MXPA01006948A - Metodo y aparato para componentes de procesamiento, chips notablemente semiconductores, adaptados en un substrato - Google Patents

Abstract

De acuerdo con la presente invención, varios componentes (1) están depositados sobre un substrato (2) de tal manera que forman un grupo (4). El grupo completo es sometido simultáneamente a una presión de superficie y un tratamiento térmico por medio de una herramienta (3), la cual, para este fin, es prensada contra un soporte del substrato (8). Para asegurar que los componentes individuales de un grupo sean sometidos a una fuerza de prensado uniforme, se proporciona unémbolo separado (7) para cada componente. Losémbolos están montados en la herramienta (3), de tal manera que pueden ser desplazados en la dirección del movimiento (c) de la herramienta.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA COMPONENTES DE PROCESAMIENTO, CHIPS NOTABLEMENTE SEMICONDUCTORES, ADAPTADOS EN UN SUBSTRATO Campo del Invento La presente invención se refiere a un método para componentes de procesamiento adaptados en un substrato, en particular chips semiconductores, de acuerdo con la introducción de la reivindicación 1. Tales métodos son, por ejemplo, aplicados con la aplicación de ciertos elementos semiconductores, con los cuales, el chip terminado, proporcionado con puntos de conexión, es sólo escasamente más pequeño que el chip de silicón natural (paquete de medida de chip o abreviado CSP) .

Antecedentes del invento Con éste, está adaptado un regulador de masa entre el substrato y el componente, por ejemplo, de un elastómero o una lámina, la cual compensa los diferentes coeficientes de la expansión térmica de los materiales. Con el objeto de asegurar una adhesión adecuada y curar la masa del elastómero, los componentes con calentamiento simultáneo deben ser prensados contra el substrato. Una desventaja del método conocido, reside sin embargo en el hecho de que la colocación exacta de los componentes en el substrato y la conexión final bajo una presión alta y a una temperatura alta, es llevada a cabo en un paso. El procedimiento de prensado con éste, dura considerablemente más, que el procedimiento de colocación, el cual conduce a reducciones de gran capacidad en la línea de producción. Sin embargo', por otra parte, es perturbada la aplicación de altas temperaturas en la región de la colocación de los componentes. En la estación de colocación, operan aparatos manipuladores y medidores de precisión altamente específicos, los cuales reaccionan de manera sensible a los efectos de la temperatura. Por lo tanto, es el objeto de la presente invención, proporcionar un método del tipo mencionado anteriormente con el cual, con medios simples, puede incrementar la capacidad de producción dentro de la misma línea. Adicionalmente, el método es para permitir una separación de procedimiento de colocación a partir del procedimiento del proceso real para la conexión definitiva.

Este objeto, de acuerdo con la presente invención, es llevado a cabo con un método, el cual comprende las características de la reivindicación 1. El prensado en grupos y/o calentamiento de los componentes con este método, es efectuado en forma separada con respecto al tiempo a partir del procedimiento de colocación, de tal manera que, de acuerdo con el tamaño de la herramienta, un número relativamente grande de componentes pueden ser tratados de manera simultánea. Con esto, la colocación de los componentes en el substrato y el impacto con la herramienta en las estaciones de trabajo dispuestas a una distancia entre unas y otras, es llevada a cabo de manera particularmente ventajosa. Específicamente, esto ha mostrado que la colocación exacta y el procesamiento, no tienen necesariamente que ser efectuados en la misma estación de trabajo. Con la aplicación de substratos y adhesivos adecuados, éstos también a temperatura ambiente, tienen una fuerza adhesiva adecuada para el transporte adicional después de la colocación. Con esto, los substratos pueden ser sacados de la región de colocación sensible a una estación de procesamiento, la cual se puede aplicar sin influencia negativa para el procedimiento de colocación, presión y/o calor. Con este método, varios grupos de componentes uno después del otro, pueden ser impactados en una forma ciclada, en donde el impacto de un grupo en el caso ideal dura en forma máxima tanto como la colocación de un grupo precedente. Con el procedimiento de colocación con este método, los componentes pueden ser adaptados para un grupo en sucesión rápida, en donde se prensa en la unidad de procesamiento, durante todo el tiempo desde la colocación del primer componente, hasta la colocación del último