CN1753160A - 芯片－玻璃接合工艺、热压工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

一种芯片－玻璃接合工艺，首先提供一面板与一芯片，其中此面板上具有至少一个接点，而此芯片上则具有至少一个凸点。接着将芯片配置于面板上，以使凸点对准接点。然后，进行热压工艺，以便对芯片及面板施加热压应力，以使面板与芯片之接合面形成曲面，并使面板上之接点与芯片上之凸点电气连接。之后，从芯片及面板上卸除此热压应力。此封装工艺在热压过程中提供面板与芯片之接合面以逆应变量，以便补偿芯片与面板在卸除热压应力之后所产生的应变量，以避免面板产生变形。

Description

芯片-玻璃接合工艺、热压工艺及其装置

技术领域

本发明是关于一种封装装置与工艺，特别是关于一种芯片-玻璃接合工艺及其热压工艺与装置的发明。

背景技术

在半导体产业中，集成电路(Integrated Circuits，IC)的生产主要分为三个阶段：集成电路的设计、集成电路的制作及集成电路的封装(Package)等。其中，裸片系经由晶片(Wafer)制作、电路设计、光罩制作以及切割晶片等步骤而完成，而每一片由晶片切割所形成的裸片系经由裸片上之焊盘(BondingPad)与外部信号电气连接后，再以封胶材料将裸片加以包覆。封装之目的在于防止裸片受到湿气、热量及噪声的影响，并提供裸片与外部封装基板之间电气连接的媒介，如此即完成集成电路的封装(Package)。

早期的封装技术多采用丝焊的方式，并以印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)作为承载芯片之封装基板，然而其缺点在于制作成本较高与体积较大。近年来，随着便携式电子产品及平面显示器产品的兴起，引发半导体的高密度IC封装需求，使得集成电路之封装技术也不断朝向微型化及高密度化发展。以液晶显示面板(LCD Panel)而言，载带自动焊接(Tape Automatic Bonding，简称TAB)技术仍为目前封装技术中的主流。然而，为进一步降低成本、缩小芯片封装结构之体积，并提高线路之集成度，近期更发展出芯片-玻璃接合(Chipon Glass，简称COG)等封装技术。

图1A至图1B为公知的芯片-玻璃接合的封装技术中的热压流程之侧视示意图。请参照图1A，芯片-玻璃接合之封装技术系将形成有凸点106的芯片104置于玻璃基板100之接点102的上方，并在芯片104与玻璃基板100之间配置各向异性导电薄膜(Anisotropic Conductive Film，ACF)108，再以压头110进行热压工艺，以将芯片104压合于玻璃基板100上，进而使凸点106通过各向异性导电薄膜108而电气连接至接点102。在此热压工艺中，各向异性导电薄膜108中的胶材会固化收缩，进而提供适当的拉力压合凸点106与接点102，并形成刚性较强的结构以抵抗外力的冲击。请参照图1B，接着移开压头110，以使芯片104与玻璃基板100降温冷却。然而，在热压工艺后多半会在元件中残留热应力，导致玻璃基板100产生变形(如图1B所示)，进而使得显示器在面板上产生缺陷。

而目前解决上述问题的方法一般有降低热压工艺温度、缩小热压合时结构内的温度梯度、改善各元件之材质的热膨胀系数之匹配、缩短芯片长度以及更改晶片上的凸点与各向异性导电薄膜之几何结构等等。然而，以目前的技术来说，上述五种方法仍有其限制存在。举例来说，欲降低热压工艺的温度必须搭配固化温度较低的各向异性导电薄膜或是其它非热固化方式的各向异性导电薄膜。缩小结构内的温度梯度需增加设备上的成本，改善热膨胀系数之匹配则需有适当材料可供替换，而缩短芯片长度更是与目前欲提高显示器之分辨率的趋势互相冲突。

因此，目前较常使用的解决方法系在热压工艺后，使芯片与玻璃基板在不受力的状况下烘烤，以使其间的胶体产生蠕变(creep)的现象，进而令芯片与玻璃基板往原形状回弹。然而，此方法必须耗费较长的工艺时间以及较高的设备成本。由此可知，芯片-玻璃接合的封装工艺技术实有突破的需求。

