TWI552994B - 裝置封裝方法 - Google Patents

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TWI552994B
TWI552994B TW104108088A TW104108088A TWI552994B TW I552994 B TWI552994 B TW I552994B TW 104108088 A TW104108088 A TW 104108088A TW 104108088 A TW104108088 A TW 104108088A TW I552994 B TWI552994 B TW I552994B
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phthalate
temperature
bonding material
attached
packaging method
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TW104108088A
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健 張
喬許亞 平諾里斯
仕劍 羅
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Psk有限公司
ＳＥＭＩｇｅａｒ公司
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Description

裝置封裝方法
本發明係關於使用鄰苯二甲酸酯之裝置包裝設施及方法，及利用鄰苯二甲酸酯之裝置處理設備。
在製造諸如半導體晶片之裝置時，進行用於將裝置安裝於諸如基板之另一裝置上的封裝製程。特定而言，藉由將一個晶片安裝於另一晶片上的用於3D IC之3D封裝技術有助於更高密度包裝。因此，晶片至晶片連接愈短，即可實現線路佈局之高自由度，以製造出高效能IC。
一般而言，在將一個裝置安裝於另一裝置上時，將助熔劑用於半導體封裝製程。助熔劑可塗覆在裝置之間的接觸部分以便彼此黏附。
然而，助熔劑對人體有害。另外，若助熔劑保留於裝置上，助熔劑可中斷裝置之正常操作，從而劣化裝置之效能。因此，在使用助熔劑之典型半導體封裝製程中，有必要進行清潔及乾燥裝置之製程，以便在將裝置彼此附接且黏結之後移除保留於裝置上之助熔劑。
本發明提供：裝置封裝設施及方法，其能夠藉由使用鄰苯二甲酸酯替代助熔劑來減小對人體、儀器及環境之影響；以及利用鄰苯二甲酸酯之裝置處理設備。
本發明亦提供：裝置封裝設施及方法，其能夠排除清潔及乾燥製程，在將助熔劑用於封裝時，基本上在裝置彼此黏結之後進行檢查之前涉及該等製程；以及利用鄰苯二甲酸酯之裝置處理設備。
本發明之實施例提供裝置封裝設施，其包括：安裝單元，該安裝單元在第一裝置與第二裝置之間提供鄰苯二甲酸酯，以將第一裝置及第二裝置彼此附接；處理單元，該處理單元熱處理彼此附接之第一裝置及第二裝置，以移除鄰苯二甲酸酯且將第一裝置及第二裝置彼此固定；以及轉移單元，該轉移單元將彼此附接之第一裝置及第二裝置自安裝單元轉移至處理單元。
在一些實施例中，第一裝置可包括以下至少一者：焊球、半導體晶片及基板，且第二裝置可包括以下至少一個者：半導體及基板。
在其他實施例中，鄰苯二甲酸酯可包括以下至少一者：鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)及鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)。
在其他實施例中，安裝單元可將第一裝置之突出部分浸沒於鄰苯二甲酸酯中以將鄰苯二甲酸酯塗覆於該突出部分，且移動第一裝置及第二裝置之至少一者以允許該突出部分接觸第二裝置。該突出部分，且移動第一裝置及第二裝置之至少一者以允許該突出部分接觸第二裝置。
在甚至其他實施例中，安裝單元可將鄰苯二 甲酸酯塗覆於第一裝置及第二裝置之至少一者，且移動第一裝置及第二裝置之至少一者以允許第一裝置及第二裝置於塗佈有鄰苯二甲酸酯之部分上彼此接觸。
在其他實施例中，安裝單元可將由鄰苯二甲 酸酯形成的薄膜或微滴塗覆或分配於第一裝置及第二裝置之至少一者，且移動第一裝置及第二裝置之至少一者以允許第一裝置及第二裝置於塗佈有鄰苯二甲酸酯之部分上彼此接觸。
在進一步實施例中，安裝單元可使第一裝置 及第二裝置彼此接觸，且提供鄰苯二甲酸酯至第一裝置與第二裝置之間的接觸部分之邊緣，以允許鄰苯二甲酸酯得以吸收、黏貼或芯吸於第一裝置與第二裝置之間的邊界上。
在進一步實施例中，處理單元可在第一溫度 下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置以移除鄰苯二甲酸酯，在大於第一溫度之第二溫度下加熱第一裝置及第二裝置以熔融安置於第一裝置與第二裝置之間的接觸部分上的黏結材料，且在小於第二溫度之第三溫度下冷卻第一裝置及第二裝置以固化黏結材料。
在甚至進一步實施例中，第一溫度可低於鄰 苯二甲酸酯之沸點，第二溫度可大於或等於黏結材料之熔點，且第三溫度可小於黏結材料之熔點。
在進一步實施例中，處理單元可在約180℃至 約220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置以移除鄰苯二甲酸酯。
在更進一步實施例中，處理單元可在約180℃ 至約220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置歷時約60秒或更長以移除鄰苯二甲酸酯。
在更進一步實施例中，處理單元可在大氣壓 或小於大氣壓之壓力下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置以移除鄰苯二甲酸酯。
