CN100411126C - 用来对晶片层面封装件进行流体填充的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种对晶片层面封装空腔进行流体填充的系统和方法，它包括构造成接纳晶片(230，500，1240)的真空填充工作室(160，1110)、耦合到真空填充工作室(160，1110)的导管(130，1130)、以及通过所述导管(130，1130)由流体耦合到真空填充工作室(160，1110)的真空泵(140，1140)，此真空泵(140，1140)被构造成在晶片层面封装腔内产生真空(600)，提供被去气流体到所述真空填充工作室的流体去气真空工作室(110)，一旦整个晶片表面被去气流体覆盖，就使所述真空工作室中的压力提高以便在所述真空工作室与所述晶片的所述表面上的多个空腔(510)之间产生压力梯度，所述压力梯度足以克服阻止所述去气填充流体进入所述多个空腔的表面张力。
Description
背景技术
随着集成电路(IC)几何图形和微机电系统(MEMS)不断变小，对可靠的高密度封装的需求增加。提供尺寸不断减小的芯片的可靠封装的一种有前景的解决办法是晶片层面封装(WLP)。WLP是这样一种封装方法，其中在IC制作车间或其它加工位置在晶片层面处形成封装。WLP使得能够在将晶片切割成单个芯片之前对晶片进行待要执行的测试和老化试验。
在某些WLP方法中，可以用流体来填充IC或MEMS封装件的小空腔或外壳。在许多这种应用中，可能需要以防止在流体填充的空腔中形成气泡或气态小穴的方式来执行WLP的流体填充。由于在微观上各种力的相对强度不同，故像WLP中那样的流体填充小空腔而不在空腔内部捕获气泡，是一种挑战。一种这样的力是液体表面处的表面张力。在宏观尺度上，表面张力是比较弱的。但在微观尺度上，表面张力可以非常强，甚至支配其它典型的强力。
随着物理尺度缩小到微观尺度，流体上的表面张力相对于其它机械力不断增大。在晶片层面空腔的流体填充过程中的正常条件下下，流体的表面张力在微观水平下可防止流体流入到空腔中。用来克服这些表面张力的传统设备是昂贵的，且需要长的生产准备时间。而且，当在各种填充流体之间进行转换时，传统设备常常经受交叉沾污。此外，当用于晶片层面填充时，传统流体填充设备可能能量或填充流体效率不高，进一步提高了运行成本。
发明内容
本发明提出一种流体填充系统，它包括用来接纳晶片的真空填充工作室、耦合到真空填充工作室的导管、以及通过导管被流体耦合到真空填充工作室的真空泵，此真空泵被构造成在晶片层面封装空腔内产生真空，其中，真空填充工作室包括具有抽真空口的本体、密封耦合到本体以密封抽真空口第一端的第一基板、以及密封耦合到本体以密封抽真空口第二端的第二基板，还包括：提供去气填充流体到所述真空填充工作室的流体去气真空工作室，其中一旦整个晶片表面被去气填充流体所覆盖，就通过流体非耦合或关闭所述真空泵使所述真空工作室中的压力提高以便在所述真空工作室与所述晶片的所述表面上的多个空腔之间产生压力梯度，所述压力梯度足以克服阻止所述去气填充流体进入所述多个空腔的表面张力。
还包含耦合到所述导管的真空阀门，其中，所述真空阀门选择性地耦合所述真空填充工作室和所述真空泵。
所述流体去气真空工作室流体耦合到所述真空填充工作室和所述真空泵，其中，所述流体去气真空工作室被构造成在对所述填充流体执行去气工艺的过程中容纳填充流体。
流体填充真空工作室包含：本体，它包括在晶片层面封装空腔流体填充操作过程中用来容纳晶片的抽真空口；至少一个密封耦合到所述本体的基板，所述至少一个基板被构造成由流体密封所述抽真空口；以及从所述抽真空口延伸到所述流体填充真空工作室外表面的第一腔管。
所述至少一个基板包含透明基板。
本发明也提出一种用来对晶片层面封装件进行流体填充的方法，它包括以下步骤：
抽空置于在真空工作室中的晶片的表面上的多个空腔内的气体；
将去气填充流体引入并覆盖到所述晶片的表面；
提高所述真空工作室中的压力，以便在所述真空工作室与所述晶片的所述表面上的多个空腔之间产生压力梯度；
其中，所述压力梯度足以克服阻止所述去气填充流体进入所述多个空腔的表面张力。
此外，上述的抽空多个空腔内的气体的步骤还包括用真空泵在所述真空工作室中产生真空。
上述的提高所述真空工作室中的压力包含重新将所述气体引入到所述真空工作室中。
还包括从所述晶片的表面清除过量的填充流体的步骤。
附图说明