发明内容

因此，本发明的目的就是提供一种芯片-玻璃接合工艺，可避免显示面板在工艺后产生变形而导致显示质量不佳或其它缺陷。

本发明的另一目的是提供一种热压工艺，通过增加一工艺可控制因素，进而提高工艺可靠度与元件质量。

本发明的又一目的是提供一种热压装置，此种装置可提供欲压合元件逆应变量(pre-strain)，以补偿元件在卸除热压应力之后所产生的应变量。

本发明提出一种芯片-玻璃接合工艺，此工艺是先提供一面板与一芯片，其中此面板具有第一接合面，此第一接合面上具有至少一个接点。此芯片具有第二接合面，此第二接合面上则具有至少一个凸点。接着将芯片配置于面板上，以使凸点对准接点。然后，进行热压工艺，以便对芯片及面板施加热压应力(stress)，以使面板之第一接合面与芯片之第二接合面分别形成曲面，并且使凸点电气连接至接点。之后，从芯片及面板上卸除此热压应力。特别的是，在令芯片与面板冷却降温之后，芯片之第一接合面与面板之第二接合面例如是分别形成平面。

本发明提出一种热压工艺，此工艺系先提供第一元件与第二元件，其中第一元件具有第一接合面，且第二元件具有第二接合面。接着将第一元件配置在第二元件上，然后对第一元件与第二元件施加热压应力，以使第一元件之第一接合面与第二元件之第二接合面分别形成曲面。值得注意的是，在卸除此热压应力后，第一元件之第一接合面与第二元件之第二接合面例如是分别形成平面。

本发明还提出一种热压装置，包括第一压头与第二压头。其中，第一压头具有第一曲面，第二压头具有第二曲面，用以与第一压头之第一曲面共同压合两个元件。其中，第一曲面与第二曲面之曲率半径例如是取决于这些元件所产生之应变量以及这些元件之厚度。

本发明系在热压工艺中通过具有曲面的压头提供元件逆应变量，以补偿卸除热压应力之后，残留在元件中之应力因元件之热膨胀系数不同所造成的应变量，进而减少元件的变形量。因此，利用本发明进行芯片-玻璃接合的封装工艺即可避免面板在封装工艺后产生变形，进而提高面板的工艺合格率。

为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A至图1B为公知芯片-玻璃接合封装技术中的热压流程之侧视示意图。

图2A至图2C为利用本发明一较佳实施例的一种芯片-玻璃接合工艺的流程侧视示意图。

图3为利用本发明之热压工艺进行热压工艺的侧视示意图。

图4为本发明之一实施例中的面板侧视示意图。

主要元件符号说明

100：玻璃基板

102、214：接点

104、220：芯片

106、224：凸点

108：各向异性导电薄膜

110：压头

200：第一压头

202：第二压头

204：第一曲面

206：第二曲面

208：导电薄膜

210：面板

212：第一接合面

222：第二接合面

具体实施方式

本发明系使欲压合元件在热压工艺中产生逆应变量，此逆应变量会使欲压合元件具有弯曲的接合面，以便于补偿这些元件在卸除热压应力之后所产生的变形量。下述实施例系以芯片-玻璃接合工艺为例来说明本发明，但其并非用以限定本发明的应用范围。发明所属技术领域的普通专业人员应该知道，本发明还可以应用于其它领域中的热压工艺。

图2A至图2C为利用本发明一较佳实施例的一种芯片-玻璃接合工艺的流程侧视示意图。请参照图2A，首先将芯片220配置于面板210上。其中，面板210具有第一接合面212，且第一接合面212上具有至少一个接点214。而芯片220具有第二接合面222，且第二接合面222上具有至少一个凸点224。值得注意的是，当芯片220配置于面板210上时，凸点224系对准接点214。在一实施例中，面板210例如是显示面板，其例如是液晶显示面板。芯片220例如是用于驱动显示面板之驱动芯片。

在另一实施例中，面板210与芯片220之间例如更配置有具有热固化特性的导电薄膜208，用以黏合面板210与芯片220。而且，凸点224更可以通过导电薄膜208而与接点214电气连接。在一较佳实施例中，导电薄膜208例如是各向异性导电薄膜。

