专利名称：回流焊和清理集成工艺以及实施该工艺的设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及回流焊和清理集成工艺以及实施该工艺的设备。
背景技术：
在集成电路封装中，焊接是接合集成电路各元件的最常用的方法之一。在用于接合两个集成电路元件的典型的焊接工艺中，将集成电路元件中的一个表面上的焊料浸醮助焊剂或两个表面上的焊剂都浸醮助焊剂。然后将集成电路元件放置在一起。进行回流焊以溶化焊料，从而在焊料冷却时集成电路兀件被接合在一起。在回流焊工艺后，可将接合的集成电路元件送去对相接合的集成电路元件进行清理步骤，从而可去除助焊剂残留物。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种方法，所述方法包括:对封装结构的焊料区进行回流焊；以及在高于室温的清理温度下对所述封装结构实施清理，其中在所述回流焊步骤和所述清理步骤之间，所述封装结构未被冷却到接近于所述室温的温度。在可选实施例中，所述回流焊步骤包括:将所述封装结构加热到高于所述焊料区的熔点的第一温度；以及将所述封装结构冷却到低于所述焊料区的所述熔点以及高于所述
清理温度的第二温度。在可选实施例中，所述方法进一步包括:在所述冷却步骤之后以及所述清理步骤之前，将所述封装结构的温度稳定在高于所述清理温度的缓冲温度。在可选实施例中，所述缓冲温度与所述清理温度之间的温度差小于约80摄氏度。在可选实施例中，所述清理步骤设置为清理掉所述封装结构上的助焊剂。在可选实施例中，所述清理步骤包括:将热熔剂喷向所述封装结构；用第一热空气干燥所述封装结构；用去离子水清理所述封装结构；以及用第二热空气干燥所述封装结构。在可选实施例中，在所述回流焊步骤中所述封装结构的所述温度在第一时间点达到所述焊料区的熔点，所述清理步骤开始于第二时间点，并且其中在所述第一时间点和所述第二时间点之间，所述封装结构的温度保持在大体不低于所述清理温度。根据本发明的另一个方面，还提供了一种方法，所述方法包括:将封装结构传送进加热区域以熔化焊料区，其中所述封装结构包括第一工件、第二工件以及在所述第一工件与所述第二工件之间的所述焊料区；在所述焊料区熔化后，将所述封装结构传送进冷却区域以冷却所述焊料区；以及将所述封装结构传送进热熔剂喷洒区域，其中将助焊剂熔剂喷向所述封装结构，所述助焊剂熔剂具有高于室温的清理温度，以及在从所述焊料区被熔化至所述助焊剂熔剂喷向所述封装结构的期间，所述焊料区未发生实质的温度上升。在可选实施例中，所述方法进一步包括:在将所述封装结构传送进所述冷却区域的步骤与将所述封装结构传送进所述热溶剂喷洒区域的步骤之间，将所述封装结构传送进缓冲区域，所述缓冲区域具有高于所述清理温度的缓冲温度，并且其中所述缓冲温度和所述清理温度之间的温度差小于约80摄氏度。在可选实施例中，所述缓冲区域包括在所述封装结构上方的第一鼓风机以及在所述封装结构下方的第二鼓风机，以及当所述封装结构在所述缓冲区域时，所述第一鼓风机和所述第二鼓风机将具有所述缓冲温度的热空气吹向所述封装结构。在可选实施例中，在所述加热区域和所述热溶剂喷洒区域之间可以具有单个包括冷气风机的冷却区域或者不具有包括冷气风机的冷却区域。在可选实施例中，所述方法进一步包括:在将所述封装结构传送进所述热溶剂喷洒区域后，将所述封装结构传送进第一热空气干燥区域；将所述封装结构传送进去离子水清理区域；以及将所述封装结构传送进第二热空气干燥区域。在可选实施例中，在将所述封装结构传送进所述加热区域的步骤与将所述封装结构传送进所述热溶剂喷洒区域的步骤之间，将所述封装结构保持在高于室温的温度。根据本发明的又一个方面，还提供了一种设备，所述设备包括:回流焊与清理集成工具，包括:加热区域，配置成将在所述加热区域中的封装结构的焊料区加热到高于所述焊料区的熔点的温度；以及助焊剂清理区域，配置成对封装结构上的助焊剂进行清理，其中所述加热区域和所述助焊剂清理区域设置在同一环境中。