使用闪光灯和掩模来焊接多个芯片的装置和方法制造方法及图纸

提供基板(3)和具有不同的加热特性(由不同的尺寸(表面积和/或厚度)、热容量(C1，C2)、吸收率、电导率、焊料接合的数目和/或尺寸引起的)的两个或更多个不同的芯片(1a，1b)。在芯片(1a，1b)与基板(3)之间设置有焊料(2)。闪光灯(5)产生用于加热芯片(1a，1b)的光脉冲(6)，其中焊料(2)通过与被加热的芯片(1a，1b)接触而至少部分地熔化。在闪光灯(5)与芯片(1a，1b)之间设置有掩模装置(7)，其在穿过掩模装置(7)的光脉冲(6)的不同区域(6a，6b)中产生不同的光强度，从而利用不同的光强度(Ia，Ib)加热芯片(1a，1b)。这可以补偿不同的加热特性，以减少由于光脉冲(6)的加热而引起的芯片之间的温度散布。在被定位在基板(3)上之前，芯片(1a，1b)可以由设置在闪光灯(5)与基板(3)之间的芯片载体可释放地携载，其中，通过掩模装置(7)透射的光脉冲(6)的光(6a，6b)被投射到由芯片载体保持的芯片(1a，1b)上以加热芯片(1a，1b)，使其从芯片载体释放并将其转移到基板(3)，其中，被加热的芯片(1a，1b)引起芯片(1a，1b)与基板(3)之间的焊料(2)的熔化以将芯片(1a，1b)附接至基板(3)。

A device and method for welding multiple chips by using a flash and a mask

The substrate (3) and two or more different chips (1a, 1b) with different heating characteristics (caused by different sizes (surface area and / or thickness), heat capacity (C1, C2), absorption rate, conductivity, solder joint number and / or size) are provided. A solder (2) is arranged between the chip (1a, 1b) and the substrate (3). The flash lamp (5) produces an optical pulse (6) for a heating chip (1a, 1b), in which the solder (2) is at least partially melted by contact with the heated chip (1a, 1b). A masking device (7) is set between the flash lamp (5) and the chip (1a, 1b), which generates different intensity of light in different regions (6a, 6b) passing through the optical pulse (6) of the mask device (7), thereby heating the chip (1a, 1b) with different light intensity (Ia, Ib). This can compensate for different heating characteristics to reduce the temperature distribution between chips caused by the heating of the light pulse (6). After being located on a substrate (3) before the chip (1a, 1b) can be set in the flash (5) and the substrate (3) between the chip carrier releasably carrying, which, through a mask device (7) optical pulse transmission (6) light (6a, 6b) is projected by the chip carrier to keep the chip (1a, 1b) by heating chip (1a, 1b), the chip carrier release and transfer it to the substrate (3), among them, the heated chips (1a, 1b) (1a, 1b) caused by the chip and the substrate (3). The solder (2) melting in the chip (1a, 1b) attached to the substrate (3).