CN203774254U - 将半导体器件或元件焊接到基板上的装置 - Google Patents
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Abstract
一种将半导体器件或元件如芯片焊接到基板上的装置，该装置包括具有压模的加热设备，而该压模具有加热表面，当该芯片的底面放在具有预定数量的夹在该底面和基板之间的焊料凸点的基板上时，该加热表面用于与该芯片的上表面产生热接触。该压模用于加热该芯片以使焊料凸点回流。当回流焊料凸点固定了，所形成的焊缝用热定形环氧糊状物回填。该压模的加热表面具有接触芯片的上表面的中心区域和延伸超出芯片上表面周边的外区域。该压模的加热表面上具有横跨所述周边的凹槽。该压膜加热表面的外区域与其中心区域处在同一平面或处在比压模的中心区域低的平面。该压模包括平面加热件。
Description
技术领域
本实用新型涉及将半导体器件或半导体元件如芯片或芯片载体焊接到基板如印刷电路板(PCB)或类似物的装置。
背景技术
使用在芯片和基板上的回流焊料凸点的互补阵列将芯片热焊接到基板如PCB以及之后将形成的焊接界面用热定形环氧糊状物或类似物回填是大家熟知的。
该已知的装置存在不少问题，包括在其固定之前不能确保整个阵列的焊料凸点适当润湿以及不能防止或降低环氧糊状物的蠕变。
实用新型内容
本实用新型的目的在于在某种程度上减轻或排除上述与已知的将半导体器件或元件焊接到基板的装置相关的问题。
本实用新型提供一种将半导体器件或元件焊接到基板的装置。该装置包括：具有压模的加热设备，该压模具有加热表面，当该半导体器件或元件的底面放在具有预定数量的夹在该底面和基板之间的焊料凸点的基板上时，该加热表面用于与半导体器件或元件的上表面产生热接触；该压模用于加热该半导体器件或元件以促使焊料凸点回流；该压模的加热表面具有接触半导体器件或元件的上表面的中心区域和延伸超出半导体器件或元件的上表面的周边的外区域，该压模在其加热表面具有横跨该半导体器件或元件的上表面的周边的凹槽。
本实用新型通过在压模的加热表面上设置延伸超出半导体器件或元件的上 表面的周边的外区域，该压模在其加热表面具有横跨该半导体器件或元件的上表面的周边的凹槽，从而确保整个阵列的焊料凸点适当润湿并防止或降低环氧糊状物的蠕变。
附图说明
本实用新型前述以及进一步的特征将从以下具体实施方式中体现，这些优选实例仅结合附图作为示例，其中：
图1为焊接到基板上的芯片的侧视图；
图2为图1的俯视图；
图3为已知的将芯片焊接到基板的装置的侧视图和俯视图；
图4为另一种已知的将芯片焊接到基板的装置的侧视图和俯视图；
图5为图4中的包含加热设备的装置的侧视图；
图6为图4中的装置的侧视图，其展示了当将芯片焊接到基板时装置的第一温度分布特性；
图7为图4中的装置的侧视图，其展示了当将芯片焊接到基板时装置的第二温度分布特性；
图8为本实用新型的将芯片焊接到基板的装置的侧视图和俯视图；
图9为图8中的包含有加热设备的装置的侧视图；
图10为图8中的装置的侧视图，其展示了当将芯片焊接到基板时装置的第一温度分布特性；以及
图11为图8中的装置的侧视图，其展示了当将芯片焊接到基板时装置的第二温度分布特性。
具体实施方式
以下的优选实施方式仅是示例性的，其对实施本实用新型的必要特征的组合不构成限制。
一般而言，本实用新型涉及一种将半导体器件或元件如芯片焊接到基板的装置。该装置包括具有压模的加热设备，而该压模具有加热表面，当芯片的底面放在具有预定数量的夹在该底面和基板之间的焊料凸点的基板上时，该加热表面用于与该芯片的上表面产生热接触。该压模用于加热芯片以使焊料凸点回流。当回流焊料凸点固定了，所形成的焊缝可用热定形环氧糊状物回填。该压模的加热表面具有接触芯片的上表面的中心区域和延伸超出芯片上表面周边的外区域。该压模加热表面上可具有横跨所述周边的凹槽。该压模加热表面的外区域可与压模的中心区域处在同一平面或处在比压模的中心区域低的平面。该压模可包括平面加热件。
