焊接半导体元件的焊接机、其操作方法和改进其UPH的方法技术

提供了一种操作焊接机的方法。该方法包括步骤：(a)利用转移工具承载半导体元件；以及b)将所述半导体元件从所述转移工具转移到所述焊接机的焊接工具，其中所述转移工具和所述焊接工具不同时接触所述半导体元件。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2015年8月31日递交的美国临时专利申请No.62/212,481的优选权，其全文结合在此引作参考。
本专利技术涉及半导体封装中的电互连的形成，并且更具体地说涉及改进的焊接机及其操作方法。
技术介绍
在半导体封装工业中，热压焊接(TCB)包括较慢地被采用的倒装芯片工艺，并且如果这种工艺的生产率不能提高，这种工艺就不会广泛地得以采用。半导体芯片的传统毛细流动底部填充在某些器件(例如，多于4层的器件)上认为无法实现。为了在管芯堆叠过程中底部填充半导体管芯，可以使用“非导电膜”(NCF)。用于NCF的其它常用名是“底部填充膜”(UF)或“晶片应用的底部填充膜”(WAUF)。使用该材料的挑战在于该膜往往在相对低的温度下变“粘”。一旦该膜变粘，从转移工具(例如，拾取器或拾取工具)到放置/焊接工具的管芯移送往往变得不可靠。为了避免这种移送问题，可取的是，移送过程中的膜温度处于充分低于膜开始变粘的温度下，同时膜与转移工具保持接触；然而，这种低温需要大的加热和冷却斜坡，这需要时间和能量。因此，期望提供改进的焊接机和操作该焊接机的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的示例性实施例，提供了一种操作焊接机(例如，可以包括或可以不包括已加热的热压焊接工具的热压焊接机)的方法。所述方法包括步骤：(a)利用转移工具承载半导体元件；以及b)将所述半导体元件从所述转移工具转移到所述焊接机的焊接工具，其中所述转移工具和所述焊接工具不同时接触所述半导体元件。根据本专利技术的另一示例性实施例，提供了一种焊接机(例如，可以包括或可以不包括已加热的热压焊接工具的热压焊接机)。所述焊接机包括：焊接工具，其用于将半导体元件焊接到基板上；转移工具，其用于在所述半导体元件被焊接到所述基板上之前将所述半导体元件转移到所述焊接工具上；以及限定间隙的工具，其用于在将半导体元件转移到焊接工具期间在(a)焊接工具的接触面与(b)转移工具的接触面之间提供预定间隙。根据本专利技术的又另一示例性实施例，提供了一种操作焊接机(例如，可以包括或可以不包括已加热的热压焊接工具的热压焊接机)的方法。所述包括步骤：(a)利用转移工具承载半导体元件；(b)在(i)半导体元件的接触面与(ii)焊接工具的接触面之间提供预定间隙，所述预定间隙由所述焊接机的限定间隙的工具提供；以及(c)在步骤(b)之后将所述半导体元件从所述转移工具转移到所述焊接机的焊接工具。根据本专利技术的又另一示例性实施例，提供了一种焊接机(例如，可以包括或可以不包括已加热的热压焊接工具的热压焊接机)。所述焊接机包括：焊接工具，其用于将半导体元件焊接到基板上；以及转移工具，其用于在所述半导体元件焊接到所述基板之前将所述半导体元件转移到所述焊接工具。所述转移工具包括用于冷却所述转移工具的接触面的冷却系统。根据本专利技术的又另一示例性实施例，提供了一种操作焊接机(例如，可以包括或可以不包括已加热的热压焊接工具的热压焊接机)的方法。所述包括步骤：(a)利用转移工具承载半导体元件，所述转移工具包括用于冷却所述转移工具的接触面的冷却系统；以及(b)在步骤(a)之后将所述半导体元件从所述转移工具转移到所述焊接机的焊接工具。附图说明本专利技术从结合附图阅读的以下详细说明中将更佳地得到理解。强调的是，根据通常实践，附图的各个特征并不是成比例的。相反，各个特征的尺寸为了清楚而任意地增大或减小。在附图中：图1A-1E是示出传统的半导体元件转移过程的方块图，其中半导体元件从转移工具转移到焊接工具；图2A-2E是示出根据本专利技术示例性实施例的半导体元件转移过程的方块图，其中半导体元件从转移工具转移到焊接工具；图3A-3B是根据本专利技术示例性实施例的焊接机的元件的方块图；图4A-4B是根据本专利技术示例性实施例的另一焊接机的元件的方块图；以及图5A-5B是根据本专利技术示例性实施例的又另一焊接机的元件的方块图。具体实施方式正如在此所用，术语“半导体元件”意为指的是包含(或被构造成在随后的步骤包含)半导体芯片或管芯的任何结构。示意性半导体元件包括裸半导体管芯、基板(例如，引线框架、PCB、载体、半导体芯片、半导体晶片、BGA基板、半导体元件等)上的半导体管芯、封装好的半导体器件、倒装芯片半导体器件、嵌入在基板内的管芯、半导体管芯的堆栈等等。此外，半导体元件可以包括被构造成在半导体封装内焊接或以其它方式包含的元件(例如，插入器、将被焊接在堆叠的管芯结构中的隔块、基板等)。正如在此所用，术语“基板”以及“工件”意为指的是半导体元件可以被焊接(例如，被热压焊接、被倒装芯片焊接等)至的任何结构。示意性基板例如包括引线框架、PCB、载体、半导体芯片、半导体晶片、BGA基板、半导体元件等。根据本专利技术的一些示例性实施例，转移过程(即，从焊接机的转移工具到焊接机的焊接工具的转移)可以通过利用非粘性的转移/拾取工具(例如，具有用于接触由非粘性材料形成的半导体元件的接触面的转移/拾取工具)得以改进。非粘性的转移/拾取工具能够实现高温移送，因为NCF膜较少附着到转移/拾取工具上。NCF膜能够使用新材料，因为该膜将充当(i)较硬的低粘性材料和(ii)另一侧上的支柱硅管芯之间的衬垫。用于低粘性转移/拾取工具的材料实例(例如，具有由非粘性材料形成的接触面)是材料、涂层橡胶(例如，聚对二甲苯)等。