DE69631428T2 - System und verfahren zur beschichtung der unterseite von flip chips - Google Patents
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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 Lotkugeln12 werden mit plattierten Lotpads14 an einer PC-Leiterplatte oder einem anderen Substrat16 zur Deckung gebracht. Die Unterseite des Chips10 wird auch als die Abbildungsseite des Chips bezeichnet. Zwischen den Lotkugeln12 und den Lotpads14 wird normalerweise Flussmittel (nicht dargestellt) zugeführt. Beim Erwärmen schmelzen die Lotpads14 an der PC-Leiterplatte oder dem Substrat16 und verbinden sich physikalisch mit den Lot-kugeln12 an der Unterseite des Chips10 . Die Lotkugeln12 haben typischerweise einen hohen Schmelzpunkt und schmelzen deshalb nicht auf. Diese Verbindung ist in2 schematisch durch das verformte Lotpad14' dargestellt, das mit einer Lotkugel12 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-Leiterplatte16 und dem Chip10 korrodieren. Um diese Korrosion zu verhindern, lässt man ein spezielles flüssiges Epoxyd18 (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-Leiterplatte16 und dem Chip und somit das Korrodieren zu verhindern. Das Epoxyd18 dient außerdem zum Schutz der Verbindungen zwischen den verformten Lotpads14' und den Lotkugeln12 , indem es für Wärmespannungsabbau sorgt, d. h. Ausgleich von unterschiedlichen Geschwindigkeiten der thermischen Ausdehnung und Schrumpfung. Anders gesagt, sobald das Epoxyd18 ausgehärtet ist, besitzt es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, („CTE"), der zusammen mit seinen Bondingeigenschaften die durch die Differenz zwischen dem CTE des Siliziumchips10 und dem CTE der FR4-PC-Leiterplatte16 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 Chips10 eine Kehle18a gebildet wird. Eine richtig ausgebildete Kehle18a gewährleistet, dass genug Epoxyd aufgetragen wurde, um eine maximale mechanische Festigkeit der Bindung zwischen dem Chip10 und der PC-Leiterplatte oder dem Substrat16 vorzusehen. Wenn zu viel Epoxyd aufgetragen wird, wird ein Hügel18b (4 ) erzeugt, der die Seitenränder des Chips10 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 Halbleiterchips10 entlang aufgetragen wird. Das flüssige Epoxyd fließt als Ergebnis der Kapillarwirkung infolge des kleinen Zwischenraumes zwischen der Unterseite des Chips10 und der oberen Fläche der PC-Leiterplatte oder des Substrates16 unter den Chip10 . 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 Chips10 übergreifen, wie es bei18b in4 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 der1 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 der1 , 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 der1 , 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 Wegwerfkunststoffspritze20 , die an ein Dispenselement in Form einer Nadel22 angeschlossen ist. Die Nadel22 ist von einer Wärmesenke24 umgeben, die eine separate Widerstandsheizeinrichtung und Temperaturmess-elemente (nicht dargestellt) umfasst. Die Wärmesenke24 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 Schneckenventils25 an die Nadel22 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 Nadel22 . Der Motor im Schneckenventil25 wird durch eine Ventilsteuerschaltung27 gesteuert, die wiederum an einen Systemcomputer30 angeschlossen ist, der das Schneckenventil25 indirekt steuert. Die Heiz-, Kühl- und Temperaturmesselemente in der Wärmesenke24 sind an eine Nadelheizeinrichtungs-/Kühleinrichtungssteuerungs-schaltung26 angeschlossen. - Die Spritze
20 wird durch ihr oberes Ende mittels einer durch den Systemcomputer30 betätigten Druckluftquelle28 druckbeaufschlagt, um viskoses Material zum Ventil25 zu schieben. Der Systemcomputer30 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 Spritze20 durch die Nadel22 auf die obere Fläche der PC-Leiterplatte oder des Substrats16 . - Die Spritze
20 , das Ventil25 und die Nadel22 sind durch elektromechanische Komponenten in die X-, Y- und Z-Achsen beweglich angeordnet, die in5 gemeinsam als Positioniereinrichtung32 bezeichnet sind. Diese Komponenten werden durch eine Bewegungssteuerungsschaltung34 angetrieben, die ebenfalls mit dem Systemcomputer30 kommuniziert. Mechanismen zum schnellen Bewegen der Spritze20 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-Positioniereinrichtung32 befestigt, so dass die Nadel22 in einer vorgegebenen Dispenshöhe über der Arbeitsfläche der PC-Leiterplatte oder des Substrates16 (oder in einem Abstand von dieser) angeordnet werden kann. Der Höhensensor36 umfasst einen vertikal hin- und her bewegbaren