专利名称：用于将芯片贴附至印刷导电表面的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及将集成电路部件(也公认为芯片)连接至包括导电图案的表面的技术。具体地，本发明涉及所述导电图案通过印刷而产生的情况。
背景技术：
印刷电子设备似乎不得不实现电子功能在大多数消费产品上的具有成本效益的整合。这里，应该注意即使传统的环氧基电路板或聚酯基电路板通常被称为印刷电路板(PCB)，所述电路板也不能满足印刷电子产品的实际定义。在PCB中，(丝网)印刷的采用限于在进行不需要的铜的蚀刻之前产生抗蚀刻油墨图案，以及在以其它方式完成电路板的表面上产生可见标记。真正的印刷电子设备表示在印刷过程中，构成电子电路的实际功能元件的导电的、半导电的、以及其它可能的图案形成在衬底上，即被印刷在衬底上。在撰写本说明书时，至少与集成电路中遇到的微观尺度或者纳米尺度线宽和其它结构相比，典型的印刷电子设备的尺寸是宏观的。这意味着用印刷电子设备实现复杂的功能需要采用相对较大的表面面积和/或增加具有集成电路部件或芯片的实际印刷电子设备。此外，可以采用更长的名称“半导体芯片”，但是应该注意芯片的基底不是总由半导体材料制成，还有，例如，玻璃基底芯片、蓝宝石基底芯片、和钢制基底芯片也是公知的，以及在绝缘聚合物基底上印刷有半导电性聚合物的芯片。如果芯片被采用，那么会出现需要将芯片贴附和连接至印刷电子设备的自然需求。在本说明书中，术语贴附及其派生词表示物理贴附，即，保持以防止松脱，而术语连接及其派生词表示产生导电性连接。应该注意，虽然这些术语不是相互排斥的，但是例如焊接等强有力的方法可以用来同时贴附和连接。图1显示一种用于将芯片101贴附和连接至印刷电子设备的公知方法，其中显示出已经印刷在衬底104上的导电区域102和103。例如，可以假设衬底104是纸张或者纸板，而导电区域102和103是金属箔条(或者更普遍地，覆盖有基本金属化合物的区域)。在芯片101的表面上的是焊接(solder bump) 105和106，而相应地焊剂片107和108已经分布在导电区域102和103上。焊剂还可以已经分布在焊接凸起105和106上，或者设置在用于焊接凸起的材料中。胶滴109已经被施加至芯片101的面向衬底104的表面。胶109有助于在施加充分的热量以致使焊接凸起部分至少部分地熔化期间保持芯片在理想位置固定不动。焊剂有助于控制熔化后的焊料的流动。冷却后，芯片被保持贴附至衬底，而在熔化的焊料与导电区域的适当部分形成结合的的位置处建立电连接。图1中所示的现有技术中的方法的不足之处在于其相对较慢。通常需要10至15秒以贴附和连接单个芯片。这可以证明这种方式对于例如用于食物供应的纸板制消费包装的大规模制造来说太慢。
发明内容
本发明的多个实施例的有益特征在于提供用于快速、平稳且可靠地将芯片贴附至印刷导电表面的方法和装置。
通过采用具有特定熔化特性的材料以产生印刷导电表面的至少一部分以及通过将必要的热量提供给与芯片的结合在一起的的阶段来实现本发明的目的。根据本发明的一个方面，可以制造印刷导电表面应该贴附芯片的至少一部分，该部分的材料具有在低于芯片能够承受而不被热量损坏的温度的温度下的熔点。因此，除了加热后的芯片所带的热量之外，不需要将其它热量应用至此贴附和连接过程。熔化可以发生在印刷导电表面处、芯片的焊接凸起或其它接触区域处、或者在印刷导电表面处和芯片的焊接凸起或其它接触区域处。通过用适当的力将芯片压靠至印刷导电表面上可以有助于熔化。本发明的实施例的一种具体类型包括采用钢基底或者其它金属制基底的能够承受相对大的应变的芯片。因此，相对较大的力可以用以将芯片压靠至印刷导电表面上，使得在温度和压紧力的结合中，压紧力在致使在理想位置处进行熔化中起到重大作用。本发明的实施例的另一种具体类型包括采用其中基底仅由硅或其它晶体物质制成的芯片。这类晶体物质在应力下相对易于破碎，这意味着仅可使用较轻的力来将芯片压靠至印刷导电表面上。考虑到温度和压紧力的结合，在这种类型的实施例中，基本排除由温度引起的熔化。本发明的实施例的一种类型包括在印刷导电表面上使用各向异性导电胶层。各向异性导电胶起初在任何情况下都不能导电。局部施加热量致使胶中的导电颗粒熔化并且在具体位置处形成通过胶的导电路径。在所附的权利要求中具体说明被认为是本发明的特性的新颖性特征。然而，在阅读与附图相关联的特定实施例的以下描述时能够最佳地理解本发明本身，关于其构造及其操作方法两者，以及本发明的另外的目的和优点。本发明的呈现在本专利申请中的示例性实施例不被解释为限制所附权利要求的适用性。在本专利申请中使用的动词“包括”作为不排除还没有被限制的特征的存在的开放式限定。除非另有清楚的说明，可以使从属权利要求中所述的特征相互自由组合。
