在布线板上贴装半导体器件以确保其间不变间隙的焊接方法及其焊接装置.pdf

在用于在布线板上贴装半导体器件的焊接方法中，多个固相焊料位于半导体器件和布线板之间，并且被热熔化，以由此在其间产生多个液相焊料。通过相对于布线板相对移动半导体器件来将恒力施加在液相焊料上，从而在半导体器件和布线板之间确定不变间隙。

1.  一种用于在布线板上贴装半导体器件的焊接方法，该焊接方法包括：
热熔化位于所述半导体器件和所述布线板之间的多个固相焊料，以由此在其间产生多个液相焊料；和
通过相对于所述布线板相对移动所述半导体器件，将恒力施加到所述液相焊料上，从而在所述半导体器件和所述布线板之间确定不变间隙。

2.  如权利要求1的焊接方法，其中所述半导体器件向着所述布线板相对移动，从而挤压在其间的所述液相焊料。

3.  如权利要求2的焊接方法，进一步包括：
在所述半导体器件相对于所述布线板的相对移动期间检测施加在所述液相焊料上的压力；和
控制所述半导体器件的相对移动，以使获得的所述压力为所述恒力，从而确定在所述半导体器件和所述布线板之间的不变间隙。

4.  如权利要求2的焊接方法，其中在所述固相焊料的温度上升期间，进行所述半导体器件向着所述布线板的相对移动。

5.  如权利要求1的焊接方法，其中移动所述半导体器件离开所述布线板，从而拉长在其间的所述液相焊料。

6.  如权利要求5的焊接方法，进一步包括：
在所述半导体器件相对于所述布线板的相对移动期间检测施加在所述液相焊料上的拉力；和
控制所述半导体器件的相对移动，以使获得的所述拉力为所述恒力，从而确定在所述半导体器件和所述布线板之间的不变间隙。

7.  如权利要求5的焊接方法，其中在所述固相焊料的温度下降期间，进行所述半导体器件离开所述布线板的相对移动。

8.  如权利要求1的焊接方法，其中所述半导体器件被具有载荷传感器的驱动单元保持，并且通过驱动具有所述载荷传感器的所述驱动单元来相对于所述布线板移动所述半导体体器件，并且其中通过所述载荷传感器来检测作为反作用力由所述液相焊料施加在所述驱动单元上的力，以使获得的所述力为所述恒力，从而确定所述半导体器件和所述布线板之间的不变间隙。

9.  如权利要求8的焊接方法，其中检测作为施加在所述液相焊料上的压力的所述力。

10.  如权利要求8的焊接方法，其中检测作为施加在所述液相焊料上的拉力的所述力。

11.  一种用于在布线板上贴装半导体器件的焊接装置，该焊接装置包括：
在其上设置所述布线板的台；和
保持所述半导体器件的驱动单元，
其中所述半导体器件通过所述驱动单元相对于所述布线板相对移动，从而将恒力施加在位于所述半导体器件和所述布线板之间的多个液相焊料上，从而在所述半导体器件和所述布线板之间确定不变间隙。

12.  如权利要求11的焊接装置，进一步包括：
载荷传感器，其检测作为反作用力由所述液相焊料施加在所述半导体器件上的力；
控制单元，其控制所述驱动单元，以使获得的所述力为所述恒力。

13.  如权利要求12的焊接装置，其中检测作为通过向着所述布线板移动所述半导体器件而获得的压力的所述力。

14.  如权利要求12的焊接装置，其中检测作为通过移动所述半导体器件离开所述布线板而获得的拉力的所述力。

15.  如权利要求12的焊接装置，其中所述载荷传感器包含在所述驱动单元中，从而检测作为由所述半导体器件施加在所述驱动单元上的力的所述力。

16.  如权利要求15的焊接装置，其中检测作为施加在所述液相焊料上的压力的所述力。

17.  如权利要求15的焊接装置，其中检测作为施加在所述液相焊料上的拉力的所述力。

18.  如权利要求15的焊接装置，其中所述载荷传感器的特征在于至多为0.02N的分辨能力。

19.  一种用于在布线板上贴装半导体器件的焊接方法，该焊接方法包括：
由驱动单元保持具有多个外部金属端的半导体器件；
由所述驱动单元在布线板上放置所述半导体器件，从而使所述外部金属端位于其间；
用热的方法加热所述外部金属端，以由此产生熔化金属端；
由所述驱动单元相对于所述布线板移动所述半导体器件；
在所述半导体器件相对于所述布线板的相对移动期间，检测作为通过在所述半导体器件和所述布线板之间的所述熔化的金属端施加在所述驱动单元上的反作用力的力；和
控制所述驱动单元，以使获得的所述力为预定恒力，从而确定在所述半导体器件和所述布线板之间的不变间隙。

20.  一种用于在布线板上贴装半导体器件的焊接装置，该焊接装置包括：
在其上设置所述布线板的台；
驱动单元，其保持具有多个外部金属端的所述半导体器件，从而相对于所述布线板移动所述半导体器件；
热熔化所述外部金属端的加热单元；和
载荷传感器，其在所述半导体器件相对于所述布线板的相对移动期间，检测作为通过在所述半导体器件和所述布线板之间的所述熔化的外部金属端施加在所述半导体器件上的反作用力的力；和
控制单元，其控制所述驱动单元，以使获得的所述力为预定恒力，从而确定所述半导体器件和所述布线板之间的不变间隙。