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用闪光灯和掩模来焊接多个芯片的装置和方法
和
技术介绍
本公开内容涉及焊接，具体地涉及用于将芯片焊接到基板的装置和方法。原则上，可以将诸如具有晶体管或光电子器件的逻辑功能元件的简单灵活的系统完全印刷在基板(例如，箔或刚性板)上。然而，对于较复杂的系统，需要开发其中印刷电路系统与硅基集成电路或表面贴装器件(SMD)部件(本文中称为芯片部件或简称为“芯片”)组合的混合系统。为了使装置功能化，可能需要将通常具有不同尺寸的多个芯片部件互连到基板上的电路迹线(例如，印刷或蚀刻的铜电路)。这可以例如使用炉回流焊、导电粘合剂接合或面朝上芯片集成来实现。然而，这些工艺被认为是耗时的和/或与具有低的分解温度的低成本箔不兼容。例如，回流焊通常可以用于使刚性基板上的厚芯片互连。然而，回流焊与低成本的柔性箔和卷对卷(R2R)工艺兼容性差，因为回流焊需要长保持时间地将整个电路板保持在焊料的液相线温度以上。这可能导致使用大型在线式炉(in-lineovens)的耗时过程，通常具有多个循环。长保持时间也可能引起柔性箔自身的变形或劣化或者其有机表面涂层或粘合剂的劣化。甚至不可能使用工业标准的无铅合金在低成本箔(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))上进行炉回流焊，因为PET的最高加工温度为约120℃至150℃，远低于这些焊料的液相线温度(>200℃)。作为可替选方案，例如，可以在相当的焊接时间下使用红外(IR)加热。例如，可以使用红外激光点来顺序地加热每个焊点。然而，在激光点焊接时，小的光点区域可能需要针对每个部件的光点精确定位。此外，在R2R工艺中应用这种技术是具有挑战性的，因为激光点需要对准移动基板上的多个芯片。此外，该工艺可能是耗时的。作为另一可替选方案，可以使用通过闪光灯的高能光脉冲进行大面积照射。例如，在ElectronicMaterialsLetters，2014年第10卷第6期第1175页至第1183页中VandenEnde等人撰写的文章描述了用于柔性电子系统的柔性箔上的薄芯片的大面积光子闪光焊接。有利的是，当加热脉冲的时间段足够短以避免柔性聚合物基板的扩散加热时，可以在比箔的最高加工温度高的温度下焊接部件。然而，如果(箔)基板和/或部件的光吸收不同，则会导致选择性加热。此外，电子设备通常由多个芯片部件组成。这可能导致不同部件的加热行为的进一步的差异，使得温度和焊接工艺难以控制。因此，仍然需要芯片到基板的焊接的改进，例如，更快，更可靠，与柔性箔基板、卷对卷工艺以及不同的芯片和/或基板兼容。
技术实现思路
本公开内容的各方面可以实现为用于将芯片焊接到基板的方法。该方法包括提供基板和通常具有不同的加热特性的两个或更多个不同芯片，上述不同的加热特性由不同的尺寸(表面积和/或厚度)、热容量、吸收率、电导率、焊料接合的数目和/或尺寸等引起。在芯片与基板之间设置有焊料。例如，焊料可以设置在要放置芯片的基板上、设置在芯片的底面处或设置在要放置芯片的基板上和芯片的底面处。该方法包括提供产生用于加热芯片的光脉冲的闪光灯。焊料通过与被加热的芯片接触而至少部分地熔化(焊接)。在闪光灯与芯片之间设置有掩模装置，其在穿过掩模装置的光脉冲的不同区域中产生不同的光强度。利用来自(单个)光脉冲的不同光强加热不同的芯片。本专利技术人注意到，当芯片的相应照射区域暴露于相同(均匀)的光强度特别是暴露于单个闪光脉冲时，芯片的不同的加热特性可能引起芯片被不同地加热而例如达到不同的温度。使用不同的光强度(例如每单位面积的功率或能量)可以至少部分地补偿芯片的不同的加热特性，以减少由于光脉冲加热而引起的芯片之间的温度散布。