用于微辐射热计真空封装组件的晶片级封装的装置的制造方法
【专利说明】用于微辐射热计真空封装组件的晶片级封装的装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年3月15日提交的并且名称为“WAFER LEVEL PACKAGING OFMICROBOLOMETER VACUUM PACKAGE ASSEMBLIES” 的美国临时专利申请 N0.61/801，596 的权益，上述申请通过引用完整地合并于此。
[0003]本申请要求于2012年12月31日提交的并且名称为“WAFER LEVEL PACKAGING OFMICR0B0L0METER VACUUM PACKAGE ASSEMBLIES” 的美国临时专利申请 N0.61/747，867 的权益，上述申请通过引用完整地合并于此。
技术领域
[0004]本实用新型的一个或多个实施例总体上涉及用于批量生产红外(IR)检测器，并且更特别地，用于微辐射热计真空封装组件(VPA)的晶片级封装的方法、系统和装置。
【背景技术】
[0005]在2011年7月27日提交的、通过引用合并于本文中的共同拥有的国际专利申请N0.PCT/US2011/045600中，公开了包括微辐射热计真空封装组件(VPA)的新型IR检测器，以及使用晶片级封装(WLP)技术制造它们的方法。
[0006]用于生产常规半导体集成电路(1C)器件和微机电系统(MEMS)器件的WLP方法和装置是已知的。这样的技术典型地包括提供一对互补半导体晶片，在其中的至少一个内已制造多个相同的“有源”器件。两个晶片典型地面对面抵靠对准，彼此粘结，然后切割或“分离”成多个单独的器件。
[0007]在适当的情况下，WLP技术可以允许可靠地、有效地并且以成本效益高的方式生产这样的器件。然而，IR检测器具有明显不同于例如MEMS器件的封装要求。例如，在MEMS器件(如数字光投影器(DLP)或惯性传感器)中，更重视具有较差“密封性”(即，密封要求)的非腐蚀环境，原因是它们主要关心提供用于腐蚀的电解质的透湿性。相比之下，IR检测器(如微辐射热计(“辐射热计”或“辐射热测定器”))需要高真空水平(例如，低压力)和关联密封性(例如，低泄漏率)，并且更多地重视部件的脱气和后续除气率，其受到晶片粘结之前的高温真空烘烤或“烘干”方案影响。此外，可以由常规MEMS生产使用的多种密封方法不是IR WLP制造的选择，原因是在一些情况下，关联渗透率是不可接受的，并且在其它情况下，辐射热计结构的温度限制决定了可能加工温度选择的很窄窗口。
[0008]因此，在工业中存在对这样的WLP方法、系统和装置的需要，其适应封装要求的这些差异从而允许可靠的、有效的和成本效益高的IR检测器和微辐射热计VPA的批量生产。
【实用新型内容】
[0009]根据本实用新型的一个或多个实施例，提供使用WLP技术进行可靠的、有效的和成本效益高的IR检测器和微辐射热计VPA的批量生产的方法、系统和装置。例如对于一个或多个实施例，本文中公开的技术提供高批量(例如，数百万而不是成百上千个VPA)自动加工以及连续真空环境以防止组装过程期间的污染物的典型吸附，其可能需要额外的加工时间以减小它们的显著性和对过程灵活性的不利影响。
[0010]在一些实施例中，总体系统流程可以在原位。例如，离散的WLP子部件可以高批量地引入到专用机器人集群加工工具，并且各种盖和辐射热计晶片可以首先经由传递机器人组件引入到机器人集群工具。例如，每个晶片可以从洁净室兼容晶片储存容器(例如，具有由唯一序列化保持的可追踪性，其可以由基于视觉的制造执行软件(MES)管理)取出，并且引入到真空装载锁，在那里发生综合原位真空过程，如本文中所述，导致WLP产品的完成、粘结对。这样的产品可以通过相同的装载锁离开，导致晶片储存容器中的完成产品。在一些实施例中，高真空可以通过系统的各级之间的金属密封件的使用获得，并且在一些实施例中，通过与装载锁、烘干室和关联升降器组件关联的各种弹性体密封件的去除获得。
[0011]在一些实施例中，公开了一种用于微辐射热计真空封装组件的晶片级封装的装置，所述装置包括:晶片对准和粘结室；彼此竖直面对地布置在所述室内的辐射热计晶片夹头和盖晶片夹头；至少一个栗，其配置成产生所述室内的第一超高真空环境；辐射热计晶片夹头温度控制装置，其配置成加热和/或冷却所述辐射热计晶片夹头；盖晶片夹头温度控制装置，其配置成加热和/或冷却所述盖晶片夹头；以及一对双头照相机，其配置成确定由所述辐射热计晶片夹头保持的辐射热计晶片上的基准与由所述盖晶片夹头保持的盖晶片上的基准的对准。