在布线板上贴装半导体器件以确保其间不变间隙的 焊接方法及其焊接装置
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，用于在布线板上贴装半导体器件，并涉及一种用于实施这种焊接方法的焊接装置。
背景技术
例如，当将倒装芯片型半导体芯片被贴装在内插器或布线板上时，通常必须在半导体芯片和布线板之间建立不变间隙(invariable gap)，其中倒装芯片型半导体芯片的特征在于多个焊料突起作为外部电极端。
通常，为了确保在半导体芯片和布线板之间建立不变间隙，现有技术的焊接方法利用焊料突起设置，如在JP-2003-031993A中所公开的。也就是说，半导体芯片向下移向布线板，以使焊料突起与布线板邻接。当焊料突起邻接在布线板上时，将涉及的半导体芯片的位置定义为参考位置。然后，当将焊料突起焊接到布线板时，相对于参考位置从位置上来调整半导体芯片，从而消除对半导体芯片和布线板的建立所施加的任何负面影响，如以下所详细说明的。
发明内容
现在已经发现上述现有技术的焊接方法具有如下面提到的要解决的问题。
焊料突起在尺寸或直径上会有波动。当焊料突起的波动大时，现有技术焊接方法不能适当地定义参考位置，如以下所详细讨论的。
根据本发明的第一方面，提供一种在布线板上贴装半导体器件的焊接方法。在该焊接方法中，热熔化位于半导体器件和布线板之间的多个固相焊料，以由此在其间制造多个液相焊料，然后通过相对于布线板移动半导体器件来将恒力施加到液相焊料上，以在半导体器件和布线板之间确定不变间隙。
可向布线板移动该半导体器件，从而挤压其间的液相焊料。在这种情况下，在半导体器件相对于布线板的相对移动期间检测施加在液相焊料上的压力，并且控制半导体器件的相对移动，以使获得的压力为恒力，从而确定半导体器件和布线板之间的不变间隙。半导体器件向布线板的相对移动可在固相焊料的温度上升期间进行。
另一方面，半导体器件可移动离开布线板，以拉长其间的液相焊料。在这种情况下，在半导体器件相对于布线板的相对移动期间检测施加在液相焊料上的拉力，并且控制半导体器件的相对移动，以使获得的拉力为恒力，从而确定在半导体器件和布线板之间的不变间隙。在固相焊料的温度降低期间进行半导体器件离开布线板的相对移动。
优选地，通过具有载荷传感器的驱动单元来保持半导体器件，并且通过驱动具有载荷传感器的驱动单元相对于布线板移动该半导体器件。在这种情况下，可通过载荷传感器来检测作为反作用力由液相焊料施加在驱动单元上的力，以使获得的该力为恒力，从而确定在半导体器件和布线板之间的不变间隙。而且，可以检测作为施加在液相焊料上的压力的力。可选地，可以检测作为施加在液相焊料上的拉力的力。
根据本发明的第二方面，提供一种用于在布线板上贴装半导体器件的焊接装置。该焊接装置包括在其上放置布线板的台，和保持半导体器件的驱动单元。该半导体器件通过驱动单元相对于布线板移动，以将恒力施加在提供于半导体器件和布线板之间的多个液相焊料上，从而确定在半导体器件和布线板之间的不变间隙。
该焊接装置可以进一步包括载荷传感器和控制单元，载荷传感器检测作为反作用力通过液相焊料施加在半导体器件上的力，控制单元控制驱动单元以使获得的该力为恒力。在这种情况下，可以检测作为通过向布线板移动半导体器件而获得的压力的该力。可选地，可以检测作为通过移动半导体器件离开布线板而获得的拉力的该力。
在该焊接装置中，载荷传感器可包含在驱动单元中，从而检测作为由半导体器件施加在驱动单元上的力的该力。可以检测作为施加在液相焊料上的压力的该力。可选地，可以检测作为施加在液相焊料上的拉力的该力。优选地，载荷传感器的特征在于至多0.02N的分辨能力。
根据本发明的第三方面，提供了一种在布线板上贴装半导体器件的焊接方法。在该第三方面中，具有多个外部金属端的半导体器件被驱动单元保持，并且通过驱动单元将半导体器件放置在布线板上，使得外部金属端位于其间。然后，通过热的方法加热外部金属端，以由此制造熔化的金属端，并且通过驱动单元相对于布线板相对移动半导体器件。然后，在半导体器件相对于布线板的相对移动期间，检测作为反作用力由半导体器件和布线板之间熔化的金属端施加在驱动单元上的力，并且控制该驱动单元，以使得获得的该力为预定恒力，从而导致确定半导体器件和布线板之间的不变间隙。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于在布线板上贴装半导体器件的焊接装置。在第四方面中，焊接装置包括在其上放置布线板的台、保持具有多个外部金属端的半导体器件以相对于布线板相对移动半导体器件的驱动单元、和热熔化外部金属端的加热单元。而且，焊接装置包括载荷传感器和控制单元，在半导体器件相对于布线板的相对移动期间，该载荷传感器检测作为反作用力由半导体器件和布线板之间熔化的外部金属端施加在半导体器件上的力，该控制单元控制驱动单元使得获得的该力为预定的恒力，从而确定在半导体器件和布线板之间的不变间隙。
附图说明
根据以下列出的描述、与现有技术的方法相对比、参考附图，可更加清楚地理解本发明，其中：
图1A至1D是用于说明在布线板上贴装半导体芯片的现有技术焊接方法的局部截面图；
