DE69631428T2 - System und verfahren zur beschichtung der unterseite von flip chips - Google Patents

System und verfahren zur beschichtung der unterseite von flip chips Download PDF

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S. Andre GAMELIN
R. Alan LEWIS
S. Mark MEIER
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    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Anlage, die zum Dispensieren viskoser Materialien verwendet wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren, das in seinen bevorzugten Ausführungsformen zum automatischen Dispensieren von Underfill-Epoxyd, das zum direkten Befestigen von Siliziumchips an gedruckten Leiterplatten („PC"-Leiterplatten) verwendet werden kann, die FR4- oder ähnliche Laminatsubstrate umfassen.
  • Bei der Herstellung von PC-Leiterplatten ist es oft notwendig, kleine Mengen viskoser Materialien aufzutragen, d. h., solche mit einer Viskosität von mehr als 50 mPas (Centipoise). Solche Materialien umfassen zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, Allzweckkleber, Lötpaste, Lötflussmittel, Lötmaske, Schmierfett, Öl, Einbettungsmassen, Vergussmassen, Epoxydharze, Plättchenbefestigungspasten, Silikone, raumtemperaturaushärtende und Zyanakrylate. Bis jetzt umfassen die üblichen Auftragsmethoden Screening, Pin-Transfer und Dispensieren aus einer Spritze oder
    einem Ventil. Das Screening erfordert eine Schablone und es ist nicht leicht, es an sich ändernde Auftragsmuster anzupassen. Pin-Transfer ist relativ schnell, das Tooling ist jedoch teuer und unflexibel und kann nur Punkte und keine Linien bilden. Das Dispensieren mittels einer Spritze ist weit verbreitet und wird mit pneumatischen Mechanismen, elektromechanischen Mechanismen oder Verdrängerventilen ausgeführt.
  • Auf der Suche nach immer größerer Schaltungsminiaturisierung wurde ein als Flip-Chip-Technologie bekanntes Herstellungsverfahren entwickelt. Diese Technologie ist auch als Direct chip attach (direkte Chipbefestigung) oder „DCA" bekannt. Es umfasst „Flip-Chip"-Bonding, direkt an den Substraten befestigte Plättchen, Wirebonding, beschichtete Plättchen und eingebette Plättchen. Ein solches, umfangreich angewandtes Verfahren, wird controlled columnar collapsed connection („C4") ge nannt, und ist durch der International Business Machines Corporation gehörende US-Patente abgedeckt.
  • Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist ein Halbleiterplättchen oder Flip-Chip 10 (1) mit einem Muster aus Lotbumps oder -kugeln r an einer Unterseite oder Schaltungsseite desselben vorgesehen. Die Lotkugeln 12 werden mit plattierten Lotpads 14 an einer PC-Leiterplatte oder einem anderen Substrat 16 zur Deckung gebracht. Die Unterseite des Chips 10 wird auch als die Abbildungsseite des Chips bezeichnet. Zwischen den Lotkugeln 12 und den Lotpads 14 wird normalerweise Flussmittel (nicht dargestellt) zugeführt. Beim Erwärmen schmelzen die Lotpads 14 an der PC-Leiterplatte oder dem Substrat 16 und verbinden sich physikalisch mit den Lot-kugeln 12 an der Unterseite des Chips 10. Die Lotkugeln 12 haben typischerweise einen hohen Schmelzpunkt und schmelzen deshalb nicht auf. Diese Verbindung ist in 2 schematisch durch das verformte Lotpad 14' dargestellt, das mit einer Lotkugel 12 zusammenpasst. Die Notwendigkeit für das Wire-Bonding wird hierdurch eliminiert.
  • Weil der Flip-Chip 10 nicht unbedingt in einem Kunststoff- oder Keramikgehäuse eingebettet ist, können die Verbindungen zwischen der PC-Leiterplatte 16 und dem Chip 10 korrodieren. Um diese Korrosion zu verhindern, lässt man ein spezielles flüssiges Epoxyd 18 (3) über die Unterseite des Chips fließen und diese vollständig abdecken. Dieses wird hierin als der „Underfill-Vorgang" bezeichnet. Beim Härten bildet die sich ergebende Einbettung eine nicht hygroskopische Sperre, um den Kontakt von Feuchtigkeit mit den elektrischen Verbindungen zwischen der PC-Leiterplatte 16 und dem Chip und somit das Korrodieren zu verhindern. Das Epoxyd 18 dient außerdem zum Schutz der Verbindungen zwischen den verformten Lotpads 14' und den Lotkugeln 12, indem es für Wärmespannungsabbau sorgt, d. h. Ausgleich von unterschiedlichen Geschwindigkeiten der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung. Anders gesagt, sobald das Epoxyd 18 ausgehärtet ist, besitzt es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, („CTE"), der zusammen mit seinen Bondingeigenschaften die durch die Differenz zwischen dem CTE des Siliziumchips 10 und dem CTE der FR4-PC-Leiterplatte 16 erzeugte Wärmespannung minimiert.
  • Die Vorteile der Anwendung der Flip-Chip-On-Board-Architektur umfassen: 1) die Möglichkeit für größeren Input und Output („I/O"), da der gesamte Bereich unter dem Chip für die Verbindung verfügbar ist; 2) eine Erhöhung der elektronischen Bearbeitungsgeschwindigkeit infolge der kürzeren Übertragungsweglängen; 3) die Fähigkeit, eine Wärmesenke auf der Oberseite des Chips zu befestigen; 4) eine wesentliche Reduzierung des Chipprofils; und 5) effizientere Ausnutzung der PC-Leiterplatten-grundfläche.
  • Bezugnehmend auf 3 der Zeichnungen ist es, sobald der Underfill-Vorgang beendet ist, wünschenswert, dass ausreichend flüssiges Epoxyd aufgetragen wird, so dass alle elektrische Verbindungen eingebettet und an den Seitenrändern des Chips 10 eine Kehle 18a gebildet wird. Eine richtig ausgebildete Kehle 18a gewährleistet, dass genug Epoxyd aufgetragen wurde, um eine maximale mechanische Festigkeit der Bindung zwischen dem Chip 10 und der PC-Leiterplatte oder dem Substrat 16 vorzusehen. Wenn zu viel Epoxyd aufgetragen wird, wird ein Hügel 18b (4) erzeugt, der die Seitenränder des Chips 10 unerwünscht umgibt und sich an der oberen Fläche des Chips entlang erstreckt.
  • Der zuvor genannte Underfill-Vorgang erfordert, dass eine präzise Menge des flüssigen Epoxyds 18 in einer mehr oder weniger kontinuierlichen Art und Weise an mindestens einem Seitenrand des Halbleiterchips 10 entlang aufgetragen wird. Das flüssige Epoxyd fließt als Ergebnis der Kapillarwirkung infolge des kleinen Zwischenraumes zwischen der Unterseite des Chips 10 und der oberen Fläche der PC-Leiterplatte oder des Substrates 16 unter den Chip 10. Wenn zu wenig Epoxyd aufgetragen wird, werden einige der elektrischen Verbindungen nicht eingebettet. Daraus kann Korrosion resultieren und Wärmespannungen können nicht abgebaut werden. Wenn zu viel Epoxyd aufgetragen wird, kann es über die Unterseite des Chips hinaus fließen und andere Halbleitereinrichtungen und Verbindungen beeinträchtigen. Überschüssiges Epoxyd kann auch auf die Oberseite des Chips 10 übergreifen, wie es bei 18b in 4 gezeigt ist, und die richtige Wärmeableitung einer Wärmesenke stören.
