TWI820872B - 紅外線回焊溫度偵測系統 - Google Patents
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Abstract
一種紅外線回焊溫度偵測系統包含一紅外線回焊裝置、一溫度感測單元、一環境溫度感測單元及一回焊溫度計算單元，該紅外線回焊裝置對一半導體裝置進行回焊，該溫度感測單元用以感測一晶片之上表面的溫度並輸出一溫度感測訊號，該環境溫度感測單元用以感測該紅外線回焊裝置所處環境的溫度並輸出一環境溫度感測訊號，該回焊溫度計算單元接收該溫度感測訊號及該環境溫度感測訊號，且該回焊溫度計算單元藉由該溫度感測訊號及該環境溫度感測訊號計算該晶片之下表面一回焊溫度。
Description
本發明是關於一種回焊溫度偵測系統，特別是關於一種紅外線回焊溫度偵測系統。
回流焊接(回焊)製程是一種透過加熱系統加熱兩個電子元件之間的接合焊料，使接合焊料熔化而永久接合兩個電子元件的半導體製程，常見之回焊加熱系統有熱風回焊系統、雷射回焊系統及紅外線回焊系統。熱風回焊系統是藉由熱風對回焊爐內部進行加熱而熔化接合焊料，優點是加熱速度快且成本較低，但由於熱風是對回焊爐的內部整體加熱，對於厚度較薄之電子元件可能會造成其翹曲(Warpage)而損壞。雷射回焊系統則是利用雷射對接合焊料或是對電子元件進行加熱，優點是加熱範圍小，但缺點是加熱速度過快而不容易控制且成本較高。紅外線回焊系統是透過紅外線對接合焊料或是電子元件進行加熱，相較於雷射回焊系統的成本較低且照射範圍較廣而具有較適中的加熱速度，但紅外線回焊系統使用於覆晶結構中時必須將紅外線照射於晶片的背面後再傳導至晶片正面之接合焊料，這使得紅外線回焊系統實際對接合焊料進行加熱之回焊溫度難以掌握。
本發明之主要目的在於以溫度感測單元感測晶片上表面之溫度並以環境溫度感測單元感測環境溫度，而可透過回焊溫度計算單元以晶片上表面之溫度及環境溫度計算晶片下表面對於連接件的回焊溫度，以推估目前實際對連接件加熱之回焊溫度。
本發明之一種紅外線回焊溫度偵測系統包含一紅外線回焊裝置、一溫度感測單元、一環境溫度感測單元及一回焊溫度計算單元，該紅外線回焊裝置用以對一半導體裝置進行回焊，該半導體裝置具有一基板、一晶片及複數個連接件，該基板具有一主動面，該晶片具有一上表面及一下表面，該下表面朝向該主動面，該些連接件位於該基板及該晶片之間，且各該連接件之兩端分別連接該基板之該主動面及該晶片之該下表面，該溫度感測單元用以感測該晶片之該上表面的溫度，且該溫度感測單元輸出一溫度感測訊號，該環境溫度感測單元用以感測該紅外線回焊裝置所處環境的溫度，且該環境溫度感測單元輸出一環境溫度感測訊號，該回焊溫度計算單元電性連接該溫度感測單元及該環境溫度感測單元以接收該溫度感測訊號及該環境溫度感測訊號，且該回焊溫度計算單元藉由該溫度感測訊號及該環境溫度感測訊號計算該晶片之該下表面一回焊溫度。
本發明之該溫度感測單元及該環境溫度感測單元分別感測該晶片之該上表面及該紅外線回焊裝置所處環境的溫度，並藉由該回焊溫度計算單元計算該晶片之該下表面的該回焊溫度，而可確實掌握該些連接件的加熱情況，進而提高回焊製程之良率。
請參閱第1圖，其為本發明之一第一實施例，一種紅外線回焊溫度偵測系統100的方塊圖，該紅外線回焊溫度偵測系統100包含一紅外線回焊裝置110、一半導體裝置120、一溫度感測單元130、一環境溫度感測單元140及一回焊溫度計算單元150。
該紅外線回焊裝置110之一光源111產生加熱光線IR對該半導體裝置120進行回焊，請參閱第2圖，為該紅外線回焊裝置110對該半導體裝置120回焊的示意圖，在本實施例中，該半導體裝置120具有一基板121、一晶片122及複數個連接件123。該基板121具有一主動面121a，該晶片122具有一上表面122a及一下表面122b，該上表面122a朝向該紅外線回焊裝置110之該光源111，該下表面122b朝向該主動面121a。該些連接件123位於該基板121及該晶片122之間，且各該連接件123之兩端分別連接該基板121之該主動面121a及該晶片122之該下表面122b。其中，該基板121可為陶瓷基板、塑膠基板、金屬基板、卷帶基板、矽晶圓或矽晶片，該些連接件123則可為焊球(Solder ball)、焊料凸塊(Solder bump)或金屬凸塊(Metal bump)，該基板121及該些連接件123之種類並非本發明之所限。
