專利名稱：用于在倒裝芯片封裝中模制下層填料的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體領域，更具體地，涉及用于在倒裝芯片封裝中模制下層填料的裝置和方法。
背景技術：
現(xiàn)有的高級半導體加工處理中，通常要求下層填料材料位于在集成電路管芯和襯底之間提供物理連接和電連接的連接件末端周圍。球柵陣列(“BGA”)和倒裝芯片集成電路封裝通常包括一個或多個安裝于襯底表面的集成電路管芯。襯底可進一步經(jīng)過過模制(overmold)以進一步保護集成電路器件。在一個BGA的實例中，在襯底的相反表面或襯底的指定區(qū)域中，該襯底具有提供與系統(tǒng)主板電連通性的外部球柵陣列連接件。在倒裝芯片封裝中，在將倒裝芯片集成電路安裝到襯底上之后，提供下層填料材料。該下層填料可通過毛細管分配法(capillary dispensing)來提供,其中液體下層填料通過毛細管作用在管芯下方流動。在下層填料分配并固化之后，可進行過模制(重疊注塑，overmolding)工藝,該工藝提供了用于倒裝芯片集成電路的模制化合物封裝。這種方法需要若干步驟并且是耗時的。該下層填料提供了應力解除緩沖并保護連接件和集成電路管芯不受機械應力，例如由熱循環(huán)引起的機械應力。最近已經(jīng)使用了模制下層填料(“MUF”)。在MUF工藝中，不需要單獨的過模制工藝。MUF材料提供位于集成電路管芯之下且圍繞連接件的下層填料以及保護性過模制封裝。然而，在安裝倒裝芯片的集成電路中形成模制的下層填料的已知方法存在一些問題。在MUF材料中通常會形成孔穴，觀察到MUF和襯底的翹曲，以及已知工藝對于MUF缺少良好的工藝控制以及完成的器件中的一致性，從而導致低產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種方法，包括:在第一溫度下，將倒裝芯片襯底裝載到模壓件的上模具和下模具中所選擇的一個中，其中，在倒裝芯片襯底上包含至少一個倒裝芯片安裝的集成電路；將上模具和下模具中的至少之一中的模制的下層填料材料覆蓋在倒裝芯片襯底上和至少一個集成電路上，同時將上模具和下模具保持在第一溫度，第一溫度低于模制的下層填料材料的熔化溫度；將上模具和下模具封閉在一起以形成密封的模腔并在模腔中產(chǎn)生真空；將模制的下層填料材料的溫度升高至高于模制的下層填料材料的熔點的第二溫度，以使得模制的下層填料材料在倒裝芯片襯底的上方并在至少一個倒裝芯片安裝的集成電路的下方流動，形成下層填料層并形成塑模層；將倒裝芯片襯底和模腔冷卻至基本低于模制的下層填料材料的熔化溫度的第三溫度；以及隨后打開上模具和下模具，從而暴露倒裝芯片襯底以用于卸載。其中，裝載倒裝芯片襯底的步驟包括將倒裝芯片襯底裝載到下模具中。其中，裝載倒裝芯片襯底的步驟包括將倒裝芯片襯底裝載到上模具中。其中，升高溫度的步驟進一步包括激活模壓件的上模具和下模具中的加熱器，上模具和下模具是導熱的。其中，升高溫度的步驟進一步包括激活位于模壓件的上模具上方和下模具下方的紅外線源，上模具和下模具是紅外線輻射可透過的。其中，裝載倒裝芯片襯底的步驟進一步包括在上模具和下模具中的至少一個的部分上方提供模制剝離膜。其中，第一溫度大約為25攝氏度。其中，第三溫度大約為25攝氏度。其中，第二溫度為125至135攝氏度。其中，模制的下層填料材料為環(huán)氧樹脂，其在室溫下為固態(tài)。其中，裝載倒裝芯片襯底的步驟進一步包括裝載半導體襯底。此外，還提供了一種裝置，包括:模壓件，包括上模具和下模具，上模具和下模具包含紅外線輻射可透過的材料；以及紅外線燈，被設置用于為上模具和下模具提供紅外線輻射。該裝置進一步包括剝離膜提供裝置，用于在模壓件的上模具和下模具中的至少一個的上方提供剝離膜。該裝置進一步包括真空提供裝置，用于在通過將上模具和下模具封閉在一起而形成的腔中提供真空。該裝置進一步包括液壓臂，用于將上模具和下模具壓在一起。其中，上模具和下模具還包含聚碳酸酯。