在甚至更進一步實施例中，處理單元可在第 一溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置，同時使第一裝置及第二裝置暴露於氮或含氮甲酸蒸氣以移除鄰苯二甲酸酯。
在更進一步實施例中，在移除鄰苯二甲酸酯 之後，處理單元可在大於第一溫度之第四溫度下、於大氣壓或小於大氣壓之壓力下加熱第一裝置及第二裝置，同時使第一裝置及第二裝置暴露於甲酸蒸氣以移除黏結材料之表面上形成的雜質。
在更進一步實施例中，彼此固定之第一裝置及第二裝置可自裝置封裝設施取出且轉移至檢查設施。
在本發明之其他實施例中，裝置封裝方法包括：在第一裝置與第二裝置之間提供鄰苯二甲酸酯以將第一裝置及第二裝置彼此附接；熱處理彼此附接之第一裝置 及第二裝置以移除鄰苯二甲酸酯；以及熱處理第一裝置及第二裝置以將第一裝置及第二裝置彼此固定。
在一些實施例中，第一裝置可包括以下至少 一者：焊球、半導體晶片及基板，且第二裝置可包括以下至少一個者：半導體及基板。
在其他實施例中，鄰苯二甲酸酯可包括以下 至少一者：鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)及鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)。
在其他實施例中，第一裝置及第二裝置之附 接可包括：將第一裝置之突出部分浸沒於鄰苯二甲酸酯中以將鄰苯二甲酸酯塗覆於該突出部分；以及移動第一裝置及第二裝置之至少一者以允許該突出部分接觸第二裝置。
在甚至其他實施例中，第一裝置及第二裝置 之附接可包括：將鄰苯二甲酸酯塗覆於第一裝置及第二裝置之至少一者；以及移動第一裝置及第二裝置之至少一者以允許第一裝置及第二裝置於塗佈有鄰苯二甲酸酯之部分上彼此接觸。
在其他實施例中，第一裝置及第二裝置之附 接可包括：將由鄰苯二甲酸酯形成的薄膜提供於第一裝置及第二裝置之至少一者；以及移動第一裝置及第二裝置之至少一者以允許第一裝置及第二裝置於塗佈有鄰苯二甲酸酯之部分上彼此接觸。
在進一步實施例中，第一裝置及第二裝置之 附接可包括：使第一裝置及第二裝置彼此接觸，且提供鄰 苯二甲酸酯至第一裝置與第二裝置之間的接觸部分之邊緣，以允許鄰苯二甲酸酯得以吸收於第一裝置與第二裝置之間的邊界上。
在進一步實施例中，鄰苯二甲酸酯之移除可 包括在第一溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置以移除鄰苯二甲酸酯，且第一裝置及第二裝置之固定可包括：在大於第一溫度之第二溫度下加熱第一裝置及第二裝置以熔融安置於第一裝置與第二裝置之間的接觸部分上的黏結材料；以及在小於第二溫度之第三溫度下冷卻第一裝置及第二裝置以固化黏結材料。
在甚至進一步實施例中，第一溫度可低於鄰 苯二甲酸酯之沸點，第二溫度可大於或等於黏結材料之熔點，且第三溫度可小於黏結材料之熔點。
在進一步實施例中，鄰苯二甲酸酯之移除可 包括在約180℃至約220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置。
在更進一步實施例中，第一裝置及第二裝置 之預熱可包括在約180℃至約220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置歷時約60秒。
在更進一步實施例中，鄰苯二甲酸酯之移除 可包括在大氣壓或小於大氣壓之壓力下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置。
在更進一步實施例中，鄰苯二甲酸酯之移除 可包括在第一溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置，同時使第一裝置及第二裝置暴露於氮或含氮甲酸蒸氣。
在甚至更進一步實施例中，裝置封裝方法可 進一步包括：在移除鄰苯二甲酸酯之後，在大於第一溫度之第四溫度下、於大氣壓或小於大氣壓之壓力下加熱第一裝置及第二裝置，同時使第一裝置及第二裝置暴露於甲酸蒸氣以移除黏結材料之表面上形成的雜質。
在更進一步實施例中，彼此固定之第一裝置及第二裝置可自裝置封裝設施取出且藉由檢查設施檢查。
在本發明之其他實施例中，裝置處理設備包括：製程腔室、裝置支撐件及加熱器。第一裝置及第二裝置係使用鄰苯二甲酸酯彼此附接，且隨後於製程腔室內熱處理以移除鄰苯二甲酸酯，且將第一裝置永久地附著至第二裝置。裝置支撐件係安置於製程腔室內以支撐彼此附接之第一裝置及第二裝置。加熱器加熱彼此附接之第一裝置及第二裝置。
在一些實施例中，第一裝置可包括以下至少一者：焊球、半導體晶片及基板，且第二裝置可包括以下至少一個者：半導體及基板。
在其他實施例中，鄰苯二甲酸酯可包括以下至少一者：鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)及鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)。
在其他實施例中，加熱器在第一溫度下預熱 彼此附接之第一裝置及第二裝置以移除鄰苯二甲酸酯，在大於第一溫度之第二溫度下加熱第一裝置及第二裝置以熔融安置於第一裝置與第二裝置之間的接觸部分上的黏結材料，且在小於第二溫度之第三溫度下冷卻第一裝置及第二裝置以固化黏結材料。
在甚至其他實施例中，第一溫度可低於鄰苯 二甲酸酯之沸點，第二溫度可大於或等於黏結材料之熔點，且第三溫度可小於黏結材料之熔點。
在其他實施例中，加熱器可在約180℃至約 220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置以移除鄰苯二甲酸酯。
在進一步實施例中，加熱器可在約180℃至約 220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置及第二裝置歷時約60秒或更長以移除鄰苯二甲酸酯。
