WO2008025764A1 - Einrichtung zum benetzen der bumps eines halbleiterchips mit einer flüssigen substanz - Google Patents

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WO2008025764A1
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bumps
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wetting
steel sheet
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Dominik Werne
Damian Baumann
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Oerlikon Assembly Equipment Ag, Steinhausen
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    • H05K3/3436—Leadless components having an array of bottom contacts, e.g. pad grid array or ball grid array components

Definitions

  • the invention relates to a device for wetting the bumps of a semiconductor chip with a liquid substance, such as a Lötmannstoff.
  • a technology is widely used, in which the semiconductor chips are first attached by means of a so-called Die Bonders on a substrate. Subsequently, the electrical pads of the semiconductor chip are wired to the substrate by means of a so-called wire bonder.
  • Another technology is the flip-chip technology, in which the connection surfaces of the semiconductor chip are provided with a so-called bump.
  • the semiconductor chip When mounting on a substrate, the semiconductor chip is turned, which is referred to in the jargon as "flip.” Then, the bumps of the semiconductor chip are wetted with a soldering flux For this purpose, the bumps of the semiconductor chip are immersed, for example, in a soldering flux-filled cavity Semiconductor chip placed on the substrate, wherein the bumps contact electrical pads of the substrate., Then the semiconductor chip and the substrate are soldered in an oven.
  • a device for wetting the bumps of a semiconductor chip with a Lötmann für a is known from CH 694634.
  • This device includes a base plate having at least one cavity filled with solder flux.
  • the height of the solder flux layer in the cavity is usually in a range of 0 to 200 micrometers.
  • a steel plate is used as the base plate, which is milled from the solid and machined to obtain a flat surface with the required fineness. Subsequently, the cavity is formed by milling.
  • the preparation of the base plate and the cavity is very expensive and correspondingly expensive.
  • the invention has for its object to develop such a device that is easier and cheaper to produce.
  • the base plate with the milled cavity by a system consisting of a support plate and a (replaceable) steel sheet is replaced with a cavity.
  • a steel sheet is z. B. a standard available sheet, the Surface quality according to DIN EN 10130 has the surface type "best surface” and is executed in the surface finish "particularly smooth”. The surface type "best surface” is marked in this DIN standard with the letter "B", the surface version "particularly smooth” with the letter "b".
  • DC 04 denotes a steel grade, satisfies the requirements of fineness or roughness of the surface, and the cavity is preferably made by etching Their surface then appears to the human eye as a matte surface compared to the rest of the surface of the steel sheet, but the cavity can also be made by another material-removing process, such as milling or grinding.
  • 1, 2 shows a plan view or side view of a device for wetting the bumps of a semiconductor chip according to CH 694634
  • FIG. 3 shows a base plate of this device with a cavity
  • FIG. 4 shows a carrier plate
  • FIG. 5 shows a steel plate with two cavities.
  • the device 1 shows in plan view and in side view a known from CH 694634 device 1 for wetting the bumps of a semiconductor chip with a liquid substance such as a Lötmann für karasis, electrically conductive epoxy or solder paste.
  • the device 1 consists of an elongated base plate 2, in which at least one cavity 3 is incorporated, and a downwardly open container 4 for receiving the liquid substance. In operation, the container 4 slides at a predetermined speed on the base plate 2 between two positions Pi and P 2 back and forth, which are located on the left and right of the cavities 3.
  • the drive of the container 4 is z.
  • the carriage consists of a lower and an upper carriage part 8a and 8b.
  • the container 4 has two bolts 10 which are mounted in a circular recess in the upper slide part 8b.
  • the upper slide member 8b is pulled by a spring against the lower slide member 8a toward the base plate 2, so that the lower edge of the container 4 is pressed against the base plate 2 with a predetermined force.
  • the carriage 8 itself is reciprocated by means of a not shown, for example pneumatic drive along a parallel to the base plate extending guide rail 9, wherein the sliding on the base plate 2 container 4 is moved.
  • the cavity 3 shows the cavity 3 filled with a soldering flux 12 as a liquid substance.
  • the thickness d of the flux layer is less than the depth t of the cavity 3 by about 20 to 30 ⁇ m, but solder flux 12 along the circumference of the cavity 3 extends to the upper edge 13 of the cavity 3.
  • the cavity 3 is homogeneously filled with flux 12, wherein the viscosity of the flux 12 in a wide range of at least 8 to 45 Ns / m (8000 to 45000 cp) is irrelevant. When immersing a bumped semiconductor chip in the cavity 3, therefore, all bumps are wetted equally with soldering flux.
  • the base plate 2 is replaced by a carrier plate 14 and a steel plate 15 which can be fastened interchangeably on the carrier plate 14 with a single or multiple cavities 3.
  • a carrier plate 14 On the rear side of the carrier plate 14 at least one magnet 16, preferably a plurality of magnets 16 is arranged.
  • the magnets 16 are preferably housed in recesses 17 in the back of the support plate 14. If the steel sheet 15 is placed on the front of the support plate 14, then it is pulled by the force of the magnets 16 against the support plate 14.
  • the steel sheet 15 facing the front of the support plate 14 is a flat surface, i. E. an area without depressions or elevations. Such a surface is easier to manufacture than a surface bounded by an elevation.
  • additional parts 18 are secured to the support plate 14 which project beyond the edge of the front side. These parts 18 are, for example, attached to the opposite end faces of the support plate 14 U-shaped body.
  • the at least one cavity 3 of the steel sheet 15 is preferably produced by etching.
  • the resulting surface of the cavity appears to the human eye as a matte surface, while the not machined in the production of the cavity surface of the front of the steel sheet 15 appears as a smooth surface.
  • the at least one cavity 3 can also be produced by another material-removing method, for example milling or grinding. A surface made by milling or grinding is perceived as a shiny surface. If the surface is made by milling, it also has traces left by the milling head during manufacture.
  • the support plate 14 To provide a high degree of process accuracy, only the support plate 14 must be made with the appropriate accuracy.
  • the designed as a flat surface front of the support plate 14 is easier to produce than a base plate with a cavity.
  • the support plate 14 is not subject to wear. It can be permanently installed in the assembly machine become.
  • the steel sheet 15 is subject to wear during operation.
  • the replacement of the steel sheet 15 is much cheaper than the replacement of a base plate with milled cavities.
  • the steel sheet 15 can also be easily and quickly replaced if the depth of the cavity 3 must be adapted to changing production conditions.
  • Such a system consisting of the support plate 14 and the exchangeable steel sheets 15 can be used for example in a device for wetting the bumps of a semiconductor chip, which is otherwise constructed according to the teaching of CH 694634 or WO 01/35709. However, the use is not limited to such a construction.