該紅外線回焊裝置110發出之加熱光線IR照射至該晶片122之該上表面122a進行加熱，並經由該晶片122將熱能傳導至該下表面122b而對該些連接件123回焊。較佳的，該紅外線回焊裝置110用以承載該基板121的一底板112也同時對該基板121進行加熱，以避免該基板121因受熱不均而產生翹曲。較佳的，該紅外線回焊裝置110還具有一遮罩(圖未繪出)，該遮罩設置於該晶片122及該紅外線回焊裝置110之該光源111之間，且該遮罩具有複數個開口供該加熱光線IR通過，以使該紅外線回焊裝置110能夠針對該半導體裝置120之局部部位加熱，例如遮罩之該開口僅讓該加熱光線IR照射至該晶片122之該上表面122a，而只對該晶片122之該上表面122a進行加熱，藉此可避免該半導體裝置120其他部位因為加熱而損壞。
請參閱第1及2圖，該溫度感測單元130用以感測該晶片122之該上表面122a的溫度，且該溫度感測單元130輸出一溫度感測訊號Ts，在本實施例中，該溫度感測單元130為一紅外線測溫儀，而能夠直接測得該晶片122之該上表面122a的溫度。
請參閱第1及2圖，該環境溫度感測單元140感測該紅外線回焊裝置110所處環境的溫度，且該環境溫度感測單元140輸出一環境溫度感測訊號Te，在本實施例中，該環境溫度感測單元140為一數位溫度計，而可直接輸出數位之該環境溫度感測訊號Te。
請參閱第1圖，該回焊溫度計算單元150電性連接該溫度感測單元130及該環境溫度感測單元140以接收該溫度感測訊號Ts及該環境溫度感測訊號Te，且該回焊溫度計算單元150藉由該溫度感測訊號Ts及該環境溫度感測訊號Te計算該晶片122之該下表面122b一回焊溫度Tr。在本實施例中，該回焊溫度計算單元150為一電子計算機，且內部具有一回焊溫度計算方程式，該回焊溫度計算單元150將該溫度感測訊號Ts及該環境溫度感測訊號Te代入該回焊溫度計算方程式中即可求得該回焊溫度Tr。
該回焊溫度計算方程式的計算方式是先透過該溫度感測單元130、該環境溫度計算單元140及一熱電偶160量測多筆之該上表面122a的該溫度感測訊號Ts、該紅外線回焊裝置110所處環境的該環境溫度感測訊號Te及該晶片122之該下表面122b的一下表面溫度Tb的溫度數據後，該回焊溫度計算單元150將該些溫度數據透過回歸分析而得到該回焊溫度計算方程式。
由於回焊溫度計算方程式是以實際量測而得之溫度數據經由迴歸分析而得，因此，在實際進行回焊製程時，該回焊溫度計算單元150將該溫度感測單元130及該環境溫度感測單元140感測而得之該溫度感測訊號Ts及該環境溫度感測訊號Te代入回焊溫度計算方程式中即可求得不同之該溫度感測訊號Ts及該環境溫度感測訊號Te下的該回焊溫度Tr，以確保該些連接件123能夠依照所設定之溫度曲線進行回焊。
此外，雖然使用該熱電偶160能夠測得該晶片122之該下表面122b的該下表面溫度Tb，但由於該熱電偶160的線路設計必須配合該晶片122的佈局，導致該熱電偶160的製作成本較高且無法套用於所有半導體裝置，因此，本實施例可達成僅在計算該回焊溫度計算方程式才使用該熱電偶160，可降低求得該回焊溫度Tr所需的成本。
在另一實施例中，若考慮該紅外線回焊裝置110在不同加熱時間及不同輸入功率所提供之回焊溫度，則先透過該溫度感測單元130、該回焊溫度計算單元150及該熱電偶160量測該紅外線回焊裝置110於不同加熱時間及不同輸入功率下之該晶片122之該上表面122a的該溫度感測訊號Ts、該紅外線回焊裝置110所處環境的該環境溫度感測訊號Te及該晶片122之該下表面122b之該下表面溫度Tb後，該回焊溫度計算單元150將該些數據透過回歸分析而得到該回焊溫度計算方程式。
此外，請參閱第2圖，由於該晶片122之一厚度W也會影響到熱能的傳導速度，因此，較佳的，該回焊溫度計算單元150回歸分析而得之該回焊溫度計算方程式中另包含該晶片122之該厚度W。也就是該回焊溫度計算單元150以回歸分析求得該回焊溫度計算方程式時也將該晶片122不同之該厚度W下的溫度訊號列入考慮，而能夠更加準確地計算不同厚度之該晶片122的該回焊溫度Tr。
請參閱第3圖，其為本發明之一第二實施例，其與第一實施例的差異在於該紅外線回焊溫度偵測系統100另包含一功率量測裝置170及一光功率計180，該功率量測裝置170則用以量測該紅外線回焊裝置110的一實際功率Pa，該光功率計180用以量測該紅外線回焊裝置110發出之該加熱光線IR的一光照強度Lx。為了更加準確的計算該晶片122之該下表面122b的該回焊溫度Tr，本實施例之該回焊溫度計算單元150在回歸分析該回焊溫度計算方程式時加入了該紅外線回焊裝置110的該實際功率Pa以及該加熱光線IR的該光照強度Lx，使得該回焊溫度計算方程式中包含該實際功率Pa及該光照強度Lx，而可進一步地提高該回焊溫度Tr的準確度。