图1显示现有技术中的方法；图2显示根据本发明的一个实施例的芯片的贴附和连接；图3显示与熔化印刷导电表面的材料相关的细节图；图4显示与熔化触点的材料相关的细节图；图5显示与各向异性导电胶的使用相关的细节图；图6显示根据本发明的一个实施例的设备；图7显示根据本发明的另一个实施例的设备；图8显示印刷部分；图9显示根据本发明的一个实施例的方法；图10显示根据本发明的一个实施例的设备；图11显示图10的设备的细节图；图12显示图10的设备的另一个细节图；和图13显示根据本发明的一个实施例的设备。
具体实施例方式印刷电子设备的一种重要应用是在如纸张和纸板的热敏衬底(其也可以包括聚合物层和其他层)上设置导电表面。如在专利申请号为PCT/FI2008/050256(出版为W02009/135985)中所公开的方法允许导电表面由被称为低温焊料类似低温材料的金属化合物制成。这种金属化合物的非限制性示例列表包括(所表示的百分比是重量百分比):锡/ 银(343 % ) / 铜(0.83%)-锡/ 银(2-2.5% )/铜(0.8% )/锑(0.5-0.6% )-锡/ 银(3.5% )/铋(3.0% ) _ 锡 / 锋(10 % )-锡/ 铋(58%)-锡/ 铟(52%)-铋(53-76%)/锡(22-35% )/铟(2-12% )。重要的是注意到这些金属化合物中的多数具有低于芯片能够承受的温度的温度的熔点。在常压下，开始四个所列的示例在180摄氏度与220摄氏度之间熔化，而后面三个所提及的示例可以在明显更低的温度下熔化，甚至在100摄氏度以下(列表中最后所提及的可以允许具有75摄氏度的熔点)。同时，金属化合物的熔化可能取决于压力。通常，增加压力可以促进与部件的熔化以及彼此贴附相关的现象。芯片可以被加热至第一温度，并且可以用第一压紧力将加热后的芯片压靠在印刷导电表面上，使得第一温度和第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面或芯片上的触点或它们两者的材料。可以通过控制焊剂的施加来进一步控制熔化的位置和与部件的熔化以及彼此贴附相关的其它现象、以及熔化和/或几乎熔化的材料的特性。图2显示其中衬底204包括一个或多个印刷导电表面的示例，其中图2中显示印刷导电表面的上表面具有图案202和203。为了将芯片201贴附和连接至印刷导电表面，如图2左侧所示，芯片201被加热至第一温度。芯片应该在连接之后还能够工作，这使得所述第一温度必须低于芯片能够承受而不被热量损坏的温度的自然结果。用第一压紧力将加热后的芯片压靠在印刷导电表面上，如图2的中间部分所示。第一温度和第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面的图案202和203或芯片上的触点205和206或它们两者的材料。除了熔化之外，还可以发生与熔化和贴附相关的其它现象。因此，芯片同时贴附并连接至印刷导电表面，如图2中的右侧所示。作为第一示例，可以考虑其中芯片201包括金属基底的情况。在书撰写本说明书时,Kovio Inc., 233S.Hillview Dr.,Milpitas, California,USA 提供了其中由印刷娃制成的半导体部分位于不锈钢基底上的芯片。也可以从其他制造商处获得金属基底芯片，而且也可以采用除了不锈钢之外的其它金属作为基底。金属基底芯片可以承受达到400摄氏度的温度，而金属基底还具有极好的机械强度，这意味着金属基底可以承受相对较高的应力。最后提到的特性允许用产生IMPa(兆帕)与IOMPa(兆帕)之间的压力的压紧力将加热后的金属基底芯片压靠至印刷导电表面上，其中在IMPaUMS)与IOMPa(兆帕)之间的压力通过将压紧力除以芯片的表面面积计算。虽然金属基底芯片允许使用相对较大的压紧力，但是金属基底芯片不是必须地需要所述相对较大的压紧力，如果采用其它方法，更小的力也足够了。金属基底芯片所采用的压力可以是0.1Mpa或更小。印刷导电表面受到的表面压力在其中触点205和206分别接触图案202和203的几乎点状区域时最高。这种高局部压力连同从芯片201的本体传导至同一区域的热量造成与在每个接触点产生基本焊接型接头的熔化和贴附相关的局部现象。热传导和表面压力施加在接触点处的点状属性确保大部分图案202和203保持不被熔化，从而意味着接触面积的局部布局保持良好组织而不杂乱。这样是有益的，这是因为图案202和203的材料的难以控制的大范围熔化容易在最终电路的必须保持彼此绝缘的各个部件之间产生短路。