[0012]在一个示例性实施例中，一种用于微辐射热计真空封装组件(VPA)的晶片级封装(WLP)的方法包括提供辐射热计晶片和盖晶片。将所述辐射热计晶片安装在辐射热计晶片夹头上并且将所述盖晶片安装在盖晶片夹头上面对所述辐射热计晶片布置。使用所述辐射热计夹头以第一温度烘烤所述辐射热计晶片，并且使用所述盖晶片夹头以第二温度烘烤所述盖晶片。然后使用所述辐射热计和盖晶片夹头将所述辐射热计晶片和所述盖晶片的相应温度升高到共同粘结温度，并且以选择的力将所述辐射热计晶片和所述盖晶片压紧在一起，使得所述晶片以粘结晶片对粘结在一起。然后将所述粘结晶片对的温度降低到所述共同粘结温度之下。在前述内容中，提供、安装、烘烤、升高、夹紧和降低在超高真空(UHV)环境中实现。
[0013]在另一示例性实施例中，一种用于微辐射热计真空封装组件(VPA)的晶片级封装(WLP)的装置可以包括晶片对准和粘结室，彼此竖直面对地布置在所述室内的辐射热计晶片夹头和盖晶片夹头，用于产生所述室内的第一超高真空(UHV)环境的装置，用于彼此独立地加热和冷却所述辐射热计晶片夹头和所述盖晶片夹头的装置，用于在竖直方向上并且相对于所述辐射热计晶片夹头移动所述盖晶片夹头的装置，用于在水平面中在两个正交方向上平移地和围绕垂直于水平面的竖直轴线旋转地移动所述辐射热计晶片夹头的装置，以及用于将由所述辐射热计晶片夹头保持的辐射热计晶片上的基准与由所述盖晶片夹头保持的盖晶片上的基准对准的装置。
[0014]通过参考接下来的详细描述最佳地理解本实用新型的实施例及其若干优点。应当领会相似的附图标记用于识别在一个或多个图中示出的相似的元件。
【附图说明】
[0015]图1A-1F是根据本实用新型的一个或多个实施例的、在微辐射热计VPA的示例性实施例的WLP生产中涉及的步骤的部分侧视立面图；
[0016]图2是取决于包含在其中的真空的水平的各种示例性辐射热计封装的响应性的图形；
[0017]图3是根据本实用新型的一个或多个实施例的、用于微辐射热计VPA的WLP生产的装置的示例性实施例的前视和俯视透视图；
[0018]图4是图3的WLP装置的俯视平面图；
[0019]图5是WLP装置的横向平面横截面图；
[0020]图6A和6B分别是WLP装置的装载锁模块的示例性实施例的俯视和侧视透视图和部分横截面透视图；
[0021]图7是WLP装置的中心室的示例性实施例的俯视和侧视透视图；
[0022]图8是图7的中心室的仰视和侧视透视图；
[0023]图9是中心室的预对准器和后检验模块的示例性实施例的部分俯视和侧视透视图；
[0024]图10A是WLP装置的烘干模块的示例性实施例的部分剖视俯视和侧视透视图；
[0025]图10B是烘干模块的部分俯视和侧视分解透视图；
[0026]图10C是烘干模块的部分剖视俯视和侧视透视图；
[0027]图11A和11B分别是WLP装置的缓冲模块的示例性实施例的侧视立面图和俯视和侧视透视图；
[0028]图12A和12B分别是WLP装置的晶片对准和粘结模块的示例性实施例的俯视和侧视透视图和部分剖视俯视和侧视透视图；
[0029]图13是图12A和12B的对准和粘结模块的盖晶片夹头的示例性实施例的俯视和侧视透视图；
[0030]图14是图12A和12B的对准和粘结模块的辐射热计晶片夹头的示例性实施例的俯视和侧视透视图；
[0031]图15是图13的盖晶片夹头的仰视和侧视透视图，显示根据实施例的、邻近夹头布置的水平可移动热护罩；
[0032]图16是晶片对准和粘结模块的下端板的俯视和侧视透视图，显示根据实施例的、延伸通过其中的竖直可移动晶片提升销臂；
[0033]图17A和17B是对准和粘结模块的部分剖视透视图，显示根据实施例的、分别布置在晶片基准测量位置和缩回位置的两个双头晶片对准照相机；
[0034]图18A和18B分别是根据实施例的辐射热计晶片夹头的俯视和侧视透视图和仰视和侧视透视图；
[0035]图19是辐射热计晶片夹头的部分上部透视图，示出为好像它是透明的，从而显示根据实施例的、延伸通过它的加热和冷却流体通道；
[0036]图20是用于支撑辐射热计晶片夹头的下表面或盖晶片夹头的上表面的支撑盘的俯视和侧视透视图，显示根据实施例的、用于相应晶片的碟形弹簧顺应安装件；
[0037]图21A是示意图，示出根据本实用新型的一个或多个实施例的、用于控制通过WLP装置的盖晶片夹头和/或辐射热计晶片夹头的加热和冷却空气的流动和温度的装置的示例性实施例；
[0038]图21B是类似于图21A的示意图，显示根据本实用新型的一个或多个实施例的、用于控制和分配WLP装置的电子功率和控制信号的装置的示例性实施例；
[0039]图22是根据本实用新型的一个或多个实施例的、用于制造微辐射热计VPA的WLP方法的示例性实施例的过程流程图；
[0040]图23是图示，示出根据本实用新型的一个或多个实施例的、图22的示例性WLP生产方法的晶片对准和粘结过程的总图；以及
[0041]图24-37是图示，示出根据本实用新型的一个或多个实施例的、在图23的晶片对准和粘结过程中涉及的顺序步骤。
【具体实施方式】
[0042]根据本实用新型的一个和多个实施例，提供使用WLP技术进行可靠的、有效的和成本效益高的IR检测器和微辐射热计VPA的高批量生产的方法、系统和装置的各种实施例。
[0043]图1A-1F是在微辐射热