CN110709977A - 翘曲减小装置和翘曲减小方法 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的翘曲减小装置包括：夹具，具有能够分布材料中的应力的翘曲形状；光源，用于加热材料以使其平坦；加压器，用于向经加热的材料施加压力以将经加热的材料压靠夹具，从而使其发生变形；冷却器，用于对变形材料进行冷却；以及控制单元，用于控制光源、加压器和冷却器的操作。

Description

翘曲减小装置和翘曲减小方法
技术领域
本公开涉及一种翘曲减小装置和翘曲减小方法，并且更具体地涉及一种在模后固化(PMC)工艺之后减小半导体封装的翘曲度的设备和方法。
背景技术
已经应用了一种对从晶圆切割出的半导体芯片逐个地进行封装的方法。最近，由于研发出了立即加工整个晶圆的半导体封装技术，不仅工艺得到了简化，而且还减小了安装空间，这被称为晶圆级封装(WLP)。换言之，作为一种在没有对半导体芯片进行切割的晶圆状态下执行封装的技术，WLP极大地改善了半导体中的组装工艺。随着近年来超薄便携式设备及设备市场的不断发展，需要制造出超紧凑且超薄的多功能半导体芯片。为了满足这样的需求，在如今的半导体市场内正在研究芯片级封装(CSP)、硅通孔(TSV)、层叠封装(POP)、扇出晶圆级封装(FOWLP)等。
另一方面，在半导体封装中，其上附有多个半导体芯片的整个基板采用环氧模塑料(EMC)等密封剂进行模制，并且在半导体封装的模制过程中，将诸如EMC之类的密封剂固化，以保护半导体芯片免受外部应力的影响。EMC在固化之前被制成EMC颗粒，在约175℃下液化后加载，并硬化约70秒以实现约90％的EMC的固化。在此之后，EMC在对流烤箱中烘烤约几个小时，从而完成固化。由于固化过程是在100℃以上的高温下进行的，因此，在完成固定后将温度降到室温的过程中，由于EMC的收缩率与物质的热膨胀系数之间存在差，工件会发生翘曲。当工件出现过度的翘曲时，在自动化加工期间或无人值守加工期间可能会产生难以对工件进行处理的问题。
发明内容
技术问题
本公开涉及一种翘曲减小装置和翘曲减小方法，并且更具体地涉及一种在模后固化(PMC)工艺之后减小半导体封装的翘曲度的设备和方法。
问题的解决方案
根据实施例的翘曲减小装置包括
其上放置有工件的夹具，该夹具具有能够分布工件的应力的翘曲形状，
光源，该光源配置为对工件进行加热，
加压器，该加压器配置为通过施加压力来将经过加热的工件压靠夹具，以使其发生变形，
冷却器，该冷却器配置为冷却变形工件，
以及控制器，该控制器配置为控制光源、加压器和冷却器的操作。
夹具可以具有翘曲形状，以相对于夹具的截面部分具有至少一个极限点。
夹具可以具有翘曲形状，以相对于夹具的截面部分具有至少两个拐点。
夹具可具有约5mm或更小的翘曲度。
翘曲减小装置还可以包括配置为测量工件的翘曲度的翘曲测量视觉装置。
工件可以包括具有多边形形状的面板、具有圆形形状的晶圆以及基板中的任何一个。
翘曲减小装置还可以包括配置为测量工件的温度的温度测量部分。
加压器可以包括
卡盘，该卡盘设置在夹具下方，以及
吸附器，该吸附器配置为从卡盘抽吸流体并施加压力来将工件压靠夹具。
光源可以包括激光二极管、LED光源、IR光源或卤素光源中的至少一种。
翘曲减小装置还可以包括配置为扩展来自光源的光的直径的扩束器。
冷却器可以包括
冷却流体储存部分，该冷却流体储存部分配置为储存冷却流体，以及
喷嘴部分，该喷嘴部分配置为将冷却流体喷射到变形工件上。
翘曲减小装置还可以包括配置为将工件固定在夹具上的夹钳。
根据实施例的翘曲减小方法包括
将翘曲工件放置在夹具上，
将工件加热到变形温度，
向工件施加压力以将工件压靠夹具，并且
对通过压靠夹具而具有变形形状的工件进行冷却和固化。
夹具可以具有能够分布工件的应力的翘曲形状。
