用于热压接合器的接合头、热压接合器及其操作方法技术

提供了用于热压接合器的接合头、热压接合器及其操作方法。接合头包括：工具，被配置为固持待接合的工件；加热器，被配置为加热待接合的所述工件；以及邻接所述加热器的腔室。所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体。

【技术实现步骤摘要】
用于热压接合器的接合头、热压接合器及其操作方法相关申请的交叉引用本申请要求享有2013年7月2日提交的、美国临时申请No.61/842081的权益，其内容通过引用在此引入。
本专利技术涉及半导体接合机，并且更特别地涉及应用于用于形成电互连的接合机的改进型接合头组件。
技术介绍
本专利技术涉及接合机并且特别适用于热压接合机以及利用其进行的接合。热压接合机用于将一个基底上的多个导电区接合至另一基底上的多个导电区。例如，这种接合机可以用于将半导体管芯(例如包括形成在管芯上的诸如凸块或台柱的导电区)接合到另一基底(例如其中另一基底可以是另一管芯、晶片、引线框架或者用于封装的其他任何基底)。在某些典型热压接合机中，放置工具(placertool)(也被称之为设置工具、铺设工具、接合工具或仅是用于固持(hold)或接合工件的工具)用于将一个基底(例如管芯，也可以称之为工件)接合到另一基底。关于所述管芯/工件的接合，对所述管芯/工件进行加热，例如对所述管芯/工件上的导电区进行加热会是可取的。根据本专利技术，提供了新颖的结构和方法，其允许对接合工具(承载了诸如管芯的工件)进行加热以允许对工件与下层基底进行合适的接合，并且接着在将另一工件传送至接合工具上之前允许对加热器(及因此接合工具)进行受控的和快速的冷却以再次重复该循环。
技术实现思路
根据本专利技术的典型实施例，用于热压接合器的接合头包括：工具，被配置为固持待接合的工件；加热器，被配置为加热待接合的工件；以及邻接加热器的腔室，该腔室被配置为容纳用于冷却加热器的冷却流体。根据本专利技术的另一典型实施例，热压接合器包括：工件供应站，包括多个工件；接合站；放置工具，用于从所述工件供应站接收工件并且用于在所述接合站将所述工件接合至基底；以及冷却站，用于在将所述工件接合至所述基底之后冷却所述放置工具。根据本专利技术的另一典型实施例，热压接合器包括接合头，其包括：(a)工具，被配置为固持待接合的工件；(b)加热器，被配置为加热待接合的所述工件；以及(c)邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体。根据本专利技术的另一典型实施例，热压接合器包括接合头，其包括：(a)工具，被配置为固持待接合的工件；(b)加热器，被配置为加热待接合的所述工件；以及(c)邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体，所述腔室适于在与加热器接触的第一位置和与所述加热器脱离接触(outofcontact)的第二位置之间移动。根据本专利技术的另一典型实施例，热压接合器包括接合头，其包括：(a)工具，被配置为固持待接合的工件；(b)加热器，被配置为加热待接合的所述工件；以及(c)邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为在第一工作阶段容纳冷却流体，以及在第二工作阶段容纳第二流体。根据本专利技术的另一典型实施例，热压接合器包括接合头，其包括：(a)工具，被配置为固持待接合的工件；(b)加热器，被配置为加热待接合的所述工件；以及(c)邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体；(d)在所述加热器之上的支撑结构；以及(e)至少两个弯曲部分，配置于所述支撑结构与所述加热器之间。根据本专利技术的另一典型实施例，将工件热压接合至基底的方法包括步骤：(1)利用热压接合器的接合头将工件接合至基底，所述接合头包括加热器；以及(2)将冷却流体提供到邻接所述加热器的接合头的腔室内，以在步骤(1)之后降低所述加热器的温度。在此公开了其他典型方法，在此公开或要求保护诸如任何接合头或接合机的操作方法。附图说明当结合附图阅读时，根据下述详细说明本专利技术能够得到更好的理解。要强调的是，根据惯例，附图的各特征不是依比例绘制的。相反地，为了清楚起见各特征的尺寸可以任意变形或减小。附图中所包括的是下述各图：图1是常规热压接合器的元件的侧视框图；图2A-2D是下层基底上的接合结构、上层基底上的接合结构以及将所述上层基底接合到所述下层基底的常规方法的框图；图3A是根据本专利技术的典型实施例的接合头组件的侧视框图；图3B是根据本专利技术的典型实施例的用于图3A的所述接合头组件的第一示例性下部接合头的详细视图；图3C是根据本专利技术的另一典型实施例的用于图3A的所述接合头组件的第二示例性下部接合头的详细视图；图3D-3E是示出根据本专利技术的典型实施例的在其中具有流体的接合头组件的腔室的框图；图4是示出根据本专利技术的典型实施例的穿过接合头组件的腔室的冷却液流体的循环过程的框图；图5A-5B示出根据本专利技术的典型实施例的经移动而与接合头组件的加热器接触或脱离接触的腔室；图6A-6C示出根据本专利技术的各种典型实施例的包括弯曲部分的接合头组件；以及图7是示出根据本专利技术的典型实施例的接合机的元件的操作的框图。具体实施方式根据本专利技术的某些典型实施例，提供了用于热压接合器(例如管芯附接接合器)的接合头，其实施了例如局部回流焊料附接工艺。通过设置在工件(例如管芯)上的焊料凸块的熔化和再固化，所述接合头的接合工具将第一工件(例如管芯、内插件等)放置并接合至第二工件(例如基底、芯片、晶片等)。典型地，在整个热循环(并且或许冷却循环)期间，所述接合工具与被放置的工件接触，利用影响设备生产量(例如件/小时，UPH)的一系列过程使得温度斜升或斜降。因此，通常希望在可能的最短时间内实现温度的斜升或斜降。一个挑战是从加热阶段(此时通常希望来自接合工具的热损耗最小)到冷却阶段(此时通常希望来自接合工具的热损耗最大)的快速转换。根据本专利技术，提供了接合头结构/组件(例如用于焊料管芯附接)以用于从相对低的冷却速率到高得多的冷却速率的快速转换。例如，在加热期间冷却散热器(例如冷却腔室)与加热工具固持器机械隔离，并且接着在冷却期间开始相接触。这将加热期间至散热器的极低热传递与冷却期间至散热器的极高热损耗组合起来，有效提高了接合工艺所能够实施的速度。由于接合时间通常是若干秒，所以任何时间节约直接有益于总的设备UPH。在本专利技术的其他典型实施例中，冷却散热器(例如，可以是低热质量、高导热结构的冷却腔室)直接附接到加热器的非工作侧面(远离固持待设置的工件的所述工具的一侧)。根据所述工艺所呈现的部分可以利用不同流体填充此结构。例如，尽管所述冷却散热器用于从所述散热器移除热量，当需要冷却时冷却流体将会循环流通。在所述工艺的温度斜升段期间，可以清理所述冷却散热器(例如采用空气)以使得散热器的有效热质量最小化，所述散热器在所述工艺的温度斜升段期间必须被加热。这种典型结构将加热期间出自散热器的极低热传递与冷却期间来自散热器的极高热损耗组合起来，从而有效提高了接合工艺所能够实施的速度。在本专利技术的其他典型实施例中，提供了接合头结构以在保持待设置的工件的精确定位的理想程度(例如管芯布置为个位数微米或更小量级)时允许所述接合工具进行快速加热和冷却(其中温度偏移可以是数百摄氏度)。例如，在弯曲系统上支撑加热器、工具(其固持所述工件)以及工件自身(例如管芯)，所述系统的基本柔软度(primarycompliance)被设计为具有从工件中心的径向对称性。例如，浮动螺丝可以穿入加热器的一部分并且在加热和冷却期间便于加热器和弯曲部分的移动。这种结构可以用于将加热器、工具和工件的动作限制为相对于工件中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热压接合器的接合头，所述接合头包括：工具，被配置为固持待接合的工件；加热器，被配置为加热待接合的所述工件；以及邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体。