此外，還提供了一種方法，包括:將半導體襯底裝載到模壓件的上模具和下模具中的一個中，其中，在半導體襯底上包含安裝有多個倒裝芯片安裝的集成電路，上模具和下模具處于第一溫度；將模制的下層填料層裝載到上模具和下模具中的一個中，同時使上模具和下模具保持在第一溫度，模制的下層填料層在第一溫度為固態(tài)，并覆蓋多個倒裝芯片安裝的集成電路；封閉模壓件的上模具和下模具，以形成含有半導體襯底和模制的下層填料層的密封腔；向密封腔提供真空以產(chǎn)生小于大約I托的真空，同時使半導體襯底和模制的下層填料層的溫度保持在第一溫度；將半導體襯底和模制的下層填料層加熱至高于模制的下層填料層的熔化溫度的第二溫度，以使得模制的下層填料層在半導體襯底上方流動并在多個倒裝芯片安裝的集成電路下方形成下層填料，同時在倒裝芯片安裝的集成電路上方形成塑模封裝層；將半導體襯底冷卻至基本低于模制的下層填料層的熔化溫度的第三溫度；以及打開上模具和下模具，以用于卸載模壓件。其中，加熱半導體襯底的步驟包括向上模具和下模具施加熱，上模具和下模具由導熱材料形成。其中，加熱半導體襯底的步驟包括向上模具和下模具施加紅外線輻射，上模具和下模具由紅外線可透過的材料形成。其中，冷卻半導體襯底的步驟進一步包括利用選自主要由氣體冷卻、液體冷卻、和加壓空氣冷卻組成的組中的一種方式進行冷卻。


為了更加完整地理解本發(fā)明披露內(nèi)容，及其優(yōu)點，參照附圖理解以下描述，其中:
圖1示出了一種實施例中使用的倒裝芯片襯底的橫截面圖；圖2示出了一種方法實施例的中間處理階段中的模壓件(mold press)和倒裝芯片襯底的模具(mold chase)的橫截面圖；圖3示出了圖2的模壓件和該實施例的接下來的附加處理步驟的襯底的橫截面圖；圖4示出了倒裝芯片襯底的該方法實施例的另一個處理步驟中圖3的模壓件的橫截面圖；圖5示出了該方法實施例的接下來的附加處理步驟中的圖4的模壓件和襯底的另一橫截面圖；圖6示出了襯底的中間處理步驟中的一種替代實施例的模壓件和模具的橫截面圖；圖7示出了該方法實施例的接下來的附加處理步驟中圖6的模壓件和襯底的橫截面圖；圖8示出了該方法實施例的接下來的附加處理步驟中圖7的模壓件和襯底的另一橫截面圖；圖9示出了該方法實施例的接下來的附加處理步驟中圖8的模壓件和襯底的另一橫截面圖；圖10示出了中間處理步驟中的一種替代裝置實施例模壓件和襯底的橫截面圖；圖11示出了接下來的附加處理步驟的圖10的模壓件的橫截面圖；以及圖12示出了示例性方法實施例的流程圖。附圖、說明和圖表均僅是為了說明而不是意在限制，本文披露內(nèi)容的實施例的實施例僅僅是出于舉例說明的目的，而不是對范圍的限制。
具體實施例方式下文中詳細討論了實施例的制造和使用。然而，應當理解，本發(fā)明披露的內(nèi)容可適用于能夠在各種具體場合實施的發(fā)明構思。所討論的具體實施例僅僅是說明性的，而不是限制本文披露內(nèi)容的范圍?，F(xiàn)在詳細描述的本發(fā)明的實施例提供了在真空輔助的模制方法中利用溫度控制模制提供MUF的新方法和裝置。剝離膜(release film)可被用于更容易地釋放完成的器件。在一種實施例中，在工藝的所有階段利用模壓件的改進溫度控制以及MUF來提供材料的熔化和固化的精確控制。在先前已知的工藝方法中觀察到的MUF材料和襯底的孔穴和翹曲得到減少或消除。無需實質(zhì)上改變材料、襯底或集成電路管芯就能夠?qū)崿F(xiàn)該方法實施例。圖1示出了一種實施例中使用的示例性倒裝芯片襯底的橫截面圖。在一個非限制性實施例中，襯底13可以是半導體晶片、或晶片的一部分。該晶片可以是硅、砷化鎵、絕緣體上硅(“SOI”)或其他類似的材料。該晶片可以包括無源器件，例如電阻器、電容器、感應器等，或有源器件，例如晶體管。在一示例性實施例中，該半導體晶片襯底13可以包括附加的集成電路。然而，在備選的實施例中，該襯底13也可以是其他材料?？梢允褂枚鄬与娐钒濉Ｒr底13可以使BT樹脂、FR4、陶瓷、玻璃、塑料、磁帶、薄膜、或可帶有容納倒裝芯片集成電路管芯11的連接件終端15所需的導電焊盤或接合件(land)的其他支持材料。
