用于倒装芯片清洗的方法与装置制造方法
【专利摘要】揭示了一种用于清洗倒装芯片的装置，该设备包括：一个卡盘装置；一个与卡盘通过转轴连接在一起的马达；至少一个载体装载倒装芯片；至少一个喷嘴用于喷射去离子水，一种清洗溶液，一种气体或者蒸汽。本发明进一步提供了一种清洗倒装芯片装置的方法，该方法包括：在倒装芯片载体中装载至少一个倒装芯片；以一种旋转速度来转动卡盘装置；在卡盘装置上的倒装芯片载体中装载至少一个倒装芯片，以一种旋转速度来转动卡盘装置；使用一种液体（去离子水，一种清洗液，等等）来去除污染物；将超声/兆声作用于倒装芯片；通过喷嘴喷射一种气体或一种蒸汽来干燥倒装芯片；将倒装芯片取出倒装芯片载体。
【专利说明】用于倒装芯片清洗的方法与装置
发明领域
[0001]本发明一般而言涉及一种用于倒装芯片清洗的方法与装置。更确切地说，是一种用于清洗倒装芯片上焊剂残留物以及其他污染物的方法与装置。
【背景技术】
[0002]所谓的倒装芯片是指倒装的电子元件通过导电凸点与基板，电路板或者其他载板的一种直接的电性连接。尽管某些更大或者更小的尺寸也常被使用，凸点的典型直径为30-200微米，且形状一般为球形或近似球形。倒装芯片的清洗要比清洗传统表面装置或通孔电子装置复杂得多。在倒装芯片配件的制造中，各种类型的助焊剂比如以松香为原料的助焊剂，含有卤素的助焊剂，都被频繁使用于电子元器件的焊接工艺中。
[0003]为了满足性能和可靠性的标准，倒装芯片配件必须没有污染物，比如助焊剂，指纹，水，或者其他表面污染物。否则这些残留物将导致离子污染及腐蚀，并且妨碍底层填充而产生空洞，这种空洞将助长水分的聚集，加热过度和局部失效。
[0004]然而，在彻底去除残留物这个方面，有两个突出的问题:(I)回流焊接工艺中的高温会使得助焊剂焦化，而这种焦化的助熔剂是很难被去除的；(2)随着凸点尺寸的缩小和凸点间间距缩小，凸点结构变的更加脆弱，而且凸点和衬底的间距也变的更小，倒装芯片配件的这种小而脆弱的凸点互联结构使得芯片板上只有非常狭窄的空间允许被清洗，这种小间隙使得倒装芯片配件被彻底和均匀的清洗成为很大的挑战。
[0005]因此，仍然需要一种改进的倒装清洗装置，这种装置能提供一种对助焊剂残留物和其他污染物质的彻底和均匀的清洗方法。
【发明内容】
[0006]根据当前发明的具体实施方案，我们提出了一个清洗倒装芯片的装置。这种装置包括:一个卡盘装置；一个与卡盘通过转轴连接在一起的马达；至少有一个载体装载倒装芯片，每个载体上装载一个倒装芯片。根据这种发明的一个方面，倒装芯片载体直接装配在卡盘上。根据这种发明的另一个方面，有一块承载板装配在卡盘上，倒装芯片载体位于此承载板上。根据这种发明的一个方面，倒装芯片载体装配位置远离卡盘或者承载板的旋转中心。倒装芯片载体的分布图案可能是圆形，方形，旋涡状，同轴或者其他适宜的图案；至少有一个喷嘴用于喷射去离子水，一种清洗溶液，一种气体或者蒸汽。这种被倒装芯片载体支撑的倒装芯片随着卡盘的旋转而旋转。在倒装芯片载体旋转时，去离子水和/或一种清洗溶液喷射到卡盘的中心区域，由于离心力的作用，去离子水和这种清洗溶液将被进一步甩至装配于卡盘或承载板外圈的装芯片上。
[0007]根据本发明的第一个方面，所述倒装芯片清洗装置进一步包括:一个位于卡盘中心和/或者位于倒装芯片承载板中心的凹槽，凹槽的形状可能是圆形，正方形或者其他适宜的形状；一个用于连接中心凹槽和倒装芯片载体的引流通道，便于引导液体从中心凹槽流入倒装芯片。在卡盘旋转时，喷射到中心凹槽的去离子水/或者清洗溶液在离心力的作用下将经由引流通道进一步甩入倒装芯片内。
[0008]根据本发明的第二个方面，所述倒装芯片清洗装置进一步包括:至少一个喷嘴，装配在倒装芯片载体的一侧，用于喷射去离子水，一种清洗溶液，一种气体或者一种蒸汽。
