用於晶粒安裝的鍵合層厚度控制的製作方法

2023-07-07 08:15:46 2

專利名稱：用於晶粒安裝的鍵合層厚度控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體裝配和封裝領域，更具體地涉及使用粘合劑材料將半導體晶片或晶粒安裝在襯底上。
背景技術：
半導體晶粒安裝工序是涉及半導體器件製造的步驟之一，它包括將半導體晶粒安裝到引線框上特定的鍵合盤。這種安裝通常通過首先滴塗粘合劑材料(如環氧樹脂epoxy)至鍵合盤上，其次用特定的壓力將晶粒按壓進入該粘合劑材料中而得以完成。其後，使用烘箱固化(oven cure)的熱處理被執行，以在晶粒安裝工藝之後將粘合劑固化和將晶粒固定在引線框上。固化後的晶粒然後通過在晶粒和引線框上的導電引線之 間連接鍵合導線而被電性連接至鍵合盤。固化後的晶粒和鍵合導線使用模塑材料如熱塑性樹脂(thermoplastic resin)或陶瓷製品被最終灌封在保護殼中，以完成半導體器件的封裝。圖I為晶粒101通過粘合劑102被安裝在引線框103上的剖面示意圖。晶粒101的底部和引線框103的鍵合盤表面之間的粘合劑102的厚度被稱作為鍵合層厚度(BLT Bond Line Thickness)。在圖I中，BLT表示為高度h，而晶粒101的厚度表示為t2。BLTU1)能夠通過用晶粒101上表面的高度減去引線框103的鍵合盤表面的高度和晶粒101的厚度(t2)而被計算出。由於粘合劑102被用來將晶粒101安裝在引線框103上，所以鍵合層不能太薄。在晶粒101被加工處理以致於粘合劑102硬化之後，在後續的封裝過程中晶粒101仍然遭受到熱膨脹和收縮。如果鍵合層太薄，由於在晶粒101和粘合劑102之間熱膨脹和收縮可能以不同的速率出現，所以在晶粒101下面可能沒有充足的粘合劑102來適應晶粒101和粘合劑102的這種膨脹或收縮。這樣可能導致晶粒101中的斷裂和裂紋。在某些嚴厲的情形下，晶粒101可能也會出現從粘合劑102上分離。另一方面，鍵合層也不能太厚。如果出現太多的粘合劑102，那麼粘合劑102可能滲透出來並汙染晶粒101的表面。除其他外，當在晶粒101和引線框103之間形成電氣導線連接時這可能導致不良的導線鍵合質量。而且，以上所述的問題不可避免地使得封裝半導體器件的可靠性和性能變壞。所以，在晶粒安裝工序中，鍵合層厚度必須被認真地控制在合適的範圍之內。鍵合層厚度的精確測量是必要的，以便於實現鍵合層厚度的精確控制。傳統的鍵合層厚度的測量方法是橫斷面測量(cross-sectioning)，其要求加工處理後的晶粒沿著剖面(line)被切開。然後，將橫斷切開的晶粒和粘合劑放置在顯微鏡下測量鍵合層厚度。橫斷面測量是一種破壞性的方法，切割過程使得該方法浪費時間。由於在線反饋很難實現，所以存在很多方法被建議來通過設計特定的引線框控制鍵合層厚度。在專利出版號為2009/0115039Al、發明名稱為「半導體器件的高鍵合層厚度」的美國專利中，推薦來在引線框的鍵合盤端緣處產生邊界特徵(boundary features)。當粘合劑被滴塗在鍵合盤上時，粘合劑被限制在由邊界特徵所規定的鍵合盤區域之內並被堆積。這樣保證了鍵合盤區域具有足夠的粘合劑以生成用於鍵合層的特定厚度。而且，專利號為5，214，307、發明名稱為「具有改良的粘合劑的鍵合層控制的半導體器件的引線框」的美國專利描述了一種類似的方法。在鍵合盤區域之內的四個凸塊(bumps)被使用，取代端緣處的邊界特徵。當晶粒被鍵合在引線框上時，晶粒會接觸該凸塊，特定的鍵合層厚度會被實現。在這種特定的引線框設計的幫助下，鍵合層被保證至少具有特定的厚度。這防止了當薄鍵合層太薄時所面臨的問題。可是，在避免鍵合層太厚方面仍然沒有控制。