图2A和2B是对应于图1A和1B、用于说明怎样相对于布线板定义半导体芯片的参考位置的局部截面图；
图3A和3B是对应于图2A和2B、用于说明为什么不能获得半导体芯片和布线板之间的预定间隔的局部截面图；
图4是根据本发明的焊接装置的实施例的示意图；
图5A至5C是用于说明图4的焊接装置的工作原理的说明图；
图6A和6B是用于说明图4的焊接装置的工作原理的其它说明图；
图7是用于说明图4的焊接装置的工作原理的另一说明图；
图8是在图4的控制单元中执行的焊接程序的流程图；
图9是在图8的步骤804中执行的间隔确定程序的第一实例的流程图；
图l0A至10D是用于说明图9的间隔确定程序的第一实例的说明图；
图11是在图8的步骤804中执行的间隔确定程序的第二实例的流程图；和
图12是在图8的步骤804中执行的间隔确定程序第三实例的流程图。
具体实施方式
在描述本发明的实施例之前，为了更好地理解本发明，将参考图1A至1D来说明用于在布线板上贴装半导体芯片的现有技术焊接方法。注意，例如在JP-2003-031993A中公开了现有技术焊接方法，并且通过使用焊接装置来实施例该方法。
首先，参考示意性局部截面图1A，由参考数字1表示局部示出的焊接装置。焊接装置1包括X-Y台11和位于X-Y台11上方的工具头或芯片保持头12。而且，焊接装置1包括含有用于控制X-Y台11的操作和芯片保持头12等的微型计算机的控制单元(未示出)。
制备通常由参考数字2表示的布线板，并将其设置在X-Y台11上的适当位置处。在控制单元(未示出)的控制下操作X-Y台11，以在相互垂直的X方向和Y方向上移动布线板2。
布线板2包括由每一层中都形成了互连图形结构(未示出)的多层绝缘层、形成于绝缘衬底21的最上层绝缘层中的多个电极盘22、和涂敷各电极盘22的多个临时焊料23构成的绝缘衬底21。
例如，对于焊料，可以使用由锡(Sn)、银(Ag)和铜(Cu)构成的合适合金，并且每个电极盘22都由铜(Cu)、金(Au)等构成，其对热熔化的焊料显示出可润湿性。而且，将绝缘衬底21的最上层绝缘层定义为阻焊剂层，其对热熔化的焊料显示出不可润湿性，其可由聚酰亚胺树脂、环氧树脂等构成。
而且，如图1A中所示，制备通常由参考数字3表示的半导体芯片，并且通过芯片保持头12来保持，可将该芯片保持头12构成为真空吸盘，以吸附并保持半导体芯片3。在控制单元的控制之下操作该芯片保持头12，以使其相对于X-Y台11垂直移动。
将半导体芯片3形成为倒装芯片型半导体芯片，并且其包括半导体衬底31、形成于半导体衬底31的顶表面上的多个电极盘32、和粘附到各电极盘32上的多个焊料突起33。
注意，在焊料突起33的排列和临时焊料23的排列之间存在镜像关系。
每个焊料突起33都可以由与布线板2的临时焊料34相同的合金构成，并且每个电极盘32都可以由铜(Cu)、金(Au)等构成，其对热熔化的焊料显示出可润湿性。而且，尽管未示出，但是将形成有电极盘33的半导体芯片3的最上层绝缘层定义为阻焊剂层，其对热熔化的焊料显示出不可润湿性，其可由聚酰亚胺树脂、环氧树脂等构成。
如图1A中所示，通过驱动X-Y台11，相对于半导体芯片3来定位布线板2，以使各焊料突起32与临时焊料23垂直对准。
接下来，参考示意性局部截面图1B，向下移动芯片保持头12直到各焊料突起33与临时焊料23相邻接。
接下来，参考示意性局部截面图1C，热熔化临时焊料23和焊料突起33，并使其相互熔合，以在电极盘22和电极盘32之间分别产生多个熔合的焊料FS。然后，冷却该熔合的焊料FS，以便使其凝固，从而完成在布线板2上贴装半导体芯片3。
注意，X-Y台11和芯片保持头12可含有各电加热器，以热熔化临时焊料23和焊料突起33，用于产生熔合的焊料FS。而且，注意，焊接装置可具有用于在融合的焊料FS上方吹冷空气的冷却系统，以由此使它们凝固。
接下来，参考示意性局部截面图1D，在凝固融合的焊料FS之后，从芯片保持头12卸载半导体芯片3，并且从X-Y台11卸载具有布线板2的半导体芯片3。
在上述的焊接方法中，尽管在布线板2和半导体芯片3之间的间隔通常是不变的，但是该间隔会由于X-Y台11、芯片保持头12等的尺寸变化而波动，这由其热膨胀和热收缩引起。
JP-2003-031993A公开了一种用于消除布线板2和半导体芯片3之间的间隔波动的技术。具体地，事先测量芯片保持头12相对于芯片保持头12的温度变化的尺寸变化。在将半导体芯片3焊接到布线板2期间，检测芯片保持头12的温度，并通过控制单元控制芯片保持头12的移动，以由此补偿芯片保持头12的尺寸变化，从而保持布线板2和半导体芯片3之间的间隔是恒定的。
而且，JP-2003-031993A公开了用于确保布线板2和半导体芯片3之间建立不变间隙的另一种技术。具体地，当芯片保持头12向下移动直到焊料突起33与各临时焊料23相邻接时，检测芯片保持头12的位置并将其定义为参考位置。然后，在将半导体芯片2焊接到布线板2期间，控制芯片保持头12的移动，以使芯片保持头12停留在参考位置处。
在任一种情况下，控制芯片保持头12的移动都基于参考位置，只要将半导体芯片3贴装在布线板2上，就更新该参考位置。
