填充头设备制造技术

本发明专利技术涉及一种填充头设备，包括：用于保持流体的至少一个腔室。所述腔室具有用于排出流体的出口。一种真空装置，其具有用于与流体出口相邻的抽吸装置的入口。多个柔性且弹性的密封装置与工件的顶面接触。密封装置定位于腔室出口的相对侧和真空装置入口的相对侧，使得所述密封装置在由工件限定的空腔周围产生至少部分的密封，该空腔位于腔室出口和真空出口两者的下方。

【技术实现步骤摘要】
填充头设备
本专利技术涉及一种具有用于真空和压力填充的填充头接口的设备，更具体地涉及一种具有填充头接口的设备，所述填充头接口包括相邻的用于在制造过程中使用的真空和压力装置。
技术介绍
常规的精密图案填充工艺，例如，在半导体制造(例如，集成电路、芯片技术和芯片封装)中填充晶片或半导体芯片上的特征结构(例如通过蚀刻产生的空腔/凹穴或沟槽)。该特征结构可被物质填充，所述物质包括糊剂、油墨、液体金属(如焊料)和溶剂。这些材料可以处于低于室温、室温或例如熔融焊料的高温下。此外，所述特征结构可以是在产品制造过程中所需的特征结构和空腔，包括小的特征结构，例如5-200 μ m宽和/或深。与现有图案填充过程相关联的一个问题是压力自身往往不足以将材料注入特征结构内。此外，例如，具有高的纵横比、即比较大的高度与直径比或高度与宽度比的通孔可能难以填充。此外，盲孔经常是非常难以填充的，因为滞留的气体的背压能阻止孔的完全填充。通常，由于特征结构中存在环境大气气体，使用空腔填充工艺填充孔或模制特征结构是有问题的。该气体必须被填充材料完全取代，否则气泡将占据经填充的特征结构和/或能导致特征结构周围的密封被破坏。问题在高速填充过程中尤为突出，其中在填充材料进入空腔的同时特征结构或空腔具有最少的时间来渗出滞留气体。因此，在用于填充特征结构所需的时间内取代过程经常是不完全的，并在极端情况下导致部分地填充空腔，这成为工艺中的缺陷。对于某些操作，例如允许特征结构的空腔被部分填充或者未填充，则不是缺陷。在特征结构中滞留的气体可导致部分地填充空腔。被部分地填充的特征结构或空腔可导致特征结构周围的密封劣化，尤其是在高温例如超过200°C经过长时间之后。现有的特征结构填充工艺的另一个问题是，目前对于使特征结构密封的努力不足以维持特征结构周围的密封性，因为表面区域可能是粗糙的。粗糙可由现有密封方法引起，该方法可从空腔拖曳填充物质如焊料，在装置例如晶片的表面区域上留下条纹。参见图1，一种已知的填充头组件10用于将熔融焊料分配到使用填充头20的模板内。填充头组件10还包括部分地填充有焊料14的焊料储蓄器12。组件10的体部30包括用于加热储蓄器12中的焊料14的两个加热器32。通道18为焊料提供入口并通过向下的压力19对焊料加压。焊料填充头20中的焊料填充区16或焊料出口提供用于焊料14的出口。两个密封装置/密封件24定位于焊料填充区16的相对两侧上。模板40(例如，玻璃模板)包括空腔44。利用组件10，体部30利用内置筒式加热器32被加热至高于焊料的熔点。例如，锡或锡合金焊料在大约230°C熔化，因此在这种情况下，体部被加热到大约250°C。熔融焊料14被保持于密封的储蓄器12中。填充头(可选地或焊料填充头)组件10放置于模板40上并施用额定负载或向下的力(通常为2.5磅每密封线性英寸(lbs/linear inchof seal))。焊料出口 16中的焊料的密封装置防止焊料14漏出填充头组件10的底部。焊料储蓄器12被加压至通常O至20psi之间以确保焊料在模具填充过程中进入模板40的空腔44。模板40中的小的空腔44通过在焊料填充头20的下面移动模板40来填充，通常移动速度在0.1至10mm/sec之间。当焊料进入空腔时空气从模板空腔排出。空气在模板40的顶面42与密封装置24之间排出。这个过程继续，直到所有的模腔44已填充。模板40在方向41上移动。然后，具有已填充的腔45的模板40被取出并传送到下一个仪器,在该仪器处焊料从模具转移到硅晶片的焊盘。上述焊料填充的现有方法的缺点包括焊料必须对空腔中的空气施加压力以迫使空气从空腔排出。该压力可导致焊料从出口 16中的密封装置泄漏，尤其是当密封装置中有变化或模板的平整度有变化时。另一个问题是，为了空气穿过密封装置从空腔排出，如果密封装置是粗糙的、有纹理的或有刻痕的则是有益的，以提供小的通道从而以使空气能在模具的顶面和密封装置之间更容易地排出。然而，这种方法会导致随着时间的推移而增加磨损，例如磨掉通道或刻痕，导致与(磨掉)通道同样的问题:这阻止了即难以从空腔排出空气。现有方法的另一个问题是，即使使用上述有纹理或有通道的密封，压力自身可能不足以从空腔排出空气，从而使不需要的空气保留在空腔中，导致部分地填充空腔的不良状况，即空腔被焊料部分地填充。其他已知的填充头组件包括焊料分配区、真空区、平坦的密封装置和使真空区与焊料区之间能连通的通道或沟槽。真空区用于在填充之前从模板空腔去除空气。然而，已知设计的几个不足包括难以通过使用平整的密封装置维持焊料填充头组件与模板之间所需的接触。例如，即使使用柔性的密封材料，模板表面中的不规则性以及填充头组件与模板之间的对齐误差也会导致焊料跨过密封装置漏出。在焊料填充之前由于泄漏到真空区内的空气还难以维持模板腔中的真空。现有设计的另一个问题是，由于密封装置的磨损，在真空区和焊料区之间的小沟槽逐渐消失，从而使得在焊料填充之前难以维持模板腔中的良好的真空。现有设计的另一个问题是平整的密封不能在跨过模板移动时提供适当的摩擦闭合，因此趋向于在模具表面上留下焊料的条纹。因此期望提供一种局部真空环境以在生产过程中消除环境气体和有助于用以填充特征结构的材料的回填。还期望的是提供一种设备和方法，用于以材料高速填充特征结构，而不发生材料溢出、跨连或者产生条纹。此外，还需要一种可靠的模具填充工艺，其确保用填充头装置准确地填充每个腔或特征结构。
技术实现思路
在本专利技术的一方面，一种填充头设备包括用于保持流体的至少一个腔室。该腔室具有用于排出流体的出口。至少一个真空装置具有邻接所述流体出口的入口。多个柔性且弹性的密封装置与工件的顶面接触。密封装置定位于腔室出口的对向侧/相对两侧上和真空装置入口的对向侧/相对两侧上。密封装置在限定于工件中的、位于腔室出口与真空入口两者下方的空腔周围产生至少部分的密封。【附图说明】通过下面对说明性的实施例的详细描述，本专利技术的这些和其它目的、特征和优势将变得显而易见，该描述应结合附图阅读，在附图中:图1是现有技术的焊料填充头组件的剖视正视图，焊料填充头组件包括焊料储蓄器、焊料分配区、密封装置和具有填充有熔融焊料的空腔的工件或板；图2是根据本专利技术的实施例的填充头设备的剖视图，其包括焊料填充头组件，该焊料填充头组件包括焊料储蓄器、焊料分配区、真空区、真空和密封装置，模板被示出为填充有熔融焊料；图3是图2中所示的密封装置的细节的侧视图；图4是焊料填充头组件的仰视图，包括焊料分配区、真空区和焊料及真空密封装置；图5是根据本专利技术的另一实施例的双向填充头设备的剖视图，其与图2中示出的实施例相似，并且还包括第二真空区和真空装置，并且该设备能够双向地填充模板；以及图6是根据图5的实施例的空腔与真空入口的示意性框图。【具体实施方式】参见图2，根据本专利技术的填充头设备100的实施例包括体部104和附接至体部104的填充头108。体部104包括密封的焊料储蓄器112、内部加热器116、以及焊料填充区114或出口，该焊料填充区114或出口包括用于从焊料储蓄器112取出焊料113的焊料头136。焊料储蓄器容纳通过通道118中的入口 116填充的焊料113。通道处于来自压力源119的压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种填充头设备，包括：用于保持流体的至少一个腔室，所述腔室具有用于排出流体的出口；具有与流体出口相邻的入口的至少一个真空装置；和接触工件的顶面的多个柔性且弹性的密封装置，该密封装置定位在腔室出口的相对两侧和真空装置入口的相对侧上，其中，所述密封装置围绕在工件中限定的、位于腔室出口与真空入口两者下方的空腔产生至少部分的密封。