圖1中示出了安裝至襯底13的被設置為倒裝芯片集成電路的集成電路11。在集成電路的倒裝芯片安裝中，集成電路管芯將諸如15的連接件設置在該集成電路的焊墊終端上。在一個非限制性實施例中，該連接件可以是焊料凸起(solder bump)。該焊料可以是鉛基的，或可替代地其可以是不含鉛的，例如是銀、銅、或錫組分。該凸起是與在回流工藝中使用的具有共同熔點的共熔點混合物(eutectics)。該焊料凸起可利用電焊或化學焊技術進行鍍覆，或利用篩網(wǎng)印刷(screening)或噴印技術形成。連接件15也可以是其他的類型，例如銅柱或金柱、導電樁、或C4柱。在一種示例性實施例中，焊料凸起用作連接件15而集成電路11倒裝于其上、與其對齊、并置于襯底13上從而使得連接件15與襯底13上的接合件接觸放置。然后，倒裝芯片集成電路11和連接件15可經(jīng)歷熱焊接回流步驟以使得連接件15與襯底13形成電連接和物理連接?？梢允褂糜糜诮M裝圖1的實施例的其他方法，當然，實施例不限于這些實例?，F(xiàn)在襯底13和集成電路管芯11已經(jīng)準備好用于下層填料步驟。在集成電路管芯11和襯底13的表面之間需要下層填料材料。連接件15也需要應力釋放以防止連接件在操作過程中出現(xiàn)裂紋或者襯底或集成電路管芯11出現(xiàn)隆起(lift off)，這是由于在操作時集成電路管芯11會變得非常熱。會發(fā)生熱膨脹和收縮。下層填料材料會減少機械應力，否則該機械應力會導致連接件15的故障，或者導致集成電路管芯11出現(xiàn)裂紋。形成下層填料的傳統(tǒng)方法包括毛細管分配法，其中利用毛細管作用使液體材料在管芯下方流動。這被稱為毛細管下層填料，或“CUF”。然而，這種方法需要若干個步驟。而且傳統(tǒng)的毛細管下層填料通常在過模制工藝之后進行，以形成最終的封裝，用于保護集成電路管芯11的背側。這需要附加的處理。最近，也已使用了 MUF下層填料工藝。在已知的方法中，使用具有上模具和下模具的模壓件。該模壓件具有加熱和壓縮能力。利用模壓件模制MUF材料，在一個工藝中同時形成下層填料層和過模制封裝。這種方法減少了現(xiàn)有CUF的一些步驟以及過模制步驟，傳統(tǒng)的用于MUF的已知方法通常會導致在下層填料中形成孔穴，而MUF和襯底翹曲都會導致器件缺陷并導致完成的器件的產(chǎn)率低于期望產(chǎn)率。圖2示出了方法實施例的中間處理階段中的模壓件21的橫截面圖。在圖2中，倒裝芯片襯底10位于由下模具31和側邊33形成的腔中。倒裝芯片襯底10的集成電路11和連接件15在本文中未詳細示出，它們?nèi)鐖D1中所示安排。上模具27被示出為與下模具31對齊并且其具有對應于下模具31的側邊33的開口 26。模壓件21被這樣安排以使得槽27和31可移動開，從而進行裝載和卸載，并壓在一起以形成用于模制的密封模腔，如在下文中詳細描述的。模具27和31可由任何耐用的彈性材料形成，其能夠經(jīng)受所使用的溫度和壓力。通常，使用鋼和其他合金金屬。也可將諸如不粘涂層之類的涂層設置在模具27和31上。在圖2中，該實施例在橫截面中示出，模腔可以是矩形、正方形或圓形。作為利用半導體晶片作為襯底的一個實施例，方便的形成方式是為了提供具有適合尺寸的模壓件以容納用于晶片級處理(wafer level processing,“WAP”)的整個晶片,然而,該模壓件可處理晶片的一部分。該腔可以為正方形、矩形、或其他的形狀；這種形狀在圖2的橫截面中未示出。模壓件21可包括用于提供壓力以迫使上模具和下模具在模制過程中被壓在一起的液壓泵(hydraulic ram)。提供了可選的剝離膜25。模制剝離膜通過確保完成的模制器件能夠快速和容易地釋放，并通過提供足夠緊密的密封，以使得能夠形成真空，從而增強了模壓處理。該剝離膜25設置在輥軸23上并且對于每一塊襯底已預先提供了膜，從而使得每一次模制循環(huán)都具有新的剝離膜部分25。在一種備選實施例中，可將剝離膜設置在上模具27和下模具31的上方。所示的MUF層或膜35裝載在襯底10上方的模具31中。該MUF層的厚度可以為10 μ m至500 μ m，這取決于應用、襯底上的管芯、以及為MUF所選擇的材料。在一種示例性示出的實施例中，所提供的用于MUF的模制化合物為適合于形成側邊33中的槽31的在室溫下為液態(tài)的材料。在一備選實施例中，該模制化合物可以以粉末、液體、顆粒、膜或其他形式提供。然而，為了更好地控制MUF熔化和固化過程，如圖2中所示的固體膜形式是比較方便的。該MUF可以是環(huán)氧樹脂模制化合物并且可以包括，例如，用于調(diào)節(jié)熱膨脹系數(shù)(“CTE”)、控制吸水性、以及控制完成的模制化合物的彈性或模量的填料。