此外，由於該紅外線回焊裝置110之該光源111在長時間使用下可能會產生衰退的問題，較佳的，本實施例將該功率量測裝置170及該光功率計180分別量測而得之該實際功率Pa及該光照強度Lx與該功率量測裝置170之額定功率及最大光照強度進行比較，可用以判斷該功率量測裝置170的使用效率並作為是否更換該光源111的依據。
本發明之該溫度感測單元130及該環境溫度感測單元140分別感測該晶片122之該上表面122a及該紅外線回焊裝置110所處環境的溫度，並藉由該回焊溫度計算單元150計算該晶片122之該下表面122b的該回焊溫度Tr，而可確實掌握該些連接件123的加熱情況，進而提高回焊製程之良率。
本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
100:紅外線回焊溫度偵測系統
110:紅外線回焊裝置
111:光源
112:底板
120:半導體裝置
121:基板
121a:主動面
122:晶片
122a:上表面
122b:下表面
123:連接件
130:溫度感測單元
140:環境溫度感測單元
150:回焊溫度計算單元
160:熱電偶
170:功率量測裝置
180:光功率計
Ts:溫度感測訊號
Te:環境溫度感測訊號
Tr:回焊溫度
W:厚度
IR:加熱光線
Pa:實際功率
Lx:光照強度
Tb:下表面溫度
第1圖：依據本發明之一第一實施例，一紅外線回焊溫度偵測系統的方塊圖。
第2圖：依據本發明之一第一實施例，一紅外線回焊裝置對一半導體裝置回焊的示意圖。
第3圖：依據本發明之一第二實施例，一紅外線回焊溫度偵測系統的方塊圖。
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Tb:下表面溫度
Tr:回焊溫度
Claims (6)
- 一種紅外線回焊溫度偵測系統，其包含：一紅外線回焊裝置，用以對一半導體裝置進行回焊，該半導體裝置具有一基板、一晶片及複數個連接件，該基板具有一主動面，該晶片具有一上表面及一下表面，該下表面朝向該主動面，該些連接件位於該基板及該晶片之間，且各該連接件之兩端分別連接該基板之該主動面及該晶片之該下表面；一溫度感測單元，用以感測該晶片之該上表面的溫度，且該溫度感測單元輸出一溫度感測訊號；一環境溫度感測單元，用以感測該紅外線回焊裝置所處環境的溫度，且該環境溫度感測單元輸出一環境溫度感測訊號；以及一回焊溫度計算單元，電性連接該溫度感測單元及該環境溫度感測單元以接收該溫度感測訊號及該環境溫度感測訊號，且該回焊溫度計算單元將該溫度感測訊號及該環境溫度感測訊號代入一回焊溫度計算方程式中計算該晶片之該下表面之一回焊溫度，該回焊溫度計算方程式是該回焊溫度計算單元預先透過該溫度感測單元、該環境溫度計算單元及一熱電偶量測不同之該晶片之該上表面的該溫度感測訊號及不同之該紅外線回焊裝置所處環境的該環境溫度感測訊號下該晶片之該下表面之一下表面溫度後所得之數據經由回歸分析而得。
- 如請求項1之紅外線回焊溫度偵測系統，其中該溫度感測單元為一紅外線測溫儀。
- 如請求項1紅外線回焊溫度偵測系統，其中該回焊溫度計算方程式是該回焊溫度計算單元預先透過該溫度感測單元、該回焊溫度計算單元及一熱電偶量測該紅外線回焊裝置於不同加熱時間及不同輸入功率下之該晶片之該 上表面的該溫度感測訊號、該紅外線回焊裝置所處環境的該環境溫度感測訊號及該晶片之該下表面之一下表面溫度後所得之數據經由回歸分析而得。
- 如請求項1或3之紅外線回焊溫度偵測系統，其中該回焊溫度計算單元回歸分析而得之該回焊溫度計算方程式中另包含該晶片之一厚度。
- 如請求項1或3之紅外線回焊溫度偵測系統，其包含一功率量測裝置，該功率量測裝置用以量測該紅外線回焊裝置的一實際功率，該回焊溫度計算單元回歸分析而得之該回焊溫度計算方程式中另包含該紅外線回焊裝置的該實際功率。
- 如請求項1或3之紅外線回焊溫度偵測系統，其包含一光功率計，該光功率計用以量測該紅外線回焊裝置發出之一加熱光線的一光照強度，該回焊溫度計算單元回歸分析而得之該回焊溫度計算方程式中另包含該加熱光線的該光照強度。
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