附图示出了本系统和方法的各种实施方案，是本说明书的一部分。所示实施方案仅仅是本系统和方法的例子，对其范围没有限制作用。阅读下列详细描述和参照附图之后，本概述以及本系统和方法的其它特点和情况将变得明显，其中：
图1是简单方框图，示出了用来对晶片层面空腔进行流体填充的系统。
图2是根据一个示例性实施方案的真空工作室的装配图。
图3是待要组合在根据一个示例性实施方案的用来对晶片层面空腔进行流体填充的系统中的真空工作室的分解图。
图4是流程图，示出了根据一个示例性实施方案的用来对晶片层面封装件空腔进行流体填充的系统的运行方法。
图5示出了根据一个示例性实施方案的真空工作室内部的晶片的放大剖面图。
图6示出了根据一个示例性实施方案的真空工作室内部的被抽空的晶片的放大剖面图。
图7示出了根据一个示例性实施方案的真空工作室内部的包括被去气的流体的被抽空的晶片的放大剖面图。
图8示出了根据一个示例性实施方案的压力已经回到大气压之后真空工作室内部的晶片和去气流体的放大剖面图。
图9示出了根据一个示例性实施方案的用去气流体填充的晶片的放大剖面图。
图10示出了根据一个示例性实施方案的流体填充的晶片在过量的去气流体已经被清除之后的放大剖面图。
图11示出了根据一个示例性实施方案的用来对晶片层面空腔进行流体填充的变通系统。
图12示出了根据一个示例性实施方案的真空工作室的装配图。
图13是待要组合在根据一个示例性实施方案的用来对晶片层面空腔进行流体填充的系统中的真空工作室的分解图。
图14示出了根据一个示例性实施方案的用来对晶片层面空腔进行流体填充的系统的使用方法。
在所有附图中，完全相同的参考号表示相似但不一定完全相同的元件。
具体实施方式
本说明书描述一种用来对晶片层面封装空腔进行流体填充的系统和方法。更具体地说，本系统和方法包括用来对晶片层面封装空腔进行流体填充的系统和方法，此系统和方法在晶片层面空腔和晶片周围环境中成为真空，用去气流体覆盖被抽空的空腔的，然后使晶片周围环境回到大气压。此工艺提供了梯度足够陡峭的压力来克服去气流体的表面张力并强迫去气流体进入到晶片层面空腔中。一旦去气流体位于晶片层面空腔内，且从晶片表面清除过量的流体，去气流体的表面张力就将去气流体保留在空腔内。下列说明书和权利要求公开了用来执行上述工艺的示例性实施方案。
如在说明书和所附权利要求中所用的那样，术语“集成电路”或“IC”意味着广义理解为描述一种半导体晶片，其上制造任何数目的细小晶体管、电容器、和/或电阻器，并可以用熟知的IC批处理技术来共同制造。示例性IC可以包括但决不局限于微处理器、计算机存储器、放大器、振荡器、计时器、以及计数器。术语“微机电系统”或“MEMS”意味着广义理解为描述任何一种非常小(微小)的机械装置，此机械装置可以被构造在单个半导体芯片上，并可以用集成电路(IC)批处理技术来制造。MEMS可以被广义地分类为传感器、致动器、传感器和致动器的组合、或用于处理或控制的额外电路。为了本说明书和权利要求的目的，术语MEMS意味着指上述任何一类。
而且，术语“封装件”或“封装”意味着广义地理解为IC或MEMS器件的任何一种外壳或支持件。封装件或封装可以提供电连接和隔离以及机械、热、化学、或光学隔离或钝化，以便保护IC或MEMS的功能和延长寿命。术语“填充流体”和“封装流体”意味着广义地理解为表示任何一种能够被用来填充晶片层面处或晶片层面封装方案中的空腔或外壳的流体。术语“晶片层面封装”或“WLP”意味着被理解为任何一种在晶片层面形成封装的IC或MEMS封装技术。此外，术语“真空”意味着被理解为一种条件，其中，被考虑的环境的压力低于周围的大气压。术语“真空泵”意味着被理解为用来在某些容器或环境中产生真空条件的任何一种泵。术语“去气的”意味着被理解为一种条件，其中的流体可能已经基本上清除了所有溶解的气体。流体可以由于处于基本上清除流体中所有溶解的气体的高真空中而被去气。
在下列说明书中，为了说明的目的，提出了大量具体的细节，以便提供对本系统和方法的透彻理解，本系统和方法提供了用来对晶片层面封装件进行流体填充的简单而价廉的真空工作室。但对本技术领域熟练人员来说，本方法无须这些具体细节也可以被实施。本说明书中所指“一个实施方案”或“实施方案”意味着结合此实施方案所述的具体特点、结构、或特性被包括在至少一个实施方案中。本说明书中各处的短语“在一个实施方案中”不一定都指同一个实施方案。
示例性结构