图2A和2B概念性地示出了怎样相对于布线板2来定义芯片保持头12的参考位置。
如分别对应于图1A和1B的图2A和2B中所示，焊接装置1进一步包括沿着用于芯片保持头12的移动的路径垂直提供的线性标尺13，和由芯片保持头12支撑的标尺传感器14，用于检测并读出线性标尺13的分度。注意，在图2A和2B中，标尺传感器14概念性地和象征性地用中空箭头(open arrow)表示。
芯片保持头12从图2A的上面位置向着布线板2向下移动，并且芯片保持头12的向下移动连续进行直到半导体芯片3的焊料突起33与布线板2的临时焊料22相邻接，如图2B中所示。也就是说，当焊料突起33与临时焊料22相邻接时，停止芯片保持头12向下移动，并且检测线性标尺13的分度REF，并且通过标尺传感器14将其读出。通过前述的控制单元将分度REF(见：图2B)识别为芯片保持头12的参考位置。
然后，一旦热熔化了临时焊料23和焊料突起33，就控制芯片保持头12的移动，以使芯片保持头12停留在参考位置处，直到完成了半导体芯片3至布线板2的焊接，从而在布线板2和半导体芯片3之间总能获得不变间隙。
上述现有技术的焊接方法是有用的，只要所有的焊料突起33在尺寸上都不具有制造波动，即，所有的焊料突起33都具有彼此相同的尺寸。然而，例如，当即使焊料突起33中只有一个焊料突起33具有比其余焊料突起33大的尺寸时，现有技术焊接方法就不能获得在布线板2和半导体芯片3之间的不变间隙。
图3A和3B示出了为什么当即使焊料突起33中只有一个焊料突起33具有比其余焊料突起33大的尺寸时，就不能获得在布线板2和半导体芯片3之间的不变间隙的原因。
在分别对应于图2A和2B的图3A和3B中，将图2A和2B中示出的焊料突起33中的一个焊料突起33用由参考标记33L表示的大尺寸突起来代替。当芯片保持头12从图3A的上面位置向着布线板2向下移动时，该大尺寸焊料突起33L过早地与相应的临时焊料23相邻接，如图3B中所示。此时，停止了芯片保持头12的向下移动，通过标尺传感器14检测到线性标尺13的分度REF’，并将其读出。
如图3B中所示，分度REF’从分度REF偏移了焊料突起33的高度和大尺寸焊料突起33L的高度之间的差值，从而前述的控制单元将分度REF’误认为分度REF。也就是说，前述的控制单元错误地将分度REF’识别为芯片保持头12的参考位置。由此，当即使焊料突起33中只有一个焊料突起33具有比其余焊料突起33大的尺寸时，也不能获得布线板2和半导体芯片3之间的预定间隔。
顺便提及，制造焊料突起的各种方法是非常公知的。在所谓的印刷方法中，能够以最低成本制造多个焊料突起，但是制造的焊料突起的尺寸波动大。例如，当通过印刷方法制造具有100μm的目标尺寸或直径的焊料突起时，目标尺寸或直径的波动是±20μm。由此，在上述现有技术焊接方法中，由于上面已经陈述的原因，不能够使用通过印刷方法制造的焊料突起。
参考图4，以下说明根据本发明的焊接装置的实施例。
通常由参考标记4表示的焊接装置包括固定在底板F上的底座41和牢固地安装在底座41上的竖直结构42。竖直结构42包括嵌入在底座41中的柱状部件42A、从柱状部件42A的顶端部分水平延伸的臂状部件42B、和从柱状部件42A的中间部分延伸的板状部件42C。
焊接装置4还包括牢固地安装在底座41上的X-Y台43，并且X-Y台43含有在图4中象征性地示出的电加热器43A。布线板5被设置在X-Y台43上的适当位置，并且操作X-Y台43，使得布线板5在彼此垂直的X方向和Y方向上移动。
焊接装置4进一步包括位于X-Y台43上方的工具头或芯片保持头44、牢固地安装在芯片保持头44上的载荷传感器45、和由竖直结构42的臂状部件42B牢固地支撑以垂直地悬挂芯片保持头44和载荷传感器45的音圈电机46。
可将芯片保持头44构造成为真空吸盘，用于吸附并保持半导体芯片6，并且其含有在图4中象征性示出的电加热器44A。而且，可将载荷传感器45形成为以例如至多0.02N的分辨能力为特征的应变计。
音圈电机46包括牢固地贴附到竖直结构42的臂状部件46B的圆柱形磁体46A、可移动地位于圆柱形磁体46A中的螺线管46B、和牢固地结合到载荷传感器45的驱动杆46C，从而建立芯片保持头44和载荷传感器45自驱动杆46C的垂直悬挂。由此，通过驱动音圈电机46，芯片保持头44和载荷传感器45可相对于贴装在X-Y台43上的布线板5垂直移动。
简而言之，芯片保持头44、载荷传感器45和音圈电机46形成了驱动单元，用于向着或离开放置在X-Y台43上的布线板5垂直移动半导体芯片6。
焊接装置4进一步包括由竖直结构42的板状部件42C支撑的垂直导轨47，并且芯片保持头与垂直导轨47可滑动地啮合，以在芯片保持头44的垂直移动期间对其导向。
焊接装置4还包括位置检测单元48，用于在芯片保持头44的垂直移动期间检测芯片保持头44的垂直位置。具体地，位置检测单元48包括沿着芯片保持头44移动的路径垂直提供的线性标尺48A和由芯片保持头44支撑的标尺传感器48B，标尺传感器48B用于检测并读出线性标尺48A的分度。注意，线性标尺48A可由牢固地贴附到底座41上的合适的柱状部件(未示出)支撑。
