[發明專利]加熱芯片的設備、倒裝芯片接合器及接合倒裝芯片的方法

有效

• 申請號: 200710305149.0
• 申請日: 2007-10-30
• 公開（公告）號: CN101295658A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 金成郁
• 申請（專利權）人: 三星TECHWIN株式會社
• 主分類號: H01L21/603
• 分類號: H01L21/603;B23K26/22;B23K26/06;G02B6/42;B23K101/40
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 柴毅敏

相關申請的交叉引用

本中請要求于2007年4月24日提交的韓國專利申請2007-0039741的優先權，在此引入其全部內容作為參考。

技術領域

本申請涉及一種將半導體芯片接合到襯底上的設備和方法，更具體地涉及一種使用激光束加熱半導體芯片的設備、具有該設備的倒裝芯片接合器、以及使用該倒裝芯片接合器來接合倒裝芯片的方法。

背景技術

在近期，電子裝置的尺寸變得越來越小，而且還增加了功能性，因此趨向包括高集成和高性能的半導體芯片。

同樣地，為了跟隨這種趨向，保護這種半導體芯片免受多種外部環境因素(例如灰塵、濕氣、電子或機械負載等)的影響的半導體封裝被制造成輕、薄、簡單且小的并具有許多插腳。

因此，諸如傳統的引線接合法之類的半導體封裝方法不適合較新的半導體封裝，因此提出新的方法。作為新方法的一個例子，有焊塊(solder?bump)法。

在焊塊法中，焊塊單獨地形成在用作半導體芯片的輸入/輸出端子的焊墊上，然后半導體芯片在倒裝的情況下被直接附裝到電路帶或載運襯底的圖案上。這里，接合是在半導體被倒裝的狀態下進行的，因此這種焊塊法被稱為“倒裝芯片接合”。

倒裝芯片接合法分為熱壓合法和激光壓合法。

關于熱壓合法的情形，在日本專利公布2002-141376中公開了，將芯片移動到接合位置從而焊塊與載運襯底的指定焊塊相對，然后加熱芯片焊塊和襯底焊塊之間的焊料至熔點來接合兩個焊塊。

然而，因為在熱傳輸部分中發生熱損失，熱壓合法不得不將半導體芯片加熱相對長的時間。結果是，需要很長的時間來達到焊塊的接合溫度，因此生產率降低并且無法使用對高溫敏感的材料。

此外，在熱壓合焊接法中，由于在半導體芯片和載運襯底之間熱膨脹系數的不同，接合位置可能稍稍偏離，導致焊接精度降低。并且，在冷卻之后半導體芯片和載運襯底緊縮，導致在接合部發生破裂或類似損害的危險。

另一方面，在韓國專利公布2001-0108103中公開了激光壓合法，該方法在將芯片移動到接合位置從而芯片焊塊與相應的載運襯底焊塊相對之后加熱和壓縮芯片的背面，由此接合兩個焊塊。因為使用激光器作為加熱源來加熱半導體芯片，并且在相對短的時間內實現高生產率和相對低的熱膨脹，激光焊接法已經被廣泛的應用。

附圖1是舉例說明在傳統的倒裝芯片接合器中的接合頭的一個例子的橫截面圖。

參照圖1，傳統的倒裝芯片接合器包括在內部形成有真空通道12的接合頭10。通過真空壓力發生器(未示出)，真空通道12具有真空壓力。因此，接合頭10通過在真空通道12中產生的真空壓力來拾取半導體芯片80，并運送到接合位置。

此外，在真空通道12中提供光纖11，光纖傳輸激光束至半導體芯片80。光纖11將激光束從激光發生器傳輸至半導體芯片80，由此在相對短的時間內加熱半導體芯片80至接合溫度。

因此，傳統的倒裝芯片接合器利用真空通道12中產生的真空壓力來拾取半導體芯片并運送至接合位置，并使用通過光纖11傳輸的激光束束加熱半導體芯片80至接合溫度，由此將半導體芯片80接合至襯底。

然而，在傳統的倒裝芯片接合器中，用來加熱半導體芯片80至接合溫度的激光束通過沒有獨立介質的光纖11傳輸，并且直接發射至半導體芯片80，因此激光束不是均勻發射至半導體芯片80的整個區域。如附圖2所示，激光束在半導體芯片80的中心區域比在芯片80的周圍區域和外圍以更強的強度發射。結果是，半導體芯片中的能量分布由于激光束而非常不均勻，這可能導致半導體芯片80被損壞、焊接質量惡化或類似的問題。

換句話說，如附圖2所示，由于激光束11是通過沒有獨立介質的光纖11直接地發射至半導體芯片80，發射至半導體芯片80的激光束的強度具有高斯分布的形狀。由于能量與光束強度成比例，中心區域具有高能量，而其周圍區域具有低能量。因此，在倒裝芯片接合中，如果相對于中心區域的能量減小激光束的強度和量，則在周圍區域會有能量短缺，因此導致接合質量的降低。另一方面，如果相對于周圍區域的能量增加激光束的強度和量，則過大的能量會施加到中心區域，因此導致半導體芯片80損害等。

為了解決上述問題，最近使用了如附圖3所示的倒裝芯片接合器。

附圖3是舉例說明在傳統的倒裝芯片接合器中的接合頭的另一個例子的橫截面圖。