[0009]根据本发明的第三个方面，所述倒装芯片清洗装置进一步包括:一个用于容纳倒装芯片载体的凹槽，这个凹槽的形状可能是圆形，正方形，或者其他适宜的形状；至少一个喷嘴被装配在凹槽的边缘，用于喷射去离子水，一种清洗溶液，一种气体或者一种蒸汽。
[0010]根据本发明的第四个方面，所述倒装芯片清洗装置进一步包括:一个外部的水槽，用来盛放用以预浸润倒装芯片的清洗溶液；一个通过水槽底部的泵产生循环的液体回路；至少四个装配在水槽底部的出流口，第一个出流口与一条酸液排放及回收管路连通，第二个出流口与一条碱液排放及回收管路连通，第三个出流口与一条有机溶剂排放及回收管路连通，第四个出留口与一条废水排放管路连通。在工艺过程中，喷洒在卡盘装置上的去离子水或者一种清洗溶液将被存储在水槽里直到液位浸没倒装芯片，长时间的浸润工艺可以松弛，软化和去除污染物。在浸润过程中，打开循环管路中的回流泵，在泵的作用下，液体能保持持续在水槽中循环，通过这种方法可获得高效的清洗性能。
[0011]根据本发明的第五个方面，所述倒装芯片清洗装置进一步包括:至少一个超声/兆声装置，这种超声/兆声装置工作频率范围为5KHZ至10MHz，在清洗工艺中应用了超声/兆声能量能增强物质传输，通过在反应界面处形成声流和局部气穴气泡的内爆来减薄扩散二重层的厚度。通过超声/兆声的这种振荡搅拌作用而获得一种高的清洗性能。根据本发明的一个方面，超声/兆声装置被装配在倒装芯片载体和卡盘装置的上方。根据本发明的另一方面，超声/兆声装置被装配在外部水槽的壁上。
[0012]本发明的一个示范性实施例，揭示了一种清洗倒装芯片装置的方法。该方法包括:在卡盘装置上的倒装芯片载体中装载至少一个倒装芯片，以一种旋转速度来转动卡盘装置；使用一种液体(去离子水，一种清洗液，等等)来去除污染物，由于离心力的作用，被喷射在卡盘中心区域的清洗液体将被进一步甩至装配于卡盘或承载板外圈的装芯片上；将超声/兆声作用于倒装芯片；通过喷嘴喷射一种气体或一种蒸汽来干燥倒装芯片；将倒装芯片取出倒装芯片载体。
[0013]根据本发明的一个方面，所述清洗倒装芯片装置清洗方法进一步包括在清洗工艺中改变卡盘转速的步骤，低转速和高转速被交替使用。
[0014]在工艺的开始阶段，一种液体从卡盘上方喷射，此时卡盘以第一个较低的速度旋转，由于离心力的作用，液体将被进一步甩至装配于卡盘或承载板外圈的装芯片上。在低转速下，表面张力占主导作用，液体的流动趋于缓慢，易于滞留在倒装芯片上而不会向外扩散，因此倒装芯片将得到完全的预湿和浸泡。长时间的浸润能软化和松弛助焊剂残留物和其他粘合在倒装芯片上的污染物；同时，尽管低转速会产生较厚的边界层，但此边界层的厚度仍然允许反应物质的扩散并与污染物发生反应。
[0015]在预浸润工艺完成后，停止供应液体，以第二个较高的速度旋转卡盘。提高卡盘的旋转速度将增加液体的离心力。随着旋转速度的升高，离心力将平衡并最终克服阻滞液膜停留在倒装芯片上的表面张力，使得滞留其中的液体和污染物被甩出。同时，增加卡盘装置的旋转速度能减薄液膜的厚度以及倒装芯片表面扩散边界层的厚度。我们知道，污染物的去除速率是由靠近倒装芯片表面的固液界面化学药液的传质率所控制。根据菲克定律，减薄扩散边界层厚度能提高传质率。因此，随后的高速旋转步骤使得清洗溶液与松散的污染物完全反应，并通过离心力彻底地甩出污染物。
[0016]重复至少一次这种低速浸泡工艺和高速甩出工艺，由此获得高性能的清洗效果。
[0017]如上所述，对于甩出工艺，旋转速度必须足够高才能产生用以克服液体表面张力的离心力，这种离心力将产生一径向的向心加速度。根据牛顿第二运动定律，我们能获得以下方程。
[0018]Fc-Fs = mac (I)
[0019]这里Fe表示离心力，Fs表示表面张力，m表示液体质量，a表示向心加速度。
