用於真空產生的壓印的系統和方法
2023-07-26 01:02:56 2
專利名稱：用於真空產生的壓印的系統和方法
技術領域：
本公開物涉及上面安裝半導體晶片和管芯的基片，尤其涉及用真空產生的壓印在所述基片中產生連接圖案的系統和方法。
背景技術：
半導體集成電路晶片和管芯比較易碎。為了保護晶片和管芯免受損壞，通常將它們封閉在半導體封裝中。例如，球柵陣列(BGA)封裝通常包括至少一個安裝至和電連接至基片的集成電路晶片或管芯，同時基片中有用於將晶片或管芯連接至基片底表面上的電觸點的導電導線。晶片和基片接著用樹脂封裝，以保護晶片，同時使基片的底表面上的電觸點暴露在外。
在半導體封裝中使用的基片可由多種材料製成，通常由絕緣體(例如，包括陶瓷、塑料、和有機絕緣體)製成。電導線結合到基片中或集成到基片上，為晶片提供適當的功率和信號路徑。形成電跡線的一種方式在圖1中示出。
在圖1中，示出壓印系統10。系統10包括分別為上部和下部剛性微工具提供壓力的上部和下部壓印板12和14。微工具22和24的每個都包括從相應微工具的基部凸出的幾個壓紋25。基片30通過可壓印材料層32和34覆蓋在兩個表面上，其中該可壓印材料層由未固化熱固性環氧樹脂製成。如圖2中所示，在操作中，微工具22和24的每個都由壓印板12和14壓進可壓印材料層32和34。微工具22和24上的壓紋25在材料層32和34中留下壓痕。材料層32和34接著被固化。在微工具22和24被去除後，壓痕留在材料層32和34中。
壓痕後來用導電材料(例如銅或金等金屬)填充，並且被機械加工或以其它方式處理，以在基片中提供電導線。
在第一組材料層32和34被壓印且電導線在該層中產生後，可將由可壓印材料製成的另一組材料層(未示出)沉積在第一組材料層上，並且重複此循環，形成多層基片。
儘管壓印板12和14通常是順從的或以其它方式浮動的，以匹配基片30和可壓印材料層32和34的缺陷，但是圖1和2中所示的微工具22和24比較硬。參看圖2，當將微工具22和24壓進可壓印材料層32和34時，壓紋25並不總是壓印到一致的深度。因為基片30和可壓印材料層32和34中的缺陷(稱之為總厚度變化(TTV))，在去除微工具22和24後留在材料層32和34中的一些壓痕比較淺或不存在，而另外的壓痕較深。壓印深度的這種變化可在後來用機械加工的導電材料填充壓痕以在基片中形成電導線時造成問題。
在處理壓痕期間，填充較淺的壓痕的一些的導電材料可被完全或大部分去除，它們都會造成與待安裝在基片上的晶片或管芯的較差或不起作用的電連接。
所描述的壓印工藝的另一問題是，由於在微工具22、24和材料層32和34之間形成的壓印材料和氣穴的放氣，根據事件的順序，空氣或其它氣體可存於材料層32和34中。
軟工具壓制系統在圖3-5中示出。在圖3中，系統40包括上部加熱器42、下部加熱器52、上部微工具44、和下部微工具54。與上述實施例不同，微工具44和54是軟工具，並且具有一定的靈活性和一致性。軟工具式的微工具具有適應可壓印層的厚度變化的能力。軟工具式的微工具可由較為柔性的鎳製成。為了說明目的，放大了圖3-5中的軟式微工具44和54。基片60可用可壓印材料覆蓋在兩側上。
在第一操作中，如圖4中所示，微工具44和54由所產生的真空保持在原位，以向加熱器42和52拉微工具。如圖3中所示，這種真空作用造成軟微工具44和54的變形。這種真空作用也在微工具44和54及基片60之間產生氣穴70(圖5中所示)。
在下一步驟中，如圖5中所示，將壓印壓力施加給微工具44和54的背面。隨著壓印壓力的施加，氣穴70部分消散，但是氣穴70的一些空氣被壓進基片60上的可壓印材料。其它部分沒有被壓入該材料，相反，產生壓在微工具44和54的前側上的流體反壓力，該反壓力可防止微工具的壓印區域完全被壓進可壓印材料。如上所述，這造成壓痕被填充和加工成電連接線時的連接問題。
