空氣沖擊加熱器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及一種在電子工業中加熱襯底的設備和方法，并且更具體地涉及一種以包括可獨立控制的加熱區域的熱空氣對襯底加熱的設備和方法。
【背景技術】
[0002]在微電子工業中，電動裝置的制作通常包括一個或多個步驟，其包括加熱襯底、電路板和/或引線框架。例如，可通過將帶有集成電路的裸片(die)安裝在提供從裸片至封裝外部的電連接的封裝載架上而制作封裝集成電路。裸片包括導電觸點的區域陣列或結合焊盤，其電連接至封裝載架上的導電觸點的對應區域陣列，稱為焊料球或凸起。通常，焊料凸起與結合焊盤對準，并且通過加熱該封裝而施加回流處理，以在裸片和封裝載架之間產生焊料接頭形式的電連接。類似地，可通過將部件放置在電路板上而將電子部件電聯接至電路板，從而部件被定位為接觸焊盤上的電引線已經被涂以焊膏。然后可加熱電路板，使得焊膏熔化或回流，由此將電子部件聯接至電路板。
[0003]為了提高電動裝置的耐久性，通常以灌封材料填充裸片、封裝載架和/或電路板之間的間隙。以灌封材料底部填充可提高電動裝置承受機械沖擊和振動的能力，保護電連接不受環境條件影響，并且在所安裝的裝置和位于下方的襯底之間提供改進的熱聯接。一種底部填充的方法涉及沿間隙的側邊緣分配具有強潤濕性的低粘性灌封材料，從而通過表面張力潤濕或毛細作用將灌封材料抽入間隙中。為了提高流動性，可通過在將灌封材料分配到襯底上之前預先加熱襯底而降低灌封材料的粘度并且提高流量。也可在灌封材料已經流入到間隙中之后加熱襯底，以固化灌封材料。
[0004]因此，在電子工業中存在一種對用于加熱襯底的改進設備和方法的需求。
【發明內容】
[0005]在一個實施例中，提供一種處理襯底的設備。該設備包括:加熱器，該加熱器具有多個加熱器塊；以及控制器，該控制器與加熱器聯接。控制器被構造成獨立地調節從加熱器的每個加熱器塊供應至一個或多個襯底的熱量。
[0006]在另一實施例中，提供一種處理襯底的方法。該方法包括獨立地調節從多個加熱器塊中的每個加熱器塊供應至一個或多個襯底的熱量。
【附圖說明】
[0007]包含在本說明書中并且組成其一部分的附圖例示了本發明的各種實施例，并且與上文給出的本發明的總體說明與下文給出的實施例的詳細說明一起用于解釋本發明的原理。
[0008]圖1是在底部填充操作期間的以虛線示出的管芯和襯底的封裝組件的透視圖。
[0009]圖2示出在底部填充操作后的圖1的封裝組件的橫截面圖。
[0010]圖3是示出被構造成加熱襯底的非接觸式加熱系統的框圖。
[0011]圖4是包括處于支撐組件上的多個加熱器塊的加熱器的透視圖。
[0012]圖5是圖4的支撐組件的底部的透視圖。
[0013]圖6是圖4中的加熱器的透視圖，其中切除頂板的一部分以展示支撐組件的內部細節。
[0014]圖7是圖4的加熱器塊中的一個加熱器塊的分解圖。
[0015]圖8是圖7的加熱器塊的橫截面透視圖。
[0016]圖9是圖7的加熱器塊的底部透視圖。
[0017]圖10是被安裝在提升組件上的圖4的加熱器的前視圖。
[0018]圖11是圖10的提升組件的分解圖。
[0019]圖12和13是例示包括圖10的加熱器和提升組件的襯底處理系統的示意圖。
[0020]圖14是加熱器的可替換實施例的透視圖。
[0021]圖15是具有零件載架和框架的圖14的加熱器的透視圖。
【具體實施方式】
[0022]本發明的實施例包括以多個單獨控制的加熱區域加熱襯底的設備和方法。加熱器包括:支撐組件，該支持組件具有空氣室；和多個加熱器塊。每個加熱器塊都被構造成提供獨立控制的加熱區域，并且包括加熱元件，該加熱元件加熱從支撐組件的空氣室提供的空氣。被提供給加熱器塊中的每一個加熱器塊的空氣由加熱器塊加熱，并且沖擊在襯底的一部分上，以暖化襯底的該部分。每個加熱器塊也都可包括:一個或多個空氣室和沖擊板，所述一個或多個空氣室和沖擊板協同工作以將熱空氣朝向正在處理的襯底引導；和溫度傳感器，溫度傳感器向控制器提供反饋。順應性構件或墊圈可聯接至一個或多個加熱器塊，使得墊圈位于沖擊板和襯底之間。因此，墊圈可將沖擊空氣限于正在由該一個或多個加熱器塊加熱的襯底的該部分，同時允許充分泄漏，以防止過量加壓。加熱器也可包括使熱空氣再循環的空氣回收系統。空氣回收系統可回收已經穿過墊圈泄漏的空氣，或者可通過經沖擊板中的開口將空氣抽回到加熱器塊中，而從沖擊板和襯底之間的區域回收空氣。
[0023]加熱器可由容納控制器的提升組件支撐。提升組件可選擇性地以聯接至加熱器的提升板升高和降低加熱器。提升板可包括將未加熱的空氣聯接至加熱器的通道。該通道可具有穿過提升板的迂回路徑，使得流經通道的空氣冷卻提升板。因此，該通道可減少從加熱器通過提升板傳遞至提升組件的熱量。因此可預加熱流經通道的空氣，這可減少加熱器為了將空氣加熱至期望溫度而必須產生的熱量。控制器可安裝至提升板，并且可操作地聯接至加熱元件和溫度傳感器中的每一個。控制器可調節每個加熱元件產生的熱，以獨立地控制與該加熱元件對應的加熱區域的溫度。在不控制加熱器內的空氣流量或者個別地控制加熱器塊處的空氣流量的情況下實現對每個加熱區域的溫度控制。僅在加熱器外部提供空氣流量控制。