特别是如果印刷导电表面在贴附和连接芯片的运动时不是精确地水平的，和/或如果机械系统的运动状态改变从而引起加速力，图案202和203的大范围熔化则也会造成熔化的导电材料的很大一部分流出其在衬底204的表面上的理想位置。另外，与在接触点处的熔化和贴附相关的点状现象意味着在已熔化的材料再次固化之前，仅相对小部分的热量需要被从熔化区域传导和/或耗散掉。因而这意味着最终的焊接点相对较快地将芯片不仅连接在适当位置而且将芯片贴附在适当位置。通过有源地控制将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上的位置处的环境温度可以影响固化发生的速度。例如，在衬底204下方可以具有冷却或其它温度受控的支撑件，所述支撑件通过图案202和203和衬底204由传导来快速吸收热量。这种支撑件可以采用例如辊或平面支撑件的形式。另一种有源地控制环境温度的示例性方法是将冷却气体输送至包围或邻近将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上的位置的区域。不是必须使用金属基底芯片。作为替换，芯片201的基底可以由玻璃或兰宝石制成；或者是用作半导体部件的基底的硅或其它晶体材料。然而，除了金属基底材料之外的大多数材料具有较低的机械强度，并且在多数情况下还具有芯片能够承受而不被热量损坏的较低的临界温度。需要仔细选择过程参数(温度、压紧力、处理速度等)，使得所述参数适于所采用的芯片技术。例如，采用在书撰写本说明书时公知类型硅基芯片通常意味着加热芯片的第一温度不明显高于200摄氏度；而将加热后的芯片压靠至印刷导电表面的第一压紧力不明显大于I兆帕。图3和4显示了在芯片和导电图案之间形成焊接点的两个基本方法。在图3中，假设触点305由具有相对较高的熔化温度的导电材料(诸如金、银、铜、或铝)制成。根据一个实施例，触点305的熔化温度可以与导电图案相同，因此触电305和导电图案两者在过程中均至少部分地熔化。图案302由具有相对较低的熔化温度的导电材料(例如由构成低温焊料或类似低温焊料的金属化合物)制成。在此情况下，本质上图案302的材料的熔化温度(至少在常压下)低于芯片201 (和衬底204)能够承受而不被热量损坏的最高温度。为了执行贴附和连接，芯片201被形成得足够热，以便触点305的温度连同将芯片201压靠至衬底204上的力足以局部熔化图案302的材料。在图4中，假设触点405由具有相对较低的熔化温度的导电材料(诸如构成低温焊料或类似低温焊料的金属化合物)制成。根据一个实施例，触点305的熔化温度可以与导电图案相同，因此触电305和导电图案在过程中均至少部分地被熔化。图案402由具有比触点405高的熔化温度的导电材料(诸如金、银、铜、铝或一些金属或非金属导电化合物)制成。在此情况下，本质上触点405的材料的熔化温度(至少在常压下)低于芯片201能够承受而不被热量损坏的最高温度。衬底204不需要具有特定抗热性，这是因为图案402在衬底204与加热后的芯片之间，而且因为通过适当地选择温度、力、时间周期、支撑结构特性和/或环境冷却可以防止芯片的热量以任何过量的方式到达衬底。为了执行贴附和连接，芯片201被形成得足够热，使得触点405的温度连同将芯片201压靠至衬底204的力足以局部熔化触点405的材料。图3和4的实施例之间的相互交叉是可能的，使得熔化至少部分地发生在触点和触点所接触的印刷导电表面两者中，或者使得芯片具有由不同材料制成的触点，并且所述芯片被贴附至印刷导电表面上多个不同材料的图案，使得在一些触点-图案对中，在触点中发生熔化，而在图案中发生其它现象。应该注意芯片的触点不需形成凸起形式或者以任何明显的程度突出。芯片使得其触点作为导电焊盘形成在已经以其它方式被氧化或以其它方式形成不导电的表面上。虽然凸起状触点可以涉及在控制熔化即将发生的区域处的压力分布的优点，但是对于本发明的目的来说，芯片的触点如何形成是不重要的。图5显示另一个替换实施例，其中在各向异性导电胶的帮助下完成芯片至印刷导电表面的贴附和连接。印刷导电表面在衬底204上，所述印刷导电表面包括导电图案501和各向异性导电胶502。所述各向异性导电胶502初始包括典型地直径为5-50微米大小的大量导电颗粒，每个导电颗粒被包含在绝缘层内或以其它方式被制成使得所述导电颗粒彼此不能彼此形成导电连接。因此，在施加足够的热量(典型地75-140摄氏度)之前，各向异性导电胶根本不会进行任何宏观意义上的实际导电。混合有这些颗粒的绝缘层和/或胶粘剂是粘稠的，从而实现胶粘功能。当被加热后的芯片的触点205与各向异性导电胶层502接触时，各向异性导电胶层502熔化、燃烧、蒸发、或以其它方式损坏绝缘层，或者产生使得附近的大量导电颗粒中的这些颗粒变得宏观上导电的另外反应。