参见图1和2，芯片10通过多个回流焊料凸点14被焊接到基板12以形成焊接界面或焊缝16.如本领域技术人员熟悉的，每个芯片10和基板12均设有如图2所见的焊料凸点14的补偿阵列，虽然用虚线环形线的阵列表示的阵列是不完整的。通过已知的方法将热施加到芯片10的上表面时，每个阵列中对应的凸点14被促使回流在一起从而形成焊接界面16。当焊接界面16形成，粘接剂18如热定形环氧基糊状物被回填进该焊接界面。施加到芯片10的顶面的热量使环氧糊状物18固定以将芯片10焊接到基板12。
文中所指的“芯片”解释为处理芯片如计算机芯片，数据处理芯片或信息处理芯片。它也可以被认为是指一种半导体器件，甚至是半导体元件，例如芯片载体或类似物。
图3展示了将芯片10焊接到基板(未示出)的已知的装置20。芯片示出了具有设置仅在芯片两侧端子22上的焊料凸点14，但应理解，这些仅仅是设置在芯片10的下表面的焊料凸点14的阵列的代表。焊接装置20包括加热设备(未示出)，该加热装置在加热界面24上方并为其提供热能。该加热界面24下方为加热压模26，该加热压模26可以是一块金属或任何适合的导热材料做成的块。将通过界面24加热的压模26施加到芯片10的上表面以促使在芯片10和基板12上的焊料凸点14回流。在该已知的装置20中，接触芯片10的上 表面的压模26的加热表面比芯片的上表面窄，这可从图3的俯视图中清楚地看到。在图3的俯视图中，虚线28表示压模26在芯片10的上表面上的接触印迹。
采用这种已知的装置，产生的第一问题是热量没有直接施加到芯片10的周边区域10a上，这通常导致焊料凸点阵列边沿的焊料凸点14不能适当地回流，也就是说，不能适当地重新润湿，导致在阵列边沿的对应的焊料凸点14之间的焊接连接质量差。可能产生的又一问题是由于芯片10的周边区域10a的不良加热，回填的环氧糊状物18在固定之前可能侧向蠕变多于预期从而增加需要分离基板12上的芯片焊接位置的距离。
为了尝试克服部分与图3的装置相关的一些问题，图4展示了一种改进的焊接装置30，但是已改进的装置30依然存在问题。
在图4的装置30中，压模32具有台阶式的设置，压模32的主体32a比图3的装置的压模26的主体宽，但是压模32的接触部分32b的尺寸比芯片10的上表面小。如图4的俯视图显示，虚线34代表的压模32在芯片10的上表面的接触印迹与图3的相同，但是线36代表的不直接接触芯片10的压模32的主体32a的宽度和面积稍中于芯片10的上表面的宽度和面积。这样压模32的主体32a延伸超过芯片10的上表面，但是位于高于接触部分32b的加热表面的平面。
图5示出的装置30具有用于提供热能给加热界面24的加热设备38，该加热界面24反过来加热台阶式压模。
从图6中可看到加热界面24和台阶式压模32的热量分布，这些元件的外沿区域40a都是凉的，而不规则线分隔的是渐热的内区域40b，c，d。透过界面24，压模的主体部分32a以及压模接触部分32b这个热量分布模式或特性很明显。显而易见的是，不能适当地重新润湿在芯片的周边区域10a的焊料凸点14的问题与环氧糊状物在固定之前侧向蠕变的问题一样继续存在。
图7示出了因为加热界面24和压模32的外边沿区域的冷却，压模32的边沿的热强度相对低。
图8到11展示的是本实用新型改进的焊接装置50。图8中仅示出了装置 50的压模52。加热设备38和加热界面24没有示出。该装置可以省略加热界面24。在图9可以看到装置50的这些元件。至少从图8中显而易见，压模52优选包括一个单一的平板件，该平板件的尺寸大于芯片10的上表面的尺寸。这样,压模52优选地具有一个或多个延伸超出芯片10上表面的一个或多个周边区域10a的外区域或凸缘52a，该外区域或凸缘52a优选地与压模的中心区域52b处在同一平面并成为压模52加热表面的一部分。压模52的中心区域52b为压模的加热表面的中心部分，该中心部分与芯片10的上表面直接接触。在一些实施例中，该压模的一个或多个外区域52a可位于低于中心区域52b的平面上，而离基板12更近.