在進一步實施例中，裝置處理設備可進一步 包括壓力控制部件，該壓力控制部件用於在進行預熱時使製程腔室之內壓維持於大氣壓或小於大氣壓之壓力。
在甚至進一步實施例中，裝置處理設備可進 一步包括供應部件(例如，起泡器或遞送件)，該供應部件用於在進行預熱時將氮或含氮甲酸蒸氣供應至製程腔室中。
在進一步實施例中，流體供應部件可在預熱 之後將甲酸蒸氣供應至製程腔室中，且加熱器可在大於第 一溫度之第四溫度下第一裝置及第二裝置以移除黏結材料之表面上形成的雜質。
1‧‧‧裝置封裝設施
10‧‧‧安裝單元
20‧‧‧轉移單元
30‧‧‧處理單元
31‧‧‧製程腔室
32‧‧‧裝置支撐件
33‧‧‧加熱器
34‧‧‧供應部件
35‧‧‧壓力控制部件
100‧‧‧第一裝置
110‧‧‧突出部分/黏結材料
200‧‧‧第二裝置
210‧‧‧焊盤
220‧‧‧模版
221‧‧‧孔洞
300‧‧‧鄰苯二甲酸酯
301‧‧‧裝置處理設備
400‧‧‧裝置封裝製程
S410‧‧‧製程
S420‧‧‧製程
S430‧‧‧製程
S411‧‧‧製程
S412‧‧‧製程
S413‧‧‧製程
S414‧‧‧製程
S415‧‧‧製程
S416‧‧‧製程
S417‧‧‧製程
S418‧‧‧製程
包括隨附圖式來提供對本發明之進一步理解，且將隨附圖式併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式例示本發明之示範性實施例，且連同說明書一起用以解釋本發明之原理。在圖式中：圖1為根據本發明之實施例的裝置封裝設施之示意圖。
圖2至4為用於解釋根據本發明之實施例的安裝裝置之製程的視圖。
圖5至7為用於解釋根據本發明之另一實施例的安裝裝置之製程的視圖。
圖8至10為用於解釋根據本發明之又一實施例的安裝裝置之製程的視圖。
圖11至12為用於解釋根據本發明之又一實施例的安裝裝置之製程的視圖。
圖13為根據本發明之實施例的裝置處理設備之視圖。
圖14為用於解釋根據本發明之實施例的移除鄰苯二甲酸酯之製程的視圖。
圖15及16為用於解釋根據本發明之實施例的將第一裝置及第二裝置彼此黏結之製程的視圖。
圖17為用於解釋根據本發明之另一實施例的在移除鄰苯二甲酸酯之後移除保留於黏結材料上之雜質之製程的視圖。
圖18為例示根據本發明之實施例的裝置封裝製程之流程圖。
圖19為用於解釋根據本發明之實施例的安裝裝置之製程的流程圖。
圖20為用於解釋根據本發明之另一實施例的安裝裝置之製程的流程圖。
圖21為用於解釋根據本發明之又一實施例的安裝裝置之製程的流程圖。
圖22為用於解釋根據本發明之又一實施例的安裝裝置之製程的流程圖。
圖23為展示已塗覆鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)之晶粒面的光學顯微鏡影像。鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)係利用浸漬夾具塗覆於晶粒面之轉角。
圖24為其上已安裝有附接裝置之樣本的載板之影像。
圖25為其上已安裝有附接裝置之樣本的載體晶圓之影像。
圖26A為展示晶粒之轉角位置於該晶粒附接至PCB之後的光學顯微鏡影像，且圖26B為同一轉角位置於經歷所有移動試驗之後的光學顯微鏡影像。
圖27A至27D為回流之後矽晶圓上之焊球及 銅焊盤之光學顯微鏡影像。焊球最初係藉由使用鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)附接至銅焊盤。
圖28A及28B為回流之後矽晶圓上之焊球及 銅焊盤之掃描電子顯微術(SEM)影像。焊球最初係藉由使用鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)附接至銅焊盤。
圖29A及29B為回流之後PCB上之焊球及銅 焊盤之SEM影像。焊球最初係藉由使用鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)附接至銅焊盤。
圖30A至30D為回流之後矽晶圓上之焊球及 銅焊盤之光學顯微鏡影像。焊球最初係藉由使用鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)附接至銅焊盤。
圖31A及31B為回流之後矽晶圓上之焊球及 銅焊盤之SEM影像。焊球最初係藉由使用鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)附接至銅焊盤。
圖32A及32B為回流之後PCB上之焊球及銅 焊盤之SEM影像。焊球最初係藉由使用鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)附接至銅焊盤。
本發明之優點及特徵及其實行方法將經由參 考隨附圖式描述的以下實施例來闡明。然而，本發明可以許多不同形式來具體化且不應解釋為限於本文闡述之實施例。實情為，提供此等實施例以便本揭示內容將為徹底及 完全的，且將為熟習此項技術者完全傳達本發明之範疇。 另外，本發明僅由申請專利範圍之範疇限定。
除非另外加以定義，否則本文使用的所有術語(包括技術及科學術語)具有與熟習此項技術者通常所理解的相同的含義。常用詞典中定義的術語應視為具有與相關聯技術情形中相同的含義，且除非本說明書中明確定義，否則術語不會理想地或過度地視為具有正式含義。
在以下描述中，僅使用技術術語來解釋特定示範性實施例而不限制本發明。除非有明確提及，否則單數形式之術語可包括複數形式。『包含(comprises)』及/或『包含(comprising)』之含義指定組成物、組分、成分、步驟、操作及/或要素不排除其他組成物、組分、成分、步驟、操作及/或要素。在本說明書中，『及/或』意指其包括所列組分之至少一者。