受到影响的导电颗粒在触点和导电图案之间形成导电连接503。各向异性导电胶的其中绝缘层仍旧完整(或者其中仍有一些胶粘剂)的部分的胶粘功能可以用于有助于将芯片贴付在适当位置。例如，如果各向异性导电胶层与触点从芯片表面突出的距离相比足够厚，那么胶粘功能可以用在芯片的不邻近触点的部分。由芯片引起的热量能够足以熔化构成导电连接的这些导电颗粒，这使得它实质上成为焊接点。在考虑各向异性导电胶之前所描述的本发明的实施例中，将熔化限定在触点周围的小区域是有利的，这是因为这有助于避免电路的其它导电部分的不期望的污点。此外，通过各向异性导电胶，有利的是(即便不是本质的)限制其中颗粒变得仅与触点周围的小区域形成宏观导电连接的反应，但是出于略有不同的原因。避免电路的其它固有导电部分的污点不是问题，这是因为各向异性导电胶在施加充足的热量之前在宏观上是不导电的。然而，好处在于以该方式保持它，即，防止向异性导电胶层在其中不需要导电的这些位置处变得导电。这初始能够实现各向异性导电胶作为在电路的不应该彼此直接短路的至少两点之间连续延伸的层而在印刷导电表面上散开(spread)。各向异性导电胶层甚至可以作为贯穿整个印刷导电表面的连续层散开。应用连续层、或者至少避免对非常精心设计的图案化层的需求在印刷中通常是有优势的，这是因为其可以消除和/或简化制造方法的图案化步骤并且使其更加便宜并且技术更加简单。考虑到本发明的多个实施例涵盖大范围的可行性，其中与热量和压力相关的变形可以发生在表面上的导电图案、芯片上的触点、或者诸如各向异性导电胶的中间物中的任一或所有中，应该注意的是，所述的熔化的简化可能不是全部。在整个说明书中，即便在其中为了简化目的仅采用术语熔化或其派生词的位置处，真实意愿是涵盖其中材料的导电和/或粘贴性能中的变形和可能的变化通过所施加的热量和压力实现的所有这些现象。图6示意性显示了用于将芯片贴附至印刷导电表面的设备。这里，设备已被构建成更大的印刷处理的部件。衬底基材从输入辊601被解卷，并且通过任选的张紧控制器被供给至辊隙，衬底基材在加压辊603和相应的支撑辊604之间通过该辊隙。印刷装置605被构造成与加压辊603相互作用，从而使得加压辊603在衬底基材上产生印刷导电表面，所述印刷导电表面典型地包括多个导电图案。存在用于在衬底基材上产生印刷导电表面的各种技术，并且所述技术不包括在本发明的保护范围之内，因此在这里不需要更加详细地讨论所述技术。这些技术的示例例如由PCT公开号W02009/135985中已知。半导体芯片已经被事先制造并以对应于所述印刷导电表面的图案的特定图案布置在载带上。载带从载带卷606中以与衬底基材的传递速度同步的速度被解卷。任选的焊剂涂覆装置607可以被设置以将焊剂涂覆至载带上的芯片的选定部分(典型地为露出的触点)。还可以在将载带卷绕在载带卷606上之前已经将焊剂涂覆至芯片的触点。在一些实施例中，可以根本不需要焊剂，但是在多数情况下，由于焊剂有助于将焊料(或各向异性导电胶的颗粒)的随后熔化聚集在理想位置，所以这是有利的。具有印刷导电表面的衬底基材以及具有其承载的芯片的载带均被送入加热辊609和支撑辊610之间的辊隙。在一些实施例中，焊剂可以被涂覆在导电图案上，特别是涂覆在其中芯片触点即将被定位和/或贴附的区域。示出了任选的张紧控制器608控制衬底基材的张紧力。载带早于衬底基材与加热辊609接触，从而使得载带上的芯片被加热至低于芯片能够承受而不被热量损坏的预定第一温度。作为一个替换例，在与衬底基材接触之前，可以有沿着载带的路径的单独的加热装置。在芯片贴附之前可以对衬底和/或导电图案预加热。例如，在印刷处理之后，天线是热的，其后如果天线继续保持是热的，那么所述天线已经被预加热以用于芯片贴附，基于此随后带有天线的芯片贴附会更加容易和快捷。此外，预加热的天线减少对另外的热量的需要。根据一个实施例，在将芯片连接至印刷导电图案之前，印刷导电表面和/或衬底可以被预加热例如至25-200摄氏度之间的温度。然而，应该注意的是，根据一个实施例，还可以在不加热衬底和/或导电图案的情况下贴附芯片，藉此通过芯片、从芯片或经由芯片传递所需的热能。例如，芯片可以被预加热。在加热辊609和支撑辊610之间的辊隙中，用第一压紧力将由载带所承载的加热后的芯片压靠至印刷导电表面上。所述第一温度和所述第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面和/或芯片上的触点的材料。将芯片临时贴附至载带使得在芯片被贴附至印刷导电表面的同时与带基材上分离。剩余的载带被收集在收集辊611中。