  • Während des Underfill-Vorganges ist es notwendig, die Temperatur des flüssigen Epoxyd oder eines anderen flüssigen Klebers präzise zu kontrollieren. Die verwendeten Flüssigkeiten werden oft in einem gefrorenen Zustand gelagert. Sie werden dann aufgetaut und in Verbindung mit einer Ausgabespritze verwendet. Die Viskosität dieser Art von Klebern ändert sich jedoch beim Härten schnell mit der Zeit, manchmal zweifach während der vier Stunden des Auftauens. Dieses verkompliziert die Aufgabe des Dispensierens der richtigen Flüssigkeitsmenge, weil, wenn ihre Viskosität zu sehr ansteigt, die Kapillarwirkung nicht ausreichend sein wird, um sie vollständig unter den Chip fließen zu lassen. Deshalb besteht die Notwendigkeit, zu bestimmen, wann der flüssige Kleber die vorgegebene Viskosität erreicht hat, die ihn in einem Underfill-Vorgang unbrauchbar macht.
  • In der Vergangenheit wurden die PC-Leiterplatten durch Leitung mittels direktem mechanischen Kontakt, mit Lampen oder Konvektionswärme, d. h. Gasströmung, erwärmt. Oft wird solch eine Erwärmung in Bandöfen durchgeführt, die aufeinander folgende Luftzonen besitzen, deren Temperatur unabhängig gesteuert werden kann, um ein gegebenes Wärmeprofil zu erreichen. Beim Dispensieren von kleinen Mengen Klebern und anderen viskosen Materialien ist es auch üblich, eine Heizeinrichtung zum Halten der Temperatur der Dispensnadel und/oder des Dispensventils und des darin enthaltenen viskosen Materials auf einem vorgegebenen Level anzuwenden. Die bekannten Verfahren zur Temperaturregelung bei der konventionellen Montage von PC-Leiterplatten stellen jedoch keine sehr genaue Viskositätsregelung zur Ver-fügung.
  • Demzufolge wäre es wünschenswert, ein automatisches Dispenssystem und -verfahren für viskoses Material vorzusehen, bei dem die Menge des dispensierten Materials genau geregelt werden kann, wobei Abweichungen in der Viskosität des Materials selbst berücksichtigt werden.
  • Die DE-A1-42 08 884 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Paste, insbesondere eines härtbaren Klebstoffes oder Dichtungsmittels, auf ein Werkstück. Die Paste wird unter Einwirkung eines Förderdruckes einer Sprüheinrichtung zugeführt und unter der Einwirkung eines Druckgases aufgebrochen oder verwirbelt. Der Volumenstrom oder Massenstrom der Paste wird durch Verändern des Förderdruckes auf einen vorgegebenen Sollwert eingestellt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein System zum Dispensieren eines viskosen Materials auf ein Substrat zur Verfügung, das ein Dispenselement, einen Vorratsbehälter für das viskose Material und eine Dosiereinrichtung umfasst, die zwischen dem Vorratsbehälter und dem Dispenselement zum Dosieren einer variablen Menge eines viskosen Materials durch das Dispenselement angeschlossen ist. Das Dispenselement und die Dosiereinrichtung können durch eine Positioniereinrichtung nahe einer Oberfläche eines Substrates in einem vorgegebenen Muster bewegt werden. Eine nahe dem Substrat angeordnete Waage nimmt eine dosierte Menge des viskosen Materials auf und erzeugt Signale, die für ein variables Gewicht des während eines vorgegebenen Zeitraumes dispensierten Materiales repräsentativ sind. Auf diese Weise kann eine Materialdurchflussmenge genau bestimmt werden. Eine Steuerung stellt eine Bewegungsgeschwindigkeit der Positioniereinrichtung in dem vorgegebenen Muster ein, um zu veranlassen, dass das Dispenselement basierend auf einer berechneten Durchflussmenge eine Sollmaterialmenge dispensiert. Alternativ stellt die Steuerung eine Ausgabegeschwindigkeit der Dosiereinrichtung basierend auf der berechneten Durchflussmenge ein, um zu bewirken, dass das Dispenselement die Sollmaterialmenge in dem vorgegebenen Muster dispensiert. Für das Dispenselement und/oder das Substrat kann eine Temperaturregelung vorgesehen werden, um eine im Wesentlichen konstante Viskosität und eine im Wesentlichen konstante Durchflussmenge zu gewährleisten. Nahe dem Substrat kann eine Vorbereitungs- und Entlüftungsstation vorgesehen sein, um Luftblasen aus dem Dispenselement und der Dosiereinrichtung zu saugen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine fragmentarische, schematische Seitenansicht eines Halbleiter-Flip-Chip, dessen Lotkugeln gemäß dem Stand der Technik mit den Lotpads einer PC-Leiterplatte zur Deckung gebracht sind.
  • 2 ist eine erheblich vergrößerte fragmentarische, schematische Ansicht, die die Verbindung eines der verformten Lotpads der 1 mit seiner entsprechenden Lotkugel nach dem Reflow gemäß dem Stand der Technik zeigt.
  • 3 ist eine etwas vergrößerte, fragmentarische Seitenansicht des Chip und der PC-Leiterplatte der 1, die die richtige Ausbildung einer Kehle des Klebermateriales neben dem Seitenrand eines Chip darstellt, der gemäß dem Stand der Technik mit flüssigem Kleber unterfüllt ist.
  • 4 ist eine etwas vergrößerte, fragmentarische Seitenansicht des Chip und der PC-Leiterplatte der 1, die einen Hügel des flüssigen Klebers darstellt, der sich unerwünscht über dem oberen Rand des Chip ausbilden kann, wenn eine überschüssige Klebermenge während des konventionellen Underfill-Prozesses aufgetragen wird.
  • 5 ist ein Blockdiagramm der bevorzugten Ausführungsform unseres Dispenssystems für viskoses Material. Gestrichelte Verbindungslinien stellen mechanische Verbindungen dar und die durchgehenden Verbindungslinien stellen elektrische Verbindungen dar.