塑料、樹脂、環(huán)氧樹脂、粘結劑、硬化劑、催化劑和脫模劑均為已知成分，它們可用于賦予MUF材料所需的熔化溫度(“Tg”)、流速和固化性能并為各種襯底和應用提供適當?shù)膽︶尫?。在一種示例性實施例中，該MUF材料可形成軟的、易彎折的層壓層(在室溫下是易彎折的)，其對于設置在襯底上的集成電路管芯上方是足夠硬的，如圖2所示。位于管芯上方的MUF不會妨礙真空工藝(如下文所述)。 如圖2中的垂直箭頭所示，上模具27和下模具31可以是開啟或關閉，用于裝載和卸載(在這些步驟中是開啟的)以及用于模制和固化(在這些步驟中是關閉的)。因此，上模具27和下模具31中的一者或二者可在垂直于腔的開口的方向上移動并允許進入。與傳統(tǒng)方法相反，在該實施例的MUF模制方法中，模壓件21、襯底10和MUF 35的溫度在整個工藝中都受到控制。在該實施例中，在圖2所示的裝載步驟中，模具27和31處于室溫或環(huán)境溫度，或至少是明顯低于MUF模制材料的熔點的溫度。例如，該模具可以為25攝氏度；它們可以是更熱的或更涼的，但溫度要低于100攝氏度。圖3示出了示例性方法實施例的真空步驟中的模壓件21和倒裝芯片襯底10。在圖3中，上模具27和下模具31的溫度仍然為初始溫度。MUF仍為固態(tài)并位于管芯的之上。如圖所示，通過使上模具27和下模具31彼此接觸而閉合閉合模制腔。下模具31的側邊33和剝離膜25形成于上模具27的密封，將膜推入開口 26中并密封該腔。提供真空以除去腔內(nèi)的任何氣體。持續(xù)施加真空直至達到至少I托(Torr)的高真空度,或甚至更低。真空的范圍為I托至0.1托。真空有助于減少或消除在隨后的熔化和固化過程中在MUF 35中形成孔穴。在這一階段，MUF 35仍位于倒裝芯片襯底10上的集成電路的上方；因此，該MUF并不妨礙真空。圖4示出了以下附加處理步驟的模壓件21和倒裝芯片襯底10。在圖2-圖4所示的方法實施例中，模壓件21在上模具27和下模具31中具有加熱棒29。在MUF熔化步驟中，模具27和31的溫度增加并且MUF溫度升高至高于MUF材料熔點的溫度。在一個實施例中，這個溫度可以是120攝氏度，而示例性的溫度范圍可以在120攝氏度至135攝氏度之間，但不限于該實施例。該熔化溫度足以引起MUF膜35熔化并流到集成電路管芯之間并位于襯底的表面上方的空間中，并在該集成電路的下方包圍連接件，從而形成無孔穴的下層填料。同時，MUF材料在集成電路管芯的背側上方形成并圍繞該集成電路管芯的側邊，從而在襯底10上形成過模制的封裝層。MUF 35之后在附加事件內(nèi)經(jīng)歷升高的溫度，以執(zhí)行MUF材料的熱固化。在熔化和固化階段，可通過液壓力或其他形式的力將槽27和31緊密地壓在一起以迫使MUF材料流動并完全填充集成電路管芯下方的空間而不形成孔穴。在熔化和固化步驟之后，在示例性方法實施例中，對模具27和31實施冷卻。在一種實施例中，關閉加熱棒29的電源并使模壓件21自然冷卻。在其他實施例中，加入冷卻設備，例如氣體或液體冷卻系統(tǒng)，或可替代地可以采用壓縮空氣，從而使得模具27和31能夠更快地被冷卻。冷卻步驟將襯底10和MUF材料35的溫度降低至明顯低于MUF材料熔點的溫度。例如，該溫度可以是室溫或低于100攝氏度的另一環(huán)境溫度。圖5示出了以下附加步驟的模壓件21。在模具27和31之后達到所需溫度后，襯底10在冷卻過程中達到明顯低于MUF材料熔點的所需溫度，例如室溫或大約25攝氏度，或另一具體溫度，通過除去模具27和31之一，或者二者，除了另一個之外，使模制腔開啟并打開模。剝離膜25確保襯底10上的過模制器件容易地從模具27種脫模，并且襯底10現(xiàn)在包括覆蓋管芯11并包圍連接件15的完整下層填料和過模制材料35?，F(xiàn)在可從模壓件21中除去該過模制倒裝芯片襯底10用于進一步處理,例如細化(singulation)或晶片切鋸或切成小塊、器件標記以及對于完成封裝器件所需的測試。通過在低溫下開啟模21，避免了在傳統(tǒng)MUF組裝過程中經(jīng)常發(fā)生的翹曲。MUF35和襯底10的翹曲會導致器件出現(xiàn)到足以另外的缺陷的裂紋、球形裂縫、以及孔穴。