在可选实施例中，所述回流焊和清理集成工具配置成在不需要将所述封装结构冷却至接近于室温的情况下将所述封装结构从所述加热区域传送到所述助焊剂清理区域。在可选实施例中，所述助焊剂清理区域配置成在清理温度下清理掉所述助焊剂，并且其中所述回流焊和清理集成工具配置成在不需要使所述封装结构冷却至实质上低于所述清理温度的情况下将所述封装结构从所述加热区域传送到所述助焊剂清理区域。在可选实施例中，所述助焊剂清理区域包括:热溶剂喷洒器；第一热空气发生器以及鼓风机；去离子水喷洒器；以及第二热空气发生器以及鼓风机。在可选实施例中，所述助焊剂清理区域包括配置成用于将热助焊剂溶剂喷至所述封装结构的热溶剂喷洒器，以及所述设备进一步包括:冷却区域，配置成冷却所述封装结构的所述焊料区；以及缓冲区域，配置成吹具有高于所述热助焊剂溶剂温度的缓冲温度的热空气。在可选实施例中，所述缓冲区域包括在所述封装结构上方的第一鼓风机以及在所述封装结构下方的第二鼓风机，其中所述第一鼓风机和所述第二鼓风机配置成将温度在约80 0C和约100°C之间的热空气吹向所述封装结构。在可选实施例中，所述设备还包括传送带，配置成将所述封装结构从所述加热区域传送通过所述助焊剂清理区域。
为更完整地理解实施例及其优点，现将结合附图进行的以下描述作为参考，其中:图1是根据实施例的回流焊和清理集成工具的截面图；图2示出了包括两件工件及在它们之间的焊料区的封装结构的截面图；图3示意性地示出了一种示例回流焊和清理集成工艺的温度曲线；以及图4是根据可选实施例的回流焊和清理集成工具的截面图。
具体实施例方式下面详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。根据不同实施例提供了实施回流焊和清理集成工艺的方法及实施其方法的设备。讨论了各实施例的变化和操作。在各视图及例示的实施例中，相同的参考标号用于表示相同的元件。图1示出了根据实施例的回流焊和清理集成工具的截面图，其中使用回流焊和清理集成工具实施回流焊工艺以及清理工艺。被实施回流焊和清理集成工艺的示范性封装件示出为图2中的封装结构22回流焊。图2示出了示例封装结构22的示意图，其中包括工件10和12以及工件10和12之间的含焊料区域14。工件10和12是相接合的，例如，通过倒装芯片接合。在本发明的描述中，工件10可指器件管芯，以及工件12可指封装衬底。在可选实施例中，工件10和12中的每一个都可以是器件管芯(器件管芯包括内含例如晶体管的集成电路器件)，封装衬底，中介板，印刷电路板(PCB)，封装件或类似物。应当理解，示出的封装结构22只是示例性的，可使用所述回流焊和清理集成工具将具有不同设计的封装结构接合。图1示出了根据一示范性实施例的对流型回流焊工艺，其中封装结构22由传送带16进行传送。应当理解，根据实施例也可使用除了对流型回流焊之外的其他类型的回流焊方法。传送带16将封装结构22传送通过区域110，120，130，140，150，160以及170，从而可实施回流焊和清理集成工艺。多个箭头220中的每一个箭头代表着封装结构22正通过区域 110，120，130，140，150，160 以及 170 中的某一区域。传送带16和区域110，120，130，140，150，160和170，以及在各个区域的工具可设