  • Bezugnehmend auf 5 umfasst unser System einen Flüssigkeitsvorratsbehälter in Form einer konventionellen Wegwerfkunststoffspritze 20, die an ein Dispenselement in Form einer Nadel 22 angeschlossen ist. Die Nadel 22 ist von einer Wärmesenke 24 umgeben, die eine separate Widerstandsheizeinrichtung und Temperaturmess-elemente (nicht dargestellt) umfasst. Die Wärmesenke 24 kann außerdem ein Kühlelement (nicht dargestellt), wie zum Beispiel eine Peltier-Diode, umfassen. Alternativ kann die Wärmesenke auch einen Miniaturvortexkühlgenerator einschließen, der an eine nachfolgend beschriebene Druckluftquelle angeschlossen sein kann. Ein geeigneter Vortexgenerator ist das Teil Nr. 3202, das von der Exair Corp. kommerziell erhältlich ist.
  • Die Spritze 20 (5) ist durch eine Dosiereinrichtung in Form eines konventionellen Schneckenventils 25 an die Nadel 22 angeschlossen. Dieses Ventil wirkt als eine Verdrängerpumpe und umfasst eine motorgetriebene Schraube zum Dosieren einer variablen Menge des viskosen Materials innerhalb der Spritze durch die Nadel 22. Der Motor im Schneckenventil 25 wird durch eine Ventilsteuerschaltung 27 gesteuert, die wiederum an einen Systemcomputer 30 angeschlossen ist, der das Schneckenventil 25 indirekt steuert. Die Heiz-, Kühl- und Temperaturmesselemente in der Wärmesenke 24 sind an eine Nadelheizeinrichtungs-/Kühleinrichtungssteuerungs-schaltung 26 angeschlossen.
  • Die Spritze 20 wird durch ihr oberes Ende mittels einer durch den Systemcomputer 30 betätigten Druckluftquelle 28 druckbeaufschlagt, um viskoses Material zum Ventil 25 zu schieben. Der Systemcomputer 30 steuert das Dispensieren von viskosem Material, wie zum Beispiel Epoxydklebstoff, gemäß einem gespeicherten Arbeitsprogramm. Dieses ermöglicht das Dispensieren von winzigen Mengen des Klebstoffs oder anderen viskosen Materials aus dem Körper der Spritze 20 durch die Nadel 22 auf die obere Fläche der PC-Leiterplatte oder des Substrats 16.
  • Die Spritze 20, das Ventil 25 und die Nadel 22 sind durch elektromechanische Komponenten in die X-, Y- und Z-Achsen beweglich angeordnet, die in 5 gemeinsam als Positioniereinrichtung 32 bezeichnet sind. Diese Komponenten werden durch eine Bewegungssteuerungsschaltung 34 angetrieben, die ebenfalls mit dem Systemcomputer 30 kommuniziert. Mechanismen zum schnellen Bewegen der Spritze 20 entlang der X- und Y-Achsen sind in dem US-Patent Nr. 4,967,933 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING VISCOUS MATERIALS" offenbart. Ein Mechanismus zum Bewegen der Spritze entlang der Z-Achse, wenn auch mit einer viel langsameren Geschwindigkeit, ist ebenfalls in dem zuvor genannten US-Patent Nr. 4,967,933 offenbart.
  • Ein Höhensensor 36 (5) ist an der X-Y-Z-Positioniereinrichtung 32 befestigt, so dass die Nadel 22 in einer vorgegebenen Dispenshöhe über der Arbeitsfläche der PC-Leiterplatte oder des Substrates 16 (oder in einem Abstand von dieser) angeordnet werden kann. Der Höhensensor 36 umfasst einen vertikal hin- und her bewegbaren Höhenmessarm 36a. Das obere Ende des Arms 36a bricht einen Lichtstrahl, wenn die Spritze durch die Positioniereinrichtung 32 nach unten zur PC-Leiterplatte 16 hin bewegt wird. Dieses zeigt der Bewegungssteuerungsschaltung 34 an, dass die vorgegebene Dispenshöhe erreicht wurde. Der Arm 36a kann durch einen Solenoidmechanismus (nicht dargestellt), der einen Teil des Höhensensors 36 bildet, zurückgezogen werden. Der Höhensensor 36 umfasst auch einen manuell einstellbaren Leitspindelmechanismus (nicht dargestellt) zum Einstellen der benötigten Dispens-höhe bei Bedarf. Höhensensoren der vorstehenden Art sind allgemein bekannt und müssen hierin nicht näher beschrieben werden.
  • Die PC-Leiterplatte oder ein anderes Befestigungssubstrat 16 wird durch einen automatischen Zubringer 38 horizontal unterhalb der Nadel 22 transportiert, wie es durch den horizontalen Pfeil in 5 angegeben ist. Der Zubringer 38 hat eine konventionelle Konstruktion und hat eine Breite, die nach Bedarf eingestellt werden kann, um unterschiedliche Größen der PC-Leiterplatten aufzunehmen. Der Zubringer 38 umfasst auch druckluftbetätigte Hub- und Verriegelungsmechanismen (nicht dargestellt). Eine Zubringersteuerung 40 ist an den Zubringer 38 angeschlossen. Die Zubringersteuerung 40 verbindet zwischen der Bewegungssteuerung 34 und dem Zubringer 38 zum Steuern der Breiteneinstellung und der Hub- und Verriegelungsmechanismen des Zubringers 38. Die Zubringersteuerung 40 steuert auch den Eintritt der PC-Leiterplatte 16 in das System und das Verlassen desselben beim Beenden des Dispensierens von Klebstoff oder einem anderen viskosen Material auf die obere Fläche derselben.
  • Computer-Automated-Design („CAD")-Daten von einer Platte oder einer Computer-Integrated-Manufacturing-(CIM)-Steuerung (nicht dargestellt) können durch den Systemcomputer 30 verwendet werden, um die Bewegung der Positioniereinrichtung 32 und der Dispensnadel 22 mittels der Bewegungssteuerung 34 zu steuern. Dieses gewährleistet, dass der auf die obere Fläche der PC-Leiterplatte 16 aufgetragene Kleber oder anderes viskoses Material in der erforderlichen präzisen Menge genau platziert wird. In Anwendungen, in denen CAD-Daten nicht verfügbar sind, kann die durch den Systemcomputer 30 verwendete Software die direkte Programmierung der Dispenspositionen und -mengen zulassen. Unser System verwendet außerdem vorzugsweise eine Kamera und eine Bildschaltung, die nachfolgend beschrieben wird, um die Nadel 22 in Bezug auf den Chip 10 präzise zu positionieren.
  • Der Systemcomputer 30 verwendet X- und Y-Positionen, Komponententypen und Komponentenausrichtungen, um zu bestimmen, wo und wieviel Kleber oder anderes viskoses Material auf die obere Fläche der PC-Leiterplatte oder des Substrates 16 zu dispensieren ist. Der Systemcomputer 30 ist vorzugsweise mit Standard-RS 232-Schnittstelle und SMEMA-Kommunikationsbussen 42 versehen, die mit den meisten anderen Typen automatischer Gerätschaften, die in vollautomatisierten PC-Leiterplattenmontagelinien verwendet werden, kompatibel sind.