本申請的方法實施例避免了如現(xiàn)有技術這已知方法中的由于熱的過模制襯底偶然暴露于溫度較低的環(huán)境氣體而引起的翹曲。圖6示出了另一示例性實施例的橫截面圖。在橫截面圖中示出了模壓件61，在該示例性實施例中，襯底10被裝載到上模具27中并通過夾子63固定。如圖6所示，模壓件61對于開啟用于裝載。如圖1所示，倒裝芯片襯底10包括安裝在現(xiàn)在面朝下取向的襯底13上的集成電路11和連接件15。輥軸23再次提供剝離膜25，其被示出覆蓋下模具31。MUF膜或?qū)?5被描繪為裝載到下模具31中并位于剝離膜25的上方。下模具31中的開口 36對應于夾子63并為封閉的模提供密封。提供加熱棒29以使得能夠在之后的處理步驟中加熱該上模具27和下模具31，如下文所述。在圖6所示的中間裝載處理步驟中，襯底10以及模具27和31均處于基本低于MUF 35熔點的溫度，例如，室溫或大約25攝氏度。圖7在橫截面圖中示出了以下的附加處理步驟的圖6的模壓件61和襯底10。在圖7中，在模具27和31被封閉并且通過延伸到下模具31的開口 36中的剝離膜25和夾子63密封模制后施加真空(由圖中的水平箭頭指示)。持續(xù)施加真空直至達到非常低的水平，大約I托或更低，以從模中除去任何過量的氣體。在真空步驟中，襯底10以及模具27和31仍然保持冷卻或處于環(huán)境溫度。因此，MUF 35在裝載或真空步驟中不會開始融化。該方法實施例提供了一種與已知方法完全不同的新方法，已知方法通常在熱模壓中進行，其中MUF材料一旦被裝載到模中就立即熔化，這會使得形成孔穴。使用本申請的實施例通過控制每一步驟中的溫度而減少或消除了這些孔穴。圖8示出了以下的另一處理步驟的模壓件61和襯底10。在圖8中，將溫度升高至溶化和固化MUF材料35的溫度。也可以通過迫使兩個模具27和31在一起而施加壓制同時使MUF 35溶化以迫使MUF 35圍繞襯底10上的集成電路管芯11并在其下方流動。用于該處理的溫度選自高于所使用的特定MUF材料熔點的溫度。作為一個非限制性實例，該溫度的范圍為120至130攝氏度。在MUF 35溶化之后，仍保持高溫已固化該MUF 35材料并在襯底10上方形成過模制的封裝，從而為集成電路提供保護性封裝。在熔化和固化階段之后，將包括模具27和31的模壓件61以及現(xiàn)在包括MUF 35材料的襯底10冷卻。在一種實施例中，可以使用自然冷卻，但由于生產(chǎn)量的原因，在模壓件61這可以使用諸如加壓空氣、氣體或液體冷卻之類的冷卻機械裝置。當襯底10被冷卻至顯著低于MUF 35溶化溫度的溫度后,例如室溫或大約25攝氏度,模壓件61可以被開啟用于卸載。圖9示出了在卸載階段的模壓件61和襯底10。MUF 35現(xiàn)在形成了過模制的封裝以及安裝在倒裝芯片襯底10上的用于集成電路的下層填料材料。剝離膜25確保該襯底10可以容易地從模壓件61除去。然后可利用輥軸23使得膜25前進以使得為了下一次裝載循環(huán)使用新的膜?？纱蜷_夾子63以從上模具27除去襯底10。在上文圖2-圖9中描述的方法實施例中，可以使用傳統(tǒng)的模具材料例如鋼材或其他材料。這些材料可以是導熱性的，從而可以使用加熱棒和冷卻通道來控制和改變模具27和31的溫度，并由此加熱并冷卻該襯底10和MUF 35。圖10示出了可以使用替代裝置的實施例。在圖10中，在橫截面圖中示出了模壓件71。該模壓件71具有上模具57和下模具51。在圖10中示出的該模壓件71處于開啟位置。而且在該實施例中還提供了位于上模具57和下模具51上方的剝離膜25。示出了例如圖1中所示的襯底10裝載在下模具51上方并覆蓋剝離膜25。如上文所述，其可以是其上安裝有集成電路倒裝芯片的半導體晶片，或其可以是其他倒裝芯片襯底材料。示出了 MUF材料35的層位于集成電路的上方并示出了其在初始溫度(例如室溫)下為固態(tài)。可以其他的形式提供MUF 35，但固態(tài)或易彎折的固體層或膜35是方便的。在該實施例中，上模具57和下模具51由紅外輻射可透過的透明材料形成。例如模具57和51可由聚碳酸酯形成。可以使用補強的或“防彈”玻璃；這種材料可以包括聚碳酸酯、熱塑性塑料、層壓玻璃的層、或它們的組合。也可以使用其他材料，只要該材料對于IR輻射是可透過的即可。該模具材料無需通過模具材料的實際加熱就能溝通過紅外輻射。