另外，由於在壓印期間微工具的邊沿被夾在原位，所以在微工具44和54周圍存在邊界條件，該邊界條件使工具不能十分平坦，並且可對壓痕深度和一致性產生不利影響。
本發明的實施例解決了現有技術中的這些和其它缺點。
通過參考附圖閱讀該公開物，可更好地理解本發明。
圖1和2是基片壓印系統的截面圖。
圖3-5是另一基片壓印系統的截面圖。
圖6是根據一個實施例的本發明的材料壓印系統的截面圖。
圖7是根據另一個實施例的本發明的材料壓印系統的截面圖。
圖8-10示出圖6的壓印系統執行的壓印工藝的截面圖。
圖11是圖6的材料壓印系統的詳細的截面圖，示出軟式微工具。
圖12是圖6的材料壓印系統的詳細的截面圖，示出盤式微工具。
具體實施例方式
圖6示出根據本發明的一個實施例的本發明的材料壓印系統100的截面圖。該系統100包括室容器110，該室容器由例如鋼等強度足於支承將在室容器內產生的各種壓力和真空的材料製成。
兩個或多個排氣孔/壓力管道112延伸穿過容器110的壁，且至少一個低壓(真空)管道116也延伸穿過容器110的壁。
在所示出的實施例中，排氣孔/壓力管道112位於容器110的末端附近，而真空管道116位於鄰近材料接收區117的容器的中心附近。
如下所述，上部活塞122和下部活塞124根據容器中的壓差在容器內行進。類似於上述微工具的微工具132和134鄰近活塞122和124，並且每個微工具都在與活塞122和124相對的面上的壓印區(圖6中未示出)中具有壓紋。
基片140位於材料接收區117中。基片140包括在相對側上的可壓印材料層142和144，但是並不是所有實施例都要求雙側基片。本發明的實施例同樣適用於如圖7中所示具有單個可壓印材料層的基片140。
如下所述，微工具132和134可由能適應材料層142和144的TTV改變的軟式工具製成，或該微工具可由較硬材料製成。
活塞122和124可由傳統的硬材料製成，或可以較軟。在一些實施例中，活塞122和124可由囊狀物或例如橡膠等高彈性固定膜或能變形和施加壓力給微工具132和134的一些其它的柔性聚合物形成。活塞122和124和繞活塞(未示出)的密封件可被氣密密封到容器110的內側表面，以確保足夠的容器壓力。
容器110也可包括密封門(未示出)，用於接近材料接收區117以插入和去除基片140。
圖7示出材料壓印系統200的截面圖。系統200包括由強得足以支承將在容器中產生的各種壓力和真空的材料製成的室容器210。至少一個排氣孔/壓力管道212延伸穿過容器210的壁，且至少一個低壓(真空)管道216延伸穿過容器210的壁。
在圖7中，基片240定位在材料接收區217中。基片240在面對上部活塞222的一側上具有可壓印材料層242。上部活塞222響應於容器210中的壓差垂直行進。
與圖6中描述的微工具相似的微工具232靠近活塞222。微工具232在與活塞222相反的面上具有壓印區(圖7中未示出)。
如圖8中所示，參看圖6的壓印系統100的操作，容器110用例如環境空氣或惰性氣體等氣體填充。容器110內的氣體壓力可通過排氣孔/壓力管道112和低壓管道116被控制，以在活塞122和124的任一側上形成壓差。
圖9示出靠近容器中心(即，在材料接收區117中)附近的壓力減少。低壓真空管道116從接收區117排出空氣和其它氣體，這減少了接收區中的壓力，以大體上產生真空壓力。壓差向著容器中心推動活塞122、124。