  • Eine Strahlungsheizquelle, wie zum Beispiel mehrere Infrarotkolben 44, wird durch eine PC-Leiterplattenheizeinrichtungssteuerungsschaltung 46 eingeschaltet. Der tatsächliche Wert der lokalisierten Erwärmung der PC-Leiterplatte oder des Substra tes 16 in unterschiedlichen einzelnen Zonen wird durch mehrere Wärmesensoren 47 gemessen, wie zum Beispiel infrarotempfindliche Thermoelemente, die zum genauen Ermitteln der Temperatur der PC-Leiterplatte oder des Substrates 16 angeordnet sind. Eine Wärmeabschirmung 48 lenkt Wärme von den Kolben 44 von der Nadel 22, der Wärmesenke 24 und dem Schneckenventil 25 ab. Die Wärmeabschirmung 48 kann eine horizontal angeordnete, schwarze, anodisch erzeugte Aluminiumschicht umfassen, die durch die Positioniereinrichtung 32 getragen wird. Die Wärmeabschirmung 48 hat eine Bohrung, durch die die Nadel 22 hindurch ragt. Ein Gebläse oder Lüfter 49 verteilt unter dem Einfluss des Systemcomputers 30 über eine Gebläsesteuerung 50 Luft über der PC-Leiterplatte 16, um bei Bedarf eine Umgebungsluftkühlung zur Verfügung zu stellen.
  • Die Dispensnadel 22 kann zu einer Vorbereitungs- und Entlüftungsstation 51a (5) bewegt werden, die an eine vom Systemcomputer 30 gesteuerte Vakuumquelle 51b angeschlossen ist. Die Vorbereitungs- und Entlüftungsstation 51a umfasst einen elastischen, ventilartigen Raum (nicht dargestellt), der von der Nadel 22 durchdrungen wird, so dass sie mit einer Innenkammer (nicht dargestellt) kommuniziert, an die mittels der Vakuumquelle 51b ein Vakuum angelegt wird. Dieses dient auch zum Reinigen der Außenseite der Nadelspitze. Der elastische Raum ist ähnlich dem elastischen Ventil an einem Basketball. Eine dicht sitzende Dichtung ohne Ventilfunktion ist ebenfalls ausreichend. Der Vorbereitungs- und Entlüftungsvorgang wird vor dem Dispensiervorgang ausgeführt, um zu gewährleisten, dass alle Blasen im Ventil 25 und in der Nadel 22 beseitigt werden. Bei diesem System sind Blasen besonders unerwünscht, weil sie die Dispensiergenauigkeit in Bezug auf das Volumen drastisch beeinflussen können.
  • Die bevorzugte Ausführungsform unseres Systems umfasst auch eine elektronische Präzisionswaage 52 mit einer Platte 53. Die Ausgangssignale der Waage 52 werden zu einer Elektronikwaagenschaltung 54 geführt. Diese Schaltung 54 ist an den Systemcomputer 30 angeschlossen. Zum Beispiel kann die Waage 52, die Platte 53 und die Elektronikwaagenschaltung 54 gemeinsam in Form einer Analysenwaage vom Modelltyp Nr. DI-100 vorgesehen sein, die von Denver Instruments kommerziell erhältlich ist. Für diesen Waagentyp wird eine digitale Schaltung für hochgenaue Messungen von winzigen Gewichten verwendet und umfasst eine RS 232-Schnittstelle. Es kann wünschenswert und in einigen Fällen notwendig sein, die Waage 52 mit einer elastischen Vibrationsbefestigung zu versehen (nicht dargestellt), um genaue Gewichtsmessungen zu gewährleisten. Die Nadel 22 kann durch die Positioniereinrichtung 32 zur Waage 52 bewegt werden, und eine geringe Klebermenge kann auf die Platte 53 aufgetragen werden. Der Systemcomputer 30 bestimmt mittels der Elektronikwaagenschaltung 54 die präzise Menge des dosierten viskosen Materials durch das pro Zeiteinheit ausgegebene Gewicht. Die berechnete Durchflussmenge wird dann im Dispensiervorgang verwendet, wie es nachfolgend beschrieben wird.
  • Eine ladungsgekoppelte Halbleitervorrichtungs-(„CCD")-Videokamera 56 (5) ist zur Bewegung zusammen mit der Dispensnadel 22 mechanisch an die X-Y-Z-Positioniereinrichtung 32 angeschlossen. Ihre Linse ist nach unten gerichtet, so dass die obere oder eine andere Arbeitsfläche der PC-Leiterplatte oder des Substrates 16 in ihrem Bildfeld ist. Die Kamera 56 ist zum Zusammenschalten mit dem Systemcomputer 30 elektrisch an eine konventionelle Bildschaltung 58 angeschlossen. Durch den Systemcomputer 30 wird ein Randbestimmungsalgorithmus ausgeführt, um das Lokalisieren eines Randes des Chip 10 an der PC-Leiterplatte 16 zu unterstützen, um das Positionieren der Spitze der Nadel 22 neben mindestens einem Seitenrand derselben zu erleichtern. In einer weiteren Operation wird die Nadel 22 vorzugsweise in einem L-förmigen Muster bewegt, um flüssiges Epoxyd an zwei benachbarten Seitenrändern entlang zu dispensieren. An den restlichen zwei Seitenrändern entlang wird ein zweiter L-förmiger Arbeitsgang der Nadel 22 ausgeführt. Es wird als Außenbegrenzungsfüllung bezeichnet und gewährleistet, dass sich um den gesamten Außenrand des Plättchens 10 herum eine geeignete Kehle 18a erstreckt. Diese vollständige Kehle 18a unterstützt die mechanische Festigkeit der Chip-Leiterplatten-Befestigung.
  • Die in Blockdiagrammform in 5 dargestellte bevorzugte Ausführungsform unseres Systems umfasst mehrere mechanische, elektronische und elektro-mechanische Komponenten, die vorzugsweise an einem aufrechten, offenen, rechteckigen Stahlrahmen befestigt sind, der allgemein in 1 des US-Patents 5,505,777 dargestellt ist. Der Rahmen kann in jede moderne, voll automatisierte PC-Leiterplattenmontage-linie eingesetzt werden. Der Systemcomputer 30 kann ein beliebiger, auf der Extended Industry Standard Architecture („EISA") beruhender Personalcomputer mit ausreichender Speicher- und Verarbeitungskapazität zum schnellen Ausführen der erforderlichen, hierin beschriebenen Schnittstellen- und Befehlsfunktionen sein.