這使得加熱處理僅僅限于MUF材料35和襯底10，減少了所需的加熱和冷卻時間，從而增加了生產(chǎn)量。圖11示出了在MUF溶化步驟中圖10的模壓件71的橫截面圖。在模具57和51裝載并封閉后，在模腔內(nèi)制造了真空并建立了低于I托的強真空，該真空的范圍為I托至0.1托。然后MUF熔化完成。在該示例性實施例的方法中，通過從位于模具57和51上方和下方的IR源54施加紅外輻射對MUF進行加熱。由于IR可透過的模具材料和剝離膜25無需加熱就可穿過IR，因此加熱現(xiàn)在被定位于襯底10和MUF 35。MUF的溫度升高至高于該材料熔點的溫度。然后使MUF熔化并流入襯底10上的集成電路之間的區(qū)域中，并如前所述在該集成電路下方流動以形成下層填料層，并保持該MUF材料形成過模制的層從而保護襯底10上的集成電路。升高的溫度保持足以使MUF材料固化的一段時間。如圖11中的垂直箭頭所示，可通過在MUF熔化步驟中的模壓件71施加壓力以迫使MUF材料流到襯底10上的集成電路下方的空間中，并由此完成該空間的填充而不形成孔穴。該方法實施例中的其他步驟類似于上文所述，用封閉的模壓件71實施冷卻步驟并將襯底冷卻至基本低于MUF 35熔點的溫度，例如室溫。之后僅將模壓件71打開，以使得當打開時襯底和MUF 35冷卻，而不發(fā)生翹曲。上模具57和下模具51上的剝離膜25使得能夠容易地將襯底10從模壓件71除去。冷卻可通過僅關閉IR源54并使得襯底冷卻來完成(模壓件71將不會被加熱，因為其通過紅外能量)。在利用加壓空氣、液體或氣體對模壓件71進行冷卻時可縮短冷卻的時間。圖12以流程圖的方式示出了示例性方法實施例的步驟。在步驟81中，模在第一溫度打開，并將襯底裝載到模中。MUF材料在第一溫度下裝載到模中，該第一溫度可以是室溫或低于MUF熔點的其他溫度。在步驟83中，將模具封閉在一起并施加真空以在模腔中產(chǎn)生真空，溫度仍保持在第一溫度。在步驟85中，將襯底和MUF材料加熱至超過MUF材料熔點的溫度。在利用不透明的模具材料的實施例中，這可利用上模具和下模具中的加熱棒來完成。在利用IR可透過的模具材料的實施例中，可施加IR能量以將該MUF和襯底局部加熱至第二溫度。接著，該方法過渡到步驟87，其中MUF被固化并形成下層填料和過模制封裝。在步驟89中，在打開模壓件之前，襯底被冷卻至第一溫度或基本低于MUF熔點的溫度，以使得不會發(fā)生翹曲。最后，打開模具以用于卸載襯底。然后再過模制的器件上實施進一步處理，例如切成小塊、標記、以及測試。使用實施例的方法在整個模制下層填料工藝中控制MUF和倒裝芯片襯底溫度分布。通過在裝載過程中以及在真空階段中將溫度保持在較低溫度，該模制的下層填料保持固態(tài)并且在MUF熔化和固化階段中僅在溫度升高時開始熔化。與已知用于MUF加工的現(xiàn)有方法不同，通過使MUF材料保持不發(fā)生熔化直至裝載完成后并在模腔中提供真空而防止形成孔穴。而且，通過在打開模之前固化步驟之后冷卻襯底和MUF，減少或消除了在現(xiàn)有方法中觀察到的晶片翹曲的問題。實施例的方法增加了產(chǎn)率并改善了所獲得的結果，而沒有增加成本也不需要額外的材料。該實施例的方法對于具有安裝有精細間距的倒裝芯片器件的大晶片襯底是尤其有利的，當使用現(xiàn)有技術的MUF方法時經(jīng)常會觀察到下層填料中出現(xiàn)孔穴。在一種方法實施例中，該方法包括在第一溫度下將倒裝芯片襯底裝載到模壓件的上模具和下模具中所選擇的一個中，其中，該倒裝芯片襯底包含在該襯底上安裝有至少一個倒裝芯片的集成電路芯片；將該上模具和下模具中的至少之一中的模制的下層填料材料覆蓋在該倒裝芯片襯底上和至少一個集成電路上，同時將該上模具和下模具保持在第一溫度，該第一溫度低于該模制的下層填料材料的熔化溫度；將該上模具和下模具閉合在一起以形成密封的模腔并在該模腔中產(chǎn)生真空；將該模制的下層填料材料的溫度升高至高于該模制的下層填料材料熔點的第二溫度，以使得該模制的下層填料材料在該倒裝芯片襯底的上方流動并在安裝有至少一個倒裝芯片的集成電路的下方流動，形成下層填料層并形成過模制的層；將該倒裝芯片襯底和該模腔冷卻至基本低于模制的下層填料材料的熔化溫度的第三溫度；以及隨后打開該上模具和下模具以暴露該倒裝芯片襯底以用于卸載。