图1示出了根据一个示例性实施方案的用流体对晶片层面封装件进行填充的示例性系统。如图1所示，此流体填充系统(100)包括流体耦合的真空泵(140)、流体去气工作室(110)、以及真空工作室(160)。真空泵(140)、流体去气工作室(110)、以及真空工作室(160)，由管道(130)流体耦合。去气阀门(120)被排列在真空泵(140)与流体去气真空工作室之间的管道(130)中。同样，真空阀门(150)被排列在真空泵(140)与真空工作室(160)之间，而流体填充阀门(170)被排列在流体去气工作室(110)与真空工作室(160)之间的管道(130)中。下面来更详细地描述上述流体填充系统(100)的各个组成部分。
图1所示的真空泵(140)被构造成选择性地在管道(130)中，因而在流体去气真空工作室(110)以及真空工作室(160)中产生负压。当被启动时，真空泵(140)施加足够的负压，从而从管道(130)、流体去气真空工作室(110)、和/或真空工作室(160)抽出气体。真空泵(140)可以是任何一种真空产生装置，包括但决不不局限于高真空泵、旋转叶轮真空泵、涡轮分子泵、或活塞真空泵。而且，虽然本流体填充系统(100)被描述为组合单个真空泵(140)，但在本系统和方法中可以组合任何数目的真空泵(140)。
如图1所示，真空泵(140)通过管道(130)被流体耦合到流体去气真空工作室(110)。此流体去气真空工作室(110)可以是构造成容纳任何数目的流体以及便于这些流体去气的任何一种容器。当使真空泵(140)能够将负压施加到去气真空工作室(110)时，包含在去气真空工作室中的任何流体就在起表面上方承受降低了的压力。这一降低了的压力使可能引起本系统和方法的故障的夹裹住的空气和其它气体能够逃逸且随后清除。本去气真空工作室(110)可以由能够被密封且在真空泵(140)引起的真空下不破裂的任何数目的材料构成，包括但决不局限于塑料、玻璃、金属、复合物、或陶瓷。
如图1所示，去气阀门(120)可以被排列在真空泵(140)与流体去气真空工作室(110)之间的管道(130)中。去气阀门(120)被构造成选择性地耦合真空泵和流体去气真空工作室(110)。当去气阀门(120)被关闭时，真空泵(140)产生的任何压力降低都不会传送到和影响到流体去气真空工作室(110)中的压力。但当去气阀门(120)被打开时，真空泵(140)就处于与流体去气真空工作室(110)流体相连的状态，从而可以对包含在流体去气真空工作室中的流体执行去气工艺。去气阀门(120)可以被手动或遥控操作，并可以包括但决不局限于闸阀、球阀、膜片阀、针阀、或塞阀。在一种提供遥控操作阀门的自动安排中，传感器可以监视真空水平和流体被去气的程度。计算装置也可以被耦合到遥控操作阀门，用来根据这种测量而开关各个阀门，形成部分或完全自动化的晶片层面流体填充系统。
相似于去气阀门(120)，真空阀门(150)和流体填充阀门(170)可以被排列在管道(130)中。如图1所示示例性实施方案中所示，真空阀门(150)可以选择性地调节耦合在真空泵(140)与真空填充工作室(160)之间的流体。同样，流体填充阀门可以调节流体去气真空工作室(110)与真空填充工作室(160)之间的去气流体的流动。如上面对去气阀门所述，真空阀门(150)和流体填充阀门(170)可以被手动或遥控控制，并可以包括但决不局限于闸阀、球阀、膜片阀、针阀、或塞阀。
图1所示的管道(130)使液体或气体能够在本流体填充系统(100)的各个组成部分之间流动。耦合本流体填充系统的各个组成部分的管道(130)可以是但决不局限于各种直径的聚合物或金属基管道。
真空填充工作室(160)被耦合到流体去气真空工作室(110)和真空泵(140)二者。真空填充工作室被构造成用流体价廉地填充晶片层面封装件。下面参照图2和图3来解释本真空填充工作室(160)的各个组成部分。
图2示出了根据一个示例性实施方案的构造成价廉地填充晶片层面封装件的装配好的真空填充工作室。如图2所示，此真空填充工作室(160)可包括真空填充工作室(160)相反端处的玻璃板(200)以及排列在玻璃板(200)之间的本体板(210)。本体板(210)还包括构造成容纳晶片(230)的抽真空口(260)。O形环或其它密封件(220)可以分隔开并形成玻璃板(200)与本体板(210)之间的真空密封。一个或更多个流体端口(250)可以提供经由本体板(210)进入真空工作室(160)的通道。此外，一个或更多个真空端口(240)也可以提供经由本体板(210)延伸到抽真空口(260)中的腔管。