componente. Además, se pueden lograr ventajas considerables con el procesamiento de los componentes, cuando cada componente es impactado con un émbolo separado y cuando con el impacto para lograr una fuerza de soporte uniforme en todos los componentes, cada émbolo es adaptado a la altura individual del componente. Con esta medida, se asegura que también se lleve a cabo un procesamiento uniforme de todo el grupo con las tolerancias de altura inevitables del componente, con presión y temperatura. Un componente con una altura máxima, la cual solamente es permisible, será sometido de esta manera a la misma fuerza de prensado y a la misma temperatura como un componente con una altura mínima permisible. Para el tratamiento térmico, antes o durante el impacto de los componentes, son calentados el émbolo y/o un substrato que sirven como un mecanismo de soporte. Sin embargo, éstos serán también concebibles para llevar a cabo el procedimiento de prensado total en un horno cerrado o para llevar a cabo el calentamiento de otra manera, por ejemplo, por medio de un horno de convección o mediante microondas. El substrato está sujeto adicionalmente de manera ventajosa en el substrato, por medio de un vacío durante el impacto de los componentes. Debido a que el substrato, es generalmente de un material similar a una película o a un gel, con este método, también se asegura un lecho plano sin bolsas de aire en el substrato . La presente invención, también se refiere a un aparato para procesar componentes, adaptados en un substrato, en particular chips semiconductores, de acuerdo con la introducción de la reivindicación 5. Este aparato es particularmente adecuado para llevar a cabo el método de acuerdo con la presente invención, aunque también puede ser aplicado de otras formas. En particular, a pesar de que el procesamiento de los componentes se hace en grupos, es tomada en cuenta su naturaleza individual como cuando se hacen procesamientos individuales. Esto es logrado mediante un aparato que comprende las características en la parte de caracterización la reivindicación 5. Los émbolos montados en forma individual y desplazable en la herramienta, permiten que cada componente individual de un grupo, sea procesado en forma individual . Es por lo tanto concebible que se podría ejercer una fuerza de presión individual y/o una temperatura individual. Los émbolos individuales pueden tener diferentes formas, de tal manera que dentro de un grupo, se pueden impactar diversos tamaños y formas de los componentes . Sin embargo, con la fabricación de los elementos semiconductores mencionada anteriormente, como una regla, únicamente es necesario tomar en cuenta las alturas diferentes de los chips de silicón naturales. Esto es efectuado preferentemente, cuando los émbolos están en conexión activa con un medio de compensación. Este medio de compensación, puede funcionar de acuerdo con principios técnicos diferentes. De esta forma por ejemplo, sería concebible una solución puramente mecánica, con la cual, en una posición neutral de residencia de la herramienta, los émbolos desplazables sean aplicados en forma holgada sobre los componentes. Entonces, mediante de un cerrado central, todos los émbolos son cerrados en su soporte corredizo sobre el cual, por medio de la herramienta, es ejercida la fuerza de presión por medio de émbolos ajustados individualmente. Sin embargo, también podría ser concebible asignar a cada émbolo individual un cilindro medio de presión, cuya presión interior permisible pueda ser controlada en forma individual. Sin embargo, en una forma particularmente simple, el medio de compensación es formado por una cámara de fluido para la distribución hidrostática de la fuerza de impacto en los émbolos individuales . La cámara de fluido funciona de acuerdo con el principio conocido, de acuerdo con el cual en un fluido inmóvil, prácticamente no comprimible, las fuerzas de presión se propagan independientemente de la dirección. Con este aparato, cada uno de los émbolos podría, con una superficie de impacto igual, sumergirse en la cámara de fluido cuyas paredes, de lo contrario son rígidas. Una solución técnica considerablemente más simple, reside en acomodar la cámara de fluido en la parte posterior del émbolo, la cual está distante del substrato y para ello comprende una membrana flexible, en donde los lados posteriores del émbolo en reposo se apoyan en la membrana. El volumen en la cámara permanece del mismo tamaño, independientemente de cómo estén colocados los émbolos. Con este aparato, la elasticidad de la membrana dentro de cierta región de tolerancia, permite un desplazamiento de los émbolos. Con este aparato, la presión en el fluido, y por lo tanto