专利名称：用于真空产生的压印的系统和方法
技术领域：
本公开物涉及上面安装半导体芯片和管芯的基片，尤其涉及用真空产生的压印在所述基片中产生连接图案的系统和方法。
背景技术：
半导体集成电路芯片和管芯比较易碎。为了保护芯片和管芯免受损坏，通常将它们封闭在半导体封装中。例如，球栅阵列(BGA)封装通常包括至少一个安装至和电连接至基片的集成电路芯片或管芯，同时基片中有用于将芯片或管芯连接至基片底表面上的电触点的导电导线。芯片和基片接着用树脂封装，以保护芯片，同时使基片的底表面上的电触点暴露在外。
在半导体封装中使用的基片可由多种材料制成，通常由绝缘体(例如，包括陶瓷、塑料、和有机绝缘体)制成。电导线结合到基片中或集成到基片上，为芯片提供适当的功率和信号路径。形成电迹线的一种方式在图1中示出。
在图1中，示出压印系统10。系统10包括分别为上部和下部刚性微工具提供压力的上部和下部压印板12和14。微工具22和24的每个都包括从相应微工具的基部凸出的几个压纹25。基片30通过可压印材料层32和34覆盖在两个表面上，其中该可压印材料层由未固化热固性环氧树脂制成。如图2中所示，在操作中，微工具22和24的每个都由压印板12和14压进可压印材料层32和34。微工具22和24上的压纹25在材料层32和34中留下压痕。材料层32和34接着被固化。在微工具22和24被去除后，压痕留在材料层32和34中。
压痕后来用导电材料(例如铜或金等金属)填充，并且被机械加工或以其它方式处理，以在基片中提供电导线。
在第一组材料层32和34被压印且电导线在该层中产生后，可将由可压印材料制成的另一组材料层(未示出)沉积在第一组材料层上，并且重复此循环，形成多层基片。
尽管压印板12和14通常是顺从的或以其它方式浮动的，以匹配基片30和可压印材料层32和34的缺陷，但是图1和2中所示的微工具22和24比较硬。参看图2，当将微工具22和24压进可压印材料层32和34时，压纹25并不总是压印到一致的深度。因为基片30和可压印材料层32和34中的缺陷(称之为总厚度变化(TTV))，在去除微工具22和24后留在材料层32和34中的一些压痕比较浅或不存在，而另外的压痕较深。压印深度的这种变化可在后来用机械加工的导电材料填充压痕以在基片中形成电导线时造成问题。
在处理压痕期间，填充较浅的压痕的一些的导电材料可被完全或大部分去除，它们都会造成与待安装在基片上的芯片或管芯的较差或不起作用的电连接。
所描述的压印工艺的另一问题是，由于在微工具22、24和材料层32和34之间形成的压印材料和气穴的放气，根据事件的顺序，空气或其它气体可存于材料层32和34中。
软工具压制系统在图3-5中示出。在图3中，系统40包括上部加热器42、下部加热器52、上部微工具44、和下部微工具54。与上述实施例不同，微工具44和54是软工具，并且具有一定的灵活性和一致性。软工具式的微工具具有适应可压印层的厚度变化的能力。软工具式的微工具可由较为柔性的镍制成。为了说明目的，放大了图3-5中的软式微工具44和54。基片60可用可压印材料覆盖在两侧上。
在第一操作中，如图4中所示，微工具44和54由所产生的真空保持在原位，以向加热器42和52拉微工具。如图3中所示，这种真空作用造成软微工具44和54的变形。这种真空作用也在微工具44和54及基片60之间产生气穴70(图5中所示)。
在下一步骤中，如图5中所示，将压印压力施加给微工具44和54的背面。随着压印压力的施加，气穴70部分消散，但是气穴70的一些空气被压进基片60上的可压印材料。其它部分没有被压入该材料，相反，产生压在微工具44和54的前侧上的流体反压力，该反压力可防止微工具的压印区域完全被压进可压印材料。如上所述，这造成压痕被填充和加工成电连接线时的连接问题。
另外，由于在压印期间微工具的边沿被夹在原位，所以在微工具44和54周围存在边界条件，该边界条件使工具不能十分平坦，并且可对压痕深度和一致性产生不利影响。
本发明的实施例解决了现有技术中的这些和其它缺点。
通过参考附图阅读该公开物，可更好地理解本发明。
图1和2是基片压印系统的截面图。
图3-5是另一基片压印系统的截面图。
图6是根据一个实施例的本发明的材料压印系统的截面图。
图7是根据另一个实施例的本发明的材料压印系统的截面图。
图8-10示出图6的压印系统执行的压印工艺的截面图。
图11是图6的材料压印系统的详细的截面图，示出软式微工具。
图12是图6的材料压印系统的详细的截面图，示出盘式微工具。
具体实施例方式
图6示出根据本发明的一个实施例的本发明的材料压印系统100的截面图。该系统100包括室容器110，该室容器由例如钢等强度足于支承将在室容器内产生的各种压力和真空的材料制成。
两个或多个排气孔/压力管道112延伸穿过容器110的壁，且至少一个低压(真空)管道116也延伸穿过容器110的壁。
在所示出的实施例中，排气孔/压力管道112位于容器110的末端附近，而真空管道116位于邻近材料接收区117的容器的中心附近。
