细说明一起用于解释本发明的实施例的原理。
[0013]图1是通过焊球的阵列安装到衬底且具有沿着电子装置的侧边缘设置的底部填充物的电子装置的侧视图。
[0014]图1A是类似于图1的侧视图，其中底部填充物被移动到电子装置和衬底之间的未由焊球占据的敞开空间内。
[0015]图2是根据本发明的实施例的真空底部填充的过程的流程图。
[0016]图3A-3C是示出根据本发明的实施例的在安装在衬底上的电子装置下进行真空底部填充的顺序的图解俯视图。
[0017]图4A-4C是根据本发明的另一实施例的类似于图3A-3C的图解俯视图。
[0018]图5A-5C是根据本发明的又一实施例的类似于图3A-3C的图解俯视图。
[0019]图5D、图5E和图5F是类似于图5A的图解俯视图，其中底部填充物分别通过L图案、U图案和I图案设置在衬底上。
[0020]图5G是类似于图5A的图解俯视图，其中底部填充设置在衬底上而没有间隙。
[0021]图6A是类似于图5A的图解俯视图，堤坝定位在电子装置的至少一个侧边缘和底部填充物之间。
[0022]图6B是定位在电子装置的至少一个侧边缘和底部填充物之间的堤坝的侧视图。
[0023]图7A和图7B是以不同的时间顺序溢流过堤坝的底部填充物的侧视图。
[0024]图8A是类似于图5A的图解俯视图，其中通道定位在电子装置的至少一个侧边缘和底部填充物之间。
[0025]图SB是定位在电子装置的侧边缘和底部填充物之间的通道的侧视图。
[0026]图9A和图9B是以不同的时间顺序溢流过通道的底部填充物的侧视图。
[0027]图10是根据本发明的实施例的等离子体处理的衬底的横截面图。
[0028]图11是根据本发明的另一实施例的等离子体处理的衬底的横截面图。
[0029]图12是根据本发明的实施例的真空底部填充系统的示意图。
【具体实施方式】
[0030]通常，本发明的实施例涉及真空辅助工艺，该真空辅助工艺通过焊球的阵列来底部填充安装在衬底上的电子装置。底部填充物被分配或以其它方式设置(比如，以液体或固体形式)在未加热的电子装置的边缘的周围的一个或多条线中，该未加热电子装置借助于回流的焊球的阵列而被安装到未加热的衬底。优选地，至少一个间隙保留在底部填充物的一个或多个线中，且优选地如果电子装置和衬底之间的空间非常小，则在底部填充物和电子装置的外部边缘之间存在空间。在明显的毛细管底部填充(和空气或气体夹带)发生之前，将衬底运输到真空室内，且应用真空以抽空该空间。当应用真空时，在底部填充物的一个或多根线中的间隙允许空气穿过间隙从装置下流出，以在电子装置和衬底之间在电子装置下建立真空状态(即，小于大气压力的压力)。一种替代的不太优选的工艺是不在底部填充物中提供间隙且依赖于捕获在装置下的空气来在装置被置于真空下时通过底部填充物起泡。在任一个工艺中，当维持真空状态时，电子装置和衬底被加热以使底部填充物在电子装置下完全流入回流的焊球之间的空间内。在存在真空状态时的底部填充指在底部填充物中夹带的任何空隙将部分地抽空与应用的真空水平相称的气体。应用的真空压力必须不低于底部填充物的蒸气压力，否则底部填充物将沸腾并且工艺将变得不太稳定。然后使真空室通风。在底部填充物中存在的任何空隙此刻将由于抽空条件而缩陷且变得填充有底部填充物。然后，底部填充的电子装置和衬底被移出真空室。
[0031]除焊接凸点之外，本发明的实施例还适用于其它相互连接技术，以用于在电子装置和衬底之间产生导电接头，比如铜柱和其它热压结合相互连接技术。
[0032]参考图1，组件10包括衬底12比如印刷电路板、和安装到衬底12的表面16的电子装置14。在代表性实施例中，例如，电子装置14可以是倒装芯片、芯片级封装(CSP)、球栅阵列(BGA)或在封装组件上的封装(PoP)。同样，衬底12可以是印刷电路板(PCB)、电子芯片或晶片，例如，或者在电子装置的半导体封装中使用的任何衬底或插入器。
[0033]参考图1、1A*3A，电子装置14具有在衬底12上的覆盖区，使得衬底12靠近电子装置14的侧面或外部边缘18、20、22、24中的每一