夹具可以具有翘曲形状，以相对于夹具的截面部分具有至少一个极限点。
夹具可以具有翘曲形状，以相对于夹具的截面部分具有至少两个拐点。
翘曲减小方法还可以包括：在将工件放置在夹具上之后，使用夹钳将工件固定到夹具上。
在将工件加热到变形温度时，可以通过将激光束照射到工件上来加热工件。
翘曲减小方法还可以包括：在将工件加热到变形温度之后，通过测量工件的温度来控制激光束的照射范围和输出。
发明的有益效果
根据本公开，可以减小因为EMC的收缩率与物质的热膨胀系数之间存在差而导致的过度翘曲工件的变形。
根据本公开，当不用于自动化加工的翘曲工件受到加热，被压靠的夹具而发生变形并且进行冷却时，可以减小翘曲度，使得工件的形状可以用于自动化加工。
根据本公开，由于夹具具有能够分布应力的形状并且工件被压靠夹具从而变形，因而将夹具的翘曲部分中的应力进行分布，由此可以减小翘曲度。
附图说明
图1A和图1B示意性地示出了根据实施例的翘曲减小装置。
图2是根据实施例的夹具的形状的示意性透视图。
图3是根据另一实施例的夹具的形状的示意性透视图。
图4A和图4B示意性地示出了根据另一实施例的夹具的形状。
图5A和图5B示意性地示出了根据另一实施例的夹具的形状。
图6是根据实施例的翘曲减小方法的流程图。
具体实施方式
结合附图，参考以下详细描述，本实施例的效果和特征以及实现所述效果和特征的方法将变得更加清楚。然而，本实施例可以以各种形式来实现，而不局限于以下呈现的实施例，并且应理解的是，不脱离本公开的精神和技术范围的所有改变、等同形式和替代形式都包含在本公开内。以下公开的实施例使得本公开变得完整，并且向本公开所属领域的技术人员完整地告知本公开的范围。当提供了关于相关公知功能或结构的详细描述而使得本公开的主旨变得不清楚时，这里将省略这些详细描述。
本说明书中使用的术语用来解释特定实施例，而不是限制本公开。因此，除非在上下文中另有明确说明，否则在本说明书中以单数形式使用的表述也包括其复数形式的表述。此外，在本公开中，诸如“包含”或“包括”等术语可以被解释为表示某个特征、数量、步骤、操作、组成要素或其组合，但是也可以不被解释为排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、组成要素或其组合的存在，或者排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、组成要素或其组合的可能的添加。诸如“第一”和“第二”等术语在本文中仅用于描述各种组成要素，但是，这些组成要素不受这些术语的限制。这样的术语仅用于将一个组成要素与另一组成要素区分开的目的。
现在将参考示出了本公开的实施例的附图来更全面地描述本公开。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且省略多余的说明。
图1A和图1B示意性地示出了根据实施例的翘曲减小装置100。
参考图1A和1B，翘曲减小装置100可以包括光源110、温度测量部分12、控制器130、夹具140、卡盘151、吸附器152、冷却器170和翘曲测量视觉装置180。
光源110是能够对工件OB进行加热的光学装置。例如，光源110可以是发射激光束的激光二极管。例如，光源110可以是LED光源、IR光源或卤素光源中的至少一种。光源110可以通过加热工件来促使工件OB发生变形。例如，光源110可以将热量施加到工件OB上以达到工件OB的变形温度或更高温度。
扩束器111可以设置在光源110之前，用于扩展从光源110发出的光的直径。扩束器111可以轻松地加热大面积的工件OB。扩束器111可以均匀地加热工件OB。
温度测量部分120是能够测量工件OB的温度的温度测量装置。例如，温度测量部分120可以检查工件OB在受到加热时是否达到变形温度。温度测量部分120可以以诸如辐射温度测量部分之类的非接触方法或高温计来实现，但是本公开并不局限于此。