然后，进行热压工艺以压合面板210与芯片220。特别的是，在热压工艺中对面板210与芯片220施加的热压应力会使得面板210之第一接合面212以及芯片220之第二接合面222由平面变为曲面，如图2B所示。在一较佳实施例中，此热压工艺所使用的热压装置例如是包括第一压头200与第二压头202(如图3所示)，以对芯片220及面板210施加热压应力。其中，第一压头具有第一曲面204，第二压头具有第二曲面206，而第二压头202之第二曲面206系与第一压头200之第一曲面204共同压合芯片220与面板210。

承上述，第一压头200之第一曲面204与第二压头202之第二曲面206的曲率半径例如是取决于欲压合之元件的厚度及其应变量，所以第一曲面204与第二曲面206之曲率半径可以相同，也可能因导电薄膜208、凸点224或是接点214的弹性而有些微的差异，其详细的说明将于后续述之。

接着请参照图2C，倘若有使用导电薄膜208，则当导电薄膜208中的胶材固化后，即可由芯片220及面板210上卸除此热压应力。在卸除热压工艺中对面板210及芯片220施加的热压应力后，面板210之第一接合面212与芯片220之第二接合面222将恢复为平面。值得注意的是，此处所谓之「平面」，系指曲率半径接近无穷大的面，但并非将其曲率半径限定为无穷大。

请参照图3，在一较佳实施例中，当第一压头200与第二压头202压着于芯片220与面板210上时，在第一接合面212与第二接合面222上存在有图2C所示之方向201(也就是芯片的长轴方向)的逆应变量，而此逆应变量包括第一压头200之第一曲面204与第二压头202之第二曲面206的曲率半径在芯片长轴方向201所造成的应变量，以及温度梯度在芯片长轴方向201所造成的应变量。特别的是，此逆应变量可用以补偿芯片220与面板210在热压工艺后所产生的应变量。由此可知，面板210之第一接合面212在卸除热压应力之后所产生的总应变量，例如是等于芯片220之第二接合面222在此时所产生的总应变量。因此，本发明之面板210在经过热压工艺后并不会产生变形，如图2C所示。

以下将以上述之芯片-玻璃接合工艺为例，以一简化假设之模型，试算本发明之热压装置的第一压头200之第一曲面204与第二压头202之第二曲面206的曲率半径。值得注意的是，下述实施例系举出面板210与芯片220所可能产生的三种应变量，并藉此来计算第一曲面204与第二曲面206的曲率半径。然而，本发明并未限定第一压头200之第一曲面204与第二压头202之第二曲面206的曲率半径计算方法仅如下述实施例所述。本发明之主要精神在于以压合时之温度分布与层状几何结构来决定第一压头200之第一曲面204与第二压头202之第二曲面206最适当的曲率半径，因此发明所属技术领域的普通专业人员可自行依工艺的实际状况来对下述之计算公式稍做修饰，惟其仍应属于本发明之范围内。

为方便说明，在此先定义出状态A、状态B以及状态C三种状态。其中，状态A表示尚未进行热压工艺。此时面板210系与芯片220相互分离，因此并无应力存在于两者之间，且面板210与芯片220均处于均匀的常温下。换言之，在状态A中的面板210与芯片220，其表面均为平面。状态B表示热压工艺进行的当时，因此在状态B中，面板210与芯片220之轮廓将受限于弧形之第一压头200与第二压头202，而第一压头200与第二压头202上的温度将使面板210与芯片220内分别存在均匀的温度梯度。状态C则表示热压工艺结束，且面板210与芯片220之温度已降回常温。因此，在状态C中，面板210与芯片220中的温度系为均匀的常温。

由上述可知，若在状态C中，面板210与芯片220的第一接合面212及第二接合面222上并不存在残留应力，则状态A中的面板210与芯片220与状态C中的面板210与芯片220是相同的。因此，通过分别计算第一接合面212与第二接合面222在两状态(A状态与B状态或是B状态与C状态)之间的应变量，并令其相等，即可获得在理想状况下(也就是状态A中的面板210与芯片220与状态C中的面板210与芯片220相同)，热压工艺中所使用之第一压头200与第二压头202的曲率半径。