下面考虑图3，示出了根据一个示例性实施方案的真空工作室(160)的分解图。如图3所示，本真空填充工作室(160)包括排列在真空填充工作室各端上的多个玻璃板(200)。图3所示的玻璃板是平坦的，但玻璃板(200)以及本体板(210)可以具有各种外形，包括但决不局限于弯曲的表面。组合在真空工作室(160)各端上的玻璃板(200)可以由任何透明的强度比较高的耐磨损的基本上惰性的生物不活泼的能够形成非常平滑而抗渗透的表面的材料组成。
本体板(210)被排列在玻璃板(200)之间。本体板可以由各种材料组成，包括但决不局限于金属、复合物、陶瓷、或塑料。如图3所示，本体板(210)可以包括抽真空口(260)、一个或更多个真空端口(240)、一个或更多个流体端口(250)、以及密封件接纳沟槽(270)。
排列在中心本体板(210)中的抽真空口(260)被用来安置一个或更多个晶片(230)或晶片层面封装件。抽真空口(260)被排列在本体板中，以便提供晶片封装件的流体填充位置。抽真空口(260)与一个或更多个真空端口(240)以及一个或更多个流体端口(250)二者处于流体连通状态。一个或更多个真空端口(240)由流体将抽真空口(260)耦合到管道(130；图1)，且随后耦合到真空泵(140；图1)。抽真空口(260)经由真空端口(240)被抽空所有气体，以方便根据一个示例性实施方案的本流体填充方法。
同样，一个或更多个流体端口(250)由流体将流体去气真空工作室(110；图1)耦合到抽真空口(260)。根据一个示例性实施方案，此流体耦合使流体去气真空工作室(110；图1)能够选择性地将去气流体置于抽真空口(260)中。
密封件接纳沟槽(270)被排列在中心本体板(210)中，以便在玻璃板(200)与本体板(210)之间进行密封并保持O形环或其它密封件(220)。借助于将O形环或其它密封件(220)保持在玻璃板(200)与本体板(210)之间，可以在抽真空口(260)中选择性地产生由流体密封的体积。
示例性装置和操作
现在参照图4流程图，示出了用于对晶片层面封装空腔进行流体填充的系统的示例性操作方法。如图4所示，此工艺可以在晶片被置于抽真空口内部和抽真空口被密封(步骤400)时开始。一旦抽真空口被密封，就开启真空泵(140；图1)(步骤410)。然后打开真空阀门，从而在真空填充工作室中产生真空(步骤415)。当在真空填充工作室中存在真空状态时，使去气流体流入到真空填充工作室中(步骤420)，从而以去气流体覆盖整个晶片表面(步骤430)。一旦整个晶片表面被去气流体覆盖，就关闭泵，并使真空填充工作室回到大气压(步骤440)。当工作室处于大气压时，可以打开真空填充工作室，并移去包含被流体填充的空腔的晶片(步骤450)。下面参照图5-图10来更详细地描述上述方法。
如上所述，此方法开始于晶片被插入到抽真空口中且抽真空口被密封(步骤400)时。图5示出了被插入到本系统的抽真空口(260；图2)中的晶片(500)的示例性实施方案。如图5所示，具有晶片层面空腔(510)的硅晶片或其它半导体材料可以被插入在真空工作室(160；图1)的抽真空口(260；图2)内。晶片层面空腔(510)可以具有经由大量填充端口(520)到达晶片(500)表面从而到达周围大气的通路。各个空腔(510)和/或填充端口(520)的尺寸根据晶片设计可以相似或不相似。虽然本示例性实施方案是在硅晶片的流体填充的情况下进行说明，但本系统和方法也可以用来对任何晶片层面封装件进行流体填充，包括但决不局限于其上包含被蚀刻的MEMS的晶片。
如图5所示，在开启真空泵(140；图1)之前，真空工作室环境可以包含大气压下所包含的空气(530)或任何其它气体。由于填充端口(520)提供了到空腔(510)的通路，故晶片层面空腔(510)也可以被大气压下的空气(530)填充。一旦晶片(500)被置于真空工作室(160；图1)的抽真空口(260；图2)内，就可以借助于将玻璃板(200；图2)压向具有形成密封件的O形环(220；图2)的本体板(210；图2)而密封真空工作室(160；图1)(步骤400；图4)。
一旦晶片(500)被插入且真空工作室(160；图1)被流体密封(步骤400；图4)，就可以开启耦合到简单真空填充工作室(160；图1)和流体去气真空工作室(110；图1)二者的真空泵(140；图1)(步骤410；图4)，从而在真空填充工作室中产生真空(步骤415，图4)。一旦被开启，真空泵就可以同时对流体去气工作室(110；图1)中的流体进行去气并抽空真空工作室(160；图1)。可以用系统传感器(未示出)来监视流体被去气的程度和真空工作室中的真空水平。在一个变通实施方案中，可以根据预先测试的工作参数和时间来设想流体被去气的程度和真空工作室中的真空度。在任何情况下，可以让真空泵(140；图1)保持工作，直至根据设计容差在流体去气工作室(110；图1)中已经实现可接受的流体去气程度以及在真空工作室(160；图1)中已经达到可接受的真空。在一个变通实施方案中，可以提供自动控制器根据传感器的输出来使阀门的打开与关闭、真空泵的开启和关闭、以及其它系统的操作自动化。为了便于解释，本处理考虑了系统过程被手动控制的实施方案。