la presión en los émbolos individuales, permanecen constantemente iguales. Para la supervisión y control o donde sea apropiado para la elaboración del protocolo de la fuerza de prensado que actúa en los émbolos, la cámara del fluido puede estar en conexión activa con un sensor de presión. Esto también puede ser ventajoso para controlar la presión de prensado de las herramientas mediante un sensor de presión, cuando se usan herramientas sin cámara de fluidos, con el objeto de aproximar a un valor nominal la fuerza de prensado durante todo el proceso del prensado. En particular, se pueden utilizar sensores de presión, aunque también se pueden aplicar otro tipo sensores, por ejemplo, sensores de fuerza. Los émbolos podrían estar montados en una guía del émbolo, la cual, se suministra con un aparato de calentamiento para calentar el émbolo. Con este aparato, los émbolos pueden ser calentados indirectamente, mediante por lo menos un aparato de calentamiento, para procesar temperaturas de hasta 300°C. Preferentemente, la guía del émbolo y el émbolo, consisten del mismo material metálico, de tal manera que no ocurra una obstrucción con la expansión térmica. Los émbolos, específicamente deben ser guiados en la guía del émbolo con un juego muy pequeño, de tal manera que exclusivamente las fuerzas verticales y no las fuerzas transversales, actúen en la superficie de trabajo de los mismos. Por la misma razón, las guías de émbolos son formadas relativamente largas en relación con el diámetro de los émbolos. Con el objeto de evitar la irradiación de calor o para proteger al personal de operación, la herramienta, puede estar rodeada por lo menos en parte por una capa aislante del calor. Se aplica lo mismo al substrato en el caso que éste, sea calentado del mismo modo, por medio de un aparato de calentamiento. De modo que, también la temperatura de operación puede ser supervisada y protocolizada en la herramienta, así como en el substrato tiene adaptado por lo menos un sensor de temperatura. Por razones de seguridad, los émbolos en la condición inactiva de la herramienta, son inclinados en una posición de residencia neutral en la cual están preferentemente retractados completamente dentro de la herramienta. En esta forma, los émbolos no pueden ser dañados cuando son removidos del montaje de la herramienta, por ejemplo, para volver a equipar un trabajo. Adicionalmente, de esta manera, esto asegura que los lados posteriores del émbolo en la posición de residencia, se apoyen de manera uniforme en la membrana de la cámara de fluido. Finalmente, con la inclinación del resorte, también se asegura que los émbolos se vuelvan a sumergir completamente dentro de la guía del émbolo para la colocación de calor óptima después de cada golpe de operación. El substrato, reposa preferentemente en una posición ajustable de tres patas. Por medio de esto, el substrato, puede ser alineado en plano-paralelo en el plano de trabajo de los émbolos de una manera particularmente simple. Esta medida, también sirve para evitar que actúen fuerzas transversales en los componentes .

Sumario del Invento En particular, el aparato puede ser utilizado para prensar nuevamente los chips en una línea para fabricar paquetes de medida de chip (CSP), en particular series de rejilla de bola (BGA) o BGAs de flexión. Sin embargo, con el mismo aparato, también se pueden llevar a cabo otros procesamientos en fabricación de semiconductores. De esta manera, por ejemplo, en el campo de chips inteligentes, en donde los chips están adheridos con golpes, son asegurados, fundidos a una temperatura más baja o también pueden ser soldados. Sin embargo, el aparato es adecuado también para procesos LOC (guiado en el chip) con los cuales, la conexión entre los chips y los marcos de pistas metálicas es fabricada bajo presión y temperatura. Sin embargo, finalmente también podría ser concebible para aplicación al aparato de acuerdo con la presente invención, para la tecnología exterior de semiconductor, por ejemplo, en el campo de electrotecnología u optotecnología .

Breve Descripción de los Dibujos Las ventajas adicionales y características individuales de la presente invención, resultarán de la descripción subsecuente de una modalidad ejemplo y a partir de los dibujos. En los que se muestra en: La Figura 1, es una representación en perspectiva excesivamente simplificada de un método de tratamiento; La Figura 2, es una representación esquemática de un aparato de tratamiento; La Figura 3, es una sección transversal a través de un grupo de componentes con un tamaño de construcción diferente; y La Figura 4, es una representación esquemática total del aparato de acuerdo con la figura 2, en una prensa .