此外，焊接装置4具有含有微型计算机的控制单元49，该微型计算机包括中央处理单元(CPU)、用于存储各种程序和常数的只读存储器(ROM)、用于存储临时数据的随机存取存储器(RAM)和输入/输出(I/O)接口电路。
控制单元49控制X-Y台43的操作，并且对包含在X-Y台43中的电加热器43A通电。控制单元49还控制芯片保持头44的操作，并且对包含在芯片保持头44中的电加热器44A通电。
而且，控制单元49驱动载荷传感器45，并处理从载荷传感器45输出的载荷信号。控制单元49还驱动螺线管46B，以控制音圈电机46的操作。此外，控制单元49驱动位置检测单元48，并且处理从位置检测单元48输出的位置信号。
参考图5A、5B和5C，以下说明根据本发明的焊接装置4的工作原理。
首先，参考局部截面图5A，将布线板5设置在X-Y台43上的适当位置处，吸附半导体芯片6并通过芯片保持头44来保持。通过操作X-Y台43来定位布线板5，使其与半导体芯片6对准。
布线板5包括由每一层都具有互连图形结构(未示出)的多层绝缘层构成的绝缘衬底51、形成为绝缘衬底51上的最上层的阻焊剂层52、形成在阻焊剂层52中的多个电极盘53、以及形成在电极盘53上的多个临时焊料。
例如，对于焊料，可使用由锡(Sn)、银(Ag)和铜(Cu)构成的合适合金，且每个电极盘53都可以由铜(Cu)、金(Au)等构成，其对热熔化的焊料显示出可润湿性。而且，阻焊剂层52可由聚酰亚胺树脂、环氧树脂等构成，其对热熔化的焊料显示出不可润湿性。
另一方面，将半导体芯片6形成为倒装芯片型半导体芯片，并且其包括半导体衬底61、形成为半导体衬底61上的最上层的阻焊剂层62、形成在阻焊剂层62中的多个电极盘63、以及贴附到电极盘63上的多个金属突起或焊料突起64。
注意，在焊料突起64的排列和临时焊料54的排列之间存在镜像关系。
每个焊料突起64可由与布线板5的临时焊料54相同的合金构成，并且每个电极盘63可由铜(Cu)、金(Au)等构成，其对热熔化的焊料显示出可润湿性。而且，阻焊剂层可由聚酰亚胺树脂、环氧树脂等构成，其对热熔化的焊料显示出不可润湿性。
在图5A中，半导体芯片6通过驱动音圈电机46(见：图4)向着布线板5向下移动，并且焊料突起64与临时焊料54相邻接。也就是说，临时焊料54和焊料突起64适当地位于布线板5和半导体芯片6之间。
然后，如图5B所示，通过对电加热器43A和44A(见：图4)通电来热熔化临时焊料54和焊料突起64，以分别相互熔合临时焊料54和焊料突起64，由此产生多个液相焊料LS。
如图5C中所示，在产生液相焊料LS之后，半导体芯片6进一步向着布线板5向下移动，从而通过半导体芯片6挤压液相焊料LS，但是，由于每个被挤压的液相焊料LS对通过半导体芯片6施加在液相焊料LS上的压力产生反作用力，因此液相焊料LS不能立即被压扁。
之后，通过使用载荷传感器45来控制半导体芯片6的移动，从而将通过半导体芯片6施加在液相焊料LS上的压力保持为恒力f₁。当将恒力f₁施加到液相焊料LS上时，每个液相焊料LS对恒力f₁产生反作用力f₂。
具体地，当通过恒力f₁挤压液相焊料LS时，每个液相焊料LS都变形，使其横向并向外膨胀，如图5C中所示。此时，表面张力作用在每个被挤压的液相焊料LS上，从而使每个液相焊料LS的膨胀表面面积恢复到最小球面面积。也就是说，反作用力f₂源自作用在液相焊料LS上的各表面张力。
所有反作用力f₂被施加在半导体芯片6上，作为将其向上升高的反作用力合力f₃。假设液相焊料LS具有相同的尺寸，当通过使用载荷传感器45控制半导体芯片6的移动时，即，当用恒力f₁平衡合力f₃时，可一直保持在布线板5和半导体芯片6之间的不变间隙G1。
简而言之，如果通过模拟或者实际测量事先知道了恒力f₁和不变间隙G1之间的关系，则可以通过由载荷传感器45(见：图4)检测恒力f₁来确定不变间隙G1，如以下详细陈述的。
顺便提及，例如，当焊料突起64具有100μm的目标尺寸或直径时，以及当焊料突起64通过印刷方法制造时，尺寸或直径的波动是±20μm，如上所述。而且，焊料突起64的尺寸数据或直径数据表现出高斯分布是公知的。
根据本发明，尽管焊料突起64在其尺寸或直径上有波动，但也总是可以确定布线板5和半导体芯片6之间的不变间隙G1。
具体地，参考对应于图5A的图6A，用具有例如120μm尺寸或直径的大尺寸焊料突起64L来代替焊料突起64中的一个焊料突起，用具有例如80μm尺寸或直径的小焊料突起64S来代替焊料突起64中的另一个焊料突起。注意，假设其余焊料突起64具有100μm的尺寸或直径。
接下来，参考对应于图5C的图6B，相互热熔合大尺寸焊料突起64L和相应的临时焊料54，以由此产生大尺寸液相焊料LSL，并且相互热熔合小尺寸焊料突起64S和相应的临时焊料54，以由此产生小尺寸液相焊料LSS。与图5C的情况相似，将其余焊料突起64与各临时焊料54热熔合，以由此产生液相焊料LS。
由此，当通过恒力f₁挤压液相焊料LS、LSL和LSS时，由大尺寸液相焊料LSL获得的反作用力f_2L大于由每个液相焊料LS获得的反作用力f₂，并且反作用力f_2S小于从每个液相焊料LS获得的反作用力f₂。然而，由于用反作用力f₂和f_2S之间的差值来补偿反作用力f₂和f_2L之间的差值，因此从所有反作用力f₂、f_2L和f_2S获得的反作用力合力f₃基本上与图5C中示出的相同。