在另一種方法實施例中，上述方法進一步包括將倒裝芯片襯底裝載到下模具中。在一種可替代的方式中，上述方法這樣實施或包括將該倒裝芯片襯底裝載到上模具中。在又一種方法實施例中，上述方法這樣實施或包括激活模壓件的上模具和下模具中的加熱器，該上模具和下模具是導熱的。在還有的另一種實施例中，上述方法包括升高溫度，進一步包括激活位于模壓件的上模具上方并位于下模具下方的紅外線源，該上模具和下模具是紅外輻射可透過的。在還有的另一種實施例中，上述方法包括在上模具和下模具中的至少一個的一部分上方提供模制的剝離膜。在還有的另一種方法實施例中，在上述方法中該第一溫度大約為25攝氏度。在另一種實施例中，在上述方法中，該第三溫度大約為25攝氏度。在另一種可替代的實施例中，在上述方法中，第二溫度為120至135攝氏度。在還有的另一種實施例中，該模制的下層填料材料為在室溫下為固態(tài)的環(huán)氧樹脂。在另一種可替代的實施例中，在上述方法中，該襯底包括半導體襯底。在一種裝置實施例中，所提供的模壓件具有上模具和下模具，該上模具和下模具包含紅外輻射可透過的材料，并且設置有紅外線燈以向該上模具和下模具提供紅外輻射。在另一種實施例中，采用剝離膜輔助材料以在模壓件的上模具和下模具中的至少之一上方提供剝離膜。在還有的另一種實施例中，該裝置包括適合于通過將上模具和下模具閉合在一起而在腔中提供真空的真空供應裝置。在還有的另一種實施例中，該裝置包括適合于將上模具和下模具壓制在一起的液壓臂。在還有的另一種實施例中，該上模具和下模具進一步包含聚碳酸酯。另一種方法實施例包括將包含其上安裝有多個倒裝芯片的集成電路的半導體襯底裝載到模壓件的上模具和下模具之一中，該上模具和下模具處于第一溫度；將模制的下層填料層裝載到上模具和下模具的至少之一中同時使該上模具和下模具保持在第一溫度，該模制的下層填料層在第一溫度為固態(tài)，并覆蓋安裝有多個倒裝芯片的集成電路；封閉該模壓件的上模具和下模具以形成含有半導體襯底和模制的下層填料層的密封腔；向該密封腔提供真空以產(chǎn)生小于大約I托的真空，同時使半導體襯底和模制的下層填料層的溫度保持在第一溫度；將該半導體襯底和該模制的下層填料層加熱至高于該模制的下層填料層熔化溫度的第二溫度，以使得該模制的下層填料層在半導體襯底上方流動并在安裝有多個倒裝芯片的集成電路下方形成下層填料，同時在該安裝有倒裝芯片的集成電路上方形成過模制的封裝層；將該半導體襯底冷卻至基本低于該模制的下層填料層熔化溫度的第三溫度；以及打開該上模具和下模具以用于卸載該模壓件。在另一種方法實施例中，上述方法這樣實施，其中加熱半導體襯底包括向上模具和下模具施加熱量，該上模具和下模具由導熱材料制成。在一種可替代的實施例中，上述方法這樣實施，其中加熱該半導體襯底包括向該上模具和下模具施加紅外輻射，該上模具和下模具由紅外線可透過的材料制成。在還有的另一種實施例中，上述方式這樣實施，其中冷卻該半導體襯底進一步包括利用選自基本上由氣體冷卻、液體冷卻、和加壓空氣冷卻組成的組中的一種施加冷卻。本申請的范圍不是意在限于在說明書中舉例說明的特定實施例的結構、方法和步驟。對于本領域普通技術人員而言，從本文公開內(nèi)容應當容易地理解，可以根據(jù)本發(fā)明披露內(nèi)容利用目前存在于本申請中的或之后發(fā)展得到的與本文中所述的相應實施例具有基本相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本相同效果的方法或步驟。因此，所附權利要求意在將這樣的方法或步驟包括在本申請的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種方法，包括: 在第一溫度下，將倒裝芯片襯底裝載到模壓件的上模具和下模具中所選擇的一個中，其中，在所述倒裝芯片襯底上包含至少一個倒裝芯片安裝的集成電路； 將所述上模具和所述下模具中的至少之一中的模制的下層填料材料覆蓋在所述倒裝芯片襯底上和至少一個集成電路上，同時將所述上模具和所述下模具保持在所述第一溫度，所述第一溫度低于所述模制的下層填料材料的熔化溫度； 將所述上模具和所述下模具封閉在一起以形成密封的模腔并在所述模腔中產(chǎn)生真空; 將所述模制的下層填料材料的溫度升高至高于所述模制的下層填料材料的熔點的第二溫度，以使得所述模制的下層填料材料在所述倒裝芯片襯底的上方并在至少一個倒裝芯片安裝的集成電路的下方流動，形成下層填料層并形成塑模層； 將所述倒裝芯片襯底和所述模腔冷卻至基本低于所述模制的下層填料材料的熔化溫度的第三溫度；以及 隨后打開所述上模具和所述下模具，從而暴露所述倒裝芯片襯底以用于卸載。