不同的芯片可以例如获得在小的温度范围内的预定温度，以用于以受控的方式熔化与之接触的焊料。将理解的是，本技术具有闪光灯曝光的优点，例如，由于脉冲持续时间和强度，能够相对较快的曝光具有多个部件的大的区域、与柔性箔和卷对卷工艺兼容。此外，通过使用掩模装置，例如，由于改进了对不同芯片加热的控制，该技术可以是可靠的。掩模装置还可以用来防止基板(例如在芯片之间的地方)的曝光。这可以防止对基板的损伤。通过经由掩模装置的掩模图案向芯片同时发射单个脉冲，多个芯片可以在不同的强度下曝光。例如，掩模图案包括选择性地衰减射向掩模的脉冲的不同区域的滤光器区域。因此，可以实现最高达光脉冲的原始强度的范围内的不同强度。例如，第一强度可以被设定为比第二强度低或高百分之十至百分之九十之间。掩模装置可以跨其表面具有可变的透射或反射，以衰减或以其他方式选择性地使部分光传递到芯片。例如，掩模图案可以具有可变的透射系数、反射系数和/或吸收系数。掩模装置可以基于反射和/或透射，并且可以包括例如固定或可变的掩模图案。例如，可以通过数字镜(数字镜阵列)或其他可调光学器件的电子控制来实现可变掩模图案。可变掩模图案可以例如通过可以根据控制信号改变其透射系数的像素网格来形成。可变的光强度可以例如通过将多个像素设置为相同的特定透射系数或者通过使用具有组合的不同透射系数的像素的组合来实现。有利地，可以使用像素化掩模来选择性地仅加热芯片的一部分。这可以通过避免损伤芯片的敏感部分或增强芯片(的一部分)例如靠近焊料凸块的热流来优化工艺。例如，可以形成抖动图案(ditheredpattern)，其中一些像素完全阻挡光到达芯片(即透射系数为零)，而相邻像素传递光。图案和不同(非零)透射系数的其他组合也是可以的。因此可以获得适用于不同芯片的焊接的不同光强度。例如，每脉冲传递到芯片的总能量可以被调整到例如由其尺寸和/或材料组成确定的芯片的热容量。例如，当芯片相对薄时，其可以通过以每表面积相同的能量或光强度比相对厚的芯片更快地加热。具有较大表面积的芯片可以接收来自脉冲的更多光，但也可以经由更大的接触面积更快地冷却。为了计算期望的光强度，也可以将芯片的热容量相对于其接收光的表面积标准化。通过在芯片在其与基板之间具有焊料的情况下定位在基板上时将光脉冲投射到芯片上，可以对芯片进行加热并引起焊料的至少部分熔化以用于将芯片附接到基板。可替选地或附加地，芯片也可以在被转移到目标基板之前首先被设置在芯片载体基板上。有利地，光脉冲可以用于从载体基板释放芯片并加热芯片以进行焊接。例如，芯片可以通过由被加热的芯片引起的芯片载体的材料被分解或烧蚀而从基板释放。芯片也可以当在载体与目标基板之间的半空中时连续加热。如果芯片不与诸如基板的散热器接触，则芯片可以当在半空中时被相对快速地加热，并且可以达到较高的温度。通过调制脉冲的强度，其可以适应于转移的不同阶段，例如，在半空中转移期间强度较小以防止过热。光调制可以例如通过掩模装置和/或闪光灯的控制来实现。芯片从载体上的转移也可以在没有掩模装置的情况下进行。因此，本公开内容的另一或又一方面提供了一种用于将芯片焊接到基板的方法，该方法包括提供基板和闪光灯，在基板与闪光灯之间存在芯片载体。根据该方法，一个或更多个芯片在芯片载体的面向基板的一侧附接到芯片载体。闪光灯被提供以产生用于加热芯片的光脉冲。芯片的加热引起芯片从芯片载体朝向基板释放。有利地，该方法可以提供一个或更多个芯片到基板的非接触式转移。另外并且协同地，通过在芯片与基板之间设置焊料，芯片可以在转移之后被自动焊接。另外并且协同地，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将芯片(1a，1b)焊接到基板(3)的方法，所述方法包括：提供基板(3)和具有不同的加热特性(C1，C2)的两个或更多个不同的芯片(1a，1b)，其中，在所述芯片(1a，1b)与所述基板(3)之间设置有焊料(2)；提供产生用于加热所述芯片(1a，1b)的光脉冲(6)的闪光灯(5)，其中，所述焊料(2)通过与被加热的芯片(1a，1b)接触而至少部分地熔化；其中，在所述闪光灯(5)与所述芯片(1a，1b)之间设置有掩模装置(7)，其在穿过所述掩模装置(7)的所述光脉冲(6)的不同区域(6a，6b)中产生不同的光强度，从而利用不同的光强度(Ia，Ib)加热所述芯片(1a，1b)，用于至少部分地补偿所述不同的加热特性(C1，C2)，以减小由于所述光脉冲(6)的加热而引起的所述芯片之间的温度散布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.28 EP 15165482.91.