简而言之，事实上，尽管半导体芯片6具有其尺寸或直径波动的大量焊料突起(64、64L、64S)，但是由于焊料突起(64、64L、64S)的尺寸或直径的高斯分布，反作用力(f₂、f_2L、f_2S)的补偿会在液相焊料(LS、LSL、LSS)中全面发生。由此，尽管焊料突起(64、64L、64S)在其尺寸或直径上有波动，但是总是能够在布线板5和半导体芯片6之间确定不变间隙G1。
在前述内容中，尽管液相焊料LS被恒力f₁挤压，以由此确定布线板5和半导体芯片6之间的不变间隙G1，但是可通过恒力f₁’来拉长液相焊料LS，以由此在布线板5和半导体芯片6之间确定另一不变间隙。
具体地，参考图7，在将焊料突起64与各临时焊料54热熔合，以由此产生液相焊料LS(见：图5B)之后，半导体芯片6通过驱动音圈电机45(见：图4)离开布线板5向上移动，并且半导体芯片6的该移动通过使用载荷传感器(见：图4)来反馈控制，从而通过半导体芯片6将恒力f₁’施加到液相焊料LS上。此时，通过恒力f₁’来拉长液相焊料LS，以产生反作用力f₂’，作为在每个拉长的液相焊料LS中的拉力，反作用力f₂’也源自作用在相关的液相焊料LS上的表面张力。所有反作用力或拉力f₃’施加在半导体芯片6上，作为向下拉动半导体芯片6的反作用力合力f₃’。
与上述情况相似，当半导体芯片6的移动通过使用载荷传感器(见：图4)反馈控制时，即，当用恒力f₁’来平衡反作用力合力f₃’时，在布线板5和半导体芯片6之间保持不变间隙G2。
简而言之，如果通过模拟或实际测量来事先知道恒力f₁’和不变间隙G2之间的关系，则可通过由载荷传感器45(见：图4)检测恒力f₁’来确定不变间隙G2，如以下详细说明的。
接下来，参考示出了通过图4的控制单元49执行的焊接程序流程图的图8，以下描述根据本发明的焊接方法。
在步骤801中，执行芯片加载操作。也就是说，从芯片供应站(未示出)将半导体芯片6供给至芯片保持头44(见：图4)，并通过芯片保持头44吸附和保持半导体芯片6。
在步骤802中，执行布线板加载操作。也就是说，从布线板供应站(未示出)将布线板供给至X-Y台43(见：图4)，并将布线板5设置在X-Y台43上的适当位置处。
在步骤803中，执行布线板定位操作，以便定位布线板5，从而通过驱动X-Y台43将其与半导体芯片6对准，如图4中所示。
在步骤804中，执行间隔确定程序。在执行间隔确定程序中，将半导体芯片6焊接到布线板5，以确定在布线板5和半导体芯片6之间的不变间隙G1或G2中的任一个(见：图5C或图7)，从而完成在布线板5上贴装半导体芯片6。
注意，将解释间隔确定程序，如以下所详细说明的。
在步骤805中，执行芯片卸载操作，从芯片保持头44卸载半导体芯片6。注意，在完成了执行芯片卸载操作之后，停止音圈电机46的驱动，以便将芯片保持头44恢复到初始位置(见：图4)。
在步骤806中，执行布线板卸载操作，以从X-Y台43卸载具有半导体芯片6的布线板5。由此，在步骤807结束焊接程序。
图9示出了在图8的步骤804中执行的间隔确定程序的第一实例的流程图。
在步骤901中，将标志F1和F2初始化为“0”。
然后，在步骤902中，芯片保持头44向着布线板5向下移动。
在步骤903中，进行监控以确定芯片保持头44是否已经达到了各焊料突起64与临时焊料54相邻接的位置，如图10A中所示。也就是说，当焊料突起64与临时焊料54相邻接时，临时焊料54和焊料突起64适当地位于布线板5和半导体芯片6之间。
例如，焊料突起64与临时焊料54的邻接可通过使用载荷传感器45来检测。具体地，在焊料突起64与临时焊料54相邻接之后，载荷传感器54感测到预定大载荷，这是由于即使由于焊料突起64与临时焊料54的邻接导致芯片保持头44的向下移动停止，音圈电机46的驱动仍然继续。由此，可以通过确定载荷传感器46是否感测到预定大载荷(例如，多于1kg)来检测焊料突起64与临时焊料54的邻接。
可选地，焊料突起64与临时焊料54的邻接可通过计算足够的时间来检测，在该足够的时间中，焊料突起64能够在半导体芯片6的向下移动期间与临时焊料54连接。
在确认焊料突起64与临时焊料54邻接时，控制进行到步骤904，该步骤中，电加热器43A和44A被通电，以便热熔化临时焊料54和焊料突起64，使得焊料突起64分别与临时焊料熔合，由此产生液相焊料LS(见：图5A和图10B)。
在步骤905中，从载荷传感器45取出压载荷数据L，并且控制进行到步骤906，在该步骤中确定压载荷数据L是否比预定恒定压力f₁(见：图5C)大。如果L≥f₁，则控制进行到步骤907，在该步骤中向上移动芯片保持头44。另一方面，如果L＜f₁，则控制从步骤906进行到步骤908，在该步骤中向下移动芯片保持头44。
在任意情况下，控制进行到步骤909，在该步骤中确定标志F1设置成了“0”还是“1”。在初始阶段，由于F1＝“0”，因此控制进行到步骤910，在该步骤中确定时间T₁是否已经过去。当时间T₁没有过去时，控制返回到步骤905。