置在相同的腔室/环境100中。封装结构22首先被传送到加热区域110，加热区域110可包括多个加热源112。当封装结构22被传送通过加热源112时，用于将工件10与相对应的在下方的工件12接合的含焊料区域14(图2)被加热到高于含焊料区域14熔点的一个温度，从而含焊料区域14被熔化。在一实施例中，加热源112可设置在封装结构22 (以及传送带16)的上方和/或下方，并可单独控制每一个加热源112的温度以区别于其他加热源112的温度。加热源112可以是辐射型加热源例如红外线辐射源，或者可配置成将热空气吹向封装结构22。离开加热源112的箭头方向表示辐射热能，热空气或类似物。可以有多个加热区域110，其中例如加热区域110的总数量可在10个到12个的范围内。图3中示意性地示出了封装结构22的温度曲线，其中标注为“加热区域110”的区域显示出封装结构22的温度上升到焊料区14的熔点温度之上。
返回参考图1，在通过加热区域110后，封装结构22进入包括冷却源122的冷却区域120。在一些实施例中，冷却源122包括将空气吹向封装结构22的鼓风机。吹向封装结构22的空气的温度可以是室温，例如可以是大约21°C，然而实际的室温可以高一些或低一些。冷却源122也可包括如图1所示的位于封装结构22上方的部件，和/或位于封装结构22下方的部件。根据冷却率，可设单个冷却区域120，或可设多个冷却区域120。在可选实施例中，可以没有任何包括冷气风机的冷却区域。冷却区域120被设计为冷却焊料区14的温度。例如，在冷却区域120的出口处，含焊料区域14的温度可以是在大概150°C和50°C之间。再参考图1，然后可将封装结构22传送进缓冲区域130，此区域的功能是使封装结构22的温度稳定在一个略高于(或等于)清理封装结构22的清理温度的缓冲温度。在另一示范性实施例中，缓冲温度在大约80°C和大约100°C之间。缓冲区域130可包括鼓风机132以及加热器134，其中加热器134产生的热被吹送到传热箱136，传热箱136将处于缓冲温度的热空气分送至封装结构22。传热箱136可设置在封装结构22的上方和/或下方。缓冲区域130具有足够的长度，使得如果冷却区域120冷却封装结构比预定的速度快或慢，和/或传送带的传送速度比期望的速度快或慢，在工作中的这种变化可由缓冲区域130进行抵消或补偿，从而封装结构22可在具有预期的缓冲温度的情况下平稳地离开缓冲区域130。图3中的“缓冲区域130”示出了缓冲区域130中的封装结构22的温度曲线。再参考图1，自离开缓冲区域130后，在下文称为清理区域的区域140，150，160以及170中将封装结构22上的助焊剂残留物(在图2中示出为15)去除。首先，封装结构22进入热溶剂喷洒区域140，其中热溶剂喷洒器142(可包括喷嘴)可加热溶剂，以及将热溶剂144喷洒到封装结构22。热溶剂144的温度可与高于室温的清理温度相近(参考图3)，以及可在大约70°C和大约80°C之间，然而也可以采用高于或低于此的温度。在缓冲温度和清理温度之间的温度差可小于20摄氏度，然而温度差也可略大一些。在热溶剂喷洒之后，封装结构22进入热干燥区域150，其中将热干燥空气154吹向封装结构22，例如，使用鼓风机152。热干燥空气154的温度也可与清理温度相接近，清理温度例如可在大约70°C到大约80°C之间。接下来，封装结构22进入去离子(DI)水区域160，其中热DI水喷洒器162 (可包括喷嘴)可加热DI水，以及将热DI水164喷向封装结构22。热DI水164的温度可与清理温度相近，例如可在大约70°C到大约80°C之间。在热DI水喷洒之后，封装结构22进入热干燥区域170，其中热干燥空气174再次吹向封装结构22以干燥封装结构22，例如，使用鼓风机172。热干燥空气174的温度也可与清理温度相近，例如可在大约70°C到大约80°C之间。图3示出了示范性温度曲线，其中X轴表示腔室100 (图1)中封装结构22的行进距离(也可代表区域)，以及Y轴表示封装结构22的温度。时间点Tl是封装结构22离开加热区域110的时间。时间点T2和T3分别是封装结构22进出冷却区域120的时间。在一些实施例中，冷却区域紧跟加热区域，因而时间点Tl和T2可合并为一个时间点。时间点T4是封装结构22进入热溶剂喷洒区域140的时间。