贴附有芯片的印刷导电表面任选地用来自喷嘴612的冷却气流冷却，并且也任选地在将配备有芯片的衬底卷绕到输出辊614上之前使所述印刷导电表面被从另一个喷嘴613喷出的保护漆层保护。图7示意性显示用于将芯片贴附至印刷导电表面的另一个设备。这里所述设备再次被构建成更大的处理的部件，该处理包括用于制造诸如智能包装的产品的印刷和其它操作。诸如纸板的衬底材料的片材在输入托盘701上进行处理。在传送器702上一次输入一个片材进行处理。诸如数字打印机或从W02009/135985已知的设备的打印机703用于在衬底片材上形成印刷导电表面。印刷导电表面可以包括例如设计用于电路的部分的导电图案。半导体芯片已经先前被制造并且被送入托盘704上或者以其其它方式进行处理。用于将芯片贴附至印刷导电表面的设备包括一个或多个操纵臂，其中臂705作为示例被示出。所述设备被构造成采用操纵臂以从托盘拾取芯片并且将芯片放置在印刷导电表面上的正确位置处。根据本发明的实施例，芯片的温度和用于将芯片压靠至印刷导电表面的压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面或芯片上的触点或两者的材料。具有多个方法可以确保芯片处于低于芯片能够承受而不被热量损坏却足够高以使其部分熔化的适当温度。托盘704、托盘的一部分、或者用于托盘的保持器(在图7中没有显示)可以包括被构造成加热托盘上的芯片中的至少一些的加热器。另外或者可替换地，用来将芯片从托盘传送至印刷导电表面的操纵臂705可以包括被构造成将热传递至所拾取的芯片的集成加热器，或者可以具有单独的加热器设备或者加热区域，操纵臂被构造成通过所述加热器设备或加热区域将芯片从托盘带至印刷导电表面。由于(通过从托盘上一个接一个地拾取芯片)每个芯片典型地被单独处理，因此本发明的该实施例允许精确地控制每个芯片的温度和/或压紧力。甚至可以采用非常相同的设备同时(或者紧连续地)贴附和连接需要不同温度、不同压紧力和/或不同处理类别的芯片。使用操纵臂将芯片压靠至印刷导电表面上涉及额外的优点，即可以相对自由地选择操纵臂在松开之前将芯片保持在适当位置处的时间。因此图7的实施例允许使用操纵臂以将芯片保持在适当位置，直至印刷导电表面和/或芯片上的触点的已熔化部分已经再次固化为止，这明显地降低了蠕变型对准误差的风险。如果需要加速冷却，则可以以例如局部施加冷却气流或集成在操纵臂中的导电冷却装置的形式采用局部冷却。该方法可以包括任选的另外的处理步骤，其中图7显示了通过喷嘴706使保护漆散开以及用切割器707切割衬底片材。其它可行的另外的处理步骤包括但不限于另外的电子设备(如RFID标签)的折叠、胶粘、弯曲、以及增加。已完成的工件被收集在输出托盘708 上。在图6和图7的两个实施例中，已经发现生产导电图案的具体方法是非常有利的。图8示意性显示了印刷部分，其仅在图6中以603、604和605显示，而在图7中以703显示。第一部分801被构造成将粘合剂的图案802和803印刷到衬底804的表面上。可以有介电传输辊805和被构造成将介电传递辊805的表面保持在充电状态的充电设备806。液化粉床或者一些另外类型的颗粒涂覆器807已经被构造成用导电颗粒连续层临时覆盖介电传递辊805的充电表面。在印刷部分的部分808处，衬底的具有胶粘图案的表面被布置成与介电传递辊的充电表面上的导电颗粒连续层接触。导电颗粒粘到粘合剂图案，因而构成导电图案和基本印刷导电表面的基础。通过随后像在图8的辊隙809上一样冷碾导电图案，和/或通过加热导电图案使得发生导电颗粒的至少部分地熔化，可以增强导电图案的有利的导电特性。图9是根据本发明的一个实施例的一种方法的基本示意图。步骤901表示制造半导体芯片；相应地，步骤902表示制造衬底，该衬底在完成的构造中形成印刷导电表面和贴附和连接至印刷导电表面的芯片的组合会出现的基底。步骤903和904表示分别制备芯片和衬底。例如，步骤903中的制备芯片可以包括将芯片放置在托盘或载带上，并且还可以将焊剂涂覆至芯片的被选位置。步骤904中的制备衬底可以包括清洁衬底的表面和/或以其它方式确保衬底的表面准备好接收印刷导电图案。步骤905表示将芯片加热至低于芯片能够承受而不被热量损坏的第一温度。相应地步骤906表示形成印刷导电表面，这通常意味着在印刷过程中在衬底的表面上形成导电图案。在步骤907处，用第一压紧力将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上。所述第一温度和所述第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面和/或芯片上的触点的材料。