發明內容
所以，本發明的目的在於尋求提供一種在線的鍵合層厚度的測量方法，以便於鍵合後的晶粒樣本不需要從晶粒安裝平臺處移離，而測量鍵合層厚度。本發明相關聯的目的在於尋求在晶粒安裝過程中，利用在線測量的結果，以控制鍵合層的厚度。因此，本發明一方面提供一種用於製造半導體封裝件的方法，該方法包括將半導 體晶粒安裝在位於處理平臺的襯底上的步驟，該將半導體晶粒安裝在襯底上的步驟還包含有以下步驟使用滴塗器將粘合劑滴塗在襯底上；使用鍵合工具將半導體晶粒鍵合在已經滴塗於襯底的粘合劑上；其後使用測量設備測量位於處理平臺上的半導體晶粒的下表面和襯底的上表面之間的鍵合層厚度。本發明另一方面提供一種用於製造半導體封裝件的晶粒安裝裝置，該晶粒安裝裝置包含有滴塗器，用於將粘合劑滴塗在襯底上；鍵合工具，用於將半導體晶粒鍵合在已經滴塗於襯底的粘合劑上；以及測量設備，用於測量半導體晶粒的下表面和襯底的上表面之間的鍵合層厚度。參閱後附的描述本發明實施例的附圖，隨後來詳細描述本發明是很方便的。附圖和相關的描述不能理解成是對本發明的限制，本發明的特點限定在權利要求書中。


現在參考附圖描述本發明所述裝置和方法的示例，其中。圖I所示為通過粘合劑安裝在引線框上的半導體晶粒的剖面示意圖。圖2所示為表明包含有本發明較佳實施例所述的鍵合層厚度控制系統的晶粒安裝裝置的示意圖。圖3所示為安裝在鍵合盤上的晶粒的俯視圖，其表示了分別位於晶粒和鍵合盤上的用於雷射位移測量的示範點。圖4所示表明根據本發明較佳實施例所述雷射位移測量如何可能被完成。以及。圖5所示為根據本發明較佳實施例所述的在線鍵合層厚度測量和控制工序的作業流程圖。
具體實施例方式圖2所示為表明包含有本發明較佳實施例所述的鍵合層厚度控制系統的晶粒安裝裝置201的示意圖。晶粒安裝裝置201包括處理平臺202、粘合劑滴塗器203、晶粒鍵合工具204和測量設備如雷射位移傳感器205。粘合劑滴塗器203、晶粒鍵合工具204和雷射位移傳感器205設置在處理平臺202上的不同位置處。所以，在晶粒安裝操作期間傳送機構被操作來傳送襯底相繼至各個位置。在晶粒安裝操作期間，以引線框103形式存在的襯底沿著平臺202被傳送。首先，引線框103設置在粘合劑滴塗器203的位置，以將粘合劑102滴塗在引線框103上。接著，其上已經滴塗有粘合劑102的引線框103被前轉至晶粒鍵合工具204的位置，以將半導體晶粒101鍵合在已經滴塗在引線框103的粘合劑102上。然後，鍵合後的引線框103被移動至後鍵合位置，在那裡安裝有雷射位移傳感器205。雷射位移傳感器205被操作來測量晶粒表面和引線框表面之間的高度差異，以便於測量晶粒101的下表面和引線框103的上表面之間的鍵合層厚度或BLT。圖3所示為安裝在引線框103的鍵合盤上的晶粒101的俯視圖，其表示了分別位 於晶粒和鍵合盤上的用於雷射位移測量的示範點301、302。其表明雷射位移傳感器205從晶粒101表面的幾個區域和引線框103的鍵合盤表面的多個點處獲得計量結果。在這個示例中，在晶粒表面的四個角301獲得計量結果，以及在鍵合盤處獲得另外四個計量結果302。從而，對於整個鍵合後的晶粒101，平均BLT能夠得以獲得。BLT通過用晶粒101上表面的高度減去引線框103的上表面的高度和晶粒101的厚度而被計算出。任何的晶粒斜置也能夠從晶粒101表面上的四個角301的高度差異中而得以被監測。在雷射測量之後，鍵合後的引線框103從晶粒安裝裝置201處被移離，以進行烘箱固化。