在图3中示意性地标出了加热区域110，冷却区域120，缓冲区域130，以及清理区域140/150/160/170。在一些实施例中，从时间点Tl到时间点T4的整个过程中，封装结构22的温度不降至接近室温，封装结构22的温度可保持在大约60°C或更高。而且，在一些实施例中，在时间点T3离开冷却区域120(图1)后，封装结构22的温度可首先持续下降直到降到缓冲温度，然后基本保持稳定在缓冲温度。此夕卜，观察时间点Tl到时间点T4可知，封装结构22未发生实质的温度上升，其中实质的温度上升可能是在封装结构22的温度上升大于约5摄氏度以及少于约100摄氏度的这个阶段。实质的温度上升也可能是封装结构22的温度上升大于约5摄氏度以及少于约100摄氏度的这个阶段。因而，在封装结构22的回流焊阶段及清理阶段之间没有增加热循环。在如图1所示的实施例中，传送带16被示出为自加热区域110开始一直延伸到热干燥区域170结束的单一的传送带。在可选实施例中,传送带16也可分为多个传送带。例如，图4示出了示范性实施例，其中传送带16A用于将封装结构22传送通过加热区域110和冷却区域120，而传送带16B用于将封装结构22传送通过清理区域140，150，160和170。缓冲区域130可包括与传送带16A和16B分开的传送带16C。可选地，缓冲区域130也可与加热区域110和冷却区域160共用一根传送带，或与清理区域140，150，160及170共用一根传送带。因此传送带16C用虚线示出以表明它既可与传送带16A或传送带16B分开，也可与传送带16A或传送带16B合并。无论用于回流焊和清理集成工艺的是单一传送带(图1)还是多个传送带(图4)，区域110至170布置在一个单一的环境100中，以及可以是在单一的清理室中。在常见的回流焊以及清理工艺中，封装结构需经历回流焊工艺，然后被传送去进行清理工艺。在传送期间，将封装结构冷却到室温。在清理步骤中，封装结构的温度再次上升。因此，在回流焊工艺及清理工艺之间产生额外的热循环。然而，在实施例中，通过集成回流焊和清理工艺，在进行清理工艺之前封装结构的温度不会下降到室温。因此，与通常工艺相比，封装结构经历了一个较小的热循环。另外，由于在回流焊后立刻清理掉封装结构上的助焊剂，因此助焊剂易于清除。此外，通过集成回流焊和清理工艺，所需要的接口工具如装载机和卸载机较少。根据一些实施例，一种方法，包括对封装结构的焊料区进行回流焊，以及在比室温更高的清理温度下对封装结构实施清理。在回流焊步骤与清理步骤之间，封装结构的温度未冷却到接近于室温。根据其它实施例，一种方法，包括将封装结构传送进加热区域以熔化焊料区，其中所述封装结构包括第一工件，第二工件，以及在第一工件和第二工件之间的焊料区。在焊料区熔化后，将所述封装结构传送进入冷却区域以将焊料区冷却到低于焊料区熔点的温度。然后将封装结构传送进热溶剂喷洒区域，其中助焊剂溶剂被喷至封装结构。助焊剂溶剂具有高于室温的清理温度。在自焊料区被熔化到助焊剂溶剂喷至封装结构的期间，焊料区未发生实质的温度上升。根据又一些实施例，一种回流焊和清理集成工具，其中包括加热区域和助焊剂清理区域。加热区域配置成将在加热区域中的封装结构的焊料区加热到高于焊料区熔点的温度。助焊剂清理区域配置成用于清理掉封装结构上的助焊剂，其中加热区域和助焊剂清理区域设置在同一环境中。尽管已经详细地描述了本发明及其优点，但应该理解为，在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，可以做各种不同的改变，替换和更改。而且，本申请的范围并不旨在仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法或步骤可以被使用。因此，所附权利要求应该将这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤包括在范围内。此外，每项权利要求构成单独的实施例，以及多项权利要求和实施例的组合在本发明的范围内。