在本發明之實施例的半導體封裝中，使用鄰苯二甲酸酯替代已用於將裝置彼此黏結的典型助熔劑來進行封裝。鄰苯二甲酸酯可為在進行塑膠模製時用作塑化劑的化學添加劑，特定而言，其可為用於軟化聚氯乙烯(PVC)之材料。在本發明之實施例中，鄰苯二甲酸酯、特定而言為鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)或鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)可用於半導體封裝中，以解決藉由使用典型助熔劑所出現的各種限制且簡化生產製程，進而減小製造成本。
在下文，本發明之示範性實施例將參考隨附圖式詳細地描述。
圖1為根據本發明之實施例的裝置封裝設施1之示意圖。
參考圖1，裝置封裝設施1可為其中至少兩個裝置彼此黏結來進行半導體封裝的設施。裝置封裝設施1可包括安裝單元10、處理單元30及轉移單元20。
安裝單元10可在第一裝置與第二裝置之間提供鄰苯二甲酸酯來將第一裝置及第二裝置彼此黏結。處理單元30可熱處理彼此黏結的第一裝置及第二裝置，以移除鄰苯二甲酸酯且將第一裝置及第二裝置彼此固定。轉移單元20可將彼此黏結的第一裝置及第二裝置自安裝單元10轉移至處理單元30。
第一裝置可為安裝於第二裝置且黏結至第二裝置的受安裝物體。例如，第一裝置可包括以下至少一者：焊球、半導體晶片、基板，但不限於此。此外，第二裝置可其上安裝有第一裝置之安裝物體。例如，第二裝置可包括以下至少一者：半導體晶片及基板，但不限於此。換言之，第一裝置及第二裝置可為在半導體封裝中彼此黏結及固定的任何物體。
根據本發明之實施例，用於裝置封裝的鄰苯二甲酸酯可包括DMP及DIBP之至少一者。
安裝單元10可在第一裝置與第二裝置之間提供鄰苯二甲酸酯，以進行將第一裝置及第二裝置彼此黏結之裝置安裝製程。
根據本發明之實施例，安裝單元10可將第一裝置之突出部分浸沒於鄰苯二甲酸酯中以將鄰苯二甲酸酯塗覆於該突出部分，且移動第一裝置及第二裝置之至少一者以允許該突出部分接觸第二裝置。
圖2至4為用於解釋根據本發明之實施例的安裝裝置之製程的視圖。
參考圖2，安裝單元10可將第一裝置100之突出部分110浸沒於鄰苯二甲酸酯300中以將鄰苯二甲酸酯300塗覆於該突出部分110。為如上所述將鄰苯二甲酸酯300塗覆於第一裝置100之突出部分110，安裝單元10可包括用於升舉第一裝置100之上升裝置。
然後參考圖3及4，安裝單元10可移動第一裝置100及第二裝置200之至少一者，以允許塗佈有鄰苯二甲酸酯300之突出部分110接觸安置於第二裝置200上之焊盤210。
儘管在圖3例示的實施例中，安裝單元10將第一裝置100朝向第二裝置200移動來允許突出部分110接觸第二裝置200之焊盤210，但本發明不限於此。例如，安裝單元100可將第二裝置200朝向第一裝置100移動以允許突出部分110接觸焊盤210。或者，安裝單元10可將第一裝置100及第二裝置200兩者一起移動以允許突出部分110接觸焊盤210。在此狀況下，安裝單元10可包括用於升舉第二裝置200之上升裝置。
根據本發明之另一實施例，安裝單元10可將鄰苯二甲酸酯300塗覆於第一裝置100及第二裝置200之至少一者，以將第一裝置100及第二裝置200之至少一者移動以便第一裝置100及第二裝置200彼此接觸鄰苯二甲酸酯300。
圖5至7為用於解釋根據本發明之另一實施例的安裝裝置之製程的視圖。
參考圖5，安裝單元10可將鄰苯二甲酸酯300塗覆於第一裝置100及第二裝置200之至少一者。儘管在圖5例示的實施例中，安裝單元10將鄰苯二甲酸酯300塗覆於第二裝置200之焊盤210，但本發明不限於此。例如，安裝單元10可將鄰苯二甲酸酯300塗覆於第一裝置100之接觸部分。此外，根據實施例，鄰苯二甲酸酯300可塗覆於第一裝置100及第二裝置200之接觸部分兩者。
如圖5所例示，安裝單元10可以如下方式將鄰苯二甲酸酯300塗覆於第二裝置200之接觸部分：將鄰苯二甲酸酯300之液滴滴落於第二裝置200之接觸部分上。然而，如圖6所例示，安裝單元10可將具有孔洞221之模版220附接至第二裝置200。鄰苯二甲酸酯300均勻展佈於模版220上，進而將鄰苯二甲酸酯300塗覆於第二裝置200。根據本實施例，打孔於模版220中之孔洞221可限定相應於第二裝置200之接觸部分(例如，焊盤210)之位置。
然後參考圖7，安裝單元10可移動第一裝置100及第二裝置200之至少一者，以允許第一裝置100及第二裝置200於塗佈有鄰苯二甲酸酯300之部分上彼此接觸。
如以上參考圖3所述，為允許第一裝置100及第二裝置200彼此接觸，安裝單元10可僅移動第一裝置100或僅移動第二裝置200，或可移動第一裝置100及第二裝置200兩者。
根據本發明之又一實施例，安裝單元10可將由鄰苯二甲酸酯300形成之薄膜塗覆於第一裝置100及第二裝置200之至少一者，以移動第一裝置100及第二裝置200之至少一者以便第一裝置100及第二裝置200於塗覆薄膜之部分上彼此接觸。
圖8至10為用於解釋根據本發明之又一實施例的安裝裝置之製程的視圖。
參考圖8，安裝單元10可將由鄰苯二甲酸酯300形成的薄膜塗覆於第一裝置100及第二裝置200之至少一者。例如，如圖8所例示，安裝單元10可將由鄰苯二甲酸酯300形成的薄膜塗覆於將焊盤210安置於第二裝置200上之表面。為此，安裝單元10可包括驅動裝置，其將薄膜朝向第二裝置200移動以將薄膜壓在欲塗覆薄膜之表面上。
然後參考圖9，安裝單元10可移動第一裝置100及第二裝置200之至少一者，以允許第一裝置100及第二裝置200於塗覆有薄膜之部分上彼此接觸。
類似地，為允許第一裝置100及第二裝置200彼此接觸，安裝單元10可僅移動第一裝置100或僅移動第二裝置200，或可移動第一裝置100及第二裝置200兩者。
因此，如圖10所例示，第一裝置100與第二裝置200之間的空間可由鄰苯二甲酸酯300填充。此處，整體空間可由鄰苯二甲酸酯300填充，或空間之僅一部分可由鄰苯二甲酸酯300填充。