请参照图2C，首先令ε_p为面板210之第一接合面212由状态B进入状态C所产生的总应变量，而ε_c则为芯片220之第二接合面222由状态B进入状态C所产生的总应变量。由上述可知。当第一接合面212与第二接合面222的错位量为零时，则表示在由状态B进入状态C时，面板210与芯片220之间不存在有残留应力。因此，ε_p必须等于ε_c。

承上所述，根据材料力学中的叠加原理(principle ofsuperposition)，面板210之第一接合面212的总应变量ε_p可分解为：

               ε_p＝ε_p1+ε_p2

ε_p1：第一接合面212由状态B进入状态C时，因温度变化所产生的应变量

ε_p2：第一接合面212由状态B进入状态C时，因移除弧形之第一压头200与第二压头202的移除所产生之应变量

其中，ε_p1＝α_p(T_r-T_p)，而α_p为面板210之膨胀系数，T_r为室温，T_p则为面板210中心之第一接合面212在状态B中(也就是热压工艺中)的温度，而此处系将T_p简化估算为状态B中，导电薄膜208之温度与第二压头202之表面温度的平均。

再者，ε_p2系表示移除第一压头200与第二压头202后，面板210之第一接合面212所产生的应变量。其中，在一般应用状况中，由于芯片220与面板210之厚度远小于第一接合面212与第二接合面222的曲率半径，因此可将元件的所有结构以及第一曲面204与第二曲面206的曲率半径视为相同。请参照图4，p点为面板210之第一接合面212的曲率中心，θ为一小角度，而面板210之中心长度为rθ，面板210之第一接合面212的长度为：

                (r+h_p/2)θ

在此，第一压头200与第二压头202对面板210施加之热压应力造成面板210之第一接合面212的长度相对于面板210之中心长度有应变量ε，也就是说：

           rθ(1+ε)＝(r+h_p/2)θ

因此，

           ε＝h_p/2r

而此处所述之应变量ε系面板210之第一接合面212由状态A进入状态B时所产生的应变量，因此第一接合面212由状态B进入状态C时所产生的应变量ε_p2＝-ε。

所以，

${\mathrm{\ϵ}}_{p2}=-\frac{h_p}{2r}$

其中，h_p为面板210之厚度，而r即为第一曲面204与第二曲面206的曲率半径。

同样地，由上述之原理可知芯片220的总应变量为：

               ε_c＝ε_c1+ε_c2

而且

               ε_c1＝α_c(T_r-T_c)

${\mathrm{\ϵ}}_{c2}=\frac{h_c}{2r}$

其中，α_c为芯片220之膨胀系数，h_c为芯片220之厚度，而T_c表示在状态B中，芯片220中心之第二接合面222的温度。值得注意的是，芯片220之第二接合面222在状态C中的长度较其在状态B中的长度为长，而面板210之第一接合面212在状态C中的长度较其在状态B中的长度为短，因此ε_p2系与曲率半径r反号，而ε_c2则系与曲率半径r同号。

接着，令ε_p＝ε_c即可求得曲率半径：

$r=\frac{h_c+h_p}{2[{\mathrm{\α}}_p(T_r-T_p)-{\mathrm{\α}}_c(T_r-T_c)]}$

举一实施例来说，若在室温摄氏25度下进行面板与芯片的热压工艺，其中面板的厚度为700μm，芯片的厚度为300μm，且面板与芯片之接合面上的温度为摄氏209.6度，面板中心的温度为摄氏139.8度，而芯片中心的温度为摄氏209.8度。此外，芯片之热膨胀系数为4.0ppm/℃，而面板之热膨胀系数为4.7ppm/℃。将这些参数带入上述之公式中即可求得曲率半径r等于2.5m。因此，在此实例中，利用曲率半径为2.5m的压头即可避免面板在热压工艺之后产生变形。

值得注意的是，虽然上述实施例将第一压头之第一曲面与第二压头之第二曲面的曲率半径视为相等，但其仅系以较简单的计算方式来做说明，并非用以限定第一压头之第一曲面的曲率半径必须相等于第二压头之第二曲面的曲率半径。发明所属技术领域的普通专业人员可自行依据实际所需来设计第一压头之第一曲面与第二压头之第二曲面的曲率半径。