【技术特征摘要】
2013.07.02 US 61/842,0811.一种用于热压接合器的接合头，所述接合头包括：工具，被配置为固持待接合的工件；加热器，被配置为加热待接合的所述工件；以及邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体，其中所述腔室以可变的接触力与所述加热器接触，以便对所述加热器与所述腔室之间的热交换进行调节。2.一种用于热压接合器的接合头，所述接合头包括：工具，被配置为固持待接合的工件；加热器，被配置为加热待接合的所述工件；以及邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体，其中所述腔室能够相对于所述加热器移动，以便与所述加热器接触和脱离接触。3.根据权利要求1所述的接合头，其中所述冷却流体具有热容量以在所述腔室与所述加热器之间相互接触期间从所述加热器吸收热量。4.根据权利要求1所述的接合头，其中所述冷却流体选自于由水、乙烯乙二醇和氟化液体构成的组。5.根据权利要求1所述的接合头，其中所述冷却流体在第一工作阶段期间容纳在所述腔室内，并且第二流体在第二工作阶段期间容纳在所述腔室内。6.根据权利要求5所述的接合头，其中所述第一工作阶段是冷却阶段并且第二工作阶段是非冷却阶段。7.根据权利要求5所述的接合头，其中所述第二流体是空气。8.根据权利要求1所述的接合头，其中所述冷却流体包括腐蚀抑制剂。9.一种用于热压接合器的接合头，所述接合头包括：工具，被配置为固持待接合的工件；加热器，被配置为加热待接合的所述工件；邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体；以及至少两个弯曲部分，所述至少两个弯曲部分设置在所述接合头的支撑结构与所述加热器之间。10.根据权利要求1所述的接合头，其中所述工具、所述加热器和所述腔室集成在单个结构中。11.根据权利要求1所述的接合头，其中所述腔室设置在所述接合头的在所述加热器之上的支撑结构的空腔之内。12.一种热压接合器，包括：工件供应站，包括多个工件；接合站；放置工具，用于从所述工件供应站接收工件，并且用于在所述接合站将所述工件接合至基底；以及冷却站，用于在将所述工件接合至所述基底之后冷却所述放置工具，其中所述放置工具由所述热压接合器的接合头承载，所述接合头包括被配置为加热所述工件的加热器和邻接所述加热器的腔室，所述腔室被配置为容纳用于冷却所述加热器的冷却流体，所述腔室适于在与所述加热器接触的第一位置和与所述加热器脱离接触的第二位置之间移动。13.根据权利要求12所述的热压接合器，其中所述腔室被配置为在第一工作阶段期间容纳所述冷却流体并且在第二工作阶段容纳第二流体。14.一种热压接合器，包括：工件供应站，包括多个工件；接合站；放置工具，用于从所述工件供应站接收工件，并且用于在所述接合站将所述工件接合至基底；以及冷却站，用于在将所述工件接合至所述基底之后冷却所述放置工具，其中所述放置工具由所述热压接合器的接合头承载，所述接合头包括被配置为加热所述工件的加热器和邻接所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·B·瓦塞尔曼，M·P·施密特兰格，
申请(专利权)人：库利克和索夫工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US