专利名称：提供导电接合材料的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电子衬垫上的如焊料的导电接合材料的布置领域，更具体地说，涉及在电路支撑衬底上直接布置导电接合材料。
背景技术：
在现代的半导体器件中，不断增加器件密度和减少器件尺寸的需求更迫切地要求这样的器件的封装和互联技术。通常，在IC芯片的封装中使用倒装晶片连接法。在倒装晶片连接法中，代替将IC芯片附装到封装中的引线框架，在芯片表面上形成焊料球阵列。一般通过掩模蒸发，焊料浆料筛选(screening)，通过光致抗蚀剂的镀覆，或焊料的注入模制，进行焊料球的形成。
国际商业机器公司共同持有的美国专利No.5,244,143，公开了注入模制焊料(IMS)技术，并因此引入其整个内容作为参考。IMS优于其它焊料凸起技术的一个优点是，在熔融焊料和最终的焊料凸起之间的体积改变非常小。IMS技术利用焊料填充器(solder head)填充由硼硅玻璃、钼、硅、聚酰亚胺等构成的模具，并且其足够宽以覆盖大部分单芯片模块。在焊料狭缝经过模具的已填充孔洞之后，提供可选的窄接触刷，以除去多余的焊料。
然后，通过以转移工艺向衬底施加熔融焊料，实现用于焊料接合的IMS方法。当遇到较小衬底，即芯片级别或单芯片模块时，容易完成转移步骤，因为在区域中焊料填充的模具和衬底相对较小，并且因此容易对准并且容易连接成多种结构。例如，经常使用分割光学(split-optic)对准工艺将芯片连接到衬底。相同的工艺还用于将芯片级别的IMS模具连接到要突起的衬底(芯片)。
上面讨论的焊料球形成技术和如熔融焊料筛选的未讨论的其它技术的一个普遍问题是需要使用模具或冲模。当前的模具限定为矩形并且具有以与衬底设计的图形相关的图形设置的空腔。换句话说，当前模具仅能用于特定的衬底设计。设计的每个新设计或改变都要求建立新掩模或模具。对镀覆和蒸发以及IMS等已有的技术，这是实情。在多数情况中，还优选制造掩模或模具的多个拷贝，用于生产量或冗余。这些新掩模和模具的成本变化明显，而且昂贵。这还延长了交货时间，其限制了最终部件的提交。重新设计的结果更增加了成本，还会在交货日程上增加了几周。
包括Borofloat，Kapton，玻璃上的聚酰亚胺的几种模具材料具有的一个问题是不存在用于建造模具的现有基层结构。与焊料镀覆中使用的玻璃掩模或焊料蒸发中使用的金属掩模不同(这两者都已在世界范围内容易获得)，在大规模生产中不存在模具制造。虽然一些模具制造确实存在基层结构，如钼，但是它存在另外的缺点。
使用模具在衬底上沉积焊料具有的另一个问题是，当前的模具是矩形。因此，模具和焊料填充器互相线性运动，以使空腔垂直移向焊料填充器的狭缝，从而当它们经过时填充空腔。
因此，存在对克服上述当前技术具有的问题的需要。
发明内容
简要地，根据本发明，公开的是用于向电路支撑衬底中的多个空腔提供导电接合材料的系统和方法。该方法包括设置填充器与电路支撑衬底基本接触。电路支撑衬底包括至少一个空腔。在填充器与电路支撑衬底基本接触时，向电路支撑衬底和填充器的至少一个提供线性和旋转运动。将导电接合材料从填充器排向电路支撑衬底。在至少一个空腔邻近填充器时，向至少一个空腔提供导电接合材料。
在本发明的另一个实施例中，公开了向电路支撑衬底中的多个空腔提供导电接合材料的系统。该系统包括至少一个电路支撑衬底和至少一个导电接合材料设置装置。至少一个电路支撑衬底包括至少一个空腔。至少一个电路支撑衬底向至少一个电路支撑衬底中的至少一个空腔提供导电接合材料。至少一个导电接合材料设置装置包括填充器，用于当填充器与至少一个电路支撑衬底基本接触时，引导导电接合材料进入至少一个空腔中。至少一个导电接合材料设置装置还包括机械耦合到填充器的导电材料储存器，用于从导电接合材料储存器向填充器提供导电接合材料。该系统还包括一装置，用于当填充器与至少一个电路支撑衬底基本接触时，向填充器和至少一个电路支撑衬底的至少一个提供线性和旋转运动中的一种。
在本发明的另一个实施例中，公开了一种集成电路。该集成电路包括电路支撑衬底和设置在电路支撑衬底上的至少一个电子电路。该集成电路还包括设置在电路支撑衬底的外表面上的至少一个空腔，至少一个空腔用于在焊接操作期间接收导电接合材料，在至少一个空腔中的导电接合材料与至少一个电子电路形成电接触。
在本发明的另一个实施例中，公开了另一种集成电路。该集成电路包括电路支撑衬底和至少一个电子电路。电子电路设置在电路支撑衬底上。集成电路还包括设置在电路支撑衬底上的至少一个接触衬垫。至少一个接触衬垫从电路支撑衬底的外表面延伸。至少一个接触衬垫的至少一部分插入第二电路支撑衬底上的用导电接合材料填充的对应空腔中。
本发明的前述实施例的优点是直接向电路支撑衬底提供如焊料的导电接合材料。避免了模具的成本和从模具向衬底转移材料的时间延迟。可以使用当前填充器实施本发明。
附图中相似的标号表示特征或功能类似的元件，贯穿每个附图，并且附图与下面的详细描述结合并形成说明书的一部分，用于进一步示出不同的实施例并且解释所有根据本发明的不同的原理和优点。
图1是根据本发明的实施例，直接向电路支撑衬底提供导电接合材料的填充器的截面图；
图2-3是根据本发明的实施例，与在多个空腔中具有导电接合材料的另一个电路支撑衬底耦合的电路支撑衬底的截面图；图4是根据本发明的实施例，在空腔处终止的衬底层中具有电接触的电路支撑衬底中的空腔的截面图；图5-6是根据本发明的实施例的电路支撑衬底的截面图，具有从电路支撑衬底的表面延伸并且插入到具有导电接合材料的另一个电路支撑衬底的空腔中的接收衬垫；以及图7是根据本发明的实施例的操作流程图，示出了直接向电路支撑衬底提供导电接合材料的典型工艺。
具体实施例方式
根据要求，这里公开了本发明的详细实施例；然而，应该明白，公开的实施例仅是本发明的代表，其可以以各种形式实施。因此，这里公开的具体的结构和功能细节不能认为是限制，而是仅作为权利要求的基础并且作为教导本领域的技术人员的典型基础，以在实际的任何合适的具体结构中变化使用本发明。另外，这里使用的术语和措词不是旨在限制；而是提供本发明的可理解性描述。
如这里使用的术语“一”或“一个”限定为一个或多个。如这里使用的术语多个限定为两个或多于两个。如这里使用的术语另一个，限定为至少两个或多个。如这里使用的术语包括和/或具有，限定为包括(即，开放性语言)。如这里使用的术语耦合限定为连接，但是不必直接连接并且不必机械连接。
根据一个实施例，本发明通过直接向电路支撑衬底提供如焊料的导电接合材料克服了现有技术具有的问题。避免了模具的成本和从模具向衬底转移材料的时间延迟。可以使用现有的填充器实施本发明。另一个优点是可以制造在电路支撑衬底的两层之间的可焊连接。
用于直接向电路支撑衬底提供焊料的典型填充技术图1示出了用于直接向电路支撑衬底154提供焊料的填充器108的截面图。虽然在整个公开中使用焊料作为提供给电路支撑衬底154的材料，但是可以使用如导电环氧树脂，焊料浆料，导体(例如金属粒子)浸渍的粘合剂等的导电材料。还应注意，前述实施例的填充技术没有限制为向电路沉积导体接合材料。填充技术还可以用于其它应用，如机械应用，光学应用等。例如，本发明的填充技术可以用于形成机械接合点。
不同于常规方法，当直接向电路支撑衬底154提供焊料时，没有使用模具。这是先进的，因为避免了模具的成本以及用于建立模具和从模具向衬底154转移焊料的时间延迟。电路支撑衬底154包括与至少一个空腔104耦合的至少一个电接触(未示出)。填充器108包括储存器146，用于保留如焊料的导电接合材料。还包括端口148用于向储存器146提供背压以将焊料从储存器146排出并且进入沟道132。沟道132开口于允许焊料流到电路支撑衬底上的传输开口112。还可以使用旋转填充技术和/或线性填充技术以直接向电路支撑衬底154提供焊料。
在一个实施例中，通过填充器108的前边缘传输热气使焊料保持在熔融/液态。前边缘是填充器154的第一边缘，当用焊料填充它们时，空腔104从其下经过。当用焊料填充空腔104时，填充器108设置为基本与电路支撑衬底154接触。当通过传输开口112向空腔104提供焊料时，焊料在空腔104中固化。例如，在一个实施例中，通过填充器108的后边缘传输冷气，该边缘是在用焊料填充它们后空腔104从其下经过的边缘。当空腔104从后边缘下经过时，焊料固化。
在空腔104中的焊料与电路支撑衬底的表面在同一平面。通过填充器108(至少在填充器108的特定区域中)传输热气和冷气，允许更多地控制填充器108和焊料的温度。例如，来自模具102的热/冷气可以改变焊料的温度。没有传输气体，储存器需要加热到更高的温度，以使焊料不会过早固化。在另一个实施例中，热电偶探测器(未示出)位于填充器108的至少一个前边缘和/或后边缘中以提供精确的温度监控和反馈。
在一个实施例中，经过电路支撑衬底154的表面沉积牺牲层(未示出)。在需要焊料的位置，例如接收衬垫，在牺牲层(未示出)中蚀刻空腔104。一旦向空腔104提供焊料，就通过本领域的普通技术人员公知的如蚀刻的一种或多种技术除去牺牲层(未示出)。此工艺在电路支撑衬底154的接收衬垫(未示出)上制造焊料凸起。
耦合两个电路支撑衬底图2和3示出了两个电路支撑衬底254，256的截面图。图3示出了互相紧密邻近的两个电路支撑衬底354，356。如图2所示，第一电路支撑衬底254包括用焊料填充的空腔204(同样在图3中示出为空腔304)。在一个实施例中，空腔204的尺寸不都相同。例如，一个空腔可以是1微米而另一个空腔可以是100微米。还包括一个或多个电接触260(同样在图3中示出为一个或多个电接触360)用于制造在电路支撑衬底254中或在不同的电路支撑衬底(未示出)上的空腔204和其它特定区域之间的电连接。虽然图2和图3显示每个空腔204，304都包括电接触260，360，但是以本阐述的观点，本领域的普通技术人员应该明白，可选实施例可以包括与任何空腔204，304连接的任何数目的电接触260，360。第二电路支撑衬底256包括接收衬垫258(同样在图3中示出为接收衬垫358)。在一个实施例中，第二电路支撑衬底254的接收衬垫258与电路支撑衬底256基本齐平。当将第一电路支撑衬底254加热到焊料的回流温度时，因为第一电路支撑衬底254的表面上的表面张力，焊料将会轻微抬升。当第一和第二电路支撑衬底254，256接近到互相紧密邻近时，这允许接收衬垫258和焊料接触，如图3所示。然后焊料固化，从而在第一和第二衬底254，256之间制造接合的电连接。
在电路支撑衬底中制造层间连接图4示出了电路支撑衬底454的截面图。更具体地说，图4示出了在电路支撑衬底454的两层464，466上的电接触460，470。在此实例中示出的电接触460，470没有延伸到如层LN 468的其它层。然而，从本阐述的观点看，本领域的普通技术人员应该明白，在本发明的范围内，这些电接触460，470可以延伸到电路支撑衬底454的其它层。如下面更详细的讨论，电路支撑衬底454包括一个或多个空腔404。同样，电路支撑衬底454包括一个或多个电接触460，470。在一个实施例中，电接触460，470位于电路支撑衬底454的不同级464，466中。例如，图4示出了在电路支撑衬底454的第一层464中的第一电接触460与空腔404相交。第二电接触470位于电路支撑衬底454的第二层466中与空腔404相交。在一个实施例中，电接触460，470终止于空腔404的侧壁462，472处。这产生了空腔404和电接触460，470之间的电连接。在另一个实施例中，一个或多个电接触终止于并且嵌入空腔404中。
用于耦合两个电路支撑衬底的另一个实施例图5-6示出了两个电路支撑衬底554，556的横截面。第一电路支撑衬底554包括具有直接通过填充器(未示出)提供的焊料的空腔504。第二电路支撑衬底556包括从第二电路支撑衬底556向外延伸的接收衬垫558。当电路支撑衬底554，556互相紧密邻近时，突出的接收衬垫558进入空腔504的焊料中。当电路支撑衬底554，556互相耦合时，如图6所示，第一电路支撑衬底554的突出的接收衬垫558进入第一电路支撑衬底554的空腔504中。这确保接收衬垫558和焊料之间出现合适的接触。例如，可以不用足够的焊料填充空腔504以接触常规接收衬垫。
直接用焊料填充电路支撑衬底的示意性工艺图7是操作流程图，示出了直接向电路支撑衬底提供如焊料的导电接合材料的示意性工艺。图7的操作流程图开始于步骤702并且直接进入步骤704。步骤704的填充器设置为基本与电路支撑衬底接触。在步骤706中向电路支撑衬底和/或填充器的一个提供线性或旋转运动。在步骤708中将焊料从填充器排向电路支撑衬底。例如，向储存器提供背压，迫使焊料流经沟道并且通过传输开口排出填充器。
在步骤710中，当至少一个空腔从填充器的下面经过时，向电路支撑衬底上的至少一个空腔提供焊料。在一个实施例中，填充器上包括合适的填充刃片(blade)(未示出)，其表现出刮浆效应并且引导熔融焊料进入空腔。在另一个实施例中，填充器的底表面足够平坦并且足够光滑以经过模具表现出刮浆效应。在步骤712中，焊料在电路支撑衬底的空腔中固化。例如，从外部储存器(未示出)向填充器中的气体通道传输冷气。当具有焊料的空腔从传输冷气的填充器的边缘下面经过时，这促使在至少一个空腔中的焊料固化。然后，控制流程结束于步骤114。
非限制性实例本发明的前述实例是先进的，因为它们提供了直接向电路支撑衬底提供如焊料的导电接合材料。避免了模具的成本和从模具向衬底转移材料的时间延迟。可以使用现有填充器实施本发明。另一个优点是可以制造电路支撑衬底的两层或多层之间的可焊连接。
虽然公开了本发明的具体实施例，但是本领域的普通技术人员会明白，在不脱离本发明的精神和范围下可以对具体实施例进行修改。因此，本发明的范围没有严格规定为具体的实施例，并且旨在附加权利要求覆盖本发明的范围内的任何以及所有这样的应用，修正和实施例。
权利要求
1.一种向电路支撑衬底中的多个空腔提供导电接合材料的方法，包括以下步骤设置填充器与电路支撑衬底基本接触，其中所述电路支撑衬底包括至少一个空腔；当所述填充器与所述电路支撑衬底基本接触时，向所述电路支撑衬底和所述填充器的至少一个提供线性运动和旋转运动中的一种；将导电接合材料从所述填充器排向所述电路支撑衬底；以及当所述至少一个空腔邻近所述填充器时，向所述至少一个空腔提供所述导电接合材料。
2.根据权利要求1的方法，还包括加热在所述至少一个空腔中的所述导电接合材料到回流温度，从而在所述至少一个空腔上抬升所述导电接合材料。
3.根据权利要求1的方法，还包括使第二电路支撑衬底与所述电路支撑衬底紧密邻近，其中在所述第二电路支撑衬底上的至少一个接收衬垫与所述至少一个空腔的所述导电接合材料基本接触。
4.根据权利要求3的方法，其中所述至少一个接收衬垫从所述第二电路支撑衬底的表面延伸，并且所述至少一个接收衬垫的至少一部分插入所述至少一个空腔中的至少一部分中。
5.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个空腔由以下步骤形成经过接收导电接合材料的电路支撑衬底的外表面提供临时层；以及在所述临时层中蚀刻至少一个空腔用于接收所述导电接合材料，其中在向所述至少一个空腔提供所述导电接合材料后除去所述临时层，从而在所述电路支撑衬底上留下导电接合材料凸起。
6.根据权利要求1的方法，还包括填充所述至少一个空腔，以使所述至少一个空腔的一层或多层中的至少一个电接触与所述至少一个空腔中的导电接合材料电接触，其中所述至少一个电接触终止于所述至少一个空腔的侧壁。
7.根据权利要求1的方法，其中所述至少一个空腔与所述电路支撑衬底上的另一个空腔尺寸设计不同。
8.根据权利要求1的方法，其中所述导电接合材料包括焊料。
9.根据权利要求1的方法，还包括沿所述填充器的第一边缘传输第一气体，所述第一气体具有高于所述导电接合材料的熔点的温度，从而在所述导电接合材料和所述至少第一气体互相紧密邻近时，保持所述导电接合材料在熔融状态；以及沿所述填充器的第二边缘传输第二气体，所述第二气体具有低于所述导电接合材料的熔点的温度，从而在所述至少一个空腔从具有所述至少第二气体的所述填充器的所述第二区域下经过时，在所述至少一个空腔中的所述导电接合材料基本固化。
10.一种向电路支撑衬底中的多个空腔提供导电接合材料的系统，包括至少一个导电接合材料设置装置，用于向至少一个电路支撑衬底的至少一个空腔中提供导电接合材料，所述导电接合材料设置装置包括填充器，用于当所述填充器与所述至少一个电路支撑衬底基本接触时，引导所述导电接合材料进入所述至少一个空腔中；导电接合材料储存器，机械耦合到所述填充器，用于从所述导电接合材料储存器向所述填充器提供导电接合材料；以及一装置，用于当所述充填器与所述至少一个电路支撑衬底基本接触时，向所述填充器和所述至少一个电路支撑衬底的至少一个提供线性和旋转运动中的一种。
11.根据权利要求10的系统，还包括一装置，用于加热所述至少一个空腔中的所述导电接合材料到回流温度。
12.根据权利要求10的系统，还包括一装置，用于将至少一个第二电路支撑衬底耦合到所述至少一个电路支撑衬底，其中在所述至少另一个电路支撑衬底上的至少一个接收衬垫与所述至少一个空腔中的所述导电接合材料基本接触。
13.根据权利要求12的系统，其中所述至少一个接收衬垫从所述至少第二电路支撑衬底的表面延伸，并且所述至少一个接收衬垫的至少一部分插入所述至少一个空腔中的所述导电接合材料中。
14.根据权利要求10的系统，还包括一装置，用于填充所述至少一个空腔，以使所述至少一个空腔的一层或多层中的至少一个电接触与在所述至少一个空腔中的所述导电接合材料电接触，其中所述至少一个电接触终止于所述至少一个空腔的侧壁。
15.根据权利要求10的系统，其中所述至少一个空腔与在所述电路支撑衬底上的另一个空腔尺寸设计不同。
16.根据权利要求10的系统，其中所述导电接合材料包括焊料。
17.根据权利要求10的系统，其中所述填充器还包括至少第一气体通道，用于沿所述填充器的第一区域传输第一气体，所述第一气体具有高于所述导电接合材料的熔点的温度，从而当所述导电接合材料和所述至少第一气体互相紧密邻近时，保持所述导电接合材料在熔融状态；以及至少第二气体通道，用于沿所述填充器的第二区域传输第二气体，所述导电接合材料气体具有低于所述导电接合材料的熔点的温度，从而当所述至少一个空腔从具有所述至少第二气体的所述填充器的所述第二区域下经过时，在所述至少一个空腔中的所述导电接合材料基本固化。
18.根据权利要求17的系统，还包括第三气体通道，用于传输所述第一气体，其中所述第三气体通道与所述第一气体通道机械耦合并且位于不同于所述填充器的所述第一区域的填充器的第三区域周围；以及第四气体通道，用于传输所述第二气体，其中所述第四气体通道与所述第二气体通道机械耦合并且位于不同于所述填充器的所述第二区域的填充器的第四区域周围。
19.一种集成电路，包括电路支撑衬底；至少一个电子电路，设置在所述电路支撑衬底上；以及至少一个空腔，设置在所述电路支撑衬底的外表面上，所述至少一个空腔用于在焊接操作期间接收导电接合材料，在所述至少一个空腔中的所述导电接合材料与所述至少一个电子电路形成电接触。
20.一种集成电路，包括电路支撑衬底；至少一个电子电路，设置在所述电路支撑衬底上；以及至少一个接触衬垫，设置在所述电路支撑衬底上，所述至少一个接触衬垫从所述电路支撑衬底的外表面延伸，其中所述至少一个接触衬垫的至少一部分插入第二电路支撑衬底上的用导电接合材料填充的对应空腔中。
全文摘要
公开了一种向在电路支撑衬底中的多个空腔提供导电接合材料的系统，方法和装置。该方法包括设置填充器基本与电路支撑衬底接触。电路支撑衬底包括至少一个空腔。在填充器基本与电路支撑衬底接触时，向至少一个电路支撑衬底和填充器提供线性运动或旋转运动。将导电接合材料从填充器排向电路支撑衬底。在至少一个空腔邻近填充器的同时，向至少一个空腔提供导电接合材料。
文档编号H01L23/488GK101060091SQ200710096439
公开日2007年10月24日 申请日期2007年4月17日 优先权日2006年4月21日
发明者S·A·科德斯, J·L·斯派德尔, P·A·格鲁伯尔, J·U·尼克博克 申请人:国际商业机器公司