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Abstract

Eine Einrichtung zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips mit Lötflussmittel enthält eine Trägerplatte (14) mit einer Vorderseite und einer Rückseite und ein auf der Vorderseite der Trägerplatte (14) lösbar befestigbares Stahlblech (15) mit mindestens einer Kavität (3). Die Kavität wird bevorzugt durch Ätzen hergestellt. Bevorzugt ist auf der Rückseite der Trägerplatte (14) mindestens ein Magnet (16) angeordnet, um das Stahlblech (15) festzuhalten.

Description

Einrichtung zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips mit einer flüssigen Substanz
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips mit einer flüssigen Substanz, wie beispielsweise einem Lötflussmittel.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Für die Montage von Halbleiterchips ist eine Technologie weit verbreitet, bei der die Halbleiterchips zunächst mittels eines sogenannten Die Bonders auf einem Substrat befestigt werden. Anschliessend werden die elektrischen Anschlussflächen des Halbleiterchips mittels eines sogenannten Wire Bonders mit dem Substrat verdrahtet. Eine andere Technologie ist die Flipchip Technologie, bei der die Anschlussflächen des Halbleiterchips mit einem sogenannten Bump versehen werden. Bei der Montage auf einem Substrat wird der Halbleiterchip gewendet, was im Fachjargon als „flip" bezeichnet wird. Dann werden die Bumps des Halbleiterchips mit einem Lötflussmittel benetzt. Dazu werden die Bumps des Halbleiterchips beispielsweise in eine mit Lötflussmittel gefüllte Kavität eingetaucht. Anschliessend wird der Halbleiterchip auf dem Substrat platziert, wobei die Bumps elektrische Anschlussflächen des Substrats kontaktieren. Dann werden der Halbleiterchip und das Substrat in einem Ofen verlötet.
[0003] Eine Einrichtung zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips mit einem Lötflussmittel gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der CH 694634 bekannt. Diese Einrichtung enthält eine Grundplatte mit mindestens einer Kavität, die mit Lötflussmittel gefüllt ist. Die Höhe der Lötflussmittelschicht in der Kavität liegt üblicherweise in einem Bereich von 0 bis 200 Mikrometer. Um eine gleichmässige Dicke der Lötflussmittelschicht zu erhalten, wird als Grundplatte eine Stahlplatte verwendet, die aus dem vollen gefräst und mechanisch bearbeitet wird, um eine ebene Oberfläche mit der geforderten Feinheit zu erhalten. Anschliessend wird die Kavität durch Fräsen gebildet. Die Herstellung der Grundplatte und der Kavität ist sehr aufwendig und entsprechend teuer.
[0004] Weitere Einrichtungen zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips sind bekannt aus der EP 789391, der WO 01/35709 und der JP 8340175.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Einrichtung zu entwickeln, die einfacher und billiger herstellbar ist.
[0006] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0007] Die Lösung der oben genannten Aufgabe gelingt, indem die Grundplatte mit der gefrästen Kavität durch ein System bestehend aus einer Trägerplatte und einem (auswechselbaren) Stahlblech mit einer Kavität ersetzt wird. Als Stahlblech eignet sich z. B. ein standardmässig erhältliches Blech, dessen Oberflächenqualität nach DIN EN 10130 die Oberflächenart „beste Oberfläche" aufweist und in der Oberflächenausführung „besonders glatt" ausgeführt ist. Die Oberflächenart „beste Oberfläche" wird in dieser DIN Norm mit dem Buchstaben „B", die Oberflächenausführung „besonders glatt" mit dem Buchstaben „b" gekennzeichnet. Ein Beispiel ist das Blech mit der Bezeichnung „EN 10130 - DC 04B b". Dieses Blech aus DC 04, wobei DC 04 eine Stahlsorte bezeichnet, genügt den an die Feinheit bzw. Rauigkeit der Oberfläche gestellten Anforderungen. Die Kavität wird vorzugsweise durch Ätzen hergestellt. Ihre Oberfläche erscheint dann dem menschlichen Auge im Vergleich zur übrigen Oberfläche des Stahlblechs als matte Oberfläche. Die Kavität kann aber auch durch ein anderes materialabtragendes Verfahren hergestellt werden, beispielsweise Fräsen oder Schleifen.