图6示出了真空泵(140；图1)已经开启且抽真空口(260；图2)中产生真空(600)之后，包含在简单真空填充工作室(160；图1)中的晶片(500)。一旦真空泵(140；图1)已经开启，管道(130；图1)中的压力就明显地降低。结果，若适当的阀门(120，150；图1)被打开，则流体去气真空工作室(110；图1)和简单真空填充工作室(160；图1)中的压力也可以被降低。借助于在真空泵(140；图1)工作情况下打开去气阀门(120；图1)，包含在流体去气真空工作室110；图1)中的流体由于压力的降低而可以被去气。同样若在真空泵(140；图1)处于工作状态的情况下打开真空阀门(150；图1)，则包含在真空填充工作室(160；图1)中的空气(530；图5)或任何其它气体就可以被抽空，导致晶片(500)周围和空腔(510)内的真空环境。可以让真空泵(140；图1)保持工作，直至流体去气真空工作室(110；图1)中的流体被去气且已经在真空工作室(160；图1)中达到所希望的真空。
一旦系统操作人员或监视系统已经确定真空工作室(160；图1)被充分抽空且流体去气工作室(110；图1)中的流体被充分去气，就可以打开流体填充阀门(170；图1)。一旦流体填充阀门(170；图1)已经被打开，被去气的流体就可以通过一个或更多个流体填充端口(250；图2)流入到真空工作室(160；图1)中和晶片上(步骤420；图4)。在这一流体填充过程中，可以使真空阀门(150；图1)和去气阀门(120；图1)保持打开或关闭。流体去气工作室可以以使重力能够引起流体流入到真空工作室中或晶片上方的方式而被耦合到真空工作室。或者，诸如泵之类的另一机构可以被用来引起流体从去气工作室经由流体端口(250；图2)流入到真空工作室中。在流体填充阀门(170；图1)被关闭之前，可以使其量足以覆盖整个晶片表面的去气流体流入到真空工作室(160；图1)中。同样，在阀门被关闭之前，可以度过足以使流体扩展到晶片表面上的时间。
图7示出了在流体填充阀门(170；图1)已经打开且去气流体(700)已经流入到真空工作室(160；图1)中和硅晶片(500)上之后，真空工作室(160；图1)内的硅晶片(500)的剖面图。如图7所示，去气流体(700)由于重力而可以在晶片上基本上均匀地扩展。在一个变通实施方案中，为了使去气流体(700)均匀地覆盖晶片(500)的表面，可以旋转晶片(500)或真空工作室(160；图1)本身。在任何情况下，操作人员可以使足够的去气流体(700)流入到真空工作室(160；图1)中并经过足够的时间，以便晶片(500)被去气流体层覆盖(步骤430；图4)。由于微观尺寸上的流体表面张力的相对强度以及由于晶片填充端口(520)的尺寸小，故表面张力可以防止去气流体(700)流入填充端口(520)中且随后填充晶片层面空腔(510)。相反，去气流体(700)可以大部分保留在图7所示晶片(500)表面处的晶片层面空腔填充端口(520)的开口附近。通常在晶片层面空腔(510)内和真空工作室(160；图1)内都可以保持真空(600)状态。
在晶片(500)已经被去气流体(700)充分覆盖之后，可以在真空阀门(150)保持打开的情况下关闭真空泵(140；图1)，逐渐使真空工作室(160；图1)中的空气压力回到大气压(步骤440；图4)。随着逐渐使空气和/或其它气体能够流入到真空工作室中，真空工作室(160；图1)在去气流体和晶片上方的总压力可以回到大气压。但晶片中未被去气流体填充的裂缝和空腔可能仍然经受高真空状态。结果，随着真空工作室中的压力回到大气压，在总真空工作室大气压与真空的晶片层面空腔之间就出现陡峭的压力梯度。由于此压力梯度，位于晶片500中空腔填充端口(520)上的去气流体(700)可以被强迫通过填充端口(520)而进入保持在真空(600)中的晶片层面空腔(510)中。