  • Die bevorzugte Ausführungsform unseres Dispenssystems für viskose Flüssigkeiten kann verwendet werden, um die bevorzugte Ausführungsform unseres Verfahrens wie folgt auszuführen. Sobald sich die Regelkreistemperatur der Wärmesenke 25 stabilisiert hat, bewirkt der Systemcomputer 30 die Bewegung der Nadel 22 mittels der Positioniereinrichtung 32 zur Vorbereitungs- und Entlüftungsstation 51a. Die Nadel 22 wird in das flexible Ventil oder die dicht sitzende Dichtung der Station 51a versenkt. Die Vakuumquelle 51b wird eingeschaltet, um alle Luftblasen aus dem viskosen Material innerhalb des Schneckenventils 25 und der Nadel 22 zu saugen. Der Systemcomputer 30 bewirkt dann das Zurückziehen der Nadel 22 von der Vorbereitungs- und Entlüftungsstation 51a und ihre Bewegung zur Waage 52 mittels der Positioniereinrichtung 32. Eine kleine Menge des viskosen Materials wird auf die Platte 53 der Waage 52 aufgetragen. Diese kleine Menge ist in Abhängigkeit von der Viskosität variabel, selbst dann, wenn das Schneckenventil 25 für einen vorgegebenen Zeitraum mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit eingeschaltet werden kann. Die Dauer des Auftrags, wie sie durch die Zeit, die der Motor des Schneckenventils 25 eingeschaltet ist, angezeigt wird, und das gemessene Gewicht werden verwendet, um einen Volumendurchfluss zu berechnen.
  • Der Systemcomputer 30 bewirkt dann, dass die PC-Leiterplatte 16 durch den Zubringer 38 entlang eines vorgegebenen Weges über den Infrarotlampen 44 gezogen wird. Die untere Fläche der PC-Leiterplatte 16 wird auf eine vorgegebene erhöhte Temperatur erwärmt. Diese Temperatur wird vom Systemcomputer 30 mittels der PC-Leiterplattenheizeinrichtungssteuerung 46, die durch die Wärmesensoren 47 die Oberflächentemperatur in verschiedenen Zonen überwacht, präzise geregelt. Die obere Fläche der PC-Leiterplatte wird mittels Leitung durch die Leiterplatte in einzelnen Zonen entsprechend erwärmt. Unter Anwendung der vorprogrammierten Komponentenlagedaten und/oder des Bildsubsystems und den vorprogrammierten Muster- und Dispensiermengendaten bewegt der Systemcomputer 30 die Dispensnadel 22 zu einem Seitenrand des Chip 10, für den die Underfill-Operation bestimmt ist. Die Nadel 22 wird abgesenkt, um ihr unteres Ende in der vorgegebenen Dispenshöhe anzuordnen, z. B. 0,18 mm (7 mils) über der oberen Fläche der PC-Leiterplatte 16, wobei der Höhensensor 36 und die X-Y-Z-Positioniereinrichtung 32 verwendet werden. Der Systemcomputer 30 bewirkt dann, dass sich die Nadel 22 an zwei benachbarten Seitenrändern des Chip 10 entlang bewegt. Gleichzeitig wird vorübergehend das Dosierschneckenventil 25 eingeschaltet, um viskoses Material in Form eines Epoxyd-klebstoffes auf die PC-Leiterplatte 16 zu dispensieren, so dass es unter den Chip 10 wandert. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Spritze 20 und der Nadel 22 entlang der X- und Y-Achsen wird präzise gesteuert um eine vorgegebene Klebersollmenge basierend auf dem berechneten Volumendurchfluss aufzutragen oder abzulegen. Diese Sollklebermenge ist ausreichend, um zu gewährleisten, dass jede der Lotkugel-Lotpad-Verbindungen des Flip-Chip 10 mit flüssigem Epoxyd umgeben wird. Die Klebermenge ist ausreichend, um die Kehle 18a (3) zu bilden, jedoch keinen unerwünschten Hügel 18b (4).
  • Vorzugsweise bewegt unser System die Nadel 22 periodisch zur Vorbereitungs- und Entlüftungsstation 51a, um nach einer vorgegebenen Leerlaufzeit viskoses Material in der Nadel auszustoßen. Dieses Material kann zu sehr ausgehärtet sein. Vorzugsweise bewegt unser System die Nadel 22 für die Neuberechnung der Durchflussmenge auch periodisch zur Waage 52 und stellt die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel wie erforderlich ein, um die Ausgabe einer Sollmaterialmenge zu gewährleisten. Der Massendurchsatz wird auf Regelkreisbasis ermittelt.
  • Es versteht sich somit, dass in unserem System die Durchflussmenge des Schneckenventils 25 zuerst bestimmt wird, während die Wärmesenke 24 durch die Spritzen-heizeinrichtungs-/Kühlregelungsschaltung 26 auf einer vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten wird. Dieses hält die Viskosität des Materials im Wesentlichen konstant. Der Systemcomputer 30 setzt voraus, dass während der Einschaltung des Schneckenventils 25 eine vorgegebene Durchflussmenge besteht. Die Antriebsgeschwindigkeit des Schneckenventils 25 und somit die Durchfluss-menge aus diesem werden im Wesentlichen konstant gehalten und werden nicht kontinuierlich eingestellt. Statt dessen stellt der Systemcomputer 30 die X-Y-Translations-bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 22 ein, um die richtige Menge des flüssigen Epoxyds zu dispensieren, die den optimalen Underfill erreicht. Alternativ kann die Geschwindigkeit des Schneckenventils 25 kontinuierlich eingestellt werden, während eine vorgegebene feststehende Translationsbewegungsgeschwindigkeit der Nadel 22 über der PC-Leiterplatte beibehalten wird.
  • Unser System nimmt eine Anfangsmessung an der Waage 52 vor, um die Dispensier-durchflussmenge zu bestimmen. Es muss nicht das Ventil 25 einstellen, sondern stellt statt dessen die Bewegungsgeschwindigkeit der Dispensnadel 22 in der X-Y-Ebene ein, um zu gewährleisten, dass die Sollklebermenge dispensiert wird. Die optimale Erwärmung des speziellen Oberflächenbereiches der PC-Leiterplatte 16 mit den Kolben 44 gewährleistet, dass der Epoxydklebstoff vollständig unter den Chip 10 fließt oder strömt. Die Kolben 44 erwärmen die untere Fläche der PC-Leiterplatte schnell, wenn sie durch den Zubringer 38 in Position gebracht wurde.
  • Die PC-Leiterplatte 16 muss in weniger als 30 Sekunden bis auf einen Sollwert von ungefähr 80°C erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten werden. Die Temperatur jedes Teils der PC-Leiterplatte 16, das in Kontakt mit dem flüssigen Epoxydklebstoff kommt, muss nahezu gehalten werden, d. h. innerhalb von plus oder minus 5°C des vorgenannten Sollwertes. Um die PC-Leiterplatte 16 zu erwärmen, werden vorzugsweise Infrarot-(„IR")-Vakuumheizkolben 44 verwendet, so dass das gesamte System dieses Ziel erreichen kann. Solche Kolben können in ungefähr 1,4 Sekunden auf die volle Temperatur kommen, so dass sie in einem Regelkreis verwendet werden können, wo es wünschenswert ist, den Sollwert sehr schnell zu erreichen, z. B. in 30 Sekunden oder weniger. Die kontaktlosen Wärmesensoren 47 sind wichtige Komponenten der Temperaturregelung der PC-Leiterplatte 16. Die Konstruktion der PC-Leiterplattenheizeinrichtungsregelungsschaltung 46 wird für Fachleute auf dem Gebiet leicht verständlich sein und ihre Einzelheiten müssen hierin nicht beschrieben werden.