工件OB是旨在要减小翘曲度的对象。例如，工件OB可以包括半导体芯片和用于模制半导体芯片的模制构件。模制构件可以是诸如环氧模塑料(EMC)或聚合物之类的密封剂。当模制构件包括EMC时，EMC可以具有约20至30ppm/℃的热膨胀系数(CTE)，半导体芯片可以具有约2至3ppm/℃的CTE，而支撑半导体芯片的基板可以具有约18至20ppm/℃的CTE。因此，当温度根据模制构件的固化过程而变化时，整个工件OB可能会因为其不同的物理特性而发生过度翘曲。例如，工件OB的翘曲度hOB可以由相对于其截面部分的最小点与最大点之间的差来定义。例如，过度翘曲的工件OB的翘曲度hOB可以是20mm或以上。当工件OB具有过度的翘曲度hOB时，无法通过自动化加工或无人值守加工来处理工件OB，从而可能会极大地降低加工速度。在本说明书中，过度的翘曲度被定义为无法通过自动化加工或无人值守加工实现处理的翘曲度hOB。
夹具140是用于放置翘曲的工件OB的装置。夹具140可以具有能够分布工件OB的应力的翘曲形状。因此，根据本实施例的夹具140可以将过度翘曲的工件OB压靠夹具140以使其变形，从而减小工件OB的翘曲度。例如，当将翘曲度hOB为约20mm或以上的工件OB压靠具有能够分布应力的形状的夹具140以使其变形时，可以将工件OB的翘曲度hOB减小至约6mm或更小。夹具140的翘曲度d可以为约6mm或更小。由于通过自动化加工或无人值守加工对翘曲度减小的工件OB进行了处理，因此，可以实现对已经处置过的工件OB的加工，进而可以节省成本并提高加工速度。
如上所述，夹具140的形状可以具有能够分布应力的翘曲形状。夹具140可以具有通过使包括多边形平板或圆形平板在内的基本形状发生弯曲或翘曲而得到的形状。例如，夹具140可以具有根据基本形状的翘曲度和翘曲形状的各种实施例，但是本公开并不局限于特定的实施例。例如，夹具140可以是相对于其截面部分具有至少一个极限点的翘曲平板。例如，夹具140可以具有相对于其截面部分具有一个谷部的形状，或者可以具有相对于其截面部分具有一个脊部的形状。例如，夹具140可以具有相对于其截面部分具有至少两个拐点的形状。参考图2至图5B详细描述每个实施例。
由于工件OB和夹具140的形状彼此是不同的，因此，可以进一步设置用于将工件OB固定到夹具140的固定部分(未示出)。例如，固定部分可以包括夹钳。
加压器150可以包括设置在夹具140下方的卡盘151，以及吸附器152。卡盘151可以向工件OB施加向下的压力，从而使放置在夹具140上的工件OB发生变形，进而适合夹具140的形状。例如，卡盘151可以包括具有多个孔的真空板。吸附器152可以操作来在高压下从卡盘151抽吸液体，这样，卡盘151便可以向工件OB施加向下的压力。例如，吸附器152可以包括集尘器或真空泵。
冷却器170可以是将工件OB快速冷却到室温的装置。例如，冷却器170可以包括用于储存冷却流体的冷却流体储存部分171和用于喷射冷却流体的喷嘴部分172。储存在冷却流体储存部分171中的冷却流体可以是冷却空气，并且可以具有约100Kcal/hr至200Kcal/hr的冷却能力，从而在约5至10秒内将工件OB冷却至室温。然而，本公开并不局限于此，并且可以根据工件OB的冷却速度通过下面描述的控制器130来调节冷却流体的喷射量。
翘曲测量视觉装置180是用于检查工件OB的翘曲度的测量装置。例如，翘曲测量视觉装置180可以检查翘曲的工件OB的翘曲度hOB，并且在执行翘曲减小加工之后检查工件OB的翘曲度hOB。翘曲测量视觉装置180可以采用可见光或红外光，但是本公开并不局限于此。