Höhenmessarm36a . Das obere Ende des Arms36a bricht einen Lichtstrahl, wenn die Spritze durch die Positioniereinrichtung32 nach unten zur PC-Leiterplatte16 hin bewegt wird. Dieses zeigt der Bewegungssteuerungsschaltung34 an, dass die vorgegebene Dispenshöhe erreicht wurde. Der Arm36a kann durch einen Solenoidmechanismus (nicht dargestellt), der einen Teil des Höhensensors36 bildet, zurückgezogen werden. Der Höhensensor36 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 Zubringer38 horizontal unterhalb der Nadel22 transportiert, wie es durch den horizontalen Pfeil in5 angegeben ist. Der Zubringer38 hat eine konventionelle Konstruktion und hat eine Breite, die nach Bedarf eingestellt werden kann, um unterschiedliche Größen der PC-Leiterplatten aufzunehmen. Der Zubringer38 umfasst auch druckluftbetätigte Hub- und Verriegelungsmechanismen (nicht dargestellt). Eine Zubringersteuerung40 ist an den Zubringer38 angeschlossen. Die Zubringersteuerung40 verbindet zwischen der Bewegungssteuerung34 und dem Zubringer38 zum Steuern der Breiteneinstellung und der Hub- und Verriegelungsmechanismen des Zubringers38 . Die Zubringersteuerung40 steuert auch den Eintritt der PC-Leiterplatte16 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 Positioniereinrichtung32 und der Dispensnadel22 mittels der Bewegungssteuerung34 zu steuern. Dieses gewährleistet, dass der auf die obere Fläche der PC-Leiterplatte16 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 Systemcomputer30 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 Nadel22 in Bezug auf den Chip10 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 Substrates16 zu dispensieren ist. Der Systemcomputer30 ist vorzugsweise mit Standard-RS 232-Schnittstelle und SMEMA-Kommunikationsbussen42 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-Leiterplattenheizeinrichtungssteuerungsschaltung46 eingeschaltet. Der tatsächliche Wert der lokalisierten Erwärmung der PC-Leiterplatte oder des Substra tes16 in unterschiedlichen einzelnen Zonen wird durch mehrere Wärmesensoren47 gemessen, wie zum Beispiel infrarotempfindliche Thermoelemente, die zum genauen Ermitteln der Temperatur der PC-Leiterplatte oder des Substrates16 angeordnet sind. Eine Wärmeabschirmung48 lenkt Wärme von den Kolben44 von der Nadel22 , der Wärmesenke24 und dem Schneckenventil25 ab. Die Wärmeabschirmung48 kann eine horizontal angeordnete, schwarze, anodisch erzeugte Aluminiumschicht umfassen, die durch die Positioniereinrichtung32 getragen wird. Die Wärmeabschirmung48 hat eine Bohrung, durch die die Nadel22 hindurch ragt. Ein Gebläse oder Lüfter49 verteilt unter dem Einfluss des Systemcomputers30 über eine Gebläsesteuerung50 Luft über der PC-Leiterplatte16 , um bei Bedarf eine Umgebungsluftkühlung zur Verfügung zu stellen. - Die Dispensnadel
22 kann zu einer Vorbereitungs- und Entlüftungsstation51a (5 ) bewegt werden, die an eine vom Systemcomputer30 gesteuerte Vakuumquelle51b angeschlossen ist. Die Vorbereitungs- und Entlüftungsstation51a umfasst einen elastischen, ventilartigen Raum (nicht dargestellt), der von der Nadel22 durchdrungen wird, so dass sie mit einer Innenkammer (nicht dargestellt) kommuniziert, an die mittels der Vakuumquelle51b 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 Ventil25 und in der Nadel22 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 Platte53 . Die Ausgangssignale der Waage52 werden zu einer Elektronikwaagenschaltung54 geführt. Diese Schaltung54 ist an den Systemcomputer30 angeschlossen. Zum Beispiel kann die Waage52 , die Platte53 und die Elektronikwaagenschaltung54 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 Waage52 mit einer elastischen Vibrationsbefestigung zu versehen (nicht dargestellt), um genaue Gewichtsmessungen zu gewährleisten. Die Nadel22 kann durch die Positioniereinrichtung32 zur Waage52 bewegt werden, und eine geringe Klebermenge kann auf die Platte53 aufgetragen werden. Der Systemcomputer30 bestimmt mittels der Elektronikwaagenschaltung54 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 Dispensnadel22 mechanisch an die X-Y-Z-Positioniereinrichtung32 angeschlossen. Ihre Linse ist nach unten gerichtet, so dass die obere oder eine andere Arbeitsfläche der PC-Leiterplatte oder des Substrates16 in ihrem Bildfeld ist. Die Kamera56 ist zum Zusammenschalten mit dem Systemcomputer30 elektrisch an eine konventionelle Bildschaltung58 angeschlossen. Durch den Systemcomputer30 wird ein Randbestimmungsalgorithmus ausgeführt, um das Lokalisieren eines Randes des Chip10 an der PC-Leiterplatte16 zu unterstützen, um das