所以，雷射位移傳感器205被採用在晶粒安裝裝置201的後鍵合位置。在晶粒101被鍵合之後，晶粒表面和引線框表面的位移結果被同時測量。然後，通過和雷射位移傳感器205、粘合劑滴塗器203和晶粒鍵合工具204電性連接的處理器如微處理器206，BLT能夠被計算出。根據BLT測量的結果，處理參數得以被在線調整，以便於控制BLT在合適的範圍以內。圖4所示表明根據本發明較佳實施例所述雷射位移測量如何可能被完成。在當前發明中所使用的較佳的雷射位移傳感器205利用了雷射三角法(laser triangulation)技術進行距離測量。雷射位移傳感器205由兩個主要部件組成雷射發射器210和雷射接收器211。該技術被稱之為三角法，是因為雷射發射器210、雷射接收器211和被測量的物體101、103在測量期間被設置成形成三角形(如圖4所述)。首先，從雷射發射器210發出雷射束至物體上。該雷射束在物體表面被反射，雷射接收器211其後捕獲到反射後的雷射束。由於雷射位移傳感器205和物體表面之間的距離偏差改變了雷射反射角度，所以反射後的雷射束會在雷射接收器211的不同位置處被檢測。根據在雷射接收器211所檢測的位置差異，晶粒101的表面和引線框103的表面之間的高度偏差能夠得以被確定。圖5所示為根據本發明較佳實施例所述的、應用在晶粒安裝裝置201上的在線BLT測量和控制工序的作業流程圖。使用晶粒鍵合工具將晶粒101鍵合401，晶粒表面和引線框表面之間的相對高度位移通過雷射位移傳感器205針對鍵合後晶粒101的測量得以完成402。其後，通過微處理器206，這個數據被進行處理，根據晶粒和引線框表面之間的位移減去晶粒厚度計算出BLT。根據該BLT，微處理器206確定鍵合層是否在預定的期望厚度變化範圍以內404。如果這樣，處理參數保持不再變化406。在線反饋控制通過微處理器206被建立。如果BLT太薄或者太厚306，那麼在線修正調節將會被需要。然後，修正調節被反饋回相應的模塊，如粘合劑滴塗器203、晶粒鍵合工具204，以及修正調節將會被執行307、308。如圖5所示，可能的修正調節包括提高或降低粘合劑滴塗壓力以控制滴塗的粘合劑的數量；提高或降低鍵合工具所在的鍵合水平面，以控制晶粒和粘合劑接觸的垂直水平；提高或降低鍵合力以控制晶粒被按壓進入粘合劑的深度；和/或提高或降低鍵合時滯以控制晶粒被按壓的時間。在觸發修正調節以前，可能也迎合不同的觸發環境。例如，系統可能被如此設置，以便於當BLT在期望範圍之外時，或者當BLT仍然在期望範圍之內但是在安全界限以外時，修正調節才被觸發。值得注意的是，根據本發明較佳實施例所述的晶粒安裝裝置201允許BLT被實時控制。為了實現BLT控制的目的，沒有必要來移離鍵合後的晶粒以測量BLT或者設計特定 的引線框。所以，所述的晶粒安裝裝置201有助於提高晶粒安裝工序的產能和質量。此處描述的本發明在所具體描述的內容基礎上很容易產生變化、修正和/或補充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補充都包括在本發明的上述描述的精神和範 圍內。
權利要求
1.一種用於製造半導體封裝件的方法，該方法包含將半導體晶粒安裝在位於處理平臺的襯底上的步驟，該將半導體晶粒安裝在襯底上的步驟還包含有以下步驟 使用滴塗器將粘合劑滴塗在襯底上； 使用鍵合工具將半導體晶粒鍵合在已經滴塗於襯底的粘合劑上；其後 使用測量設備測量位於處理平臺上的半導體晶粒的下表面和襯底的上表面之間的鍵合層厚度。
2.如權利要求I所述的方法，其中，滴塗粘合劑、安裝半導體晶粒和測量鍵合層厚度的步驟是在處理平臺上的不同位置處進行的，該方法還包含有以下步驟 移動該襯底相繼至各個位置。