根據本發明之又一實施例，安裝單元10可允許第一裝置100及第二裝置200彼此接觸，且在第一裝置100與第二裝置200之間的接觸部分之邊緣上提供鄰苯二甲酸酯300，以允許鄰苯二甲酸酯300得以吸收、黏貼或芯吸於第一裝置100與第二裝置200之間的邊界上。
圖11至12為用於解釋根據本發明之又一實施例的安裝裝置之製程的視圖。
根據實施例，安裝單元10可使第一裝置100及第二裝置200彼此接觸，且隨後在第一裝置100與第二裝置200之間的接觸部分上提供鄰苯二甲酸酯300。
例如，安裝單元10可將鄰苯二甲酸酯300之液滴滴落於第一裝置100與第二裝置200之間的接觸部分之邊緣上，以在接觸部分上提供鄰苯二甲酸酯300。根據 實施例，鄰苯二甲酸酯300可提供至接觸部分之邊緣上的複數個點。
因此，如圖12所例示，因為鄰苯二甲酸酯300藉由毛細管現象吸收於第一裝置100與第二裝置200之間的邊界上，所以鄰苯二甲酸酯300可填充至第一裝置100與第二裝置200之間的空間之整體或一部分中。
轉移單元20可將彼此附接之第一裝置100及第二裝置200轉移穿過上述安裝製程至處理單元30。轉移單元20可包括機器人或運送機，該機器人或運送機安置在安裝單元10與處理單元30之間以運載第一裝置100及第二裝置200，但本發明不限於此。例如，用於轉移裝置之裝置可根據實施例來進行多種實現。
處理單元30可處理轉換裝置以移除鄰苯二甲酸酯300，且隨後將裝置彼此固定，進而完成封裝製程。
根據本發明之實施例，處理單元30可包括裝置處理設備，該裝置處理設備熱處理藉由使用鄰苯二甲酸酯300彼此附接之第一裝置100及第二裝置200，以移除鄰苯二甲酸酯300且隨後將第一裝置100及第二裝置200彼此固定。
圖13為根據本發明之實施例的裝置處理設備301之視圖。
參考圖13，根據實施例，裝置處理設備301可包括製程腔室31、裝置支撐件32及加熱器33。
製程腔室31可提供其中進行裝置處理製程之空間。裝置支撐件32可安置於製程腔室31內以支撐彼此附接之第一裝置100及第二裝置200。加熱器33可加熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200。
根據本發明之實施例，處理單元30可在第一溫度下預熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200以移除鄰苯二甲酸酯300，在大於第一溫度之第二溫度下加熱第一裝置100及第二裝置200以熔融安置於第一裝置100及第二裝置200之間的接觸部分上的黏結材料，且在小於第二溫度之第三溫度下冷卻第一裝置100及第二裝置200以固化黏結材料110。
圖14為用於解釋根據本發明之實施例的移除鄰苯二甲酸酯300之製程的視圖。
參考圖14，處理單元30可在第一溫度T1下預熱裝置，以在裝置彼此黏結之前移除安置於裝置之間的鄰苯二甲酸酯300。為此，加熱器33可在第一溫度T1下預熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200。
根據本實施例，第一溫度T1可低於鄰苯二甲酸酯300之沸點。
特定而言，加熱器33可在約180℃至約220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200，以移除鄰苯二甲酸酯300。在此狀況下，加熱器33可在約180℃至約220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200歷時約60秒或更長。
根據本發明之實施例，當進行用於移除鄰苯二甲酸酯300之預熱時，製程腔室31之內壓力P1可維持於大氣壓或小於大氣壓之壓力。為此，裝置處理設備301可包括用於控制製程腔室31之內壓力的壓力控制部件35。壓力控制部件35可藉由使用諸如泵或壓縮機之排氣單元將製程腔室31之內壓力控制及維持於預定壓力。
根據本發明之實施例，當進行用於移除鄰苯二甲酸酯300之預熱時，可將乾燥氮或含氮甲酸蒸氣供應至製程腔室31中。為此，裝置處理設備301可包括諸如起泡器或酸性蒸氣遞送件之供應部件34，用於將製程所需之流體供應至製程腔室31中。供應部件34可經由管將流體自其中儲存流體之儲存容器供應至製程腔室31中。此外，諸如閥之流速控制單元可安置於管中以控制供應流體之流動速率。
根據實施例，提供至第一裝置100與第二裝置200之間的邊界以將第一裝置100及第二裝置200彼此黏結之鄰苯二甲酸酯300可經由預熱相變成氣體，且隨後排出製程腔室31之外。為移除鄰苯二甲酸酯300，氮氣或氮及甲酸之混合氣體可用作製程流體。
在移除鄰苯二甲酸酯300之後，處理單元30可在大於第一溫度T1之第二溫度下加熱第一裝置100及第二裝置200以熔融安置於第一裝置100與第二裝置200上之間的接觸部分上的黏結材料110，且隨後在小於第二 溫度之第三溫度下冷卻第一裝置100及第二裝置200以固化黏結材料110。
圖15及16為用於解釋根據本發明之實施例的將第一裝置100及第二裝置200彼此黏結之製程的視圖。
參考圖15，處理單元30可在大於第一溫度T1之第二溫度T2下加熱鄰苯二甲酸酯300自其移除之第一裝置100及第二裝置200，以熔融安置於第一裝置100與第二裝置200之間的接觸部分上的黏結材料110。
為此，加熱器33可在第二溫度T2下加熱第一裝置100及第二裝置200。因此，安置於第一裝置100與第二裝置200之間的例如焊錫凸塊之黏結材料110可熔融來形成於第一裝置100與第二裝置200之間的邊界上。
此處，供應部件34可將甲酸供應至製程腔室31中。此外，壓力控制部件35可將製程腔室31之內壓力P1維持於大氣壓或小於大氣壓之壓力。
然後參考圖16，處理單元30可在小於第二溫度T2之第三溫度T3下冷卻第一裝置100及第二裝置200，以固化黏結材料110。因此，第一裝置100及第二裝置200可藉由黏結材料110彼此固定及黏結。
