用于将芯片接合至基底的方法和系统技术方案

一种方法和系统，用于通过设置在芯片与基底之间的热接合材料将芯片热接合至基底。将至少基底从初始温度预热至低于基底的损坏温度的升高的温度。向芯片施加的光脉冲将芯片温度瞬间升高至低于芯片的峰值损坏温度的脉冲峰值温度。芯片的瞬间升高的脉冲峰值温度引起从芯片至接合材料的传导热的流，引起接合材料形成接合。

Methods and systems for bonding chips to substrates

A method and system for thermally bonding a chip to a substrate by a thermally bonded material provided between the chip and the substrate. At least the base is preheated from the initial temperature to an elevated temperature below the damage temperature of the base. The optical pulse applied to the chip instantaneously raises the chip temperature to the peak pulse temperature below the peak damage temperature of the chip. The instantaneous rise of the peak pulse temperature of the chip causes the heat transfer from the chip to the bonding material, which results in the bonding of the bonding material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于将芯片接合至基底的方法和系统
和
技术介绍
本公开内容涉及一种用于通过设置在其间的热接合材料(例如通过焊料或粘合剂材料)将芯片接合至基底的方法和系统。在当前市场中，对低成本柔性电子器件的需求日益增长。例如，电子器件可以包括具有电力布线或迹线的柔性基底，其中一个或更多个芯片接合至迹线。一种将芯片接合至基底的方法为回流炉。例如，将电路保持高于芯片与基底之间的焊料的液相线温度。通常这可能是耗时的工艺。此外，诸如回流焊接、导电粘合剂接合或面朝上(face-up)芯片集成的方法可能与某些箔(例如某些具有低损坏温度的低成本箔(例如柔性聚酯))不兼容。例如，聚合物基底的玻璃化转变温度(Tg)可以为大约150摄氏度，而工业标准的SAC焊接温度可能在215摄氏度至250摄氏度的范围内。在这种情况下，长时间暴露于升高的温度可能导致基底的损坏，即失去基本功能，例如柔性箔的变形或劣化和/或其有机表面涂层或粘合剂的劣化。另一种将芯片接合至基底的方法为IR/激光接合，连接通过用具有相对小的照射面积的IR/激光点加热接合材料来形成。虽然激光点焊接是可行的，但是小的点面积需要对每个部件的点的精确定位。此外，在辊对辊(roll-to-roll，R2R)加工中应用IR/激光焊接可能更复杂和/或有挑战性，因为激光点需要相对于移动的基底对准。通常，与其他焊接方法相比，IR/激光焊接可能相当复杂且昂贵。另一种将芯片接合至基底的方法为光子热接合，例如光子焊接，其中由闪光灯产生相对高能量的光脉冲用于布置在部件与基底之间的热接合材料(例如焊料材料、热粘合剂等)的热接合。芯片(或部件，例如基于硅的部件)可以适合于吸收暴露在其表面上的能量，并且将该能量以热的形式传递通过部件以加热用于光子焊接的接合材料接合处(例如焊料接合处)。然而，某些芯片或部件可能不适合暴露于光子焊接期间的相对高能量的光脉冲。因此，在一些情况下，光子焊接受到部件/芯片的损坏温度的限制。本专利技术人发现，当光子热接合期间的加热脉冲的时间尺度足够短从而避免基底的显著加热时，可以在瞬间达到高于基底的(稳态)损坏温度的温度下通过其间的热接合材料将部件接合(例如焊接)至基底。