  • Vorzugsweise ist unser System in der Lage, das Gewicht der dispensierten Flüssigkeit genau zu regeln, z. B. innerhalb von plus oder minus 10% einer Zielgröße für einen gegebenen Chip. Die Analysewaage 52 wird verwendet, um die Durchflussmenge aus dem Schneckenventil 25 periodisch zu messen. Die Geschwindigkeit der Dispensnadel 22 in der X-Y-Ebene wird präzise gesteuert, so dass das Sollgewicht (Menge) des Epoxydklebstoffs aufgetragen wird.
  • Für das Ventil 25 wird ein Motor verwendet, um eine Schnecke zu drehen, die wiederum viskose Flüssigkeit oder Material durch die Dispensnadel 22 drückt. Eine Anzeige der Viskosität der Flüssigkeit kann durch Messen des Motordrehmoments des Schneckenventils erhalten werden. Da die Flüssigkeit mit den Wänden des Ventils und mit der Schnecke in Berührung ist, beeinflusst die Viskosität der Flüssigkeit das Widerstandsdrehmoment. Das Drehmoment kann überwacht werden, um anzu-zeigen, dass die Viskosität des Materials zu hoch angestiegen ist, z. B. infolge des teilweisen Härtens, um den Chip zu unterfüllen. Schaltungen, die in der Ventilsteuerungsschaltung 27 zum Überwachen des Motordrehmomentes durch Messen der gegenelektromotorischen Kraft („EMK") der Motorwicklungen integriert sind, sind allgemein bekannt und müssen hierin nicht ausführlich beschrieben werden.
  • Das Schneckenventil 25 ist vorzugsweise eine Rotationsschneckenverdrängerpumpe aus gehärteten Stahl, die die Wegwerfnadel 22 und ein automatisches Reinigungssystem einschließt, das die Notwendigkeit für den Ventilausbau und -einbau beseitigt. Ein geeignetes Ventil ist das ASYMTEK (Handelsmarke)-Modell Nr. DV-06, das von Asymptotic Technologies, Inc. aus Carlsbad, Kalifornien, dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung, kommerziell erhältlich ist. Vor dem Dispensieren bewegt das System das Ventil 25 und die Nadel 22, so dass der Höhensensor 36 die Höhe der Nadelspitze automatisch lokalisieren kann. Das System bewegt dann die Nadel 22 zur Vorbereitungs- und Entlüftungsstation 51a.
  • Das Ventil 25 umfasst einen Einzelantriebsmotor. Die Gegen-EMK am Ventil 25 wird fortlaufend durch die Ventilsteuerungsschaltung 27 überwacht. Dieses ermöglicht die dynamische Einstellung des Ventils. Wenn sich die Viskosität der Flüssigkeit verändert, neigt sie dazu, den Motor zu verlangsamen. Durch Messen der Gegen-EMK erhöht die Ventilsteuerungsschaltung 27 die Motorleistung, um eine gleichmäßige Motordrehzahl innerhalb von 1% aufrechtzuerhalten und erreicht dadurch eine im Wesentlichen konstante Flüssigkeitsdurchflussmenge.
  • Unser System positioniert die PC-Leiterplatte 16 vorzugsweise an drei Stellen: 1) eine Vorwärmzone; 2) eine Dispenswärmezone; und 3) eine Nachwärmzone. Der Zubringer 38 umfasst automatische Breiteneinstellungsmöglichkeiten, um sich an eine Vielzahl von PC-Leiterplattengrößen anzupassen. Im Zubringer 38 können unterhalb der Leiterplatte liegende Träger (nicht dargestellt) für dünne Substrate inkorporiert sein. Die Breite, Geschwindigkeit und Stillstandszeit des Zubringers 38 sind voll programmierbar.
  • Der wiederholbare Erfolg des Underfill-Prozesses hängt von dem exakten Wärmemanagement der PC-Leiterplatte oder des Substrates 16, der Flüssigkeit und der allgemeinen Systemumgebung ab. Die Substraterwärmung in allen Zonen wird vorzugsweise durch die Anwendung von ultraschnellen IR-Heizkolben 44 bewirkt, die in zwei Sekunden auf die volle Temperatur ansteigen können. Jede Wärmezone besteht vorzugsweise aus drei Wärmesektoren, wobei pro Sektor zwei Kolben verwendet werden. Die Zonen werden vorzugsweise durch drei entsprechende IR-Wärmeelemente überwacht. Jedes Wärmeelement kann die Durchschnittstemperatur eines Bereiches unterhalb der PC-Leiterplatte messen, der ungefähr 2,54 cm (1 Inch) im Durchmesser beträgt. Die Substrattemperaturregelung wird mit durch die Software überwachten Wärmesensoren 47 ausgeführt.
  • Die Temperaturregelung unseres Systems kann programmierbare Anstiegsgeschwindigkeiten von mehr als 4°C pro Sekunde erreichen. Da die PC-Leiterplatte oder das andere Substrat 16 von unten erwärmt wird, hängen die Temperaturanstiegsgeschwindigkeiten auf der Oberseite der PC-Leiterplatte und das Gefälle von der Oberseite zum Boden von der Substratdicke und der Wärmeleitfähigkeit ab. Somit wird für dünne PC-Leiterplatten, wie zum Beispiel eine 0,46 mm (0,018 inch) dicke FR-4-Leiterplatte die Oberseite der PC-Leiterplatte in ungefähr 20 Sekunden optimal erwärmt sein, während ein dickeres Material, wie zum Beispiel eine 1 mm (0,040 Inch) dicke FR-4-PC-Leiterplatte länger braucht, d. h. ungefähr 40 Sekunden. Die gemessene Temperaturhomogenität über dem dispensierten Bereich der PC-Leiterplatte beträgt vorzugsweise plus oder minus 5°C.
  • Das Wärmemanagement des Epoxydklebstoffes umfasst das Regeln seiner Temperatur an zwei Stellen: 1) im Ventil; und 2) am Dispensierpunkt. Die viskose Flüssigkeit im Ventil 25 muss nahe der Umgebungstemperatur gehalten werden, normalerweise 27°C. Dieses wird teilweise durch Anwendung der Metallwärmeabschirmung 48 erreicht, die das Ventil 25 umgibt, eine Phenolharzwärmeabschirmung 60, die alles umgibt außer dem unteren Ende der Nadel 22, und eine Laminarströmungskühlung um das Ventil herum über das Gebläse 49. Diese Laminarströmung dient auch zum Kühlen der allgemeinen Systemumgebung. Die viskose Flüssigkeit am Dispensierpunkt (Nadel 22) wird mit dem geschlossenen Regelkreis wie zuvor beschrieben durch die Wärmesenke erwärmt oder gekühlt.