此處，第二溫度T2大於或等於黏結材料110之熔點，且第三溫度T3可小於黏結材料110之熔點。第二溫度T2及第三溫度T3可根據黏結材料110之種類而改變。除如上所述的焊錫之外，黏結材料110可包括不同種類的金屬、金屬合金、含樹脂金屬及類似物。
根據本發明之另一實施例，在移除鄰苯二甲酸酯300之後，處理單元30可在小於第一溫度之第四溫度下、於大氣壓或小於大氣壓之壓力下加熱第一裝置100及第二裝置200，同時使第一裝置100及第二裝置200暴露於甲酸蒸氣，以移除黏結材料110之表面上形成的雜質。
圖17為用於解釋根據本發明之另一實施例的在移除鄰苯二甲酸酯之後移除保留於黏結材料110上之雜質之製程的視圖。
參考圖17，在進行預熱以移除第一裝置100與第二裝置200之間的鄰苯二甲酸酯300之後，處理單元30可在第四溫度T4下熱處理第一裝置100及第二裝置200，以另外進行移除黏結材料110之表面上形成的雜質之製程，之後熔融黏結材料110。
為此，加熱器330可在大於第一溫度T1之第四溫度T4下加熱第一裝置100及第二裝置200。此外，流體供應部件34可將甲酸供應至製程腔室31中。根據實施例，流體供應部件34可供應含氮甲酸蒸氣。此外，壓力控制部件35可將製程腔室31之內壓力P4維持於大氣壓或小於大氣壓之壓力。
雜質可為形成於黏結材料110之表面上的材料。此外，當雜質與黏結材料110一起熔融時且隨後包括於第一裝置100與第二裝置200之間的黏結部分中，雜質可為劣化裝置之效能的材料。例如，當黏結材料110為金屬時，雜質可為金屬氧化物。
如上所述，經由移除鄰苯二甲酸酯300且熔融及固化黏結材料110而彼此固定之第一裝置100及第二裝置200可自裝置封裝設施取出以完成封裝製程。
換言之，不同於使用助熔劑將裝置彼此黏結之典型封裝製程，在根據本發明之實施例使用鄰苯二甲酸酯之封裝製程中，黏結材料可經預熱以於熔融黏結材料之前移除鄰苯二甲酸酯。因此，不必進行單獨的清潔及乾燥製程。
因此，當與典型封裝製程之彼等者相比時，在根據本發明之實施例的封裝製程中，可減少製程數量，可簡化生產製程，且可減小製造成本。
如上所述，封裝裝置可在不進行清潔及乾燥製程之情況下直接轉移至檢查設施以用於檢查。
圖18為例示根據本發明之實施例的裝置封裝製程400之流程圖。
裝置封裝製程400可藉由根據本發明之先前實施例的裝置封裝設施1來進行。
參考圖18，裝置封裝製程400可包括在第一裝置100與第二裝置200之間提供鄰苯二甲酸酯300以將第一裝置100及第二裝置200彼此附接之製程(S410)；熱處理彼此附接之第一裝置100及第二裝置200以移除鄰苯二甲酸酯300之製程(S420)，以及熱處理第一裝置100及第二裝置200以將第一裝置100及第二裝置200彼此固定之製程(S430)。
第一裝置100可包括以下至少一者：焊球、半導體晶片及基板，但不限於此。第二裝置200可包括以下至少一者：半導體晶片及基板，但不限於此。
鄰苯二甲酸酯300可包括DMP及DIBP之至少一者。
圖19為用於解釋根據本發明之實施例的安裝裝置之製程的流程圖。
參考圖19，根據本發明之實施例，將第一裝置100及第二裝置200彼此附接之製程(S410)可包括將第一裝置100之突出部分110浸沒於鄰苯二甲酸酯300中以將鄰苯二甲酸酯300塗覆於突出部分110之製程(S411)，及移動第一裝置100及第二裝置200之至少一者以允許突出部分110接觸第二裝置200之製程(412)。
圖20為用於解釋根據本發明之另一實施例的安裝裝置之製程的流程圖。
參考圖20，根據本發明之另一實施例，將第一裝置100及第二裝置200彼此附接之製程(S410)可包括將鄰苯二甲酸酯300塗覆於第一裝置100及第二裝置200之至少一者之製程(S413)，及移動第一裝置100及第二裝置200之至少一者以允許第一裝置100及第二裝置200於塗佈有鄰苯二甲酸酯300之部分上彼此接觸之製程(S414)。
圖21為用於解釋根據本發明之又一實施例的安裝裝置之製程的流程圖。
參考圖21，根據又一實施例，將第一裝置100及第二裝置200彼此附接之製程(S410)可包括將由鄰苯二甲酸酯300形成之薄膜提供至第一裝置100及第二裝置200之至少一者之製程(S415)，及移動第一裝置100及第二裝置200之至少一者以允許第一裝置100及第二裝置200於提供薄膜之部分上彼此接觸之製程(S416)。
圖22為用於解釋根據本發明之又一實施例的安裝裝置之製程的流程圖。
參考圖22，根據本發明之另一實施例，將第一裝置100及第二裝置200彼此附接之製程(S410)可包括允許第一裝置100及第二裝置200彼此接觸之製程(S417)，及將鄰苯二甲酸酯300提供至第一裝置100與第二裝置200之間的接觸部分之邊緣以允許鄰苯二甲酸酯300吸收於第一裝置100與第二裝置200之間的邊界上之製程(S418)。
根據本發明之實施例，移除鄰苯二甲酸酯300之製程(S420)可包括在第一溫度T1下預熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200以移除鄰苯二甲酸酯300之製程。
根據本發明之實施例，將第一裝置100及第二裝置200彼此固定之製程(S430)可包括在大於第一溫度T1之第二溫度T2下加熱第一裝置100及第二裝置200以熔融安置於第一裝置100及第二裝置200之間的接觸部分上的黏結材料110之製程，及在小於第二溫度T2之第三 溫度T3下冷卻第一裝置100及第二裝置200以固化黏結材料110之製程。
第一溫度T1可低於鄰苯二甲酸酯300之沸點。
第二溫度T2大於或等於黏結材料110之熔點，且第三溫度T3可小於黏結材料110之熔點。
根據本發明之實施例，移除鄰苯二甲酸酯300之製程(S420)可包括在約180℃至約220℃之溫度下預熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200之製程。