步骤908表示后处理，所述后处理的非限制示例在图6和7的说明中已经进行了说明。图10是根据本发明的一个实施例的示例性设备的俯视图。该设备的任务在于将半导体芯片贴附和连接至行进通过该设备的每一件印刷电子设备。在此示例中，多件印刷电子设备是环形天线，但是，不论半导体芯片和印刷电子设备件的确切属性和形式，可以自然采用相同的原理。除了贴附和连接芯片以外，设备应该对印刷电子设备进行后处理，以确保所述印刷电子设备可以用作例如RFID标签使用。设备的主要部分是芯片贴附和连接部分1001、切割卷绕部分1002、漆沉积部分1003以及测试单元1004。在芯片贴附和连接部分1001、切割卷绕部分1002、漆沉积部分1003以及测试单元1004中，切割卷绕部分1002、漆沉积部分1003以及测试单元1004仅在图10中示意性显示，因为所述部分的操作和具体实施对于本发明几乎是不重要的。这足以假设切割卷绕部分1002被构造成切割将承载工件的衬底切割成更小部分以用于更简单的进一步处理，沉积部分1003被构造成将一层保护漆散开在工件上，而测试单元1004被构造成测试用于适当操作的工件。半导体芯片在托盘上进行处理，其中托盘1005仅以示例被显示。半导体芯片可以已经被制造成硅晶片的一部分，例如，6英寸或12英寸晶片，并且切断以使得所述硅晶片等待被拾取。可替换地，从晶片上切断单个半导体芯片的步骤可以被集成为芯片贴附和连接部分1001的一部分。图11显示了所谓的拾取-翻转操纵器1001拾取芯片1102并且翻转使得芯片1102被递送至下一个处理步骤所基于的原理。图12显示了放置-压紧操纵器1201取得由拾取-翻转操纵器1001递送的芯片并且例如通过以期望的方式使芯片充分靠近旋转焊剂涂敷器1202而将焊剂涂覆至其期望部分。图12的右侧显示了放置-压紧操纵器1201将半导体芯片放置在印刷电子设备件的右侧位置，并且将所述半导体芯片压靠至印刷导电表面上，从而执行根据本发明的一个实施例的贴附和连接的组合。在本说明书的前面已经指出如何将芯片加热至第一温度(该第一温度低于芯片能够承受而不被热量损坏的温度)可以以多种方式实现:例如，通过由放置-压紧操纵器1201和/或工件下方的加热器元件1203，和/或通过采用没有在图12中显示的加热气体喷射器或辐射加热器施加热量。如果加热器元件不需要在衬底下方，则元件1203可以被认为显示在芯片被压靠至印刷导电表面上的时间期间支撑衬底和工件的后台支撑件。放置-压紧操纵器实施用第一压紧力将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上。第一温度和第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面和/或芯片上的触点的材料。已经通过设备进行了试验，其操作原理符合图10至图12。第一示例性设置包括衬底基材，其宽度(即图10中与表示传递方向的箭头垂直的方向上的尺寸)为图10中所示的一半。所述衬底基材承载天线的两条平行线(而非图10中所示的四条平行线)，每条线使得每一米衬底长度具有16条天线。在图10中以箭头所示的方向传递的衬底以每秒12厘米(等于7.2秒每分钟)的速度传递。芯片在单个晶片上进行处理。放置-压紧操纵器被形成为可移动，使得所述放置-压紧操纵器可以将芯片放置在印刷导电表面上的理想位置处持续一秒。发现这足以导致芯片被贴附和连接。由于在两条线上进行平行操作，因此生产率为每米32个单元乘以每分钟7.2米，等于每分钟224个制造单元或者每小时13440个制造单元。第二示例性设置与第一示例性设置相同，但是第二示例性设置包括宽度为两个晶片上的芯片的两倍具有四条平行天线的衬底基材以及两个拾取-翻转操纵器和放置-压紧操纵器单元，从而使得被构造与如图10所示的相同。生产率为第一示例的两倍，等于每小时26880个制造单元。图10的设备还会有利地构建有图像识别能力，从而能够在放置芯片时进行连续和精确的位置控制。一个替换方式是每条天线上具有两个组装头，所述组装头中的一个执行图像识别而另一个拾取和放置芯片。在上面说明的示例性设置中，应用红外线加热以加热等待被拾取的芯片。放置-压紧操纵器也被加热，从而导致在将芯片压靠在印刷导电表面上时芯片的温度在150和180摄氏度之间。作为通过旋转焊剂涂敷器涂覆焊剂的替换方式，考虑焊剂的精确局部注射或喷涂。可以考虑将芯片适当地保持在印刷导电表面上的期望位置所需的时间从I秒减少至0.3秒或者更少。0.3秒这个值会将允许放置-压紧操纵器沿着衬底移动的距离从12厘米(上面每秒12cm的传递速度所需)缩短至约4厘米；或者可替换地，0.3秒这个值允许将衬底的传递速度从每秒12cm增加至每秒约36厘米。