在一個實施例中，排氣孔/壓力管道112將區域113排氣到大氣壓力，並且壓差通過低壓真空管道116產生，這減少了材料接收區117中的壓力。在另一實施例中，排氣孔/壓力管道112供應正壓力給區域113，從而提高了壓差，並提高了微工具132和134在可壓印材料層142和144上的壓力。
如圖9中所示，當壓差提高時，活塞122和124變形，並且移動，以將微工具132和134壓進可壓印材料層142和144。
在材料接收區117中壓力減少時，來自此中心區域的氣體從容器110排出。這樣，在正在形成壓痕的區域中移走容器110內的空氣。這種空氣移走具有雙重優點防止空氣或其它氣體被壓入可壓印材料層142和144，同時也防止任何氣穴形成，氣穴的形成會妨礙微工具132和134完全被壓印進可壓印材料層142和144。
一旦微工具132和134壓到可壓印材料層142和144上達到充分的壓力，加熱器(未示出)就加熱可壓印材料層142和144，使之固化，從而在層142和144中壓印微工具132和134的圖案。
將類似工藝應用於圖7中所示的系統200，用單個活塞222施加壓力給微工具232，以壓印單個可壓印層242。
如圖11中所示，活塞122和124可由稍微柔韌的材料(例如橡膠或一些其它柔性聚合物)製成。由於微工具132和134也可由柔韌材料製成，所以微工具132、134可彎曲，並且與基片140的表面和可壓印材料層142和144形狀一致。因此，通過使用這種系統，通過微工具132和134在整個基片140上形成均勻壓痕。
活塞122和124可由任何能在容器110內產生力以將微工具132和134壓進可壓印材料層142和144的材料製成。優選地，活塞122和124軟得足以與微工具132和134的形狀一致(或部分一致)，並且硬得足以提供充分壓力來形成良好的壓痕。硬化的橡膠或氣體填充的囊狀物可提供柔韌的適應性和充分的壓力。
在圖12中所示的具體實施例中，微工具132和134稍微像盤形，使得微工具的中央部分在外部之前接觸其相應的可壓印材料層。在這樣的實施例中，原本會存留的氣體可由真空管道116吸出。換句話說，當微工具132的中央部分接觸可壓印材料層142的中央部分時，氣體由真空管道抽出。通過使微工具132的外邊沿最後接觸材料層142，將避免容器110內的氣體被存留在微工具132和材料層142之間。圖12示出兩個微工具132、134，然而，也可在類似於圖7中所示的壓印系統200的實施例中使用單個盤狀微工具。
並且，在圖12中，僅示出一個真空管道116，但是也可繞容器110的周邊放置多個這樣的真空管道116，以在生產期間抽出不想要的氣體。具有設在可壓印材料層142和144附近的真空管道116的另一優點是，可由真空管道116去除各層的放出的氣體。
在容器110內使用的實際壓力取決於可壓印材料層和活塞122和124所用的材料類型。在一個實施例中，微工具132和134在材料層142、144上的壓印壓力僅需要約29psi(磅/平方英寸)，以在材料層142、144中獲得充分的壓痕。
上述實施例是示範性的。本領域的技術人員將認識到，這裡講授的原理可以許多其它有利方式被應用於具體應用。具體而言，本領域的技術人員將認識到，所示出的實施例僅是在閱讀本公開物後變得顯然的許多可選實施方式的其中之一。
儘管說明書中在幾個位置中引用「一個」、「另一個」、或「一些」，但是這並不意味著每個這樣的引用是指相同實施例，或特性僅應用於單個實施例。
權利要求
1.一種材料壓印系統，包括壓印微工具；真空出口，用於減少將被壓印的材料和壓印微工具之間的區域中的壓力，所述減少的壓力使得所述微工具壓印所述材料。
2.根據權利要求1所述的系統，其中待壓印的材料是用於將集成電路晶片或管芯安裝在半導體封裝中的基片。