如下所述，上部活塞122和下部活塞124根据容器中的压差在容器内行进。类似于上述微工具的微工具132和134邻近活塞122和124，并且每个微工具都在与活塞122和124相对的面上的压印区(图6中未示出)中具有压纹。
基片140位于材料接收区117中。基片140包括在相对侧上的可压印材料层142和144，但是并不是所有实施例都要求双侧基片。本发明的实施例同样适用于如图7中所示具有单个可压印材料层的基片140。
如下所述，微工具132和134可由能适应材料层142和144的TTV改变的软式工具制成，或该微工具可由较硬材料制成。
活塞122和124可由传统的硬材料制成，或可以较软。在一些实施例中，活塞122和124可由囊状物或例如橡胶等高弹性固定膜或能变形和施加压力给微工具132和134的一些其它的柔性聚合物形成。活塞122和124和绕活塞(未示出)的密封件可被气密密封到容器110的内侧表面，以确保足够的容器压力。
容器110也可包括密封门(未示出)，用于接近材料接收区117以插入和去除基片140。
图7示出材料压印系统200的截面图。系统200包括由强得足以支承将在容器中产生的各种压力和真空的材料制成的室容器210。至少一个排气孔/压力管道212延伸穿过容器210的壁，且至少一个低压(真空)管道216延伸穿过容器210的壁。
在图7中，基片240定位在材料接收区217中。基片240在面对上部活塞222的一侧上具有可压印材料层242。上部活塞222响应于容器210中的压差垂直行进。
与图6中描述的微工具相似的微工具232靠近活塞222。微工具232在与活塞222相反的面上具有压印区(图7中未示出)。
如图8中所示，参看图6的压印系统100的操作，容器110用例如环境空气或惰性气体等气体填充。容器110内的气体压力可通过排气孔/压力管道112和低压管道116被控制，以在活塞122和124的任一侧上形成压差。
图9示出靠近容器中心(即，在材料接收区117中)附近的压力减少。低压真空管道116从接收区117排出空气和其它气体，这减少了接收区中的压力，以大体上产生真空压力。压差向着容器中心推动活塞122、124。
在一个实施例中，排气孔/压力管道112将区域113排气到大气压力，并且压差通过低压真空管道116产生，这减少了材料接收区117中的压力。在另一实施例中，排气孔/压力管道112供应正压力给区域113，从而提高了压差，并提高了微工具132和134在可压印材料层142和144上的压力。
如图9中所示，当压差提高时，活塞122和124变形，并且移动，以将微工具132和134压进可压印材料层142和144。
在材料接收区117中压力减少时，来自此中心区域的气体从容器110排出。这样，在正在形成压痕的区域中移走容器110内的空气。这种空气移走具有双重优点防止空气或其它气体被压入可压印材料层142和144，同时也防止任何气穴形成，气穴的形成会妨碍微工具132和134完全被压印进可压印材料层142和144。
一旦微工具132和134压到可压印材料层142和144上达到充分的压力，加热器(未示出)就加热可压印材料层142和144，使之固化，从而在层142和144中压印微工具132和134的图案。
将类似工艺应用于图7中所示的系统200，用单个活塞222施加压力给微工具232，以压印单个可压印层242。
如图11中所示，活塞122和124可由稍微柔韧的材料(例如橡胶或一些其它柔性聚合物)制成。由于微工具132和134也可由柔韧材料制成，所以微工具132、134可弯曲，并且与基片140的表面和可压印材料层142和144形状一致。因此，通过使用这种系统，通过微工具132和134在整个基片140上形成均匀压痕。
活塞122和124可由任何能在容器110内产生力以将微工具132和134压进可压印材料层142和144的材料制成。优选地，活塞122和124软得足以与微工具132和134的形状一致(或部分一致)，并且硬得足以提供充分压力来形成良好的压痕。硬化的橡胶或气体填充的囊状物可提供柔韧的适应性和充分的压力。
在图12中所示的具体实施例中，微工具132和134稍微像盘形，使得微工具的中央部分在外部之前接触其相应的可压印材料层。在这样的实施例中，原本会存留的气体可由真空管道116吸出。换句话说，当微工具132的中央部分接触可压印材料层142的中央部分时，气体由真空管道抽出。通过使微工具132的外边沿最后接触材料层142，将避免容器110内的气体被存留在微工具132和材料层142之间。图12示出两个微工具132、134，然而，也可在类似于图7中所示的压印系统200的实施例中使用单个盘状微工具。
并且，在图12中，仅示出一个真空管道116，但是也可绕容器110的周边放置多个这样的真空管道116，以在生产期间抽出不想要的气体。具有设在可压印材料层142和144附近的真空管道116的另一优点是，可由真空管道116去除各层的放出的气体。
在容器110内使用的实际压力取决于可压印材料层和活塞122和124所用的材料类型。在一个实施例中，微工具132和134在材料层142、144上的压印压力仅需要约29psi(磅/平方英寸)，以在材料层142、144中获得充分的压痕。