权利要求
1.一种方法，所述方法包括: 对封装结构的焊料区进行回流焊；以及 在高于室温的清理温度下对所述封装结构实施清理，其中在所述回流焊步骤和所述清理步骤之间，所述封装结构未被冷却到接近于所述室温的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述回流焊步骤包括: 将所述封装结构加热到高于所述焊料区的熔点的第一温度；以及 将所述封装结构冷却到低于所述焊料区的所述熔点以及高于所述清理温度的第二温度。
3.权利要求2所述的方法，进一步包括:在所述冷却步骤之后以及所述清理步骤之前，将所述封装结构的温度稳定在高于所述清理温度的缓冲温度。
4.一种方法，所述方法包括: 将封装结构传送进加热区域以熔化焊料区，其中所述封装结构包括第一工件、第二工件以及在所述第一工件与所述第二工件之间的所述焊料区； 在所述焊料区熔化后，将所述封装结构传送进冷却区域以冷却所述焊料区；以及将所述封装结构传送进热熔剂喷洒区域，其中将助焊剂熔剂喷向所述封装结构，所述助焊剂熔剂具有高于室温的清理温度 ，以及在从所述焊料区被熔化至所述助焊剂熔剂喷向所述封装结构的期间，所述焊料区未发生实质的温度上升。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括:在将所述封装结构传送进所述冷却区域的步骤与将所述封装结构传送进所述热溶剂喷洒区域的步骤之间，将所述封装结构传送进缓冲区域，所述缓冲区域具有高于所述清理温度的缓冲温度，并且其中所述缓冲温度和所述清理温度之间的温度差小于约80摄氏度。
6.一种设备，所述设备包括: 回流焊与清理集成工具，包括: 加热区域，配置成将在所述加热区域中的封装结构的焊料区加热到高于所述焊料区的熔点的温度；以及 助焊剂清理区域，配置成对封装结构上的助焊剂进行清理，其中所述加热区域和所述助焊剂清理区域设置在同一环境中。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述回流焊和清理集成工具配置成在不需要将所述封装结构冷却至接近于室温的情况下将所述封装结构从所述加热区域传送到所述助焊剂清理区域。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述助焊剂清理区域配置成在清理温度下清理掉所述助焊剂，并且其中所述回流焊和清理集成工具配置成在不需要使所述封装结构冷却至实质上低于所述清理温度的情况下将所述封装结构从所述加热区域传送到所述助焊剂清理区域。
9.根据权利要求6所述的设备，其中所述助焊剂清理区域包括: 热溶剂喷洒器； 第一热空气发生器以及鼓风机； 去离子水喷洒器；以及 第二热空气发生器以及鼓风机。
10.根据权利要求6所述的设备，其中所述助焊剂清理区域包括配置成用于将热助焊剂溶剂喷至所述封装结构的热溶剂喷洒器，以及所述设备进一步包括: 冷却区域，配置成冷却所述封装结构的所述焊料区；以及 缓冲区域，配置成吹 具有高于所述热助焊剂溶剂温度的缓冲温度的热空气。
全文摘要
本发明公开了一种方法，所述方法包括对封装结构的焊区进行回流焊，以及在高于室温的清理温度下对所述封装结构实施清理。在所述回流焊步骤与所述清理步骤之间，所述封装结构未被冷却到接近于所述室温的温度。本发明还公开了回流焊和清理集成工艺以及实施该工艺的设备。
文档编号B23K3/00GK103143798SQ20121020218
公开日2013年6月12日 申请日期2012年6月15日 优先权日2011年12月7日
发明者刘重希, 黄见翎, 张博平, 黄英叡 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司