3.根據權利要求2所述的系統，其中所述壓印微工具包括用於限定電導線和孔的路線壓紋。
4.根據權利要求1所述的系統，包括頂部和底部壓印微工具，用於壓印所述材料的相應的頂表面和底表面。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述壓印微工具適於壓印所述材料的單個表面。
6.根據權利要求4所述的系統，其中所述頂部和底部微工具是軟式工具。
7.根據權利要求4所述的系統，其中所述頂部和底部微工具是硬工具。
8.根據權利要求1所述的系統，其中所述減少的壓力大體為真空壓力。
9.根據權利要求1所述的系統，包括容納所述壓印微工具的壓印室，所述壓印室包括定位在與待壓印的材料相反的所述壓印微工具的一側上的浮動活塞。
10.根據權利要求9所述的系統，其中所述浮動活塞是高彈性固定囊狀物。
11.根據權利要求9所述的系統，其中所述浮動活塞是膜。
12.根據權利要求9所述的系統，其中所述壓印室包括頂部壓印微工具，被定位成壓印所述材料的頂表面；以及底部壓印微工具，被定位為壓印所述材料的底表面。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述壓印室殼體包括頂部浮動活塞，定位在與所述材料相反的所述頂部壓印微工具的一側上；以及底部浮動活塞，定位在與所述材料相反的所述底部壓印微工具的一側上。
14.一種將圖案壓印到材料上的方法，包括緊鄰待壓印的材料定位壓印微工具；通過減少所述材料和所述壓印微工具之間的區域中的空氣壓力，用所述壓印微工具壓印所述材料。
15.根據權利要求14所述的方法，其中定位包括緊鄰用於將集成電路晶片和管芯安裝在半導體封裝中的基片定位壓印微工具。
16.根據權利要求15所述的方法，其中定位壓印微工具包括緊鄰所述材料的頂表面定位頂部壓印微工具；以及緊鄰所述材料的底表面定位底部壓印微工具。
17.根據權利要求15所述的方法，其中壓印所述材料包括壓印用於導電導線和孔的路徑。
18.一種壓印材料的方法，包括將材料定位在兩個壓印微工具之間的材料接收區中，其中這兩個壓印微工具分別緊鄰所述材料的頂表面和底表面；施加負壓力給所述材料和所述壓印微工具之間的區域，使所述壓印微工具接觸所述材料和施加壓力給所述材料；使所述壓印材料固化；以及繼續施加負壓，同時加熱所述材料。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述材料包括熱固化環氧樹脂。
20.根據權利要求18所述的方法，包括緊靠與所述材料相反的所述頂部壓印微工具的一側設置頂部浮動活塞；以及緊靠與所述材料相反的所述底部壓印微工具的一側設置底部浮動活塞。
21.根據權利要求20所述的方法，包括供應壓力至與所述頂部壓印微工具相反的頂部浮動活塞的一側，從而提高所述微工具在所述材料上的壓力，其中所供應的壓力比施加給所述材料和所述壓印微工具之間的區域的負壓力大。
全文摘要
本發明提供了一種通過在壓印區中產生大致真空而在壓印室內產生壓力差，從而在可壓印材料上壓印圖案的系統。該系統可被用於在基片中產生導電痕跡，其中集成電路晶片和管芯可被安裝到該基片上，以產生半導體封裝。低壓管道從容器的材料接收區排出空氣，在容器中的活塞上產生壓差，從而使得活塞將微工具壓進可壓印材料層。低壓管道幫助微工具與壓印的材料中的任何厚度變化相適應，並且防止在微工具和壓印的材料之間產生氣穴。
文檔編號B30B5/00GK1824496SQ200610009580
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月24日 優先權日2005年2月24日
發明者T·比格斯, J·韋恩裡奇 申請人:英特爾公司