控制器130可以包括用于控制光源110、温度测量部分120、加压器150、冷却器170和翘曲测量视觉装置180的操作的硬件和软件。控制器130可以根据从输入部分输入的输入信号和储存在储存器中的程序来生成针对光源110、温度测量部分120、加压器150、翘曲测量视觉装置180和冷却器170的控制信号。在示例中，控制器130可以响应于从输入部分输入的输入信号、冷却器170所喷射的冷却流体的流速以及加压器150施加到工件OB的压力来控制从光源110发射的激光束的强度和照射区域。在这种状态下，可以将控制器130实现为单个微处理器模块，或者两个或多个微处理器模块的组合。换言之，控制器130的实现形式并不局限于以上任何形式。
控制器130可以包括输入部分和显示部分。输入部分可以包括用于操纵翘曲减小装置100的按钮、小键盘、拨盘或触摸界面。显示部分可以由显示面板实现来显示与翘曲减小装置100有关的信息，例如，与工件的温度、光源的强度、照射区域或加压器的压力有关的信息。在示例中，显示部分可以包括LCD面板或OLED面板，并且以图像或文本显示所分析的信息。
图2是根据实施例的夹具140的形状的示意性透视图。参考图2，夹具140可以具有翘曲的矩形平板的形状。夹具140可以对应于具有矩形形状的工件。例如，对应于夹具140的工件可以包括面板。
夹具140可以具有相对于其截面部分在其中心具有脊部的形状。夹具140可以具有至少两个拐点。例如，参考图2，夹具140可以具有以波浪形式翘曲的形状，该形状具有一个最大点和两个最小点。然而，夹具140并不局限于所示出的形状，并且可以具有具有至少两个拐点的以各种形式翘曲的平板形状。
夹具140可以相对于其截面部分具有约6mm或更小的翘曲度d，其中翘曲度d是最大点与最小点之间的差。例如，夹具140的翘曲度d可以是5mm或更小。根据本实施例，当将工件(未示出)压靠夹具140时，工件的翘曲度hOB可以减小到约6mm或更小。工件(未示出)可以用于自动化加工或无人值守加工。
图3是根据另一实施例的夹具240的形状的示意性透视图。
参考图3，夹具240可以具有翘曲的矩形平板的形状。夹具240可以对应于具有矩形形状的工件。例如，对应于夹具240的工件可以包括面板。
夹具240可以具有相对于其截面部分在其中心部分具有谷部的形状。夹具240可以具有不带拐点的弯曲平板形状。例如，参考图3，夹具240可以在其中心部分具有一个最小点。但是，夹具240并不局限于所示的形状，并且可以具有带一个极限点的以各种形式翘曲的平板形状。
夹具240可以相对于其截面部分具有约6mm或更小的翘曲度d，其中翘曲度d是最大点与最小点之间的差。例如，夹具240的翘曲度d可以为约5mm或更小。根据本实施例，当将工件(未示出)压靠夹具240时，工件的翘曲度hOB可以减小到约6mm或更小。工件(未示出)可以用于自动化加工或无人值守加工。
图4A和图4B示意性地示出了根据另一实施例的夹具340的形状。图4A是夹具340的平面图，而图4B是沿着线A-A′截取的夹具340的截面图。
参考图4A和图4B，夹具340可以具有翘曲圆形平板的形状。夹具340可以对应于具有圆形形状的工件。例如，对应于夹具340的工件可以包括晶圆。
夹具340可以相对于其平坦表面部分具有围绕中心点的同心结构。每个同心圆可以具有相同的高度。夹具340的中心部分可以是谷部。夹具340可以具有相对于其截面部分具有至少两个拐点的翘曲圆盘形状。例如，参考图4B，夹具340可以在其中心部分具有一个最小点。例如，夹具340可以具有两个最大点。然而，夹具340并不局限于所示出的形状，并且可以具有具有至少两个拐点的以各种形式翘曲的圆盘形状。参考图4A，当从夹具340的最小点限定高度时，夹具340可以具有翘曲的形状，使得高度从其中心部分朝向外侧逐渐增大，然后再减小。