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，裝載所述倒裝芯片襯底的步驟包括將所述倒裝芯片襯底裝載到所述下模具中。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，裝載所述倒裝芯片襯底的步驟包括將所述倒裝芯片襯底裝載到所述上模具中。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法 ，其中，升高所述溫度的步驟進一步包括激活所述模壓件的所述上模具和所述下模具中的加熱器，所述上模具和所述下模具是導熱的。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，升高所述溫度的步驟進一步包括激活位于所述模壓件的所述上模具上方和所述下模具下方的紅外線源，所述上模具和所述下模具是紅外線輻射可透過的。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，裝載所述倒裝芯片襯底的步驟進一步包括在所述上模具和所述下模具中的至少一個的部分上方提供模制剝離膜。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第一溫度大約為25攝氏度。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第三溫度大約為25攝氏度。
9.一種裝置，包括: 模壓件，包括上模具和下模具，所述上模具和所述下模具包含紅外線輻射可透過的材料；以及 紅外線燈，被設置用于為所述上模具和所述下模具提供紅外線輻射。
10.一種方法，包括: 將半導體襯底裝載到模壓件的上模具和下模具中的一個中，其中，在所述半導體襯底上包含安裝有多個倒裝芯片安裝的集成電路，所述上模具和所述下模具處于第一溫度； 將模制的下層填料層裝載到所述上模具和所述下模具中的一個中，同時使所述上模具和所述下模具保持在所述第一溫度，所述模制的下層填料層在所述第一溫度為固態(tài)，并覆蓋多個倒裝芯片安裝的集成電路； 封閉所述模壓件的所述上模具和所述下模具，以形成含有所述半導體襯底和所述模制的下層填料層的密封腔；向所述密封腔提供真空以產(chǎn)生小于大約I托的真空，同時使所述半導體襯底和所述模制的下層填料層的溫度保持在所述第一溫度； 將所述半導體襯底和所述模制的下層填料層加熱至高于所述模制的下層填料層的熔化溫度的第二溫度，以使得所述模制的下層填料層在所述半導體襯底上方流動并在多個倒裝芯片安裝的集成電路下方形成下層填料，同時在倒裝芯片安裝的集成電路上方形成塑模封裝層； 將所述半導體襯底冷卻至基本低于所述模制的下層填料層的熔化溫度的第三溫度；以及 打開所述上模具和所述 下模具，以用于卸載所述模壓件。
全文摘要
本發(fā)明披露了用于在倒裝芯片封裝中模制下層填料的裝置和方法。本文中披露的方法包括在第一溫度下將倒裝芯片襯底裝載到模壓件的所選擇的上模具和下模具之一中；定位該上模具和下模具中的至少之一中的模制的下層填料材料并保持低于該模制的下層填料材料的熔化溫度的第一溫度；形成密封的模腔并在該模腔中形成真空；將該模制的下層填料材料的溫度升高至高于該熔點的第二溫度以使得該模制的下層填料材料在形成下層填料層并形成過模制層的該倒裝芯片襯底上方流動；以及將該倒裝芯片襯底冷卻至基本低于該模制的下層填料材料的熔化溫度的第三溫度。本發(fā)明還公開了一種裝置。
文檔編號B29C45/26GK103094130SQ20121008279
公開日2013年5月8日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權日2011年11月4日
發(fā)明者陳孟澤, 林修任, 林俊成, 呂文雄, 鄭明達, 劉重希 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司