也就是说，重复执行包括步骤906、907、908、909和910的程序，直到在步骤910中时间T₁已经过去。时间T₁事先定义为足够的时间，在该时间中，液相焊料LS的温度可上升至焊接温度(例如，300℃)，该温度是获得半导体芯片6至布线板5的充分焊接所必需的，并且在该时间中，芯片保持头44可停留在恒定压力f₁稳定地施加到液相焊料LS上的位置处。例如，时间T₁可以是落在从3至5秒的范围内的时间。
简而言之，通过重复执行包括步骤906、907、908、909和910的程序，可反馈控制芯片保持头44的移动，从而在布线板5和半导体芯片6之间确定不变间隙G1(见：图5C)。
在步骤910中，当确认时间T₁已经过去时，控制进行到步骤911，在该步骤中标志F1被设置为“1”。
然后，在步骤912中，确定标志F2被设置为“0”还是“1”。
在初始阶段，由于F2＝“0”，因此控制进行到步骤913，在该步骤中对电加热器43A和44A断电。然后，在步骤914中，开始冷却处理。在该冷却处理中，使用非常公知的冷却系统(未示出)，在液相焊料LS上方吹动冷空气，该冷却系统包括在焊接装置4(见：图4)中。
在步骤915中，标志F2被设置为“1”。
然后，在步骤916中，确定时间T₂是否已经过去。当时间T₂没有过去时，控制返回到步骤905。
也就是说，重复执行包括步骤906、907、908、909、912和916的程序，直到在步骤916中时间T₂已经过去。注意，在该阶段中，F1＝“1”，F2＝“1”。时间T₂事先定义为足够的时间，在该时间中，可冷却液相焊料LS，以便使其凝固。例如，时间T₂可以为至少10秒。
简而言之，在冷却处理期间，反馈控制芯片保持头44的移动，以在布线板5和半导体芯片6之间确保不变间隙G1(见：图5C)。因此，可以吸收X-Y台43、芯片保持头44等的尺寸变化，该尺寸变化由其热膨胀和热收缩引起，并由此可进行不变间隙G1的确定，而不受尺寸变化的影响。
在步骤916中，当确认时间T₂已经过去时，控制进行到步骤917，在该步骤中停止冷却处理。然后，通过步骤918，控制返回到图8的步骤805。
图11示出了在图8的步骤804中执行的间隔确定程序的第二实例的流程图。
在步骤1101中，标志F1和F2初始化为“0”。然后，在步骤1102中，芯片保持头44向着布线板5向下移动。
在步骤1103中，进行监控以确定芯片保持头44是否已经达到了各焊料突起64与临时焊料54(见：图10A)相邻接的位置。也就是说，当焊料突起64与临时焊料54相邻接时，临时焊料54和焊料突起64适当地位于布线板5和半导体芯片6之间。
注意，可以以基本上与图9的情况相似的方式来检测焊料突起64与临时焊料54的邻接。
在确认焊料突起64与临时焊料54的邻接之后，控制进行到步骤1104，在该步骤中对电加热器43A和44A通电，以便热熔化临时焊料54和焊料突起64，使得焊料突起64分别与临时焊料熔合，由此产生液相焊料LS(见：图5A和图10B)。
在步骤1105中，芯片保持头44向上移动。然后，在步骤1106中，从载荷传感器45取出拉载荷数据L’，并且控制进行到步骤1107，在该步骤中确定拉载荷数据L’是否小于预定的恒定拉力f₁’(见：图7)。如果L’≤f₁’，则控制进行到步骤1108，在该步骤中芯片保持头44向下移动。另一方面，当L’＞f₁’，则控制从步骤1107进行到步骤1109，在该步骤中芯片保持头44向上移动。
注意，当一旦对电加热器43A和44A通电，芯片保持头44就向上移动时，半导体芯片6的焊料突起64会与布线板5的临时焊料54分离，但是焊料突起64可再次与临时焊料54相邻接，这是由于在半导体芯片6自临时焊料54分离期间，自载荷传感器45检测到拉载荷数据L’为零。
在任意情况下，控制都进行到步骤1110，在该步骤中确定标志F1被设置为“0”还是“1”。在初始阶段，由于F1＝0，因此控制进行到步骤1111，在该步骤中确定时间T₁是否已经过去。当时间T₁没有过去时，控制返回到步骤1106。
也就是说，重复执行包括步骤1106、1107、1108、1109、1110和1111的程序，直到在步骤1111中时间T₁已经过去。时间T₁事先定义为足够的时间，在该时间中，液相焊料LS的温度可上升至焊接温度(例如，300℃)，该温度是获得半导体芯片6至布线板5的充分焊接所必需的，并且在该时间中，芯片保持头44可停留在恒定拉力f₁’稳定地施加在液相焊料LS上的位置处。例如，时间T₁可以是落在从3至5秒范围内的时间。
简而言之，通过重复执行包括步骤1106、1107、1108、1109、1110和1111的程序，反馈控制芯片保持头44的移动，从而在布线板5和半导体芯片6之间确定不变间隙G2(见：图7)。
在步骤1111中，当确认时间T₁已经过去时，控制进行到步骤1112，在该步骤中将标志F1设置为“1”。然后，在步骤1113中，确定将标志F2设置成“0”或是“1”。
在初始阶段，由于F2＝“0”，因此控制进行到步骤1114，该步骤中对电加热器43A和44A断电。然后，在步骤1115中，开始冷却处理。在冷却处理中，使用非常公知的冷却系统，在液相焊料LS上方吹动冷空气。