Descripción Detallada del Invento La Figura 1, muestra un corte de una línea de fabricación para la manufactura de elementos semiconductores. Con esta figura, se representa una estación de colocación 5 y una estación para re-prensado 6, las cuales sin embargo, pueden ser una parte de la misma instalación. En un substrato de avance 18 por medio de medios de avance adecuados, no mostrados aquí con mayor detalle, un substrato 2 es desplazado hacia adelante en la dirección de la flecha a. Con el substrato, en este caso puede ser una película de poliimida, la cual es recubierta en una superficie grande con un material adhesivo en una estación de trabajo anterior. En la estación de colocación, con medios conocidos per se, por ejemplo, con un enlazador de troquel convencional, los chips de silicón 1 son depositados en el substrato 2. Los chips, con la ayuda de un brazo receptor 20, son movidos de la placa 19 y colocados. El brazo receptor con esto, oscila hacia y desde la dirección de la flecha b y puede ser adicionalmente movido en los tres diferentes ejes espaciales x, y, z. Con esto también es posible un giro de la posición relativa del chip, la placa y el substrato (chip inteligente). Tan pronto como es depositado en la estación de colocación 5, un grupo 4 de chips 1, el cual es definido previamente con respecto a la posición, posteriormente el substrato es transportado a la estación de re-prensado 6. Con esto, estos chips, no se pueden desplazar con respecto a la posición, sin embargo, todavía no existe una conexión intensiva al substrato. Una conexión permanente, solamente es llevada a cabo por el re-prensado y el calentamiento con la ayuda de una herramienta 3. Con este proceso, el substrato 2 yace en un substrato plano 8. La herramienta 3, puede ser prensada en la dirección de la flecha c en plano paralelo contra este substrato. Para cada chip individual 1 en el substrato 2 en la herramienta 3, es distribuido un émbolo individual 7, el cual de igual modo está montado de manera desplazable en la dirección de la flecha c. El substrato 8 permanece en una posición de tres patas 29, cuya posición relativa puede ser ajustada con los tornillos de ajuste 30. Esta posibilidad de ajuste, permite una adaptación de plano paralelo a la superficie de trabajo del émbolo. El procedimiento de ajuste, puede también ser automatizado con la ayuda de medios conocidos per se . La herramienta 3, es durante un cierto tiempo prensada contra el substrato 8. En donde por medio del émbolo 7 o por medio del substrato, simultáneamente el adhesivo es curado mediante calentamiento. Durante este tiempo de presión en la estación de colocación 5, a su vez es depositado dentro de un substrato un nuevo grupo de chips. Los detalles adicionales de la estación de re-prensado 6, se pueden visualizar a partir de la Figura 2. El substrato 8, reposa en una estructura de máquina 21. Para fijar el substrato 2 en una posición de prensado exactamente definida, se proporcionan aberturas de succión 16 las cuales por medio de un conducto de succión 23 se pueden conectar a una fuente de vacío no mostrada. El substrato puede ser calentado por medio de un cartucho de calentamiento incorporado 14' . Para el control de temperatura, sirve como un sensor de temperatura 17' . Con el objeto de evitar pérdidas de calor, el substrato está protegido con respeto a la estructura de la máquina, mediante un aislador de calor 15. La herramienta 3, por medio de un montaje de herramienta 22 puede ser tensionada en el brazo de extensión 28 de una prensa convencional 27 (figura 4) . La herramienta tiene una guía del émbolo 13 en la cual, los émbolos individuales 7 están montados en forma desplazable, de forma paralela al eje. Más allá de todos los lados posteriores del émbolo se extiende una cámara de fluido 9, la cual está sellada con respecto a los émbolos, mediante una membrana flexible 11. Los lados posteriores del émbolo, están prensadas contra la membrana bajo la inclinación de los resortes de compresión 25 con la ayuda de una placa conductora 26. En esta posición de residencia, los lados de cara del extremo del émbolo 24, son adicionalmente retractados dentro de la herramienta 3 o ellos corren simplemente en el mismo plano que el lado inferior de la guía del émbolo 13. La cámara de fluido 9, está en conexión activa con un sensor de presión 12. Adicionalmente, también se colocan sensores de temperatura 17 en una guía del émbolo 13. El calentamiento de la guía del émbolo, y de este modo, de los émbolos 7 montados en el mismo, es efectuado de una manera similar, por medio de por lo menos un cartucho de calentamiento 12. Asimismo, la herramienta es cubierta tan cerrada como sea posible con una capa aislante de calor 15. La forma de actuar de la cámara de fluido 9, está representada por medio de la figura 3. En el substrato están colocados tres chips la, Ib y le uno junto al otro. Con esto, el chip la tiene un altura Hl, de construcción nominal previamente determinada, mientras que el chip Ib tiene una altura H2 de construcción mínima y el chip le una altura de construcción máxima. Si estos tres chips son prensados de plano-paralelo con la misma placa de presión al substrato 18, entonces posiblemente el chip de carga le sería el más dañado por la placa de prensado, mientras que el chip Ib posiblemente no recibiría carga. Sin embargo, de acuerdo con la presente invención, cada émbolo puede ser adaptado como resultado de su capacidad de desplazamiento a la altura de construcción del chip, mientras que por medio de un soporte en la membrana flexible 11, se asegura una distribución uniforme de la fuerza de prensado. De acuerdo al prensado por émbolo, se puede ejercer una fuerza de prensado hasta de 9 bars.