【技术特征摘要】
2013.02.11 US 13/764,2541.一种填充头设备，包括: 用于保持流体的至少一个腔室，所述腔室具有用于排出流体的出口 ； 具有与流体出口相邻的入口的至少一个真空装置；和 接触工件的顶面的多个柔性且弹性的密封装置，该密封装置定位在腔室出口的相对两侧和真空装置入口的相对侧上，其中，所述密封装置围绕在工件中限定的、位于腔室出口与真空入口两者下方的空腔产生至少部分的密封。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，密封装置在定位于空腔上方时在该空腔中产生至少部分的真空。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，当工件纵向地移动、使密封装置沿工件的表面滑动时，密封装置与工件的顶面保持接触。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述腔室被加压。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述腔室被加压以排出液体。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，被加压的腔室出口关于工件的移动方向定位于真空装置出口的后面。7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述液体是焊料。8.根据权利要求 1所述的设备，其特征在于，工件在基本垂直于填充头设备的纵向方向上移动。9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，密封装置由耐高温的材料构成。10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，密封装置由聚合物构成。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·N·比格斯，R·A·巴德，B·V·法萨诺，J·J·格兰特，P·A·格鲁伯尔，J·P·卡里迪斯，B·W·利恩斯特拉，P·W·帕尔马蒂尔，K·M·普雷蒂曼，C·L·泰斯勒，T·维斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US