在步骤1116中，标志F2设置为“1”。然后，在步骤1117中，确定时间T₂是否已经过去。当时间T₂没有过去时，控制返回到步骤1106。
也就是说，重复执行包括步骤1106、1107、1108、1109、1110、1113和1117的程序，直到在步骤1117中时间T₂已经过去。注意，在该阶段，F1＝“1”，F2＝“1”。时间T₂事先定义为足够的时间，在该时间中，可以冷却液相焊料LS，以便使其凝固。例如，时间T₂可以为至少10秒。
简而言之，在冷却处理期间，反馈控制芯片保持头44的移动，从而确保在布线板5和半导体芯片6之间的不变间隙G2(见：图7)。因此，可以吸收X-Y台43、芯片保持头44等的尺寸变化，该尺寸变化是由其热膨胀或热收缩引起的，并由此可进行不变间隙G2的确定，而不受尺寸变化的影响。
在步骤1117中，当确认时间T₂已经过去时，控制进行到步骤1118，在该步骤中停止冷却处理。然后，通过步骤1119，控制返回到图8的步骤805。
图12示出了在图8的步骤804中执行的间隔确定程序的第三实例的流程图。
在步骤1201中，芯片保持头44向着布线板5向下移动。然后，在步骤1202中，进行监控以确定芯片保持头44是否已经达到了各焊料突起64与临时焊料54相邻接的位置(见：图10A)。也就是说，当焊料突起64与临时焊料54相邻接时，临时焊料54和焊料突起64适当地位于布线板5和半导体芯片6之间。
注意，焊料突起64与临时焊料54的该邻接可以以基本上与图9的情况相似的方式检测。
在确认焊料突起64与临时焊料54的邻接之后，控制进行到步骤1203，在该步骤中对电加热器43A和44A通电，从而热熔化临时焊料54和焊料突起64，使得焊料突起64分别与临时焊料熔合，从而产生液相焊料LS(见：图5A和图10B)。
在步骤1204中，从位置检测单元48取出线性标尺48A上的分度数据D。然后，在步骤1205中，将该分度数据D作为参考位置数据RE存储在控制单元49的RAM中。
在步骤1206中，再次从位置检测单元48取出线性标尺48A上的分度数据。然后，在步骤1207中，确定相关的分度数据D是否大于参考位置数据RE。
如果D≥RE，则控制进行到步骤1208，在该步骤中芯片保持头44向下移动。另一方面，如果D＜RE，则控制从步骤1207进行到步骤1209，在该步骤中芯片保持头44向上移动。
在任意情况下，控制进行到步骤1210，其确定时间T₁是否已经过去。当时间T₁没有过去时，控制返回到步骤1206。
也就是说，重复执行包括步骤1206、1207、1208、1209和1210的程序，直到在步骤1210中时间T₁已经过去。该时间T₁事先定义为足够的时间，在该时间中，液相焊料LS的温度可上升到焊接温度(例如300℃)，该温度对于获得半导体芯片6至布线板5的充分焊接是必需的。简而言之，半导体芯片头6停留在焊料突起64与临时焊料54相邻接的位置处，直到液相焊料LS的温度上升至焊接温度(例如300℃)。
在步骤1210中，当确认时间T₁已经过去时，控制进行到步骤1211，在该步骤中芯片保持头44向上移动。然后，在步骤1212中，对电加热器43A和44A断电，并且在步骤1213中，开始冷却处理。在冷却处理中，使用非常公知的冷却系统，在液相焊料LS上方吹动冷空气。
在步骤1214中，从载荷传感器45取出拉载荷数据L’，并且控制进行到步骤1215，在该步骤中确定拉载荷数据L’是否小于预定的恒定拉力f₁’(见：图7)。如果L’≤f₁’，则控制进行到步骤1216，在该步骤中芯片保持头44向下移动。另一方面，如果L’＞f₁’，则控制从步骤1215进行到步骤1217，在该步骤中芯片保持头44向上移动。
在任意情况下，控制都进行到步骤1218，在该步骤中确定时间T₂是否已经过去。当时间T₂没有过去时，控制返回到步骤1214。
也就是说，重复执行包括步骤1214、1215、1216、1217和1218的程序，直到在步骤1218中时间T₂已经过去。时间T₂事先定义为足够的时间，在该时间中，可冷却液相焊料LS，以便使其凝固。例如，时间T₂为至少10秒。然后，通过步骤1220，控制返回到步骤805。
简而言之，在冷却处理期间，反馈控制芯片保持头44的移动，从而在布线板5和半导体芯片6之间确保不变间隙G2(见：图7)。因此，与图11的情况相似，可以吸收X-Y台43、芯片保持头44等的尺寸变化，该尺寸变化是由其热膨胀和热收缩引起的，并且由此可进行不变间隙G2的确定，而不受尺寸变化的影响。
在上述的实施例中，尽管布线板5的电极盘53涂敷有各临时焊料54，但是如果必要的话，可以自电极盘53除去临时焊料54。
而且，在上述实施例中，尽管将以焊料突起64为特征的倒装型半导体芯片6焊接并贴装在布线板或内插器5上，但是本发明可应用于将以多个外部电极端或焊料球为特征的半导体封装，诸如球栅阵列(BGA)封装等，焊接并贴装在印刷布线板上的情况。
而且，尽管通过电加热器43A和44A来热熔化临时焊料54和焊料突起64，但是可以通过使用热空气来进行其热熔化。
最后，本领域技术人员应当理解，前面的描述是器件和方法的优选实施例，并且对于本发明可作出各种变化和修改，而不超出其精神和范围。