Claims (17)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Un método para componentes de procesamiento (1) adaptados en un substrato (2), en particular chips semiconductores, con los cuales los componentes están colocados sobre el substrato y para conexión permanente al substrato, en donde un uso apropiado de un adhesivo es impactado por una herramienta (3) y son sometidos a una presión de prensado y/o a un tratamiento térmico, que se caracteriza porque sobre el substrato están colocados varios componentes uno tras de otro o con otro a un grupo (4) y que subsecuentemente todo el grupo es sometido simultáneamente a la presión de prensado y/o al tratamiento térmico.
2. 2. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la colocación de los componentes (1) sobre el substrato (2) y el impacto con la herramienta (3) es efectuado en las estaciones de trabajo (5, 6) distribuidas a una distancia una de la otra .
3. 3. Un método de conformidad con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque cada componente (1) del grupo (4) es impactado con un émbolo separado (7) y con el impacto, para lograr una fuerza de contacto uniforme sobre todos los componentes, estando adaptado cada émbolo a las alturas individuales de los componentes.
4. 4. Un método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque antes y/o durante el impacto de los componentes, son calentados los émbolos y/o substratos (8) que sirven como soporte.
5. 5. Un aparato para componentes de procesamiento (1) adaptado en un substrato (2), en particular chips semiconductores, con un substrato (8) y con una herramienta (3), la cual se puede mover contra el substrato para impactar los componentes por medio de presión y/o calor, caracterizado porque la herramienta (3) para impacto simultáneo de un grupo (4) de componentes, comprende varios émbolos (7) los cuales están montados en forma desplazable individualmente en la dirección del movimiento de la herramienta (3).
6. 6. Un aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque los émbolos (7) están en una conexión activa con un medio de compensación para compensar las diferentes alturas de los componentes (1) durante el impacto.
7. 7. Un aparato de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el medio de compensación es una cámara de fluido (9) para la distribución hidrostática de la fuerza de impacto sobre los émbolos individuales (7) .
8. 8. Un aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la cámara de fluido (9) está colocada en los lados posteriores (10), de los émbolos (7), los cuales están distantes del substrato, y comprende una membrana flexible (11) y porque los lados posteriores de los émbolos se apoyan en la membrana .
9. 9. Un aparato de conformidad con una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque los émbolos (7) están montados en una guía del émbolo (13) la cual está provista con un aparato de calentamiento (14) para calentar de los émbolos.
10. 10. Un aparato de conformidad con la reivindicación 9. caracterizado porque los émbolos (7) y la guía del émbolo (13) consisten del mismo material metálico y porque el aparato de calentamiento (14) es por lo menos un cartucho de calentamiento eléctrico.
11. 11. Un aparato de conformidad con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la herramienta (3) está por lo menos rodeada en parte por una capa aislante de calor ( 15 ) .
12. 12. Un aparato de conformidad con una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque en la herramienta, así como también en el substrato existen sensores de temperatura acomodados para supervisar la temperatura del tratamiento.
13. 13. Un aparato de conformidad con una de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizado porque los émbolos (7) en la condición inactiva de la herramienta (3) bajo la inclinación del resorte son inclinados a una posición de residencia neutral en la cual están preferentemente retractados totalmente en la herramienta.
14. 14. Un aparato de conformidad con una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado porque el substrato (8) se apoya en una posición de tres patas la cual es ajustable para una alineación de plano paralelo del substrato sobre el plano de los émbolos.
15. 15. Un aparato de conformidad con una de las reivindicaciones 5 a 14, caracterizado porque la presión de prensado de la herramienta (3) se puede controlar por medio de un sensor (12) montado en la herramienta, en particular, un sensor de presión.
16. 16. Un aparato de conformidad con una de las reivindicaciones 7 u 8, en combinación con la reivindicación 15, caracterizado porque el sensor de presión (12) está en conexión activa con la cámara de fluido (9) .
17. 17. El uso de un aparato de conformidad con una de las reivindicaciones 5 a 16 para el re-prensado de los chips en una línea para fabricar un paquete a medida de los chips (CSP's), en particular series de rejilla de bola (BGA' s) .