[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet.
Beschreibung der Figuren
Fig. 1 , 2 zeigt in Aufsicht bzw. seitlicher Ansicht eine Einrichtung zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips gemäss der CH 694634,
Fig. 3 zeigt eine Grundplatte dieser Einrichtung mit einer Kavität, Fig. 4 zeigt eine Trägerplatte, Fig. 5 zeigt ein Stahlblech mit zwei Kavitäten.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0009] Die Fig. 1 und 2 zeigen in der Aufsicht und in seitlicher Ansicht eine aus der CH 694634 bekannte Einrichtung 1 zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips mit einer flüssigen Substanz wie beispielsweise einem Lötflussmittel, elektrisch leitendem Epoxy oder Lötpaste. Die Einrichtung 1 besteht aus einer länglichen Grundplatte 2, in die wenigstens eine Kavität 3 eingearbeitet ist, und einem nach unten offenen Behälter 4 zur Aufnahme der flüssigen Substanz. Im Betrieb gleitet der Behälter 4 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit auf der Grundplatte 2 zwischen zwei Positionen Pi und P2 hin- und her, die sich links und rechts der Kavitäten 3 befinden.
[0010] Der Antrieb des Behälters 4 erfolgt z. B. mittels eines Schlittens, an dem der Behälter 4 lösbar befestigt ist. Der Schlitten besteht aus einem unteren und einem oberen Schlittenteil 8a bzw. 8b. Der Behälter 4 weist zwei Bolzen 10 auf, die in einer kreisförmigen Ausnehmung im oberen Schlittenteil 8b gelagert sind. Der obere Schlittenteil 8b wird mittels einer Feder gegen den unteren Schlittenteil 8a in Richtung gegen die Grundplatte 2 gezogen, so dass der untere Rand des Behälters 4 mit einer vorbestimmten Kraft gegen die Grundplatte 2 gedrückt wird. Der Schlitten 8 selbst wird mittels eines nicht dargestellten, beispielsweise pneumatischen Antriebs entlang einer parallel zur Grundplatte verlaufenden Führungsschiene 9 hin- und her bewegt, wobei der auf der Grundplatte 2 gleitende Behälter 4 mitbewegt wird. [0011] Die Fig. 3 zeigt die mit einem Lötflussmittel 12 als flüssiger Substanz gefüllte Kavität 3. Die Dicke d der Flussmittelschicht ist um etwa 20 bis 30 μm geringer als die Tiefe t der Kavität 3, wobei aber Lötflussmittel 12 entlang des Umfangs der Kavität 3 bis zum oberen Rand 13 der Kavität 3 reicht. Die Kavität 3 ist homogen mit Flussmittel 12 gefüllt, wobei die Viskosität des Flussmittels 12 in einem weiten Bereich von mindestens 8 bis 45 Ns/m (8000 bis 45000 cp) keine Rolle spielt. Beim Eintauchen eines mit Bumps versehenen Halbleiterchips in die Kavität 3 werden daher alle Bumps gleichermassen mit Lötflussmittel benetzt.
[0012] Die Erfindung wird nun an Hand der Fig. 4 und 5 erläutert. Erfindungsgemäss wird die Grundplatte 2 ersetzt durch eine Trägerplatte 14 und ein auswechselbar auf der Trägerplatte 14 befestigbares Stahlblech 15 mit einer einzigen oder mehreren Kavitäten 3. Auf der Rückseite der Trägerplatte 14 ist mindestens ein Magnet 16, vorzugsweise mehrere Magnete 16 angeordnet. Die Magnete 16 sind bevorzugt in Vertiefungen 17 in der Rückseite der Trägerplatte 14 untergebracht. Wenn das Stahlblech 15 auf die Vorderseite der Trägerplatte 14 gelegt wird, dann wird es von der Kraft der Magnete 16 gegen die Trägerplatte 14 gezogen.