上述实施例是示范性的。本领域的技术人员将认识到，这里讲授的原理可以许多其它有利方式被应用于具体应用。具体而言，本领域的技术人员将认识到，所示出的实施例仅是在阅读本公开物后变得显然的许多可选实施方式的其中之一。
尽管说明书中在几个位置中引用“一个”、“另一个”、或“一些”，但是这并不意味着每个这样的引用是指相同实施例，或特性仅应用于单个实施例。
权利要求
1.一种材料压印系统，包括压印微工具；真空出口，用于减少将被压印的材料和压印微工具之间的区域中的压力，所述减少的压力使得所述微工具压印所述材料。
2.根据权利要求1所述的系统，其中待压印的材料是用于将集成电路芯片或管芯安装在半导体封装中的基片。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述压印微工具包括用于限定电导线和孔的路线压纹。
4.根据权利要求1所述的系统，包括顶部和底部压印微工具，用于压印所述材料的相应的顶表面和底表面。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述压印微工具适于压印所述材料的单个表面。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述顶部和底部微工具是软式工具。
7.根据权利要求4所述的系统，其中所述顶部和底部微工具是硬工具。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述减少的压力大体为真空压力。
9.根据权利要求1所述的系统，包括容纳所述压印微工具的压印室，所述压印室包括定位在与待压印的材料相反的所述压印微工具的一侧上的浮动活塞。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述浮动活塞是高弹性固定囊状物。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述浮动活塞是膜。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述压印室包括顶部压印微工具，被定位成压印所述材料的顶表面；以及底部压印微工具，被定位为压印所述材料的底表面。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述压印室壳体包括顶部浮动活塞，定位在与所述材料相反的所述顶部压印微工具的一侧上；以及底部浮动活塞，定位在与所述材料相反的所述底部压印微工具的一侧上。
14.一种将图案压印到材料上的方法，包括紧邻待压印的材料定位压印微工具；通过减少所述材料和所述压印微工具之间的区域中的空气压力，用所述压印微工具压印所述材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中定位包括紧邻用于将集成电路芯片和管芯安装在半导体封装中的基片定位压印微工具。
16.根据权利要求15所述的方法，其中定位压印微工具包括紧邻所述材料的顶表面定位顶部压印微工具；以及紧邻所述材料的底表面定位底部压印微工具。
17.根据权利要求15所述的方法，其中压印所述材料包括压印用于导电导线和孔的路径。
18.一种压印材料的方法，包括将材料定位在两个压印微工具之间的材料接收区中，其中这两个压印微工具分别紧邻所述材料的顶表面和底表面；施加负压力给所述材料和所述压印微工具之间的区域，使所述压印微工具接触所述材料和施加压力给所述材料；使所述压印材料固化；以及继续施加负压，同时加热所述材料。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述材料包括热固化环氧树脂。
20.根据权利要求18所述的方法，包括紧靠与所述材料相反的所述顶部压印微工具的一侧设置顶部浮动活塞；以及紧靠与所述材料相反的所述底部压印微工具的一侧设置底部浮动活塞。
21.根据权利要求20所述的方法，包括供应压力至与所述顶部压印微工具相反的顶部浮动活塞的一侧，从而提高所述微工具在所述材料上的压力，其中所供应的压力比施加给所述材料和所述压印微工具之间的区域的负压力大。
全文摘要
本发明提供了一种通过在压印区中产生大致真空而在压印室内产生压力差，从而在可压印材料上压印图案的系统。该系统可被用于在基片中产生导电痕迹，其中集成电路芯片和管芯可被安装到该基片上，以产生半导体封装。低压管道从容器的材料接收区排出空气，在容器中的活塞上产生压差，从而使得活塞将微工具压进可压印材料层。低压管道帮助微工具与压印的材料中的任何厚度变化相适应，并且防止在微工具和压印的材料之间产生气穴。
文档编号B30B5/00GK1824496SQ200610009580
公开日2006年8月30日 申请日期2006年2月24日 优先权日2005年2月24日
发明者T·比格斯, J·韦恩里奇 申请人:英特尔公司