夹具340可以相对于其截面部分具有约6mm或更小的翘曲度d，其中翘曲度d是最大点与最小点之间的差。例如，夹具340的翘曲度d可以为5mm或更小。根据本实施例，当将工件(未示出)压靠夹具340时，工件的翘曲度hOB可以减小到约6mm或更小。工件(未示出)可以用于自动化加工或无人值守加工。
图5A和图5B示意性地示出了根据另一实施例的夹具440的形状。图5A是夹具440的平面图，而图5B沿着线B-B′截取的夹具440的截面图。
参考图5A和图5B，夹具440可以具有翘曲圆形平板的形状。夹具440可以对应于具有圆形形状的工件。例如，对应于夹具440的工件可以包括晶圆。
夹具440可以相对于其平坦表面部分具有围绕中心点的同心结构。每个同心圆可以具有相同的高度。夹具440的中心部分可以是脊部。夹具440可以具有相对于其截面部分不具有拐点的翘曲圆盘形状。例如，参考图5B，夹具440可以在其中心部分具有一个极限点。然而，夹具440并不局限于所示的形状，并且可以具有带一个极限点的以各种形式翘曲的圆盘形状。参考图5A，当从夹具440的最小点限定高度时，夹具440可以具有翘曲的形状，使得高度从其中心部分朝向外侧逐渐减小。
夹具440可以相对于其截面部分具有约6mm或更小的翘曲度d，其中翘曲度d是最大点与最小点之间的差。例如，夹具440的翘曲度d可以为5mm或更小。根据本实施例，当将工件(未示出)压在夹具440上时，工件的翘曲度hOB可以减小到约6mm或更小。工件(未示出)可以用于自动化加工或无人值守加工。
图6是根据实施例的翘曲减小方法的流程图。
首先，将翘曲的工件放置在夹具上(S601)。工件可以包括基板、半导体芯片和模制构件。由于形成工件的半导体芯片、模制构件和基板的CTE彼此之间是不同的，因此，当温度根据固化过程变化时，整个工件可能会因为物理特性的不同而发生过度的翘曲。过度翘曲可以被定义为在自动化加工中无法进行处理的翘曲，例如，翘曲度超过约20mm。包括在翘曲工件中的基板可以包括面板或晶圆。
接下来，将翘曲工件固定到夹具(S602)。由于翘曲工件和夹具的形状彼此是不同的，因此，可以使用诸如夹钳之类的固定部分将翘曲工件固定到夹具上。
接下来，可以对翘曲工件进行加热(S603)。可以将翘曲工件加热到变形温度，使得已经固化的翘曲工件的形状发生变形。翘曲工件可以由光源加热。例如，光源可以包括用于照射激光束的激光二极管。例如，光源可以包括照射光束的IR光源、LED光源或卤素光源。为了检查翘曲工件是否被加热到变形温度，可以使用温度测量部分来检查翘曲工件的温度。在本操作之后，可以进一步包括检查翘曲工件的温度并且控制从激光二极管发射的激光束的照射范围和输出的操作。
接下来，将经加热的工件压靠夹具(S604)。在本操作中，将加热到变形温度的工件压靠夹具，使得工件可以变形来具有夹具的形状。设置在夹具下方的卡盘可以是例如具有多个孔的真空板，并且吸附器可以从卡盘抽吸流体以将经加热的工件压靠夹具。吸附器可以是集尘器或真空泵。
接下来，对工件进行冷却和固化(S605)。压靠夹具的工件可以通过冷却器的快速冷却而固化。因此，夹具变形来具有能够分布应力的形状，从而减小了翘曲。在示例中，具有一定的冷却流体量的冷却流体可以通过喷嘴部分从冷却流体储存部分排出。在这种状态下，冷却流体可以是具有约100Kcal/hr至200Kcal/hr的冷却能力的冷却空气，但是本公开并不局限于此。
因此，由于执行了工件的冷却和固化，工件可以具有翘曲减小的夹具的形状。因此，可以完成翘曲减小方法。
本公开的以上描述仅作为示例，并且应理解的是，本公开所属领域的普通技术人员可以容易地将本公开修改为其他详细形式，而无需更改本公开的技术构思或基本特征。因此，上述实施例在所有方面都是示例性的，并且不应用于限制性的目的。例如，描述为单一类型的每个组成要素可以以分布式方式体现。同样地，描述为分布式的组成要素可以以组合的形式体现。
本公开的范围不是由本公开的详细描述限定，而是由所附权利要求限定，并且，根据权利要求的概念和范围及其等效概念而引入的所有改变和修改将被解释为包括在本公开中。