Positionieren der Spitze der Nadel22 neben mindestens einem Seitenrand derselben zu erleichtern. In einer weiteren Operation wird die Nadel22 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 Nadel22 ausgeführt. Es wird als Außenbegrenzungsfüllung bezeichnet und gewährleistet, dass sich um den gesamten Außenrand des Plättchens10 herum eine geeignete Kehle18a erstreckt. Diese vollständige Kehle18a 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 in1 des US-Patents 5,505,777 dargestellt ist. Der Rahmen kann in jede moderne, voll automatisierte PC-Leiterplattenmontage-linie eingesetzt werden. Der Systemcomputer30 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 Systemcomputer30 die Bewegung der Nadel22 mittels der Positioniereinrichtung32 zur Vorbereitungs- und Entlüftungsstation51a . Die Nadel22 wird in das flexible Ventil oder die dicht sitzende Dichtung der Station51a versenkt. Die Vakuumquelle51b wird eingeschaltet, um alle Luftblasen aus dem viskosen Material innerhalb des Schneckenventils25 und der Nadel22 zu saugen. Der Systemcomputer30 bewirkt dann das Zurückziehen der Nadel22 von der Vorbereitungs- und Entlüftungsstation51a und ihre Bewegung zur Waage52 mittels der Positioniereinrichtung32 . Eine kleine Menge des viskosen Materials wird auf die Platte53 der Waage52 aufgetragen. Diese kleine Menge ist in Abhängigkeit von der Viskosität variabel, selbst dann, wenn das Schneckenventil25 für einen vorgegebenen Zeitraum mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit eingeschaltet werden kann. Die Dauer des Auftrags, wie sie durch die Zeit, die der Motor des Schneckenventils25 eingeschaltet ist, angezeigt wird, und das gemessene Gewicht werden verwendet, um einen Volumendurchfluss zu berechnen. - Der Systemcomputer
30 bewirkt dann, dass die PC-Leiterplatte16 durch den Zubringer38 entlang eines vorgegebenen Weges über den Infrarotlampen44 gezogen wird. Die untere Fläche der PC-Leiterplatte16 wird auf eine vorgegebene erhöhte Temperatur erwärmt. Diese Temperatur wird vom Systemcomputer30 mittels der PC-Leiterplattenheizeinrichtungssteuerung46 , die durch die Wärmesensoren47 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 Systemcomputer30 die Dispensnadel22 zu einem Seitenrand des Chip10 , für den die Underfill-Operation bestimmt ist. Die Nadel22 wird abgesenkt, um ihr unteres Ende in der vorgegebenen Dispenshöhe anzuordnen, z. B. 0,18 mm (7 mils) über der oberen Fläche der PC-Leiterplatte16 , wobei der Höhensensor36 und die X-Y-Z-Positioniereinrichtung32 verwendet werden. Der Systemcomputer30 bewirkt dann, dass sich die Nadel22 an zwei benachbarten Seitenrändern des Chip10 entlang bewegt. Gleichzeitig wird vorübergehend das Dosierschneckenventil25 eingeschaltet, um viskoses Material in Form eines Epoxyd-klebstoffes auf die PC-Leiterplatte16 zu dispensieren, so dass es unter den Chip10 wandert. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Spritze20 und der Nadel22 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-Chip10 mit flüssigem Epoxyd umgeben wird. Die Klebermenge ist ausreichend, um die Kehle18a (3 ) zu bilden, jedoch keinen unerwünschten Hügel18b (4 ). - Vorzugsweise bewegt unser System die Nadel
22 periodisch zur Vorbereitungs- und Entlüftungsstation51a , um nach einer vorgegebenen Leerlaufzeit viskoses Material in der Nadel auszustoßen. Dieses Material kann zu sehr ausgehärtet sein. Vorzugsweise bewegt unser System die Nadel22 für die Neuberechnung der Durchflussmenge auch periodisch zur Waage52 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 Wärmesenke24 durch die Spritzen-heizeinrichtungs-/Kühlregelungsschaltung26 auf einer vorgegebenen, im Wesentlichen konstanten Temperatur gehalten wird. Dieses hält die Viskosität des Materials im Wesentlichen konstant. Der Systemcomputer30 setzt voraus, dass während der Einschaltung des Schneckenventils25 eine vorgegebene Durchflussmenge besteht. Die Antriebsgeschwindigkeit des Schneckenventils25 und somit die Durchfluss-menge aus diesem werden im Wesentlichen konstant gehalten und werden nicht kontinuierlich eingestellt. Statt dessen stellt der Systemcomputer30 die X-Y-Translations-bewegungsgeschwindigkeit der Nadel22 ein, um die richtige Menge des flüssigen Epoxyds zu dispensieren, die den optimalen Underfill erreicht. Alternativ kann die Geschwindigkeit des Schneckenventils25 kontinuierlich eingestellt werden, während eine vorgegebene feststehende Translationsbewegungsgeschwindigkeit der Nadel22 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 Ventil25 einstellen, sondern stellt statt