  • Die präzise, gleichmäßige Regelung der dispensierten Flüssigkeitsmasse ist für die optimale Ausführung des Underfill-Prozesses wesentlich. Zu viel Flüssigkeit wird den Chip 10 überdecken und nicht genug wird zu einem unvollständigen Underfill führen. Die Dispens- und Underfillaufgaben werden weiter kompliziert, weil das flüssige Epoxyd ein relativ kurzes Potlife hat. Seine Viskosität kann während des teilweisen Härtens innerhalb von 4 Stunden auf 100% ansteigen. Um das präzise Dispensieren zu gewährleisten, umfasst unser System zwei Merkmale, nämlich ein Massendurchsatzkalibrierungsmerkmal (Waage 52 und Waagenschaltung 54) und eine Präzisionsverdrängerpumpe (Schneckenventil 25).
  • Die Massendurchsatzkalibrierungswaage 52 ist vorzugsweise nahe der Vorbereitungs- und Entlüftungsstation 51a angeordnet. Sie wiegt eine variable Menge der über einen vorgegebenen Zeitraum dispensierten viskosen Flüssigkeit und ist auf plus oder minus ein halbes Milligramm genau. Nachdem die Probe gewogen ist, werden die Dispensparameter eingestellt, um die zum Ausführen des Dispensmusters notwendige Sollflüssigkeitsmenge über den Zeitraum zu dispensieren. Die Durchflussmenge ändert sich, wenn sich die Viskosität verändert. Deshalb wird die Durchflussmenge in anwenderspezifischen Intervallen automatisch gemessen und die X-Y-Geschwindigkeit der Nadel 22 und/oder Geschwindigkeit des Ventils 25 werden eingestellt, um diese Viskositätsänderung auszugleichen.
  • Beim Underfill-Vorgang dispensiert die Nadel 22 viskoses Material entlang eines vorgegebenen Musters, z. B. eine L-förmige Kehle an zwei Seiten des Chip 10 entlang. Die Kapillarwirkung zieht die viskose Flüssigkeit unter den Chip. Nach einer geeig-neten Stillstandszeit, in der man den Kleber den Chip vollständig unterfüllen lässt, werden die gegenüberliegenden Seiten des Chip vorzugsweise mit einer geringeren Flüssigkeitsmenge am Außenumfang gefüllt.
  • Der Systemcomputer 30 kann eine automatische Bezugspunktausrichtung ausführen. Der Underfillprozess erfordert zusätzliche Bildverarbeitungsfähigkeiten, um den Chip 10 zur Positionierung und Prozesssteuerung als auch genauen Dispensieren akkurat zu positionieren. Diese Aufgabe wird durch große Abweichungen in der Farbe und dem Reflektionsvermögen der Chiprückseite als auch die Ähnlichkeit des Äußeren der Komponenten mit der Lotmaske an bestimmten PC-Leiterplatten er schwert. Um den Chip 10 von der PC-Leiterplatte 16 zu unterscheiden, kann eine Spezialbeleuchtung (nicht dargestellt) für den bildlichen Kontrast in unser System inkorporiert sein.
  • Während wir eine bevorzugte Ausführungsform unseres Dispenssystems und -verfahrens beschrieben haben, sollte offensichtlich sein, dass Fachleuten auf dem Gebiet Modifikationen und Anpassungen desselben einfallen werden. Zum Beispiel kann unser Dispenssystem in Verbindung mit anderen Werkstücken neben PC-Leiterplatten und Substraten, die in der Elektronikindustrie verwendet werden, angewandt werden. Deshalb sollte der unserer Erfindung gewährte Schutz nur gemäß dem Schutzumfang der folgenden Ansprüche begrenzt sein.

Claims (30)

  1. System zum Dispensieren eines viskosen Materials auf ein Substrat, umfassend: ein Dispenselement (22); einen Vorratsbehälter (20) für das viskose Material; eine Dosiereinrichtung (25), die zum Dosieren einer variablen Menge eines viskosen Materials durch das Dispenselement zwischen dem Vorratsbehälter und dem Dispenselement angeschlossen ist; Positioniermittel (22, 34) zum Bewegen des Dispenselementes in einem vorgegebenen Muster nahe einer Oberfläche eines Substrates (16); gekennzeichnet durch eine Waage (52) nahe dem Substrat zum Aufnehmen einer dosierten Menge des viskosen Materials und Erzeugen von Signalen, die für ein Gewicht des während eines Zeitraumes dispensierten Materiales repräsentativ sind; und Regelungsmittel (30, 54), die mit der Waage (52) verbunden sind und Signale von der Waage empfangen.
  2. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (30, 54) zum Berechnen einer Durchflussmenge basierend auf den Signalen von der Waage vorgesehen sind.
  3. System gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel eine Geschwindigkeit der Bewegung der Positioniermittel (32, 34) in dem vorgegebenen Muster einstellen, um zu bewirken, dass das Dispenselement (22) eine Sollmaterialmenge basierend auf der berechneten Durchflussmenge dispensiert.
  4. System gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, und außerdem umfassend Mittel (26, 49, 50), die mit dem Dispenselement verbunden sind, um die Temperatur des dort hindurch dosierten viskosen Materials auf einer vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten.
  5. System gemäß einem der obigen Ansprüche, und außerdem umfassend eine Druckgasquelle (28), die mit dem Vorratsbehälter für das viskose Materi al verbunden ist, um das viskose Material aus diesem zur Dosiereinrichtung voranzutreiben.
  6. System gemäß einem der obigen Ansprüche, bei dem die Regelungsmittel (27, 30) eine Ausgabegeschwindigkeit der Dosiereinrichtung basierend auf der berechneten Durchflussmenge einstellen, um zu bewirken, dass das Dispenselement eine Sollmaterialmenge in dem vorgegebenen Muster dispensiert.
  7. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend Mittel (26, 49, 50), die mit dem Dispenselement verbunden sind, um die Temperatur des dort hindurch dosierten viskosen Materials auf einer vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten.
  8. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend kontaktlose Heizeinrichtungen (44, 46) zum Halten des Substrates auf einer vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Temperatur.
  9. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend Vorbereitungs- und Entlüftungsmittel (51a, b) nahe dem Substrat (16) zum Aufnehmen des Dispenselementes (22) und Saugen von viskosem Material dort hindurch zum Entfernen jeglicher Luftblasen aus dem Dispenselement und der Dosiereinrichtung.
  10. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend eine Kamera (56) zum Erzeugen eines Bildes des Substrates und Erzeugen von hierfür repräsentativen Bildsignalen, eine mit der Kamera verbundene Bildschaltung und zwischen der Bildschaltung (58) und den Positioniermitteln (32, 34) angeschlossene Regelungsmittel (30) zum Positionieren eines Objektes auf dem Substrat basierend auf den Bildsignalen und zum Bewegen des Dispenselementes in dem vorgegebenen Muster nahe dem Objekt.
  11. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend einen Zubringer (38) zum Bewegen des Substrats entlang eines vorgegebenen Weges.
  12. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, bei dem das Dispenselement eine Nadel ist, die Dosiereinrichtung eine motorbetriebene Verdrängerpumpe und der Vorratsbehälter eine Kanüle ist.