例如，光脉冲的总能量可以足够低以避免显著的损坏和/或热在引起损坏之前在基底中快速消散。通常，由闪光灯产生的高强度照射可以用于实现光子接合或光子焊接。然而，由于需要接合至部件/芯片的基底的损坏温度相对低，这样的高强度照射可能是光子焊接的限制因素。因此，在某些热接合方法(例如光子热接合方法)中不使用或避免一些需要通过其间的热接合材料接合至部件/芯片的基底、箔或条，原因是所述基底或箔由于对光脉冲期间所暴露的相对高的能量(其为通过热接合材料获得接合所需的高能量)的敏感性而可能在光子接合期间被损坏或劣化。因此，如果在光子热接合期间来自由闪光灯产生的光脉冲的暴露能量太高，则不仅芯片可能被损坏(或者经受劣化)，而且另外地或替代地基底也可能被损坏。此外，短的光脉冲可能导致不均匀的焊接，其中与芯片邻近的部分焊料接合被加热得多于与基底邻近的部分。
技术实现思路
需要一种消除上述缺点中的至少一者的方法和系统。还需要对于宽范围的基底，特别是具有相对低的损坏温度的基于聚合物的基底，能够实现用布置在其间的焊料材料将部件光子热接合在基底上。还需要在施加光子热接合以用其间的热接合材料将所述部件接合至基底时，降低损坏部件、基底和/或焊料接合的风险。因此，本公开内容的第一方面提供了一种用于通过设置在其间的热接合材料将芯片接合至基底的方法。热接合材料具有在其温度被升高至接合温度时使其形成接合的材料特性。该方法包括：将至少基底从初始温度预热至升高的温度，所述升高的温度保持低于基底的损坏温度；以及向芯片施加光脉冲以将芯片的温度瞬间升高至脉冲峰值温度，所述脉冲峰值温保持低于芯片的峰值损坏温度。芯片的瞬间升高的脉冲峰值温度引起从芯片至接合材料的传导热的流，其中传导热使接合材料达到接合温度以在芯片与基底之间形成接合。在光子热接合例如光子焊接期间，产生光脉冲并且能量被部件或芯片吸收，其中光脉冲可以导致至少芯片中的温度的短暂瞬时变化。如果光脉冲产生足够的能量，则芯片将升温并将热传递至基底的传导迹线。这种热可以使设置在芯片与基底之间的热接合材料加热以用于接合和/或在芯片与基底的迹线之间形成连接。因此，在光子焊接期间来自光脉冲的能量传递通过芯片。热接合材料可以为例如焊料材料或焊膏，其中接合温度为焊接温度。然而，热接合材料也可以为热粘合剂。还可以使用其他热敏热接合材料。有利地，作为从初始温度预热至升高的温度的结果，与其中基底具有初始温度的情况相比，从接合到处于升高的温度下的基底的热流可以相对较低。在一个有利的实施方案中，来自芯片的传导热的流在到达基底之前至少部分地消散，使得由经由接合到基底的剩余热流引起的基底中的任何进一步的温度升高使基底保持低于其损坏温度。为了能够将部件适当地焊接在目标基底上，相对大体积的封装部件或芯片(例如LED)可能需要高强度照射以克服向基底的大量排热。此外，LED部件的这种直接闪光灯照射可能破坏LED的保护性聚合物基体。基底可以为金属基底或者包含一种或更多种金属。基底或传导迹线可以包含具有高热传导的材料。当在光子焊接期间产生光脉冲时，这可以导致通过布置在芯片与基底之间的热接合材料(例如焊料材料)的排热。如本文所述，可以通过以下将芯片或部件焊接至基底：将至少基底预热至升高的温度以在光子焊接期间在降低的闪光灯的光脉冲的强度或能量输出的情况下能够使用于焊接的焊料材料熔融/烧结。因此，经预热的基底可以在光子焊接期间较少地用来排热。通过将基底预热，焊料材料的温度也可以升高，因为基底与芯片通过其间的焊料材料连接。因此，将(至少)基底预热至升高的温度可以减少焊接期间向基底的排热。以这种方式，可以防止基底的损坏或基底的劣化和/或在光子焊接期间在降低基底的损坏或劣化风险的同时可以实现更好的焊接。另外地或替代地，可以降低损坏芯片或热接合材料的风险。因此，可以通过减少排热实现诸如焊接的热接合过程。通过使用相同的光子热接合光脉冲(例如，具有相同的光脉冲轮廓或光脉冲能量)，可以在热接合材料的热接合接合处内保持更多的热，这可能是实现热接合材料的光子热接合(例如焊膏的焊接)所需的。热能可以通过芯片/部件流动至热接合材料。