从图9和10中所见，压模52的优选尺寸大体与加热界面24或加热设备38的尺寸一致。如图9所示，本实用新型改进的装置50的一个优点是当加热设备处于一个特定温度，该压模温度持续保持高于图3和4中的已知的装置20,30的压模温度。
图10示出加热界面24和平面压模52的热量分布，这些元件的外沿区域60a与图10中用不规则线分隔的渐热的内区域60b，c，d同样保热。透过界面24和压模52，这个热量分布模式或特性很明显。因此，如图11所示，压模52的边沿的热强度相对高。
图8到11的改进的装置50具有多个优点。第一个优点是该装置比已知装置更有效地在压模52的加热表面以及因此在芯片10的上表面持续保持较高的温度。更进一步的优点是芯片10的上表面的温度分布更均匀，因为芯片10的外区域10a没有冷的边沿区域。另一个优点是将不能适当地重新润湿的焊料凸点14减少，特别是那些位于芯片的外周边10a附近的焊料凸点14。还有另一个优点是压模52的外区域52a在同一平面(或较低平面)延伸超出芯片外边沿10a,给该外区域供热,更快更均匀地固定回填环氧糊状物18从而降低糊状物18的侧向蠕变。这能够导致基板上的芯片的密度更好，因为芯片的位置能够靠得更近。进一步，压模32的加热表面上分布更一致的高温有助更有效地重新润湿 焊料凸点14，从而比起用本文描述的已知装置，更有效地焊接具有更高密度的焊料凸点14的芯片到基板12。为了清楚起见，焊料凸点14没有在图10和11中示出，但应理解的是它们仍然是焊接结构的一部分。
使压模52与芯片10接触的接触面大于芯片的上表面可引起问题,糊状物可能在固定之前通过熔化的焊料进入压模52的中心区域52b的表面与芯片10的上表面之间的小间隙。为了解决这个问题，压模52优选在其加热表面上设有凹槽54，该凹槽的开口横跨至少一个芯片10上表面的周边10a。起点在芯片10的外沿之前而终点在芯片10的外沿之后的凹槽防止或降低环氧糊状物18在固定前进入间隙。当压模厚度优选为500微米或更小时，但优选在300到450微米的范围,该凹槽的宽度优选为300微米到500微米。该凹槽54优选与芯片边沿10a重叠，重叠大约100微米到150微米。实验发现重叠至少100微米能够有效防止环氧糊状物18进入间隙。凹槽54更具另一意想不到的优点,当压模接触芯片10时，凹槽有便于压模置中和监控。
该凹槽的横截面优选为半圆形，但是它也可为其他横截面形状如三角形和四方形。
该压模可用金属或陶瓷做成。
本实用新型的热焊接工艺可包括热压非导电胶工艺。
Claims (5)
1.一种将半导体器件或元件焊接到基板的装置,包括:
具有压模的加热设备，该压模具有加热表面，当该半导体器件或元件的底面放在具有预定数量的夹在该底面和基板之间的焊料凸点的基板上时，该加热表面用于与半导体器件或元件的上表面产生热接触；该压模用于加热该半导体器件或元件以促使焊料凸点回流；该压模的加热表面具有接触半导体器件或元件的上表面的中心区域，其特征在于，该压模的加热表面还具有延伸超出半导体器件或元件的上表面的周边的外区域，该压模在其加热表面具有横跨该半导体器件或元件的上表面的周边的凹槽。
2.如权利要求1所述的装置，其中压模加热表面延伸超出半导体器件或元件上表面周边的外区域与加热表面的中心区域处在同一平面或处在比加热表面的中心区域低的平面。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中压模包括平面加热件。
4.如权利要求1或2所述的装置，其中压模的厚度为500微米或小于500微米。
5.如权利要求1或2所述的装置，其中凹槽的宽度为300微米到500微米之间。
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