根據實施例，預熱第一裝置100及第二裝置200之製程可包括在約180℃至約220℃之溫度下預熱第一裝置100及第二裝置200歷時約60秒或更長之製程。
根據本發明之實施例，移除鄰苯二甲酸酯300之製程(S420)可包括在大氣壓或小於大氣壓之壓力下預熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200之製程。
根據本發明之實施例，移除鄰苯二甲酸酯300之製程(S420)可包括在第一溫度T1下預熱彼此附接之第一裝置100及第二裝置200，同時將第一裝置100及第二裝置200暴露於氮或含氮甲酸蒸氣之製程。
根據實施例，裝置封裝製程400可進一步包括以下製程：在移除鄰苯二甲酸酯300之製程(S42)之後，在大於第一溫度T1之第四溫度T4下、於大氣壓或小於大氣壓之壓力下加熱第一裝置100及第二裝置200，同時將 第一裝置100及第二裝置200暴露於氮或含氮甲酸蒸氣以移除黏結材料110之表面上形成的雜質。
經由上述製程彼此固定之第一裝置及第二裝置可自裝置封裝設施1取出以完成封裝。封裝裝置可在不進行清潔及乾燥製程之情況下直接轉移至檢查設施中以用於檢查。
根據本發明之實施例，替代助熔劑之鄰苯二甲酸酯可用於封裝製程以最小化對人體、儀器及環境之影響。
根據本發明之實施例，檢查可在不進行清潔及乾燥製程之情況下、在裝置彼此黏結之後直接進行，從而簡化生產製程。
為確認鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)之黏著強度，發明人製備樣本，其中根據本發明之實施例使用鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)來附接晶粒(第一裝置)及PCB試件(第二裝置)。進行試驗，使樣本經受可在生產期間遇到的且引起晶粒相對於PCB試件移動之力。使用光學顯微鏡觀察且記錄晶粒相對於PCB之位置。在每一試驗之後，將晶粒之黏著位置與其初始黏著位置相比，以判定其是否已移動。圖23至26B為來自對鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)樣本之此系列試驗之影像。
該系列之黏著試驗由五個類型的試驗組成。欲判定裝置是否由於兩個類型的回流儀器之機械運動而變化位置，裝置是否在人運載裝置時變化位置，裝置是否在 衝擊施加於裝置時變化位置，以及裝置是否在藉由車輛運送裝置時變化位置。
首先，如圖23所示，將鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)塗覆於晶粒之轉角，以如圖24所示將晶粒附接至PCB試件。藉由使用Kapton®膠帶將此等樣本安裝於由SEMIgear製造之Vienna工具之載板上，且隨後在Vienna工具中機械地循環。作為此循環之部分，樣本經歷持續約40秒之負載鎖定沖洗製程。
檢查表明，晶粒相對於PCB之黏著位置在Vienna循環試驗期間不變化。
此外，如圖25之影像所示，將樣本安裝於載體晶圓上，且隨後藉由使用由SEMIgear,Inc製造之Geneva工具進行晶圓轉移試驗。如圖25所例示，每一次設定中四個樣本之一係安裝於載體晶圓上之6點鐘位置，相應於晶圓凹口，且其他三個樣本係安裝於載體晶圓上之12點鐘位置。
載體晶圓首先置放於Geneva之負載鎖定中，其中載體晶圓經歷30秒沖洗循環。隨後在載體FOUP與負載鎖之間使用Geneva之機器人手臂將載體晶圓轉移五次。
檢查表明，在Geneva循環試驗期間晶粒不會變化其相對於PCB之黏著位置。
附接有樣本之晶圓隨後由手部運載大致60s。在此時間期間，垂直地固持晶圓。再次，檢查表明此試驗期間晶粒之黏著位置無變化。
在下一試驗中，載體為垂直地固持且由個人之手部擊打20次之晶圓。儘管如此，此試驗仍不會引起晶粒之黏著位置變化。
最後，將具有附接樣本之載體晶圓置放於FOUP中。將此FOUP裝載入車輛之車廂中，隨後車輛行駛若干天的時程。再次，晶粒相對於PCB之黏著位置不變化。
圖26A為展示生產樣本之後晶粒之轉角位置之光學顯微鏡影像，且圖26B為展示在完成所有五個黏著試驗之後晶粒之同一轉角位置之光學顯微鏡影像。
如圖26A及26B所例示，可見晶粒相對於PCB之黏著位置未變化，而是維持為其在轉移及經受各種力時之情況。
類似地，當對使用鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)替代鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)來黏附之裝置進行與先前試驗相同的試驗時，經測定：此等晶粒亦不會變化其黏著位置。
經由上述試驗，經確認：即使當使用鄰苯二甲酸酯替代助熔劑時，裝置得以有效地固定。
此外，發明人確認：儘管當裝置藉由使用鄰苯二甲酸酯來附接以進行回流製程時，未進行單獨的清潔及乾燥製程，但沒有鄰苯二甲酸酯殘餘物保留於裝置上。
首先，焊球藉由將DMP塗覆於銅焊盤且隨後將焊球置放於頂部上來黏附於銅焊盤。銅焊盤為矽晶圓基板之一部分。此處，焊球含有約96.5%之錫、約3%之銀及約0.5%之銅。隨後，對藉由使用由SEMIgear,Inc製造的Geneva儀器對樣本進行回流製程。此處，回流製程在約235℃之最高溫度下進行，且使最高溫度維持約15秒。
使用相同回流製程使首先使用鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)黏附於PCB之銅焊盤之焊球回流，該回流製程使用相同儀器及處理條件。
圖27A至27D為回流之後矽晶圓上之焊球及銅焊盤之光學顯微鏡影像，圖28A及28B為回流之後矽晶圓上之焊球及銅焊盤之掃描電子顯微術(SEM)影像，且圖29A及29B為回流之後PCB上之焊球及銅焊盤之SEM影像。所有焊球首先藉由使用鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)黏附於銅焊盤。