图8示出了真空泵(140；图1)已经被关闭且真空工作室(160；图1)中的空气压力已经回到大气压之后的真空工作室环境中的晶片(500)的剖面图。当真空工作室(160；图1)中的压力通常已经回到大气压时，建立了这样一种状态，其中从真空工作室气氛(530)(大气压)到晶片层面空腔(510)(它被去气流体(700)密封于真空工作室气氛，可以保持在高真空状态)建立起陡峭的压力梯度。这一大的压力梯度可以强迫去气流体(700)通过晶片填充端口(520)进入到晶片层面空腔(510)中。
图9示出了真空工作室(160；图1)中的空气压力已经回到大气压且已经度过足以使去气流体(700)流入到晶片层面空腔(510)中并将其填充的时间之后的真空工作室(160；图1)中的晶片(500)的放大剖面图。倘若时间足够，去气流体就可以基本上填充晶片层面空腔(510)，且先前的压力梯度可以不再存在。空气(530)或其它气体可以在大气压下填充真空工作室(160；图1)，且去气流体(700)层仍然可以覆盖晶片(500)的表面。此时，可以打开真空工作室(160；图1)，并可以从本系统的真空工作室(160；图1)中移出具有被流体填充的晶片层面空腔(510)的晶片(500)，以便清洗和进一步加工(步骤450；图4)。
图10示出了过量去气流体(700)已经被清除之后，本系统外面晶片(500)的放大剖面图。可以用各种不同的方法从晶片(500)的表面清除过量的去气流体。根据一个示例性实施方案，可以用高压去离子水或其它适当的溶液将过量去气流体清洗掉。在另一示例性实施方案中，可以手工或用自动工艺，借助于用布或其它吸附性材料摩擦硅晶片(500)的表面，来机械地清除过量的去气流体。虽然许多不同的过量流体清除方法是可能的，但晶片层面空腔(510)可以仍然被去气流体填充。一开始阻止流体进入空腔中的表面张力，现在阻止流体从填充的晶片层面空腔(510)清除。根据设计参数，流体可以被气密性地密封在晶片层面空腔(510)中，提供一种流体填充的晶片层面封装件。
上述用来对晶片层面空腔进行流体填充的系统(100；图1)由于其设计简单而有优点。与传统流体填充系统不同，本流体填充系统(100；图1)由于其设计简单而可以迅速制造。本系统的设计简单性还可以得到比较简单而完全的拆卸，从而提供LCD流体填充机无法得到的彻底清洗可能性。当一种填充流体被改变成另一种时，这种彻底清洗使得能够基本上消除填充流体的交叉沾污，使本系统可用于各种IC和MEMS封装件设计的流体填充。
此外，本系统(100；图1)的简单设计使之能够与市售真空泵和市场上已有的其它组成部分一起使用而无须设计新的组成部分，从而降低了制造和维护本系统(100；图1)的成本。设计的简单性还导致需要时一个人就可以容易地搬动的体积较小的流体填充装置，而无须使用起重机或搬动传统庞大而复杂的流体填充机所需的其它设备。
而且，本系统的能量和流体可以比传统流体填充机更有效。可以证明，对于真空泵或泵组来说，较小的抽真空口(260；图2)比其它系统传统使用的更大的真空工作室更容易抽空，从而提供更有效的单位晶片能耗。而且，在本系统(100；图1)中，填充流体的消耗比传统系统的流体消耗更有效。如下面关于本系统和方法的变通实施方案所述的那样，在晶片或真空工作室本身被旋转的实施方案中，填充流体的消耗可以格外有效。
变通实施方案
图11示出了根据一个示例性实施方案的用流体来填充晶片层面封装件的变通系统。如图11所示，此流体填充系统(1100)包括通过管道(1130)耦合到简单真空填充工作室(1110)的真空泵(1140)。此外，真空阀门(1120)和流体泄漏阀门(1150)被安置在管道中。
相似于图1所示的实施方案，图11所示的真空泵(1140)被构造成选择性地在管道(1130)中因而在简单真空填充工作室(1110)中产生负压。当被开启时，真空泵(1140)施加足够的负压，以便从管道(1130)和/或简单真空填充工作室(1110)抽空气体。真空泵(1140)可以是任何一种真空产生装置，包括但决不局限于高真空泵、旋转叶轮真空泵、涡轮分子泵、或活塞真空泵。而且，虽然本流体填充系统(1100)被描述成组合单个真空泵(1140)，但任何数目的真空泵(1140)都可以被组合在本系统和方法中。
管道(1130)将真空泵(1140)耦合到真空填充工作室(1110)。真空阀门(1120)被安置在真空泵(1140)与真空填充工作室(1110)之间的管道(1130)中。真空阀门(1120)被构造成选择性地将真空泵(1140)耦合到真空填充工作室(1110)。真空阀门(1120)可以被手工控制或遥控，并可以包括但决不局限于闸阀、球阀、膜片阀、针阀、或塞阀。