一种用于将芯片(1a，1b)焊接到基板(3)的方法，所述方法包括：提供基板(3)和具有不同的加热特性(C1，C2)的两个或更多个不同的芯片(1a，1b)，其中，在所述芯片(1a，1b)与所述基板(3)之间设置有焊料(2)；提供产生用于加热所述芯片(1a，1b)的光脉冲(6)的闪光灯(5)，其中，所述焊料(2)通过与被加热的芯片(1a，1b)接触而至少部分地熔化；其中，在所述闪光灯(5)与所述芯片(1a，1b)之间设置有掩模装置(7)，其在穿过所述掩模装置(7)的所述光脉冲(6)的不同区域(6a，6b)中产生不同的光强度，从而利用不同的光强度(Ia，Ib)加热所述芯片(1a，1b)，用于至少部分地补偿所述不同的加热特性(C1，C2)，以减小由于所述光脉冲(6)的加热而引起的所述芯片之间的温度散布。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不同的光强度(Ia，Ib)至少部分地补偿所述不同芯片(1a，1b)之间的热容量(C1，C2)差异，以减小由所述光脉冲(6)加热的芯片的温度散布。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当所述芯片(1a，1b)被定位在所述基板(3)上并且所述焊料(2)在所述芯片(1a，1b)与所述基板(3)之间时，所述光脉冲(6)的透射光(6a，6b)投射到所述芯片(1a，1b)上从而加热所述芯片(1a，1b)，其中，被加热的芯片(1a，1b)引起所述焊料(2)的至少部分熔化，以将所述芯片(1a，1b)附接至所述基板(3)。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：提供被配置成可释放地携载所述芯片(1a，1b)的芯片载体(8)，其中，所述芯片载体(8)设置在所述闪光灯(5)与上述基板(3)之间，其中，所述芯片(1a，1b)在被定位在所述基板(3)上之前由在所述基板(3)上方的所述芯片载体(8)携载，其中，通过所述掩模装置(7)透射的所述光脉冲(6)的光(6a，6b)被投射到由所述芯片载体(8)保持的所述芯片(6a，6b)上，从而加热所述芯片(1a，1b)，其中，所述芯片(6a，6b)通过加热被从所述芯片载体(8)释放并且转移到基板(3)，其中，所述被加热的芯片(1a，1b)引起所述芯片(1a，1b)与所述基板(3)之间的焊料(2)的至少部分熔化，以将芯片(1a，1b)附接至所述基板(3)。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述光脉冲(6)的透射光(6a，6b)引起所述芯片载体(8)与所述芯片(1a，1b)之间材料的分解，从而从所述芯片载体(8)释放所述芯片(1a，1b)，其中，当所述芯片(1a，1b)在所述芯片载体(8)与所述基板(3)之间的一段距离上传送时，所述光脉冲(6)的透射光(6a，6b)继续辐射所述芯片(1a，1b)；其中，在所述芯片(1a，1b)位于所述基板(3)上并且所述焊料(2)在所述芯片(1a，1b)与所述基板(3)之间时，所述光脉冲(6)的透射光(6a，6b)继续辐射所述芯片(1a，1b)。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基板(3)包括柔性箔，并且基板操纵器(4)包括用于操纵所述柔性箔的辊。7.一种用于将具有不同的加热特性(C1，C2)的不同芯片(1a，1b)焊接到基板(3)的装置，所述装置包括：基板操纵器(4)，其被配置成确定所述基板(3)的位置；芯片定位装置(8，11，12)，其被配置成确定所述芯片(1a，1b)相对于所述基板(3)的位置；闪光灯(5)，其被配置成向所述芯片(1a，1b)释放光脉冲(6)以加热所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：加里·阿鲁季诺夫，埃德斯格·康斯坦特·彼得·斯米茨，耶伦·万登布兰德，
申请(专利权)人：荷兰应用自然科学研究组织TNO，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL