CN101573185B - 液体材料的填充方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不需要计算复杂的参数且容易控制的液体材料的填充方法、装置及程序。本发明涉及一种液体材料的填充方法、用以实施该方法的装置及程序，其特征在于，该液体材料的填充方法，为在衬底与其上载置的工件的间隙利用毛细管现象填充从吐出部吐出的液体材料的方法；沿工件的外周做成由暂时停止点及非停止区域所构成的涂布图案，通过增减在暂时停止点吐出部的停止时间来进行液体材料的吐出量的校正。

Description

液体材料的填充方法及装置
技术领域
本发明关于一种在衬底与其上载置的工件的间隙，利用毛细管现象填充从吐出部吐出的液体材料的方法及装置，特别是关于一种在半导体封装的填充底胶(underfill)步骤中不必运算复杂的参数即可校正液体材料的吐出量的方法及装置。
另外，本发明所谓“吐出”，包含液体材料在离开吐出部前接触工件的型式的吐出方式、及液体材料在离开吐出部后接触工件的型式的吐出方式。
背景技术
近年来，伴随电子机器的小型化、高性能化，对于半导体零件的高密度安装、多插脚化的要求，一种称为倒装方式的安装技术受到重视。倒装方式的安装通过在存在于半导体芯片的表面的电极垫上形成凸起状电极(bump)而直接接合于相对向衬底上的电极垫而进行。当使用倒装方式时，在安装上所需要的面积与半导体芯片的面积大致相等，可达到高密度安装。另外，可将电极垫配置于半导体芯片整面，因此也适于多接脚化。其它方面，连接布线长度仅为凸块电极的高度，电性特性良好，且由于半导体芯片的连接部的反对面露出，所以有散热容易等优点。
在倒装封装中，由于半导体芯片与衬底间热膨胀系数的差异而产生的应力集中于连接部而破坏连接部，为防止此种状况发生，在半导体芯片与衬底的间隙填充树脂而补强连接部。此步骤称为“填充底胶”(参照图1)。
填充底胶步骤通过沿半导体芯片的外周(例如一边或二边)涂布液状树脂，利用毛细管现象将树脂填充于半导体芯片与衬底的间隙后，通过烘炉等加热使树脂硬化而进行。
 在填充底胶步骤中，必须考虑树脂材料随时间经过的黏度变化。因为当黏度变高时，材料吐出口的吐出量减少，且毛细管现象不充分，存在有无法填充适当量的材料于间隙的问题。在黏度变化激烈的情况下，也有例如经过6小时后吐出量会减少10％以上的现象。因此，必须校正因黏度随时间经过而变化所引起的吐出量变化。
但是，在填充底胶步骤中，一般采用注胶器(dispenser)以填充树脂材料。该注胶器中，有一种在吐出时，从喷嘴喷射液体材料的小滴的喷射式注胶器。
使用喷射式注胶器实施填充底胶步骤的方法，例如由日本特开2004-344883号(专利文献1)所揭示。即，专利文献1揭示一种使用喷射式注胶器在衬底上吐出黏性材料的方法，该方法包含：准备应吐出的黏性材料的总体积，及总体积的黏性材料的吐出长度；将多滴黏性材料液滴涂布于重量计上；产生表示涂布于重量计上的多滴黏性材料液滴的重量的回馈信号；以及，为将总体积的黏性材料在整个长度范围内吐出，而求得注胶器与衬底间的最大相对速度。
另外，专利文献1又揭示一种方法，更包含：求得多滴黏性材料的液滴各自的体积；求得约等于总体积所必须的液滴总数；求得将黏性材料的液滴沿长度大致均匀分配时各液滴间所需要的距离；及求得以最大相对速度沿全长吐出总体积的黏性材料时黏性材料液滴从注胶器吐出的速率。
专利文献1：日本特开2004-344883号公报
发明内容
(发明所欲解决的问题)
然而，在专利文献1所记载的方法中，为沿全长来均匀吐出，需要有用于求得液滴的数量和各液滴的间隔的过程，由于在该过程中计算而求得各种参数，所以在其计算时大多会产生误差。
另外，为更正确地达到均匀化，必须使各个液滴的大小一致，因此需要特别的手段。而且，要变更液滴从喷嘴(吐出部)吐出的速率时，会有最大速率受限于吐出部的机械性能或黏性材料的黏度等情况。即，单独使用专利文献1所记载的方法作为校正手段并不充分。
因此，本发明的目的在于解决所述问题，不需要复杂的参数计算， 即可提供一种易于控制的液体材料的填充方法、装置及程序。
(解决问题的手段)
关于吐出量的校正，一般认为通过控制加压量、柱塞的移动量、阀的往复动作的速度等，可将每单位时间来自吐出部的吐出量保持为一定。然而，在所述手法中，由于计算求得各种的参数，所以有其计算时会有产生许多误差的问题。因此，本案发明者为简化校正过程，经详细研究后完成本发明。
即，第1发明为一种液体材料的填充方法，在衬底与其上所载置的工件的间隙，利用毛细管现象填充从吐出部吐出的液体材料的方法；其特征在于，沿工件的外周做成由暂时停止点及非停止区域所构成的涂布图案，通过增减吐出部在暂时停止点停止时间来校正液体材料的吐出量。
第2发明特征在于，在第1发明中，所述涂布图案中，暂时停止点及非停止区域交替连续。
第3发明特征在于，在第1或2的发明中，量测在校正前的吐出时间(T1)间所吐出的液体材料的重量(W1)，算出用以吐出适当重量(W2)的时间(T2)，根据时间(T2)与时间(T1)的差来增减吐出部在暂时停止点的停止时间。
第4发明特征在于，在第1或2的发明中，量测吐出的液体材料达到适当重量(W2)为止的时间(T2)，根据时间(T2)与校正前的吐出时间(T1)的差来增减吐出部在暂时停止点的停止时间。
第5发明特征在于，在第3或4的发明中，将吐出时间或吐出重量与黏度的关系存储于存储器，在液体材料更换后的步骤中，根据该存储器的存储信息算出吐出部的停止时间的增减值。
第6发明特征在于，在第3至5发明的任一发明中，设定判断是否进行校正的容许范围，当量测值超过所述容许范围时，调整吐出部在暂时停止点的停止时间。
第7发明特征在于，在第1至6发明的任一发明中，在所述涂布图案中有多个暂时停止点时，均等增减吐出部在各暂时停止点的停止时间。
第8发明特征在于，在第1至7发明的任一发明中，伴随液体材 料随时间的黏度变化来进行吐出量的校正。
第9发明特征在于，在第1至8发明的任一发明中，根据使用者作为校正周期输入的时间信息、工件片数、或衬底片数来来液体材料吐出量的校正。
第10发明为一种涂布装置，其具备有：提供所吐出的液体材料的液材提供部；测量所吐出的液体材料的测量部；具有吐出液材的吐出口的吐出部；使吐出部移动自如的驱动部；及控制这些部分的动作的控制部；这样的涂布装置，其特征在于，其控制部具有实施第1至9发明中任一发明的方法的程序。
第11发明为一种记录程序，其在具备有：提供所吐出的液体材料的液材提供部、测量所吐出的液体材料的测量部、具有吐出液材的吐出口的吐出部、使吐出部移动自如的驱动部、及控制这些部分的动作的控制部涂布装置中，使控制部实施第1至9发明中任一发明的方法。
(发明效果)
根据本发明，不需要控制加压量、柱塞的移动量、阀的往复动作的速度等以将每单位时间来自吐出部的吐出量保持为一定。
另外，在涂布图案中，由于可在该涂布图案中途的任意处增减所停止的时间，所以不受限于对涂布图案全长均匀涂布，可自由地做成涂布图案。
另外，与对每一液滴进行校正的情况相比较，其过程可减少，所以不容易产生计算误差。
另外，不需要在涂布作业中校正，可稳定地吐出。
附图说明
图1为用以说明填充底胶的步骤的侧视图。
图2为实施例1涉及的装置的示意斜视图。
图3为表示第一涂布图案的例子的说明图。
图4为表示第二涂布图案的例子的说明图。
图5为表示第三涂布图案的例子的说明图。
图6为表示第四涂布图案的例子的说明图。
图7为表示第五涂布图案的例子的说明图。
图8为用以说明涂布图案的校正手法的图。
图9为用以说明随重量变化来校正的图。
图10为用以说明随时间变化来校正的图。
符号说明
1衬底
2芯片
3电极垫
4凸块(凸起状电极)
5液体材料
6注胶器
7XY驱动手段
8重量计
9搬送手段
10倒装安装衬底
11暂时停止点
12非停止区域
13喷嘴
具体实施方式
以下，说明用以实施本发明的最佳形态。
(1)做成涂布图案
做成1至多个涂布图案，选择其中一个。例如图3所示，，沿着作为方形工件的芯片2一边的线，做成由交替连续的暂时停止点11与非停止区域12所构成的涂布图案。胆识，工件并不仅限定于方形，也可为圆形或多角形。
涂布图案的全长或暂时停止点11及非停止区域12的数目，由填充芯片2与衬底1的间隙所需要的液体材料5的重量或体积等所决定。例如，如图6所示在对芯片2的一边进行涂布时，可使一暂时停止点11的两侧成为非停止区域12，来构成一涂布图案。
另外，例如在芯片2较小或欲提高良品率时(欲减少因气泡混入而引起不良的情况)，有时会在边缘的中心附近吐出于一点，或将吐出 部的喷嘴13停止于一处来吐出一定时间。
此外，非停止区域12并不仅限定于线状，也有为点状的情况。
(2)设定初期参数
对于涂布所使用的液体材料，由预先的试验算出涂布图案与适当重量及/或适当吐出时间的关系，将其存储于控制部的存储器。吐出量的变化，也受到随温度变化所产生的液体材料的黏度变化或吐出部的阻塞及压力差(水頭差)的影响，但通过设定所述参数，仍可适用于吐出量的全部变化。
另外，较佳为预先存储根据制造商规定的有效时间所算出的值，作为液体材料的使用时间的极限值。
此外，在由后述(4)算出校正量时，较佳为在吐出重量为一定时的“吐出时间与黏度的关系”、在吐出时间为一定时的“吐出重量与黏度的关系”预先存储于控制部的存储器。因为如果是相同种类的液体材料，则在第二次以后的作业中，可根据存储于控制部的数据算出校正量，由此可省略校正用的吐出及测定作业。
(3)设定校正周期
设定校正周期，即校正涂布图案的周期。作为校正周期，例如可设定为使用者输入的时间信息、芯片2或衬底1的片数等。在设定为既定时间的情况下，设定为液体材料的吐出量的变化从作业开始后到超过容许范围的预计时间。在设定为片数的情况下，由处理一片芯片2的时间或处理一片衬底1的时间(搬入→涂布→搬出时间)与所述既定时间，求得处理片数来设定。
在设定校正周期时，需要考虑由于时间经过或温度变化而产生的液体材料黏度变化，以下以仅伴随时间经过产生黏度变化为前提来进行说明。
此外，通过吐出部的温度调整来控制液体材料黏度的现有技术当然可一并使用于本发明。
(4)算出校正量
依所设定的校正周期，算出对应于因液体材料黏度变化所引起的吐出量变化的校正量。
首先，使喷嘴13移动至重量计8的上方，在固定位置吐出液体材 料。然后，读取向重量计8的测量部吐出的液体材料的重量，与存储于(2)的参数作对比来求得校正量。
作为校正量的算出手法，有(i)测定一定时间吐出时的重量，根据其与适当重量的差而算出校正量的手法、(ii)测定达到适当重量为止所需的吐出时间，根据与前一吐出时间的差来算出校正量的手法。
以图6中涂布图案的例子具体说明(i)及(ii)的手法。
首先，根据芯片2的大小和芯片2与衬底1的间隙，算出填充液体材料所需要的适当重量W2。其次，算出吐出适当重量W2的液体材料所需要的时间T1。
时间T1的算出方法有多种，此处揭示二种喷射式注胶器中的代表性的算出方法。其一，由于从喷嘴13吐出液滴的时间为一定，所以有根据其时间与每一滴的重量来算出吐出适当重量W2所需要时间的方法；另一方法为，进行实际吐出直至重量计8上达到适当重量W2为止，来测定时间。
接着，由芯片2的大小算出涂布图案的全长L，由全长L和喷嘴13移动速度V的关系，算出在暂时停止点11的合计停止时间S1。
根据图8说明在液体材料的黏度变高时(P1→P2)，具体的校正量算法。而且，以喷嘴13在非停止区域12中的移动速度V保持一定为前提。
(i)的情况，如果以变化后的黏度P2，与时间T1相同的时间吐出，则在重量计8的测定值为W1。此处，由时间T1与重量W1的关系，算出以变化后的黏度P2，吐出与适当重量W2相同的重量所需要的时间T2。因此，在暂时停止点11的校正量S2为T2-T1。
(ii)的情况，如果测定以变化后的黏度P2，吐出与适当重量W2相同的重量所需要的时间，则吐出时间由T1变为T2。因此，在暂时停止点11的校正量S2为T2-T1。
此处较佳为，在校正量S2非零时不进行经常校正，仅在量测到的吐出量(量测值)的变化或算出的校正量超过容许范围(例如±10％)时才进行校正。设定有容许范围的校正的较佳状态为，例如在申请人的专利申请案涉及的日本特开2001-137756号公报中有详细揭示。即，设定判断是否校正的容许范围，仅在量测值或校正量超过所述容许范 围时才校正涂布图案。
(5)校正涂布图案
在(4)中判断为需要校正吐出量的情况时，以校正量S2缩短或延长在暂时停止点11的停止时间。
校正量S2较佳为对应暂时停止点11的数目等分。图6的涂布图案的情况下，暂时停止点11的校正量与S2相同，而例如图3及图4的涂布图案的情况下，则各暂时停止点11的校正量为S2/3。
由以上所述，(4)及(5)的步骤，以由(3)设定的校正周期、或在衬底1的种类(大小或形状)改变时等来执行，因此与液体材料的经时黏度变化无关，能够总是形成最佳的涂布图案。
以下，由实施例说明本发明的详细内容，但本发明并不受任何实施例所限定。
(实施例)
图2是表示用以实施本实施例的方法的装置的示意图。
首先，将作为涂布对象物的倒装安装衬底10利用搬送手段9搬送至吐出液体材料的喷嘴13下。
具有喷嘴13的注胶器6安装于XY驱动手段7，能够往衬底10或重量计8上移动。另外，在衬底10上方沿XY方向移动的同时进行涂布液体材料的动作也能够由XY驱动手段7来进行。
衬底10运送至喷嘴13下，对衬底10定位后开始涂布。将作为喷嘴13涂布动作的轨迹的基本涂布图案，预先存储于控制XY驱动手段7和注胶器6等动作的控制部(未图标)内的存储器等。
涂布结束后，衬底10由搬送手段9搬出于装置外。然后，搬入下个衬底10，反复涂布作业。即，搬入、涂布及搬出成为一循环，反复涂布液体材料，直至向作为对象片数的衬底10涂布完成为止。
在所设定的校正周期时，依液体材料的黏度变化来进行吐出量的校正。
校正量的算出通过以下方式进行，利用XY驱动手段7使喷嘴13移动至重量计8上，利用重量计8量测吐出时所需要的时间或液体材料的重量。
以下例示校正量的较佳算出方法，但校正量的算出并不限定于此。 而且，这里以喷嘴13在非停止区域12中的移动速度V保持一定为前提。
(i)随重量变化而校正(图9)
从喷嘴13，仅在与前一衬底10形成涂布图案所需要的时间T1相同的时间吐出液体材料(步骤11)。利用重量计8量测吐出的液体材料的重量W1(步骤12)。算出针对各个涂布图案预先算出并存储在控制部的适当重量W2与量测重量W1(步骤13)，根据重量差是否超过容许范围，判断是否需要校正(步骤14)。在步骤14中判断为需要校正的情况下，由时间T1与W1的关系，算出吐出适当重量W2所需要的时间T2(步骤15)。由时间T2与时间T1，算出校正量S2(T1与T2的差)(步骤16)。仅以校正量S2的部分延长或缩短在暂时停止点11的暂时停止时间S1，来校正涂布图案(步骤17)。将T1值更新为T2(步骤18)。
此外，作为变化过程，也可省略步骤13，在算出校正量之后(步骤16后)进行步骤14。
(ii)基于时间变化的校正(图10)
从喷嘴13，吐出液体材料直至达到针对各个涂布图案所预先算出并存储在控制部的适当重量W2为止(步骤21)，量测吐出所需要的时间T2(步骤22)。算出在前一衬底10形成涂布图案所需要的时间T1与量测时间T2的差(步骤23)，根据时间差是否超过容许范围，判定是否需要校正(步骤24)。在步骤24中判定为需要校正的情况下，由时间T2与时间T1，算出校正量S2(T1与T2的差)(步骤25)。仅以校正量S2的部分延长或缩短在暂时停止点11的暂时停止时间S1，来校正涂布图案(步骤26)。将T1值更新为T2(步骤27)。
涂布图案的校正，以设定的校正周期自动进行。当液体材料到达使用时间的极限值时、或直至液体材料用完为止，以所设定的校正周期进行校正，并持续涂布作业。在更换液体材料后进行最初开始涂布时，为了校正液体材料的品质不均，较佳为在涂布执行前先进行校正。
接着，说明做成数个涂布图案的例子。
在依黏度变化而校正吐出量时，随时间经过而黏度变高，通常必须增加吐出量，因此以下说明增加吐出量的情况。
基本涂布图案的长度或移动速度等，由填充作为涂布对象的半导 体芯片2与衬底10的间隙所需要的液体材料的重量或芯片2的大小等决定。
图3至图7为表示涂布图案例子的说明图，其为从安装面侧观看安装有芯片2的衬底10的图。
图3及图4为将三个暂时停止点11设置于沿着芯片2一边直线的非停止区域12中途的涂布图案。暂时停止点11的数目及位置不限于图3及图4所示，可在构成涂布图案的非停止区域12中途的任意处形成暂时停止点11。
预计吐出量的变化为较大时，较佳为将暂时停止点11的数目设定为三个以上，而使在每一暂时停止点11增加的吐出量为少量，防止液体材料往芯片2之外溢出。
此时，可将伴随吐出量的变化而算出的校正量S2均等地分配给各个暂时停止点11。
图5为将暂时停止点11设置于沿芯片2一边直线的非停止区域12两端的涂布图案。在该涂布图案中，由于可在比中央部渗透更快的两端部涂布较多液体材料，所以可有效率地向芯片2整体填充液体材料。
图6及图7为将一个暂时停止点11设置于沿芯片2一边直线的非停止区域12的涂布图案。
在液体材料的渗透偏移时或欲在特定处填充较多时，通过在该处设置暂时停止点11，可有效率地向芯片2整体填充液体材料。
涂布图案不限于图3至图7的例子，根据一边的长度或芯片2与衬底10的连接部的接脚配置等，也可设置四个以上的暂时停止点11。
另外，也可应用在沿芯片2的相邻两边涂布为L字形或U字形的情况、或沿芯片2的外周全部涂布的情况。