如果为了实现光子焊接需要达到相同的目标温度，则可以通过应用预热将起始点(初始温度或室温)向目标温度更多地移动。因此，将至少基底预热可以使得在光脉冲期间通过热接合材料从芯片向基底的传导迹线(例如金属、银、铜、印刷导体等)的排热更少。排热可以在需要较少脉冲能量时发生和/或相对快地(例如短于5毫秒)发生。基底的传导迹线的尺寸可以至少部分地决定排热。在一个实施方案中，基底具有损坏温度，当该损坏温度时在施加时(例如当施加长于一秒时)引起基底的损坏。基底还可以具有峰值损坏温度，如果施加该峰值破坏温度相对短的时间段(例如小于100毫秒)，则其可能引起损坏。其他元件(芯片和热接合材料)也可以具有各自的损坏温度和峰值损坏温度。在光子焊接期间，能量在相对短的时间(脉冲)中从光脉冲传递至至少芯片/部件。“损坏温度”可以被认为是可以为基底(例如聚合物基底)的玻璃化转变温度的稳态损坏温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过设置在芯片与基底之间的热接合材料将所述芯片接合至所述基底的方法，其中所述热接合材料具有在其温度被升高至接合温度时使其形成接合的材料特性，所述方法包括：将至少所述基底从初始温度预热至升高的温度，所述升高的温度保持低于所述基底的损坏温度；以及通过闪光灯向所述芯片施加光脉冲以将所述芯片的温度瞬间升高至脉冲峰值温度，所述脉冲峰值温度保持低于所述芯片的峰值损坏温度；以及其中所述芯片的瞬间升高的脉冲峰值温度引起从所述芯片至所述接合材料的传导热的流，其中所述传导热使所述接合材料达到所述接合温度以在所述芯片与所述基底之间形成接合，其中，从所述芯片至所述基底的传导热的流引起所述基底的脉冲加热，其中所述芯片和/或基底的温度分别保持高于所述芯片和/或基底的损坏温度持续小于100毫秒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.26 EP 16181184.91.一种用于通过设置在芯片与基底之间的热接合材料将所述芯片接合至所述基底的方法，其中所述热接合材料具有在其温度被升高至接合温度时使其形成接合的材料特性，所述方法包括：将至少所述基底从初始温度预热至升高的温度，所述升高的温度保持低于所述基底的损坏温度；以及通过闪光灯向所述芯片施加光脉冲以将所述芯片的温度瞬间升高至脉冲峰值温度，所述脉冲峰值温度保持低于所述芯片的峰值损坏温度；以及其中所述芯片的瞬间升高的脉冲峰值温度引起从所述芯片至所述接合材料的传导热的流，其中所述传导热使所述接合材料达到所述接合温度以在所述芯片与所述基底之间形成接合，其中，从所述芯片至所述基底的传导热的流引起所述基底的脉冲加热，其中所述芯片和/或基底的温度分别保持高于所述芯片和/或基底的损坏温度持续小于100毫秒。2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：通过以下来确定最小的升高的温度：所述芯片的温度可以通过所述光脉冲瞬间升高以通过所述热接合材料形成接合而不损坏所述芯片或所述基底中的至少一者的最低的升高的温度，所述最低的升高的温度高于所述初始温度，通过所述芯片或所述基底的最低损坏温度确定最大的升高的温度，以及在所述最小的升高的温度与所述最大的升高的温度之间选择所述升高的温度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述升高的温度为至少50℃。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述升高的温度在比所述芯片或基底的所述最低损坏温度低0.5％至50％摄氏度，优选0.5％至30％，更优选1％至20％，并且最优选1％至10％的范围内。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述芯片的损坏温度高于所述基底的损坏温度。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述接合温度相应...

【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