热压结合器、及其操作方法、和密脚距倒装芯片组件的互连方法
【专利说明】热压结合器、及其操作方法、和密脚距倒装芯片组件的互连方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2014年6月30日递交的美国临时专利申请N0.62/019，053的优选权，该申请的内容结合在此引作参考。
技术领域
[0003]本发明涉及半导体封装中的电互连的形成，更具体地讲涉及改进的热压结合系统及其操作方法。
【背景技术】
[0004]在半导体器件的处理和封装过程中，在特定器件的互连中，倒装芯片和热压结合技术被使用。与此技术相关联，第一基片(例如，管芯)被结合至第二基片(例如，晶片/晶圆、另一管芯、诸如引线框架的另一基片等)。大体上，第一基片是半导体元件。在每个第一和第二基片上具有导电结构/触头(例如，立柱、迹线等)。例如，在第一基片(例如，管芯)上，导电迹线可以是导电结构，如铜立柱(在其端部上具有焊锡)。在热压结合的过程中，焊锡熔化，并且然后重新固化，因而将第一基片上的导电结构/触头结合至第二基片上的导电结构/触头。
[0005]在传统的热压结合中，半导体元件将被结合至的基片可以涂覆有诸如OSP(即，有机保助焊剂)的材料。该材料在焊锡互连形成之前应当被去除。去除该OSP材料是助焊剂材料的功能之一。典型地，助焊剂材料被施涂至管芯的接触表面，并且在管芯的导电结构与基片的导电结构已经彼此接触之后，完成OSP的去除。
[0006]去除这种材料的过程中是费时的，这是因为需要单独的助焊剂处理过程以及将材料去除的时间(例如，溶解、燃尽等)。
[0007]因而，期望的是提供在倒装芯片和相关应用中提供器件互连的改进的系统和方法。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一个示意性实施例，提供了一种热压结合器/热压结合机。所述热压结合器包括结合头，所述结合头包含加热的结合工具，用于将半导体元件结合至基片；以及助焊剂施涂工具，用于在所述半导体元件结合至所述基片之前将助焊剂材料施涂至所述基片的导电触头。
[0009]可选地，所述助焊剂施涂工具包括助焊剂冲压器、助焊剂喷流器、助焊剂打印机以及助焊剂丝网印刷机中的至少一个。
[0010]可选地，所述助焊剂施涂工具被包含在所述热压结合器的助焊剂处理工位内。
[0011]可选地，所述助焊剂处理工位包括支承结构，用于在由所述助焊剂施涂工具施涂助焊剂材料的过程中支承所述基片。
[0012]可选地，所述结合头被包含在所述热压结合器的结合工位中，所述结合工位包含支承结构，用于在所述半导体元件结合至所述基片的过程中支承所述基片。
[0013]可选地，在所述助焊剂处理工位内包含的支承结构是不同于在所述结合工位内包含的支承结构。
[0014]可选地，在所述半导体元件的对应焊锡接触部分与所述基片的对应导电触头接触之前，所述加热的结合工具将所述半导体元件的焊锡接触部分加热至恰低于焊锡接触部分的熔化温度的温度。
[0015]可选地，由所述助焊剂施涂工具所施涂的助焊剂材料同所述半导体元件的导电结构与所述基片的相应导电触头之间的热压结合处理相关联地被使用。
[0016]可选地，所述助焊剂施涂工具被构造成选择性将所述助焊剂材料施加到仅仅所述基片的导电触头上。
[0017]可选地，还包括材料搬运系统，所述材料搬运系统包含运动系统，所述运动系统用于使得所述基片在所述助焊剂处理工位与所述结合工位之间移动。
[0018]可选地，使用在所述热压结合器内包含的计算机以电子的方式控制由所述助焊剂施涂工具施涂助焊剂材料。
[0019]可选地，在所述热压结合器的助焊剂处理工位支承基片的支承结构被加热，以激活所施涂的助焊剂材料而不会蒸发所述助焊剂材料。
[0020]根据本发明的另一个示意性实施例，提供了一种热压结合机的操作方法。所述方法包括以下步骤:(a)利用热压结合机的助焊剂施涂工具将助焊剂材料施涂至基片上的导电结构；以及(b)在上述步骤(a)之后，将半导体元件的导电结构热压地结合至基片的导电结构。
[0021]可选地，步骤(a)包括在热压结合器的助焊剂处理工位将助焊剂材料施涂至基片上的导电结构。
[0022]可选地，所述助焊剂处理工位包括用于在步骤(a)的过程中支承基片的支承结构。
[0023]可选地，步骤(b)包括在热压结合器的结合工位将所述半导体元件的导电结构结合至所述基片的导电结构，所述结合工位包括用于在步骤(b)的过程中支承基片的支承结构。
[0024]可选地，在所述助焊剂处理工位所包含的支承结构不同于所述结合工位的支承结构。
[0025]可选地，还包括在所述半导体元件的导电结构的对应焊锡接触部分与所述基片的对应导电触头接触之前将焊锡接触部分加热至恰低于焊锡接触部分的熔化温度的温度的步骤。
[0026]可选地，步骤(a)包括施涂助焊剂材料以便在步骤(b)的过程中在半导体元件的导电结构与基片的相应导电结构之间提供助焊效应。
[0027]可选地，步骤(a)包括将所述助焊剂材料选择性施涂到仅仅所述基片的导电结构上。
[0028]可选地，还包括在步骤(a)与步骤(b)之间将基片从热压结合器的助焊剂处理工位移动至热压结合器的结合工位的步骤。
[0029]可选地，步骤(a)包括使用热压结合器内包含的计算机以电子的方式控制由助焊剂施涂工具施涂助焊剂材料。
[0030]可选地，还包括使用在步骤(a)的过程中在热压结合器的助焊剂处理工位支承基片的支承结构来加热基片的步骤，从而激活所施涂的助焊剂材料而不会使得助焊剂材料蒸发。
【附图说明】
[0031]本发明从以下的详细说明中在结合附图阅读时得到最佳理解。需要强调的是，根据常规实践，附图的各个特征并不是成比例的。相反，各个特征的尺寸为了清楚被任意地扩大或减小。在附图中包含如下视图:
[0032]图1是根据本发明的示意性实施例的热压结合器的框图；
[0033]图2A至2C是示出了根据本发明的不同示意性实施例的助焊剂施涂工具的框图；
[0034]图3A至3B是示出了根据本发明的示意性实施例的热压结合过程的框图；
[0035]图4是示出了根据本发明的示意性实施例的热压结合过程的各方面的时序图；并且
[0036]图5是流程图，示出了根据本发明的示意性实施例的热压结合器的操作方法。
【具体实施方式】
[0037]正如在此所用，术语“半导体元件”意指包含(或被构造成在后续步骤中包含)半导体芯片或管芯的任何结构。示意性半导体元件包括裸半导体管芯、基片上的半导体管芯(例如，引线框架、PCB、载体、半导体芯片、半导体晶片、BGA基片、半导体元件等)、封装后的半导体器件、倒装芯片半导体器件、在基片中嵌装的管芯、半导体管芯的堆栈、内插件(例如，具有密脚距电路的玻璃或硅基片)等等。
[0038]正如在此所用，术语“基片”和“工件”意指半导体元件能够结合(例如，热压结合等)至的任何结构。示意性基片例如包