dessen die Bewegungsgeschwindigkeit der Dispensnadel22 in der X-Y-Ebene ein, um zu gewährleisten, dass die Sollklebermenge dispensiert wird. Die optimale Erwärmung des speziellen Oberflächenbereiches der PC-Leiterplatte16 mit den Kolben44 gewährleistet, dass der Epoxydklebstoff vollständig unter den Chip10 fließt oder strömt. Die Kolben44 erwärmen die untere Fläche der PC-Leiterplatte schnell, wenn sie durch den Zubringer38 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-Leiterplatte16 , 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-Leiterplatte16 zu erwärmen, werden vorzugsweise Infrarot-(„IR")-Vakuumheizkolben44 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 Wärmesensoren47 sind wichtige Komponenten der Temperaturregelung der PC-Leiterplatte16 . Die Konstruktion der PC-Leiterplattenheizeinrichtungsregelungsschaltung46 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 Schneckenventil25 periodisch zu messen. Die Geschwindigkeit der Dispensnadel22 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 Dispensnadel22 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 Ventilsteuerungsschaltung27 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 Wegwerfnadel22 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 Ventil25 und die Nadel22 , so dass der Höhensensor36 die Höhe der Nadelspitze automatisch lokalisieren kann. Das System bewegt dann die Nadel22 zur Vorbereitungs- und Entlüftungsstation51a . - Das Ventil
25 umfasst einen Einzelantriebsmotor. Die Gegen-EMK am Ventil25 wird fortlaufend durch die Ventilsteuerungsschaltung27 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 Ventilsteuerungsschaltung27 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 Zubringer38 umfasst automatische Breiteneinstellungsmöglichkeiten, um sich an eine Vielzahl von PC-Leiterplattengrößen anzupassen. Im Zubringer38 können unterhalb der Leiterplatte liegende Träger (nicht dargestellt) für dünne Substrate inkorporiert sein. Die Breite, Geschwindigkeit und Stillstandszeit des Zubringers38 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-Heizkolben44 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 Wärmesensoren47 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 Metallwärmeabschirmung48 erreicht, die das Ventil25 umgibt, eine Phenolharzwärmeabschirmung60 , die alles umgibt außer dem unteren Ende der Nadel22 , und eine Laminarströmungskühlung um das Ventil herum über das Gebläse49 . Diese Laminarströmung dient auch zum Kühlen der allgemeinen Systemumgebung. Die viskose Flüssigkeit am Dispensierpunkt (Nadel22 ) 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 (Waage52 und Waagenschaltung54 ) und eine Präzisionsverdrängerpumpe (Schneckenventil25 ). - Die Massendurchsatzkalibrierungswaage
52 ist vorzugsweise nahe der Vorbereitungs- und Entlüftungsstation51a 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 Nadel22 und/oder Geschwindigkeit des Ventils25 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 Chip10 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 Chip10 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 Chip10 von der PC-Leiterplatte16 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)
- 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. - System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (
30 ,54 ) zum Berechnen einer Durchflussmenge basierend auf den Signalen von der Waage vorgesehen sind. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend einen Zubringer (
38 ) zum Bewegen des Substrats entlang eines vorgegebenen Weges. - 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.
- 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.
- System gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 6, und außerdem umfassend ein Gebläse und einen Gebläseregler zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Luftströmung am Dispenselement vorbei.
- 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.
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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.
- System gemäß Anspruch 16, und außerdem umfassend eine Wärmeabschirmung (
48 ) neben dem Dispenselement zum Ablenken der Wärme vom zweiten Temperaturregelungsmittel (44 ). - 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. - 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.
- 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.
- 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.
- 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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