从真空填充工作室(1110)引出一系列管道(1130)，该管道包含流体泄漏阀门(1150)。流体泄漏阀门(1150)被构造成选择性地从真空填充工作室(1110)泄漏过量的流体。
图12和13详细地示出了简单真空填充工作室(1110)的各个组成部分。如图12所示，变通的真空填充工作室(1110)包括被玻璃基板(1260)密封在二端上的本体块(1270)。玻璃基板(1260)被多个玻璃定位器耦合到本体块(1270)。此外，多个O形环(1220)或其它密封件被设在玻璃基板(1260)与本体块(1270)之间。本体块(1270)包括形成在其中心的抽真空口(1280)。抽真空口(1280)被构造成方便安置被其中具有切口(1235)的O形环间隔件(1230)分隔开的多个晶片(1240)。真空端口(1250)也被安置在本体块(1270)中，形成从本体块(1270)外表面到抽真空口(1280)的腔管。
图13示出了根据一个可选的实施方案的真空填充工作室(1110)的分解图。如图13所示，本体块(1270)还包括构造成密封和保持用来在抽真空口(1280)中形成真空紧密密封的O形环(1220)或其它密封件的O形环保持沟槽(1290)。
图14示出了图11所示变通的流体填充系统(1110)的示例性操作方法。根据图14，此变通方法开始于将去气填充流体引入到真空填充工作室的抽真空口(1280；图12)中(步骤1400)。借助于用玻璃定位器(1210；图12)将一个玻璃基板(1260；图12)固定到本体块(1270；图12)的底部，可以将去气流体置于和包含在抽真空口(1280；图12)内。一旦玻璃基板被固定，去气填充流体就可以被置于抽真空口(1280)内。
接着，可以将大量晶片(1240；图12)引入到被大量O形环间隔分隔开的抽真空口(1280；图12)中。O形环间隔(1230；图12)可以被置于各个晶片(1240；图12)之间，以便使填充流体能够到达各个晶片的所有外表面。O形环间隔(1230；图12)可以包括一个或更多个切口(1235；图12)，以便使填充流体能够内部流到O形环间隔。
一旦所需的材料已经被插入到抽真空口(1280；图12)中，就可以借助于将真空填充工作室(1110；图1)耦合到真空泵(步骤1420)以及将第二玻璃基板(1260；图12)耦合到本体块(步骤1430)，使抽真空口被流体密封。借助于将管道(1130；图11)耦合到真空端口(1250；图12)，真空填充工作室被耦合到真空泵(1140；图11)。这一连接使真空阀门(1120；图11)能够选择性地将真空泵(1140；图11)耦合到真空填充工作室(1110；图1)。此外，借助于将第二玻璃基板(1260；图12)耦合到本体块的顶部，抽真空口(1280；图12)被流体密封(步骤1430)。O形环(1220；图12)或其它密封件被设在本体块(1270；图12)与玻璃基板(1260；图12)之间。当玻璃基板(1260；图12)被玻璃定位器(1210；图12)固定到本体块(1270；图12)时，O形环(1220；图12)被压缩，抽真空口(1280；图12)就被流体密封。
一旦抽真空口(1280；图12)被密封，就可以开启真空泵(步骤1440)。当真空泵(1140；图11)被开启时，管道(1130；图11)中的压力被降低。借助于打开真空阀门(1120；图11)，与开启真空泵(1140；图11)相关的这一压力降低，可以被传递到抽真空口(1280；图12)。一旦打开，真空泵(1140；图11)就在抽真空口(1280；图12)中产生真空，从而从晶片层面空腔抽空空气和/或气体，并进一步对填充流体去气。在本方法的这一部分中，晶片(1240；图12)被O形环间隔件(1230；图12)定位。
当在抽真空口(1280；图12)中已经产生适当的真空时，可以将真空填充工作室(1110；图11)倒转，以便将抽空的晶片浸入在去气了的填充流体中(步骤1450)。设在O形环间隔件(1230；图12)中的切口，使填充流体能够进入到其间并覆盖抽空的晶片(1240；图12)的表面。但如上面参照图7所述，填充流体由于表面张力而阻止对晶片层面空腔的填充。
一旦晶片被填充流体涂敷(步骤1450)，就可以停止真空泵，抽真空口(1280；图12)从而可以回到大气压(步骤1460)。当抽真空口(1280；图12)回到大气压时，如上所述存在压力梯度，使填充流体克服流体中的表面张力而进入晶片层面空腔。一旦回到大气压，就可以取出晶片(1240；图12)，并可以从晶片(1240；图12)表面清除过量的填充流体。
