[發明專利]使用閃光燈進行芯片的非接觸轉移和焊接的設備和方法

有效

• 申請號: 201680031100.8
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN107683522B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 羅布·雅各布·亨德里克斯;丹·安東·萬登恩德;埃德斯格·康斯坦特·彼得·斯米茨
• 申請（專利權）人: 荷蘭應用自然科學研究組織TNO
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683;H01L21/60
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

在閃光燈(5)和基底(3)之間設置芯片載體(8)。芯片(1a)在芯片載體(8)的面向基底(3)的一側上被附接到芯片載體(8)。在芯片(1a)和基底(3)之間設置焊料材料(2)。閃光燈(5)產生用于加熱芯片(1a)的光脈沖(6)。芯片(1a)的加熱使得芯片(1a)從芯片載體(8)朝向基底(3)脫離，以朝向基底(3)非接觸地轉移。焊料材料(2)通過與經加熱的芯片(1a)接觸而至少部分地熔融，用于將芯片(1a)附接到基底(3)。可以在閃光燈(5)和芯片(1a)之間設置掩蔽裝置(7)，掩蔽裝置(7)包括被配置成使光脈沖(6)的光(6a)選擇性地通過到達芯片(1a)的掩蔽圖案(7a)。可以如下將具有(例如由不同的尺寸(表面積和/或厚度)、熱容量、吸收率、傳導率、焊料接合的數目和/或尺寸引起的)不同加熱特性的多個芯片同時從芯片載體(8)轉移到基底(3)并且焊接到基底(3)，使用掩蔽裝置(7)，通過掩蔽裝置(7)的光脈沖(6)在不同區域中造成不同光強度，從而用不同光強度加熱芯片，用于至少部分地補償所述不同加熱特性，以減少由于光脈沖(6)的加熱而導致的芯片之間的溫度差距。

技術領域和背景技術

本公開內容涉及焊接，特別地涉及用于將芯片焊接到基底上的設備和方法。

原則上，可以將簡單柔性系統例如具有晶體管或光電子裝置的邏輯功能完全印刷在基底(例如箔或剛性板)上。然而，對于更復雜的系統，需要開發其中印刷電路系統與硅基集成電路或本文稱為芯片部件或簡稱為“芯片”的表面安裝器件(SMD)部件組合的混合系統。為了使器件功能化，通常具有不同尺寸的多個芯片部件可能需要互連到基底上的電路跡線，例如印刷或蝕刻的銅電路。這可以例如使用爐回流焊接、導電粘合劑接合或面朝上(face-up)芯片集成來實現。然而，這些過程被認為是耗時的和/或與具有低分解溫度的低成本聚酯箔不兼容的。特別是對于焊接過程，通常使用的聚合物基底傾向于在高于150℃的熱負荷下劣化和變形。

例如，回流焊接通常可以用于互連剛性基底例如FR4或陶瓷上的厚芯片。然而，回流焊接與低成本柔性箔和卷對卷(R2R)處理兼容性差，因為它需要將整個板維持在通常高于200℃的焊料的液相線溫度以上持續較長保持時間。這通常導致使用通常具有多個回路的大的線上爐的耗時過程。長的保溫時間也可能導致柔性箔自身的變形或劣化或其有機表面涂層或粘合劑的劣化。認為不可能通過使用工業標準的無鉛合金將常規焊料爐回流在低成本的聚酯箔例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，因為PET具有遠低于這些焊料的液相線溫度(200℃)的約120℃至150℃的最高處理溫度。

作為替選，例如可以在相當的焊接時間下使用紅外(IR)加熱。例如，可以使用紅外激光點來依次加熱每個焊接連接。然而，在激光點焊接時，小的光點區域可能需要對每個部件的光點的精確定位。此外，在R2R過程中應用這種技術是有挑戰性的，因為激光點需要對準移動的基底上的多個芯片。此外，該過程可能是耗時的。因此，這些方法中的一些可能仍然基于定期不斷的被迫停止。

作為另一替選，可以使用通過閃光燈的高能量光脈沖進行的大面積照射。例如，Van denEnde等在Electronic Materials Letters第10卷第6期(2014)第1175-1183頁的文章中描述了用于柔性電子系統的柔性箔上的薄芯片的大面積光子閃光焊接。有利地，當加熱脈沖的時間刻度足夠短以避免柔性聚合物基底的擴散加熱時，可以在高于箔的最高處理溫度的溫度下焊接部件。然而，如果(箔)基底和/或部件對光的吸收不同，則會導致選擇性加熱。此外，電子裝置通常由多個芯片部件組成。這可能導致不同部件的加熱性能的進一步差異，這使得溫度和焊接過程難以控制。

因此，仍然需要改進芯片到基底的焊接，例如更快、更可靠、與柔性箔基底、卷對卷處理以及不同的芯片和/或基底兼容。

發明內容