[0020]图1描述的是一个倒装芯片清洗机理的实施例，其中B表示的是倒装芯片100的长度，A表示的是倒装芯片100的宽度，r表示的是安装在卡盘装置101上的倒装芯片载体102到卡盘中心的距离，h是两个芯片焊盘的间距，ω是卡盘的角速度，根据公式1，所需要的高旋转速度N为:
【权利要求】
1.一倒装芯片清洗装置，包括: —盘装置； 一与卡盘通过转轴连接在一起的马达； 至少一个载体装载倒装芯片，每个载体上装载一个倒装芯片； 至少一个喷嘴用于喷射去离子水、清洗溶液、气体或者蒸汽。
2.如权利要求1中所述的装置，其中所述倒装芯片载体装配位置远离卡盘的旋转中心。
3.如权利要求1中所述的装置，其中此装置进一步包括一承载板，所述倒装芯片载体位于此承载板上，所述承载板装配在卡盘上。
4.如权利要求1中所述的装置，其中所述倒装芯片载体以顶部固定的方法来支撑倒装 心/T O
5.如权利要求1中所述的装置，其中所述倒装芯片载体以底部固定的方法来支撑倒装 心/T O
6.如权利要求1中所述的装置，其中所述倒装芯片载体装配位置远离卡盘的旋转中心，倒装芯片载体的分布图案是圆形、方形或旋涡状。
7.如权利要求1中所述的装置，其中所述喷嘴类型为固定喷嘴、扫描喷嘴或者摆动喷嘴。
8.如权利要求1中所述的装置，其中所述喷嘴装配在卡盘的上方。
9.如权利要求1中所述的装置，其中所述喷嘴装配在倒装芯片载体的侧边。
10.如权利要求1中所述的装置，进一步包括:一位于卡盘中心的凹槽、一用于连接凹槽和倒装芯片载体的引流通道。
11.如权利要求1中所述的装置，进一步包括:一用于容纳倒装芯片载体的凹槽，至少一个喷嘴被装配在凹槽的边缘。
12.如权利要求1中所述的装置，进一步包括:一个外部的水槽，用来盛放用以预浸润所述倒装芯片的清洗溶液。
13.如权利要求12中所述的装置，进一步包括:一超声/兆声装置装配在外部水槽的槽壁上。
14.如权利要求1中所述的装置，其中所述转轴装配在卡盘装置的底部。
15.如权利要求1中所述的装置，其中所述转轴装配在卡盘装置的顶部。
16.如权利要求12中所述的装置，进一步包括:至少一超声/兆声装置。
17.如权利要求16中所述的装置，其中所述超声/兆声装置的工作频率范围为5KHz至IOMHz。
18.如权利要求16中所述的装置，其中所述超声/兆声装置被装配在所述倒装芯片载体和所述卡盘装置的上方。
19.一种清洗倒装芯片装置的方法，包括: 在卡盘装置上的倒装芯片载体中装载至少一个倒装芯片； 喷射一种清洗液体以去除污染物；以及 以一种旋转速度来转动卡盘装置。
20.如权利要求19中所述的方法，进一步包括:一在清洗工艺中改变卡盘转速的步骤，其中一低转速和一高转速被交替使用；
所述低转速NI的范围为小于
21.如权利要求19中所述的方法，进一步包括:在清洗过程中将超声/兆声作用于倒装芯片。
22.如权利要求19中所述的方法，进一步包括:通过喷嘴喷射一种气体或一种蒸汽来干燥倒装芯片。
23.一种清洗倒装芯片装置的方法，包括: 在承载板上的倒装芯片载体中装载至少一个倒装芯片； 将承载板安放在一料盒中； 将承载板从一料盒传送到一工艺腔体中； 喷射一种清洗液体以去除污染物；以及 以一种旋转速度来转动卡盘装置。
24.如权利要求23中所述的方法，进一步包括: 一在清洗工艺中改变卡盘转速的步骤，其中一低转速和一高转速被交替使用；(2σ !BY- 所述低转速NI的范围为小于
25.如权利要求23中所述的方法，进一步包括:在清洗过程中将超声/兆声作用于倒装芯片。
26.如权利要求23中所述的方法，进一步包括:通过喷嘴喷射一种气体或一种蒸汽来干燥倒装芯片。
【文档编号】B08B3/02GK103464401SQ201210189044
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年6月8日 优先权日:2012年6月8日
【发明者】张晓燕, 陈福平, 王晖 申请人:盛美半导体设备（上海）有限公司