[0024]參考圖1和2，半導體裝置封裝10可包括管芯12，該管芯12以倒裝芯片安裝布置的形式安裝在封裝載架或襯底14上。襯底14可具有頂表面15和底表面16，并且包括有機或陶瓷襯底材料，諸如印刷電路板、倒裝芯片多芯片模塊或者倒裝芯片載架。管芯12可通過與襯底14上的焊料焊盤20的對應陣列對齊或對準的管芯12的下側上的焊料凸起18的區域陣列而電地且機械地連接至襯底14。一旦加熱，襯底14上的焊料焊盤20就回流并且與管芯12的焊料凸起18物理連接，從而在管芯12和襯底14之間提供呈焊料接頭形式的機械的、熱的且電的聯接。通過這種安裝布置，可在管芯12的接觸側24和襯底14的頂表面15之間形成間隙22。
[0025]可通過沿管芯12的一側或多側沉積灌封材料26從而將灌封材料26抽入到間隙22中，而以灌封材料26諸如液體環氧樹脂填充間隙22。如圖2中所示，可從流體分配器28將灌封材料26提供為L形珠30，將該L形珠30分配到襯底14的緊鄰間隙22的表面上和管芯12的兩個連續側上。雖然已經將本發明的實施例描述為與L形珠一起使用，但是可使用其它適當的珠形狀。例如，可沿管芯12的一個側邊緣布置單條灌封材料26，或者可沿管芯12的三個側邊緣布置灌封材料26的U形珠。珠30中的灌封材料26的量可取決于期望的倒角體積和管芯下方體積，倒角體積和管芯下方體積由管芯12的尺寸以及在凸起18和焊盤20之間產生的焊料接頭的高度公差確定。大致如箭頭32所示，在毛細作用下或通過加力協助，灌封材料26可流入或移入到間隙22中。一旦灌封材料26已經完全灌封由焊料焊盤20和焊料凸起18限定的焊料接頭提供的所有電互連，灌封材料26的流動就可停止。因此，可沿管芯12的側邊緣形成倒角34，并且諸如可通過加熱襯底14而硬化或固化灌封材料26。
[0026]圖3是示出具有多個沖擊加熱區域38、40的加熱器36的框圖，所述多個沖擊加熱區域38、40每個都被構造成加熱襯底14的對應部分42、44。雖然為了清晰，將例證性實施例例示為具有對單個襯底14加熱的兩個加熱區域38、40，但是本領域技術人員應理解，可設置其它數目的加熱區域38、40和/或襯底14。因此，本發明不限于特殊數目的加熱區域或襯底。可將每個個別襯底都保持在處理載架，諸如Auer boat或JEDEC載架中。
[0027]加熱器36包括具有空氣室48的支撐組件46和多個加熱器塊52。支撐組件46也可包括一個或多個加熱器49，所述一個或多個加熱器49向空氣室48中的空氣提供熱，使得在空氣進入加熱器塊52之前對其預加熱。每個加熱器塊52都可包括:加熱元件54，該加熱元件54熱聯接至熱交換器55 ;和溫度傳感器56，諸如電阻式溫度檢測器(RTD)。控制器50可通過基于來自對應的溫度傳感器56的信號而選擇性地激活加熱塊52的加熱元件54而獨立地控制每個加熱塊的溫度。
[0028]每個加熱器塊52也都可包括空氣室58和位于空氣室58和襯底14之間的沖擊板60。沖擊板60包括多個開口 62，熱空氣穿過所述多個開口 62 (如箭頭64所示)從加熱器塊52的空氣室58進入相應的沖擊加熱區域38、40。每個加熱器塊52也都可包括順應性構件66，諸如墊圈，該順應性構件66諸如墊圈卡在加熱器塊52的外邊緣上的固位唇邊(未示出)上。順應性構件66可從加熱器塊52的外邊緣朝向襯底14大致向上地突出。順應性構件66的邊緣可接觸位于上方的襯底14，或者可與襯底14稍微間隔開但是與該襯底14緊鄰。因此，順應性構件66可將熱空氣64限制于襯底14和加熱器塊52的沖擊板60之間的區域，該區域對應于相應的加熱區域38、40。順應性構件66可包括用于熱空氣64的在角部中的狹縫(未示出)或另一逸出路徑，該狹縫或逸出路徑可用于防止對在襯底14和加熱器塊52的沖擊板60之間的區域過量加壓。因此，與缺乏順應性構件66的加熱器相比，加熱器36可利用較低空氣流量將襯底14加熱至期望溫度。這種空氣流量的降低可減少由加熱器36消耗的加壓空氣的量以及被釋放到處理設施內的廢熱和熱污染的量。
[0029]在本發明的實施例中，可由可選的空氣回收系統67收集從襯底14和沖擊板60之間的區域逸出的熱空氣。空氣回收系統67可包括由空氣泵71聯接至空氣室48的空氣進氣管道69，空氣泵71具有進氣端口 73和輸出端口 75。響應于激活空氣泵71，空氣回收系統67可將從襯底14和沖擊板60之間的區域逸出的熱空氣64抽入到空氣進氣管道69中，并且使該空氣返回至空氣室48。因此，被捕獲的空氣可再循環到加熱器36中。在可替換實施例中，可在沖擊加熱區域38、40中設置一個或多個空氣進氣管道69，使得在熱空