根据此变通实施方案，采用了小的抽真空口(1280；图12)。这一小的抽真空口使得能够快速抽空抽真空口(1280；图12)，迅速循环，并比传统方法降低了流体消耗。此外，安装在真空填充工作室(1110；图11)二端上的玻璃基板使得能够容易观察晶片或晶片被填充的情况。
而且，本变通实施方案的填充流体的消耗可以比传统系统的流体消耗更有效。如此处所述，在晶片或真空工作室本身被旋转的情况下，由于抽空的晶片的表面可以被最少量的抽空填充流体涂敷，填充流体的消耗格外有效。
总之，用来对晶片层面封装件进行流体填充的本系统和方法组合了价廉的真空工作室。此真空工作室的设计使得能够快速抽空，迅速循环，并降低流体的消耗。而且，本晶片填充真空工作室使得能够容易拆卸和清洗，从而减少了各种填充流体之间的交叉沾污。
仅仅为了描述本系统和方法的示例性实施方案而已经提供了上面的描述。并不认为是穷举的或是要将本系统和方法限制为所公开的任何精确形式。根据上面所述，许多修正和改变是可能的。意味着本系统和方法的范围由下列权利要求限定。
Claims (9)
1. 一种用来对晶片层面封装空腔进行流体填充的系统，它包含：
构造成接纳晶片(230，500，1240)的真空填充工作室(160，1110)；
耦合到所述真空填充工作室(160，1110)的导管(130，1130)；以及
通过所述导管(130，1130)由流体耦合到所述真空填充工作室(160，1110)的真空泵(140，1140)，所述真空泵(140，1140)被构造成在所述晶片的层面封装腔内产生真空(600)；
其中，所述真空填充工作室(160，1110)包含包括抽真空口(260，1280)的本体、密封耦合到所述本体以密封所述抽真空口(260，1280)第一端的第一基板(1260)、以及密封耦合到所述本体以密封抽真空口(260，1280)第二端的第二基板(1260)；
还包括：提供去气填充流体到所述真空填充工作室的流体去气真空工作室(110)，
其中一旦整个晶片表面被去气填充流体所覆盖，就通过流体非耦合或关闭所述真空泵(140，1140)使所述真空工作室中的压力提高以便在所述真空工作室与所述晶片(230，500，1240)的所述表面上的多个空腔(510)之间产生压力梯度，所述压力梯度足以克服阻止所述去气填充流体进入所述多个空腔(510)的表面张力。
2. 权利要求1的系统，还包含耦合到所述导管(130，1130)的真空阀门(150，1120)，其中，所述真空阀门(150，1120)选择性地耦合所述真空填充工作室(160，1110)和所述真空泵(140，1140)。
3. 权利要求1的系统，其中，所述流体去气真空工作室(110)流体耦合到所述真空填充工作室(160，1110)和所述真空泵(140，1140)，其中，所述流体去气真空工作室(110)被构造成在对所述填充流体执行去气工艺的过程中容纳填充流体。
4. 权利要求1的系统，其中流体填充真空工作室包含：
本体，它包括在晶片层面封装空腔流体填充操作过程中用来容纳晶片(230，500，1240)的抽真空口(260，1280)；
至少一个密封耦合到所述本体的基板(1260)，所述至少一个基板(1260)被构造成由流体密封所述抽真空口(260，1280)；以及
从所述抽真空口(260，1280)延伸到所述流体填充真空工作室外表面的第一腔管。
5. 权利要求4的系统，其中，所述至少一个基板(1260)包括透明基板(1260)。
6. 一种用来对晶片层面封装件进行流体填充的方法，它包括以下步骤：
抽空置于在真空工作室中的晶片(230，500，1240)的表面上的多个空腔内的气体；
将去气填充流体引入并覆盖到所述晶片(230，500，1240)的表面；
提高所述真空工作室中的压力，以便在所述真空工作室与所述晶片(230，500，1240)的所述表面上的多个空腔(510)之间产生压力梯度；
其中，所述压力梯度足以克服阻止所述去气填充流体进入所述多个空腔(510)的表面张力。
7. 权利要求6的方法，其中，上述的抽空多个空腔内的气体的步骤还包括用真空泵(140，1140)在所述真空工作室中产生真空(600)。
8. 权利要求6的方法，其中，上述的提高所述真空工作室中的压力包含重新将所述气体引入到所述真空工作室中。
9. 权利要求6的方法，还包括从所述晶片(230，500，1240)的表面清除过量的填充流体的步骤。
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