Claims (18)

1.一种翘曲减小装置，包括：
放置有工件的夹具，所述夹具具有能够分布所述工件的应力的翘曲形状；
光源，配置为对所述工件进行加热；
加压器，配置为施加压力以将经加热的工件压靠所述夹具，从而发生变形；
冷却器，配置为冷却经变形的工件；以及
控制器，配置为控制所述光源、所述加压器和所述冷却器的操作。
2.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，其中：
所述夹具具有翘曲形状，以相对于所述夹具的截面部分具有至少一个极限点。
3.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，其中：
所述夹具具有翘曲形状，以相对于所述夹具的截面部分具有至少两个拐点。
4.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，还包括：
翘曲测量视觉装置，配置为测量所述工件的翘曲度。
5.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，其中：
所述工件包括具有多边形形状的面板、具有圆形形状的晶圆以及基板中的任何一个。
6.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，还包括：
温度测量部分，配置为测量所述工件的温度。
7.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，其中：
所述加压器包括：
卡盘，设置在所述夹具下方；以及
吸附器，配置为从所述卡盘抽吸流体并施加压力以将所述工件压靠所述夹具。
8.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，其中：
所述光源包括激光二极管、LED光源、IR光源或卤素光源中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，还包括：
扩束器，配置为扩展来自所述光源的光的直径。
10.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，其中：
所述冷却器包括：
冷却流体储存部分，配置为储存冷却流体；以及
喷嘴部分，配置为将所述冷却流体喷射到经变形的工件。
11.根据权利要求1所述的翘曲减小装置，还包括：
固定部分，配置为将所述工件抵靠所述夹具进行固定。
12.一种翘曲减小方法，包括：
将工件放置在夹具上，所述夹具具有能够分布所述工件的应力的翘曲形状；
将所述工件加热到变形温度；
向所述工件施加压力以将所述工件压靠所述夹具；以及
对通过被压靠所述夹具而具有变形形状的工件进行冷却和固化。
13.根据权利要求12所述的翘曲减小方法，其中：
所述夹具具有翘曲形状，以相对于所述夹具的截面部分具有至少一个极限点。
14.根据权利要求12所述的翘曲减小方法，其中：
所述夹具具有翘曲形状，以相对于所述夹具的截面部分具有至少两个拐点。
15.根据权利要求12所述的翘曲减小方法，还包括：
在将所述工件放置在所述夹具上之后，将所述工件固定到所述夹具。
16.根据权利要求12所述的翘曲减小方法，其中：
在将所述工件加热到变形温度时，通过将激光束照射到所述工件上来加热所述工件。
17.根据权利要求16所述的翘曲减小方法，还包括：
在将所述工件加热到变形温度之后，通过测量所述工件的温度来控制激光束的照射范围和输出。
18.根据权利要求12所述的翘曲减小方法，其中：
所述工件是平板或翘曲工件。
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