最后提到的可替换方式自然将上述的生产率提高3倍。根本不需要在贴附和连接芯片的期间内使衬底移动。可以采用缓冲操作，使得衬底相对于芯片贴附和连接机构静止贴附和连接芯片所需的一小段时间，并且接着可以加速至比平均速度更高的的速度持续一段时间，使得虽然中途停顿，但是可以保持生产的理想平均速度。通常考虑缓冲操作以允许达到更好的精度，因而在贴附和连接芯片期间需要控制的移动的自由度更小。上述温度与用来在衬底上产生导电图案的衬底的具体选择有关。通过选择例如熔点大致为75摄氏度的锡、铋和铟的合金会明显降低上述150度的下限。另外，通过四个天线宽的衬底基材的试验建议当前看似可信的基材速度在每分钟5至10米之间，而基于天线设计，衬底基材的宽度在320和381毫米之间。芯片被加热的温度应该少于220摄氏度，优选地被相对精确地控制在诸如±0.3摄氏度之内。用来将芯片压靠至印刷导电表面上的压紧力在0.2和5牛顿之间，被控制在±-0.1牛顿的精度之内。所考虑的芯片是RFID芯片，所述芯片的一些示例性品牌为在UHF (特高频)范围中的T1GEN2，HIGGS，M0NZA2和UCODE G2X以及(高频)范围中的MIFARE UL和UCODE G2X。所考虑的最大芯片尺寸为7_乘以2_，但是如果设备具有处理能力小至0.3mm的小模具则是有有利的。相关的模具厚度在0.07和0.5mm之间，芯片上的凸起高度在10和30微米之间。使用具有10平方毫米的相对较大的芯片为例，0.2和5牛顿之间的压紧力意味着在0.02与5兆帕之间的压力。假设精度需要使其所谓的3西格马值小于100微米，并且定位精度需要为±30度或更小。此方法适于6英寸和12英寸的晶片，并且具体地不采用任何胶粘剂，包括无论导电的或不导电的(ACP/NCP;各向异性导电膏/非导电膏)。在芯片的贴附和连接以后涂覆保护漆。考虑涂层纸和纸板作为衬底。测试单元有利的是都能够进行HF测试和UHF测试的测试单元。图13是根据本发明的一个实施例的设备的侧面示意图。衬底1301具有至少一个印刷导电表面，在所述至少一个印刷导电表面上具有导电图像1302。此时设备的任务是将一个芯片贴附和连接至每个导电图案；芯片1303作为示例显示。芯片最初产生切割膜(dicing membrane) 1304,其具有聚合物释放涂层(在图13中没有单独显示)。芯片被传递至传递膜1305上，所述传递膜的下表面由热释胶粘剂覆盖。还可以由热降解材料制造整个传递膜。如果最初能够在具有(或其胶粘剂表面具有)合适释放特性的膜上获得芯片，那么不需要将芯片从一个膜传递至另一个膜而实现本方法。传递膜1305使芯片靠近印刷导电表面上的导电图案。一旦芯片与导电图案正确对准，热量施加器1306通过提供一些非常精确的局部加热将芯片“射离”传递膜1305。所传递的热量的量足以从传递膜上释放芯片同时也足以将芯片加热至低于芯片能够承受而不被热量损坏却足够高以有利于贴附和连接芯片的操作的第一温度。用由热量施加器1306或单独的压紧装置(在图13中没有单独显示)产生的第一压紧力将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上。还可行的是所释放的芯片被射离的速度足够高以在芯片撞击印刷导电表面时出现减速力，使得减速力同时为压紧力。所述第一温度和所述第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面和/或芯片上的触点的材料。将剩余的传送膜从所述过程移除，并且使得具有配备芯片的印刷导电表面的衬底进行进一步的处理步骤，所述处理步骤可以类似例如早于图10的步骤1002，1003，和1004所描述的步骤。作为一个替换例，将芯片从传送膜“射”到印刷导电表面可以用于仅将芯片置于适当的位置，此后会有在过程中施加最终使得芯片被贴附和连接的加热和压紧力的单独步骤。迄今为止可以对所述示例进行改变和增加，这意味着这些示例不限制所附权利要求的应用性。例如，即便已经在上述的多个示例中考虑将一个芯片贴附和连接至一个导电图案，但是本发明并不限制将被贴附和连接在一起的芯片和导电图案的数量。类似地，即便已经主要图示将芯片从上方引到印刷导电表面上，但是这不是本发明所必须的，而使根据最适合的方法可以选择芯片被引入的方向。
权利要求