如圖27至29所例示，焊球具有平滑及圓形形狀，且與焊盤充分對準。此外，根據觀察結果，在進行回流製程之後不留下鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)殘餘物。
類似地，矽晶圓及PCB樣本使用如上的相同儀器及製程條件來回流。然而，使用鄰苯二甲酸二異丁酯 (DIBP)替代鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)將焊球黏附於兩個樣本上之銅焊盤。
圖30A至30D為回流之後矽晶圓上之焊球及銅焊盤之光學顯微鏡影像，圖31A及31B為回流之後矽晶圓上之焊球及銅焊盤之掃描電子顯微術(SEM)影像，且圖32A及32B為回流之後PCB上之焊球及銅焊盤之SEM影像。所有焊球首先藉由使用鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)黏附於銅焊盤。
如圖30至32所例示，在鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)之情況下，焊球具有平滑及圓形形狀，且與焊盤充分對準。此外，根據觀察結果，在進行回流製程之後不留下鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)殘餘物。
經由其中鄰苯二甲酸酯用於在回流製程中附接裝置之上述試驗，經確認，裝置彼此充分黏結，在檢查之前無需單獨清潔及乾燥製程來移除黏著殘餘物。因此，根據先前實施例，當與使用典型助熔劑之回流製程相比時，製程之數量可得以減少，以改良生產力且消除對人體、儀器及環境之有害影響。
已在以上參考實施例描述本發明，但此僅描述例如本發明之技術觀點，且因此不限於該等實施例。應瞭解，本發明之各種實施例可由熟習此項技術者設想。本發明之範疇將僅取決於附加申請專利範圍。
1‧‧‧裝置封裝設施
10‧‧‧安裝單元
20‧‧‧轉移單元
30‧‧‧處理單元

Claims (15)

  1. 一種裝置封裝方法，該裝置封裝方法包含以下步驟：在第一裝置與第二裝置之間提供鄰苯二甲酸酯以將該第一裝置及該第二裝置彼此附接；熱處理彼此附接之該第一裝置及該第二裝置，以移除該鄰苯二甲酸酯；以及熱處理該第一裝置及該第二裝置以將該第一裝置及該第二裝置彼此固定。
  2. 如請求項1之裝置封裝方法，其中該第一裝置包含以下至少一者：一焊球、一半導體晶片及一基板；該第二裝置包含該半導體晶片及該基板之至少一者。
  3. 如請求項1之裝置封裝方法，其中該鄰苯二甲酸酯包含鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)及鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)之至少一者。
  4. 如請求項1之裝置封裝方法，其中該第一裝置及該第二裝置之該附接包含將該第一裝置之一突出部分浸沒於該鄰苯二甲酸酯中以將該鄰苯二甲酸酯塗覆於該突出部分；移動該第一裝置及該第二裝置之至少一者以允許該突出部分接觸該第二裝置。
  5. 如請求項1之裝置封裝方法，其中該第一裝置及該第二裝置之該附接包含將該鄰苯二甲酸酯塗覆於該第一 裝置及該第二裝置之至少一者；移動該第一裝置及該第二裝置之至少一者以允許該第一裝置及該第二裝置於塗佈有該鄰苯二甲酸酯之該部分上彼此接觸。
  6. 如請求項1之裝置封裝方法，其中該第一裝置及該第二裝置之該附接包含將由該鄰苯二甲酸酯形成之一薄膜提供至該第一裝置及該第二裝置之至少一者；移動該第一裝置及該第二裝置之至少一者以允許該第一裝置及該第二裝置於塗佈有該鄰苯二甲酸酯之該部分上彼此接觸。
  7. 如請求項1之裝置封裝方法，其中該第一裝置及該第二裝置之該附接包含使該第一裝置及該第二裝置彼此接觸；提供該鄰苯二甲酸酯至該第一裝置與該第二裝置之間的一接觸部分之一邊緣，以允許該鄰苯二甲酸酯得以吸收於該第一裝置與該第二裝置之間的一邊界上。
  8. 如請求項1之裝置封裝方法，其中該鄰苯二甲酸酯之該移除包含在一第一溫度下預熱彼此附接之該第一裝置及該第二裝置以移除該鄰苯二甲酸酯；該第一裝置及該第二裝置之該固定包含在大於該第一溫度之一第二溫度下加熱該第一裝置及該第二裝置，以熔融安置於該第一裝置與該第二裝置上之一黏結材料； 在小於該第二溫度之一第三溫度下冷卻該第一裝置及該第二裝置以固化該黏結材料。
  9. 如請求項8之裝置封裝方法，其中該第一溫度低於該鄰苯二甲酸酯之一沸點；該第二溫度大於或等於該黏結材料之一熔點；該第三溫度小於該黏結材料之該熔點。
  10. 如請求項8之裝置封裝方法，其中該鄰苯二甲酸酯之該移除包括在180℃至220℃之一溫度下預熱彼此附接之該第一裝置及該第二裝置。
  11. 如請求項10之裝置封裝方法，其中該第一裝置及該第二裝置之該預熱包含在180℃至220℃之該溫度下預熱彼此附接之該第一裝置及該第二裝置歷時60秒。
  12. 如請求項8之裝置封裝方法，其中該鄰苯二甲酸酯之該移除包含在一大氣壓或小於該大氣壓之一壓力下預熱彼此附接之該第一裝置及該第二裝置。
  13. 如請求項8之裝置封裝方法，其中該鄰苯二甲酸酯之該移除包含在該第一溫度下預熱彼此附接之該第一裝置及該第二裝置，同時使該第一裝置及該第二裝置暴露於氮或含氮甲酸蒸氣。
  14. 如請求項8之裝置封裝方法，其進一步包含在該鄰苯二甲酸酯之該移除之後，在大於該第一溫度之一第四溫度下、於一大氣壓或小於該大氣壓之一壓力下加熱該第一裝置及該第二裝置，同時使該第一裝置及該第二裝置暴露於甲酸蒸氣以移除該黏結材料之一表面上 形成的雜質。
  15. 如請求項1之裝置封裝方法，其中將彼此固定之該第一裝置及該第二裝置自該裝置封裝設施取出且藉由一檢查設施檢查。
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