[0013] Vorzugsweise ist die dem Stahlblech 15 zugewandte Vorderseite der Trägerplatte 14 eine ebene Fläche, d.h. eine Fläche ohne Vertiefungen oder Erhöhungen. Eine solche Fläche ist einfacher in der Herstellung als eine durch eine Erhöhung berandete Fläche. Damit das Stahlblech 15 beim Einsetzen in der richtigen Position auf der Trägerplatte 14 zur Auflage kommt und während des Betriebs nicht verrutscht, sind zusätzliche Teile 18 an der Trägerplatte 14 befestigt, die über den Rand der Vorderseite vorstehen. Diese Teile 18 sind beispielsweise an den gegenüberliegenden Stirnseiten der Trägerplatte 14 befestigte u-fÖrmige Körper.
[0014] Die mindestens eine Kavität 3 des Stahlblechs 15 wird vorzugsweise durch Ätzen hergestellt. Die dabei entstehende Oberfläche der Kavität erscheint dem menschlichen Auge als matte Oberfläche, während die bei der Herstellung der Kavität nicht bearbeitete Fläche der Vorderseite des Stahlblechs 15 als glatte Oberfläche erscheint. Die mindestens eine Kavität 3 kann aber auch durch ein anderes materialabtragendes Verfahren hergestellt werden, beispielsweise Fräsen oder Schleifen. Eine durch Fräsen oder Schleifen hergestellte Oberfläche wird als glänzende Oberfläche wahrgenommen. Wenn die Oberfläche durch Fräsen hergestellt wird, weist sie zudem Spuren auf, die der Fräskopf bei der Herstellung hinterlassen hat.
[0015] Die erfmdungsgemässe Einrichtung bietet mehrere Vorteile:
- Um eine hohe Prozessgenauigkeit zu bieten, muss nur noch die Trägerplatte 14 mit entsprechender Genauigkeit hergestellt werden. Die als plane Fläche ausgeführte Vorderseite der Trägerplatte 14 ist einfacher herstellbar als eine Grundplatte mit einer Kavität.
- Die Trägerplatte 14 unterliegt keinem Verschleiss. Sie kann fest in den Montageautomaten eingebaut werden.
- Die Herstellung der mindestens einen Kavität 3 im Stahlblech 15 durch Ätzen ist wesentlich kostengünstiger als die Herstellung durch Fräsen.
- Das Stahlblech 15 unterliegt im Betrieb einem Verschleiss. Der Ersatz des Stahlblechs 15 ist wesentlich kostengünstiger als der Ersatz einer Grundplatte mit gefrästen Kavitäten.
- Das Stahlblech 15 lässt sich auch einfach und schnell auswechseln, wenn die Tiefe der Kavität 3 an wechselnde Produktionsbedingungen angepasst werden muss.
[0016] Ein solches System bestehend aus der Trägerplatte 14 und den auswechselbaren Stahlblechen 15 kann beispielsweise in eine Einrichtung zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips eingesetzt werden, die im übrigen gemäss der Lehre der CH 694634 oder der WO 01/35709 aufgebaut ist. Der Einsatz ist jedoch nicht auf eine solche Konstruktionen begrenzt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zum Benetzen der Bumps eines Halbleiterchips mit einer flüssigen Substanz, mit mindestens einer Kavität (3) für die Aufnahme von flüssiger Substanz, wobei die Halbleiterchips zum Benetzen der Bumps in die mindestens eine Kavität (3) eingetaucht werden, gekennzeichnet durch
- eine Trägerplatte (14) mit einer Vorderseite und einer Rückseite, und
- ein auf der Vorderseite der Trägerplatte (14) lösbar befestigbares Stahlblech (15) mit der mindestens einen Kavität (3).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kavität (3) dem menschlichen Auge im Vergleich zur übrigen Oberfläche des Stahlblechs (15) als matte Oberfläche erscheint.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite der Trägerplatte (14) mindestens ein Magnet (16) angeordnet ist.
PCT/EP2007/058916 2006-09-01 2007-08-28 Einrichtung zum benetzen der bumps eines halbleiterchips mit einer flüssigen substanz WO2008025764A1 (de)

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