1.一种用于将芯片贴附至印刷导电表面的方法，所述方法包括以下步骤: 将芯片加热至第一温度，所述第一温度低于芯片能够承受而不被热量损坏的温度，和 用第一压紧力将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上； 其中所述第一温度和所述第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面、芯片上的触点中的至少一个的材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述芯片包括金属基底，并且所述第一压紧力在所述芯片与印刷导电表面之间产生在0.1兆帕与10兆帕之间的压力。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一温度在75摄氏度与400摄氏度之间。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一温度在75摄氏度与200摄氏度之间。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述芯片包括硅基底，并且所述第一压紧力在所述芯片与印刷导电表面之间产生在0.02兆帕与0.5兆帕之间的压力。
6.如任一前述权利要求所述的方法，所述方法包括以下步骤: 将焊剂涂覆至所述印刷导电表面、芯片上的所述触点中的至少一个的选定部分。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述焊剂被涂覆到芯片上的触点，并且被允许在将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上之前固化。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述印刷导电表面包括各向异性导电胶层。
9.如任一前述权利要求所 述的方法，所述方法包括以下步骤: 有源地控制将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上的位置处的环境温度。
10.如权利要求1所述的方法，其中在将芯片贴附至印刷导电表面之前，所述印刷导电表面和/或包括一个或多个印刷导电表面的衬底被预加热至25摄氏度与200摄氏度之间的温度。
11.一种用于将芯片贴附至印刷导电表面的设备，包括: 加热器，所述加热器被构造成将芯片加热至低于芯片能够承受而不被热量损坏的第一温度；和 致动器，所述致动器被构造成用第一压紧力将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上； 其中所述设备被构造成采用所述第一温度和所述第一压紧力的结合，所述第一温度和所述第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面、芯片上的触点中的至少一个的材料。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述致动器包括操纵臂，所述操纵臂被构造成拾取芯片并且将芯片放置在印刷导电表面上的预定位置处。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述加热器的至少一部分集成到操纵臂中以在拾取芯片的步骤和将芯片放置在印刷导电表面上的预定位置处的步骤之间将热量传递至芯片。
14.如权利要求12或13所述的设备，其中所述加热器的至少一部分被构造成加热等待被操纵臂拾取的芯片。
15.如权利要求11所述的设备，其中所述致动器包括加热辊，所述加热辊被构造成将热量传递至芯片并且在加热辊和支撑辊之间的辊隙中将芯片压靠在印刷导电表面上。
16.如权利要求11至15中任一所述的设备，其中为了形成所述印刷导电表面，所述设备包括:印刷部分，所述印刷部分被构造成在衬底的表面上印刷胶粘图案， 介电传递棍， 充电设备，所述充电设备被构造成保持介电传递棍的表面处于充电状态， 颗粒涂覆器，所述颗粒涂覆器被构造成用导电颗粒连续层临时覆盖介电传递辊的充电表面，和 衬底的具有胶粘图案的表面被布置成与介电传递辊的充电表面上的导电颗粒连续层接触的 部分。
全文摘要
本发明公开了一种用于将芯片贴附至印刷导电表面的方法和装置。芯片(201)被贴附至印刷导电表面。芯片首先被加热至第一温度，所述第一温度低于芯片能够承受而不被热量损坏的温度。用第一压紧力将加热后的芯片压靠至印刷导电表面上。所述第一温度和所述第一压紧力的结合足以至少部分地熔化印刷导电表面、芯片中的触点(205，206)中的至少一个的材料。
文档编号H05K3/32GK103190206SQ201080069606
公开日2013年7月3日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者尤哈·麦加拉, 派翠·瑟维奥 申请人:斯塔诺 阿埃索 澳吉有限公司