此外，低力量移送过程可以用来减少膜(例如，NCF)变形，从而最小化接触面积以及对转移/拾取工具的机械附着性。在本专利技术的一些实施例中，可以通过在从转移工具到焊接工具的转移过程中在管芯/膜叠层中形成大的热梯度而从膜(例如，NCF)去除热能。在具体应用中，已加热的焊接工具接触半导体元件(例如，硅管芯)，同时冷却的转移/拾取工具接触NCF膜。根据本专利技术的一些示例性实施例，可以使用高热传导转移/拾取工具。此外，可以使用主动冷却的转移/拾取工具。根据本专利技术的其它示例性实施例，可以在半导体元件与转移/拾取工具和焊接/放置工具两者之间不同时接触的情况下发生半导体元件(例如，管芯)的移送。使用这些方法，实现了显著的UPH改进。可取的是，本专利技术允许在较高的焊接头温度的情况下实现半导体元件的移送/转移。因此，在本专利技术的一些方面，非粘性(例如，特氟纶)转移/拾取工具材料例如与“低力量”、“时间优化”的移送过程组合地被用于管芯转移/拾取。在其它方面，半导体元件以非接触的管芯移送被转移到已加热的焊接/放置工具。高温下的移送/转移需要不太大的加热和冷却斜坡，从而显著增大了焊接机的UPH。现在参考附图，图1A-1E示出了传统焊接机的元件以及用于在转移工具108和焊接工具102之间转移半导体元件110的传统转移操作。在图1A示出的视图之前，半导体元件110(例如，半导体管芯)已经被从供应源(例如，半导体晶片)拾取，在供给源，可以通过转移工具108或者通过单独的拾取工具(并且然后转移到转移工具108)拾取半导体元件110。在任何情况下，在图1A中，半导体元件110由转移工具108利用真空等保持住。更具体地说，转移工具108(其由焊接机的结构106承载)限定空气/真空通道108a。利用经由通道108a的真空压力(如图1A中的向下箭头所示)，半导体元件110被保持到转移工具108本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种操作焊接机的方法，所述方法包括步骤：(a)利用转移工具承载半导体元件；以及(b)将所述半导体元件从所述转移工具转移到所述焊接机的焊接工具，其中所述转移工具和所述焊接工具不同时接触所述半导体元件。

【技术特征摘要】
2015.08.31 US 62/212,4811.一种操作焊接机的方法，所述方法包括步骤：(a)利用转移工具承载半导体元件；以及(b)将所述半导体元件从所述转移工具转移到所述焊接机的焊接工具，其中所述转移工具和所述焊接工具不同时接触所述半导体元件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊接机是热压焊接机，并且所述焊接工具是已加热的热压焊接工具。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)包括横跨(i)所述半导体元件的接触面与(ii)所述焊接工具的接触面之间的间隙转移所述半导体元件。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述间隙在1-500微米之间。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转移工具是用来在步骤(a)之前从半导体元件源拾取所述半导体元件的拾取工具。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述半导体元件包括位于所述半导体元件的第一侧上的非导电膜，所述半导体元件的第一侧在步骤(a)中与所述转移工具的接触面接触。7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)包括在转移步骤中在所述焊接工具上提供真空。8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤(b)包括在转移步骤中提供从所述转移工具朝向所述焊接工具的正空气供应。9.一种焊接机，包括：焊接工具，其用于将半导体元件焊接到基板上；转移工具，其用于在所述半导体元件被焊接到所述基板上之前将所述半导体元件转移到所述焊接工具上；以及限定间隙的工具，其用于在将半导体元件转移到焊接工具期间在(a)焊接工具的接触面与(b)转移工具的接触面之间提供预定间隙。10.根据权利要求9所述的焊接机，其中，所述焊接机是热压焊接机，并且所述焊接工具是已加热的热压焊接工具。11.根据权利要求9所述的焊接机，其中，所述预定间隙在1-500微米之间。12.根据权利要求9所述的焊接机，其中，所述限定间隙的工具与所述转移工具和所述焊接工具中的至少一个成一体。13.根据权利要求9所述的焊接机，还包括半导体元件源，其中所述转移工具是用来从半导体元件源拾取所述半导体元件的拾取工具。14.根据权利要求9所述的焊接机，其中，所述半导体元件包括位于所述半导体元件的第一侧上的非导电膜，所述半导体元件的第一侧在半导体元件转移到焊接工具之前与所述转移工具的接触面接触。15.一种操作焊接机的方法，所述方法包括步骤：(a)利用转移工具承载半导体元件；(b)在(i)半导体元件的接触面与(ii)焊接工具的接触面之间提供预定间隙，所述预定间隙由所述焊接机的限定间隙的工具提供；以及(c)在步骤(b)之后将所述半导体元件从所述转移工具转移到所述焊接机的焊接工具。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述焊接机是...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·小科洛西莫，D·P·比埃尔吉，H·克劳贝格，M·B·瓦塞尔曼，
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