本实施例涉及的注胶器不限于喷射式，也可为利用压缩空气吐出液体材料的气压式。此外，在气压式注胶器的情况，较佳为在喷嘴13与XY驱动手段7之间安装Z驱动手段，可使喷嘴13沿垂直方向上下移动。
(产业上的可利用性)
本发明可实施在吐出液体材料的各种装置中。
液体材料在离开吐出部前接触工件的型式的吐出方式，可例示有： 对前端具有喷嘴的气压缸内的液体材料依既定时间施加经调压的空气的气压式、具有平管状(flat tubing)机构或旋转管状(rotary tubing)机构的管状式、将密接且可滑动于前端具有喷嘴的贮存容器内面的柱塞移动既定量而吐出的柱塞式、通过螺杆的旋转而吐出液体材料的螺杆式、通过阀的开闭而控制施加有既定压力的液体材料的吐出的阀式等。
另外，作为液体材料在离开吐出部后接触工件的型式的吐出方式，可例示有：使阀体冲撞阀座而使液体材料从喷嘴前端飞溅而吐出的喷射式、使柱塞型式的柱塞在移动后急停，同样地使其从喷嘴前端飞溅而吐出的柱塞喷射式、连续喷射方式或需求方式的喷墨型式等。

Claims (8)

1.一种液体材料的填充方法，是对于衬底与其上所载置的工件的间隙利用毛细管现象填充从吐出部吐出的液体材料的方法，其特征在于，沿工件的外周做成由暂时停止点及非停止区域所构成的涂布图案，在设定包含涂布图案与适当重量W2的关系及/或与适当吐出时间的关系的初期参数、考虑时间经过或温度变化而产生的液体材料黏度变化而设定包含使用者输入的时间信息或者工件的片数的校正周期、以设定的校正周期算出对应于因液体材料黏度变化所引起的吐出量变化的校正量、当判断有必要进行液体材料的吐出量的校正的情况下校正涂布图案的液体材料的填充方法中，
当判断有必要进行液体材料的吐出量的校正的情况下，通过增减吐出部在暂时停止点的停止时间，将非停止区域中的吐出部的移动速度V保持为一定而校正涂布图案，以及
测量在校正前的吐出时间T1内所吐出的液体材料的重量W1，算出用以吐出适当重量W2的时间T2，根据时间T2与时间T1的差来增减吐出部在暂时停止点的停止时间，或者，测量吐出的液体材料达到适当重量W2为止的时间T2，根据时间T2与校正前的吐出时间T1的差来增减吐出部在暂时停止点的停止时间。
2.根据权利要求1所述的液体材料的填充方法，其特征在于，所述涂布图案中，暂时停止点及非停止区域交替连续。
3.根据权利要求1或2所述的液体材料的填充方法，其特征在于，将吐出时间或吐出重量与黏度的关系存储于存储器，在更换液体材料后的步骤中，根据该存储器的存储信息算出吐出部停止时间的增减值。
4.根据权利要求1或2所述的液体材料的填充方法，其特征在于，设定判断是否进行校正的容许范围，当测量值超过所述容许范围的情况下，调整吐出部在暂时停止点的停止时间。
5.根据权利要求1或2所述的液体材料的填充方法，其特征在于，在所述涂布图案具有多个暂时停止点时，均等地增减吐出部在各暂时停止点的停止时间。
6.根据权利要求1或2所述的液体材料的填充方法，其特征在于，根据液体材料伴随时间经过的黏度变化来进行吐出量的校正。
7.根据权利要求1或2所述的液体材料的填充方法，其特征在于，根据使用者作为校正周期输入的时间信息、工件片数、或衬底片数来进行液体材料的吐出量的校正。
8.根据权利要求1或2所述的液体材料的填充方法，其特征在于，所述非停止区域由连续的涂布线构成。
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