本发明系在热压工艺中提供元件逆应变量，以补偿热压工艺后的元件变形量。因此，本发明之芯片-玻璃接合工艺可避免面板在热压工艺后产生变形，进而提高面板的工艺合格率。

而且，由前述说明可知，本发明之热压装置中的压头曲率半径可依据热压工艺的工作温度来做调整，以使元件在任何工作温度下均不会变形。因此，在本发明之热压工艺中，可提高压合温度，以减少压合时间，进而增加导电薄膜的热固化反应率，并提高产品可靠度。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何发明所属技术领域的普通专业人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (14)

1.一种芯片-玻璃接合工艺，其特征是包括：

提供一面板，具有第一接合面，且该接合面上具有至少一个接点；

提供一芯片，具有第二接合面，且该第二接合面上具有至少一个凸点；

将该芯片配置于该面板上，以使该凸点对准该接点；

进行热压工艺，以对该芯片与该面板施加热压应力，以使该接点以及该凸点电气连接，且该芯片之该第一接合面与该面板之该第二接合面会分别形成曲面；以及卸除该热压应力。

2.根据权利要求1所述之芯片-玻璃接合工艺，其特征是在将该芯片配置于该面板上之前，还包括在该面板之该第二接合面上形成导电薄膜，而该芯片之该凸点通过该导电薄膜而与该面板之该接点电气连接。

3.根据权利要求2所述之芯片-玻璃接合工艺，其特征是该导电薄膜包括各向异性导电膜。

4.根据权利要求1所述之芯片-玻璃接合工艺，其特征是在该热压工艺中，包括以第一压头与第二压头施加该热压应力于该芯片与该面板，该第一压头具有第一曲面，而该第二压头具有第二曲面。

5.根据权利要求4所述之芯片-玻璃接合工艺，其特征是在该热压工艺中，该第一曲面与该第二曲面之曲率半径取决于该面板及该芯片之厚度、热膨胀系数与温度分布以及该第一接合面及该第二接合面在该热压工艺中与室温之温差。

6.根据权利要求1所述之芯片-玻璃接合工艺，其特征是在卸除该热压应力后，该面板之该第一接合面与该芯片之该第二接合面分别形成平面。

7.一种热压工艺，其特征是包括：

提供第一元件以及第二元件，其中该第一元件具有第一接合面，且该第二元件具有第二接合面；

将该第一元件配置于该第二元件上；

对该第一元件与该第二元件施加热压应力，以使该第一元件之该第一接合面与该第二元件之该第二接合面分别形成曲面；以及

卸除该热压应力。

8.根据权利要求7所述之热压工艺，其特征是对该第一元件与该第二元件施加该热压应力的步骤中，包括分别以第一压头与第二压头施加该热压应力于该第一元件与该第二元件，其中该第一压头具有第一曲面，而该第二压头具有第二曲面。

9.根据权利要求8所述之热压工艺，其特征是该第一曲面与该第二曲面之曲率半径取决于该第一元件及该第二元件之厚度、热膨胀系数与温度分布以及该第一接合面及该第二接合面在该热压工艺中与室温之温差。

10.根据权利要求7所述之热压工艺，其特征是在卸除该热压应力后，该第一元件之该第一接合面与该第二元件之该第二接合面分别形成平面。

11.一种热压装置，包括：

第一压头，具有第一曲面；以及第二压头，具有第二曲面，其特征是该第一压头之该第一曲面与第二压头之该第二曲面系与两个元件接触，用以压合该两个元件。

12.根据权利要求11所述之热压装置，其特征是该第一曲面及该第二曲面之曲率半径取决于这些元件之厚度、热膨胀系数与温度分布以及这些元件在该热压工艺中与室温之温差。

13.根据权利要求11所述之热压装置，其特征是该第一曲面之曲率半径与该第二曲面之曲率半径相同。

14.根据权利要求11所述之热压装置，其特征是该第一曲面之曲率半径与该第二曲面之曲率半径不同。

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