3.如權利要求I所述的方法，其中，該測量設備測量半導體晶粒的上表面的高度和襯底的上表面的高度。
4.如權利要求3所述的方法，該方法還包含有以下步驟 通過用半導體晶粒上表面的高度減去襯底上表面的高度和半導體晶粒的厚度，計算出鍵合層厚度。
5.如權利要求3所述的方法，其中，半導體晶粒的上表面的高度和襯底的上表面的高度分別在多個點處獲得計量結果。
6.如權利要求5所述的方法，該方法還包含有以下步驟 檢測該晶粒是否相對於襯底斜置。
7.如權利要求3所述的方法，其中，該測量設備包括雷射位移傳感器。
8.如權利要求7所述的方法，其中，雷射位移傳感器通過使用雷射發射器和雷射接收器由雷射三角法獲得距離測量而測量各個高度。
9.如權利要求I所述的方法，該方法還包含有以下步驟 使用和測量設備相連的處理器調節用於將半導體晶粒安裝至襯底上的處理參數，以將鍵合層厚度保持在期望變化範圍以內。
10.如權利要求9所述的方法，其中，該被調節的處理參數為所滴塗的粘合劑數量和/或鍵合半導體晶粒的鍵合水平面。
11.如權利要求9所述的方法，其中，該被調節的處理參數為施加於半導體晶粒上的鍵合力和/或用於控制施加於半導體晶粒上的鍵合力持續時間的鍵合時滯。
12.—種將半導體晶粒安裝在位於處理平臺的襯底上的方法，該方法包含有以下步驟 使用滴塗器將粘合劑滴塗在襯底上； 使用鍵合工具將半導體晶粒鍵合在已經滴塗於襯底的粘合劑上；其後 使用測量設備測量位於處理平臺上的半導體晶粒的下表面和襯底的上表面之間的鍵合層厚度。
13.一種用於製造半導體封裝件的晶粒安裝裝置，該晶粒安裝裝置包含有 滴塗器，用於將粘合劑滴塗在襯底上； 鍵合工具，用於將半導體晶粒鍵合在已經滴塗於襯底的粘合劑上；以及 測量設備，用於測量半導體晶粒的下表面和襯底的上表面之間的鍵合層厚度。
14.如權利要求13所述的晶粒安裝裝置，其中，滴塗器、鍵合工具和測量設備設置在不同位置處，該晶粒安裝裝置還包含有 傳送機構，用於移動該襯底相繼至該各個位置。
15.如權利要求13所述的晶粒安裝裝置，其中，該測量設備被操作來測量半導體晶粒的上表面的高度和襯底的上表面的高度。
16.如權利要求15所述的晶粒安裝裝置，其中，該鍵合層厚度通過用半導體晶粒上表面的高度減去襯底上表面的高度和半導體晶粒的厚度而被計算出。
17.如權利要求15所述的晶粒安裝裝置，其中，該測量設備包括雷射位移傳感器。
18.如權利要求13所述的晶粒安裝裝置，該晶粒安裝裝置還包含有 處理器，其和該測量設備相連，該處理器被操作來調節用於將半導體晶粒安裝至襯底上的處理參數，以將鍵合層厚度保持在期望變化範圍以內。
19.如權利要求18所述的晶粒安裝裝置，其中，該被調節的處理參數為所滴塗的粘合劑數量和/或鍵合半導體晶粒的鍵合水平面。
20.如權利要求18所述的晶粒安裝裝置，其中，該被調節的處理參數為施加於半導體晶粒上的鍵合力和/或用於控制施加於半導體晶粒上的鍵合力持續時間的鍵合時滯。
全文摘要
本發明公開了在半導體封裝件的製造過程中，將半導體晶粒安裝在位於處理平臺的襯底上。滴塗器將粘合劑滴塗在襯底上；使用鍵合工具將半導體晶粒鍵合在已經滴塗於襯底的粘合劑上；其後使用測量設備測量位於處理平臺上的半導體晶粒的下表面和襯底的上表面之間的鍵合層厚度。
文檔編號H01L21/58GK102867803SQ20121023181
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月5日 優先權日2011年7月7日
發明者陳文煒, 林兆基, 丘允賢, 張國源 申請人:先進科技新加坡有限公司