  13. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend Höhenmesseinrichtungen zum Bestimmen, wann das Dispenselement in einem vorgegebenen Abstand von der Oberfläche des Substrates ist.
  14. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend ein Gebläse und einen Gebläseregler zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Luftströmung am Dispenselement vorbei.
  15. System gemäß Anspruch 6, bei dem die Dosiereinrichtung eine Verdrängerpumpe umfasst, die einen Einzelantriebsmotor besitzt, und bei dem das System außerdem eine Ventilsteuerschaltung zum Ermitteln einer Gegen-EMK des Motors zum Ausgleich von Viskositätsänderungen des viskosen Materials umfasst.
  16. System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, umfassend: erste Temperaturregelungsmittel (26), die mit dem Dispenselement verbunden sind, um die Temperatur des dort hindurch dosierten viskosen Materials auf einer ersten vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten; zweite Temperaturregelungsmittel (46), um das Substrat auf einer zweiten vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Temperatur zu halten.
  17. System gemäß Anspruch 16, bei dem das Dispenselement eine Nadel (22) umfasst und das erste Temperaturregelungsmittel eine die Nadel umgebende Wärmesenke (48), ein in der Wärmesenke eingebautes Heizelement, einen in der Wärmesenke eingebauten Wärmesensor und eine an das Heiz element und die Wärmesenke angeschlossene Heizelementsteuerschaltung umfasst.
  18. System gemäß Anspruch 16, bei dem das zweite Temperaturregelungsmittel mehrere Infrarotstrahlerkolben (44), die zum Strahlungsheizen des Substrates angeordnet sind, und eine Substratheizungssteuerschaltung umfasst, die zum Einschalten der Kolben an die Kolben angeschlossen ist.
  19. System gemäß Anspruch 16, und außerdem umfassend eine Waage (52) nahe dem Substrat zum Aufnehmen einer variablen Menge des viskosen Materials und Erzeugen von Signalen, die für ein Gewicht des während eines vorgegebenen Zeitraumes dispensierten Materiales repräsentativ sind.
  20. System gemäß Anspruch 16, und außerdem umfassend einen Systemcomputer (30), der an die Waage und das Bewegungs-steuerungsmittel (34) zum Einstellen einer Geschwindigkeit der Bewegung des Positioniermittels (32) in dem vorgegebenen Muster angeschlossen ist, um zu bewirken, dass das Dispenselement (22) eine Sollmaterialmenge basierend auf einer Durchflussmenge dispensiert, die aus den Signalen berechnet wird, die für das Gewicht des während des vorgegebenen Zeitraumes dispensierten Materiales repräsentativ sind.
  21. System gemäß Anspruch 16, und außerdem umfassend Ventilsteuerungsmittel (27) zum Einstellen einer Ausgabegeschwindigkeit der Dosiereinrichtung, um zu bewirken, dass das Dispenselement eine Sollmaterialmenge in dem vorgegebenen Muster dispensiert.
  22. System gemäß Anspruch 16, und außerdem umfassend Vorbereitungs- und Entlüftungsmittel (51a, b) nahe dem Substrat zum Aufnehmen des Dispenselementes und Saugen von viskosem Material dort hindurch zum Entfernen jeglicher Luftblasen aus dem Dispenselement und der Dosiereinrichtung.
  23. System gemäß Anspruch 16, und außerdem umfassend eine Kamera (56) zum Erzeugen eines Bildes des Substrates und Erzeugen von hierfür repräsentativen Bildsignalen, eine mit der Kamera verbundene Bildschaltung und einen mit der Bildschaltung verbundenen Systemcomputer zum Positionieren eines Objektes auf dem Substrat basierend auf den Bildsignalen, und um dem Positioniermittel durch das Bewegungssteuerungsmittel zu befehlen, das Dispenselement in dem vorgegebenen Muster nahe dem Objekt zu bewegen.
  24. System gemäß Anspruch 16, bei dem die Dosiereinrichtung eine Verdrängerpumpe umfasst, die einen Einzelantriebsmotor besitzt, und bei dem das System außerdem eine Ventilsteuerungsschaltung zum Ermitteln eines Gegen-EMK des Motors zum Ausgleich von Veränderungen in der Viskosität des viskosen Materials umfasst.
  25. System gemäß Anspruch 16, und außerdem umfassend eine Wärmeabschirmung (48) neben dem Dispenselement zum Ablenken der Wärme vom zweiten Temperaturregelungsmittel (44).
  26. Verfahren zum Underfilling eines Raumes zwischen einem Halbleiter-Flip-Chip (10) und einem Substrat (16) zum vollständigen Umgeben mehrerer Lotbumps und Lotpads mit einem flüssigen viskosen Material, umfassend die Schritte: Vorsehen einer Verdrängerpumpe zum Dosieren einer variablen Menge eines viskosen Materials aus einem mit der Pumpe verbundenen Vorratsbehälter durch ein mit der Pumpe verbundenes Dispenselement; Halten des Dispenselementes (22) auf einer ersten, im Wesentlichen konstanten Temperatur; Halten des Substrates auf einer zweiten, im Wesentlichen konstanten Temperatur; Dosieren einer ersten variablen Menge des durch das Element dispensierten viskosen Materials auf eine Waage (52) während eines vorgegebenen Zeitraumes und Messen eines Gewichtes derselben; Berechnen einer vorgegebenen Durchflussmenge basierend auf dem vorgegebenen Zeitraum und dem gemessenen Gewicht; und Bewegen des Dispenselementes an mindestens einem Seitenrand eines an einem Substrat befestigten Flip-Chip entlang und Dispensieren einer zweiten Sollmenge eines viskosen Materials basierend auf der berechneten Durchflussmenge, die zum vollständigen Umgeben mehrerer Lotbumps und Lotpads ohne Überströmen einer Oberseite des Chips ausreichend ist.
  27. Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem die zweite Sollmaterialmenge durch Einstellen einer Bewegungsgeschwindigkeit des Dispenselementes in Bezug auf den Chip dispensiert wird, während eine im Wesentlichen konstante Ausgabegeschwindigkeit der Verdrängerpumpe beibehalten wird.
  28. Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem die zweite Sollmaterialmenge durch Einstellen einer Geschwindigkeit an der Verdrängerpumpe dispensiert wird, während eine im Wesentlichen konstante Bewegungsgeschwindigkeit des Dispenselementes in Bezug auf den Chip beibehalten wird.
  29. Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem die erste variable Materialmenge periodisch dispensiert und gewogen wird, um die Durchflussmenge neu zu berechnen, und die Bewegungsgeschwindigkeit des Dispenselementes eingestellt wird, um Änderungen in der Viskosität des Materiales zu berücksichtigen und dadurch zu gewährleisten, dass die zweite Sollmaterialmenge wiederholt dispensiert wird.
  30. Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem die erste variable Materialmenge periodisch ausgegeben und gewogen wird, um die Durchflussmenge neu zu berechnen, und die Geschwindigkeit der Verdrängerpumpe eingestellt wird, um zu gewährleisten, dass die zweite Sollmaterialmenge wiederholt dispensiert wird.
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