清洗電子元件的裝置和方法
2023-10-27 22:27:37 1
專利名稱：清洗電子元件的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種大量電子元件的清洗，如電子封裝件。本發明尤其應用於切割處理(cutting process)後的半導體封裝件被分離之後，其在也可以應用於被分離之前。
背景技術：
隨著現代的半導體或電子封裝件的小型化和為了獲得規模經濟，在封裝件的製造過程中大量電子封裝件被排列在單個基材上。這些大量電子封裝件被澆鑄以保護包含在封裝件中的集成電路之後，例如CSBGA(Chip-Scale Ball-Grid Array)封裝件的情形，其有時通過切割分離。由於在切割中產生了以汙垢和汙染的小顆粒形式存在的切割剩餘物，被切割(分離)後的CSBGA封裝件的處理就包含切割後的清洗。在切割過程中，通常採用冷卻水作用於封裝件上來清洗切割封裝件的頂面。該冷卻水不但可用於冷卻切割片(saw blades)和封裝件，而且可用於衝洗切割中產生的剩餘物。但是，由於在切割過程中封裝件的底面放置於切割夾具(sawjig)的真空盤(vacuum pads)或其他吸附表面上以固定該封裝件，以及該封裝件和吸附表面緊密接觸，所以該底面不能用這種方式清除。這樣的接觸限制了這種方式的清除有效性。
通常，在處理切割後的封裝件時有兩種方法被普遍採用，即嵌套方法(nesting approach)和非嵌套方法(non-nesting approach)。嵌套方法請參見美國專利號6,165,232(「在切割過程中安全固定基材的方法和裝置」)、6,187,654(「在基材切割中保持切割晶粒定位的方法」)和6,325,059(「在集成電路製造中切割基材的方法」)。一般而言，嵌套機構包括用來確定接收大量封裝件的入口的格柵排列，該嵌套機構在切割過程中被用來支撐包含有大量封裝件的基材。採用該嵌套機構，大量電子封裝件在切割過程被升起。當採用該嵌套方法時，在固定切割後封裝件的升起的嵌套機構的上方和下方的位置使用噴射水流(water jets)，對清洗封裝件的頂面和底面而言其是一種常規方法。
用這種方法清洗切割後的封裝件的問題是格柵結構可能妨礙噴射水流到達封裝件的預定部位。結果，清洗可能不徹底，而且，封裝件越小，在使用增壓噴射水流清洗的過程中合適地固定封裝件就越難。
非嵌套方法請參見美國專利公開號2002/0133971，其中，沒有格柵排列來固定單個的切割後的封裝件，該切割後的封裝件沒有被升起。對非嵌套方法而言，從封裝件下方引入的流動水可用來衝洗分離後的封裝件的底面，其通過支撐封裝件的平臺中的液體輸入通道提供水或其他清洗液體來完成。因此，該封裝件的底面通過該操作而被衝洗。
但是，僅僅使用流動水來清洗分離後的封裝件的底面，對溼潤該底面和稀釋附著在封裝件底面的汙垢和汙染物而言是相當柔弱的方式，如果該汙垢和汙染物是粘性的，這種方法就不能完全清除所有的汙垢和汙染物。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種清洗大量電子封裝件的改良裝置和方法，其通過向封裝件提供承載有超聲波能量的水或其他清洗液體來實現。
本發明一方面提供一種清洗大量電子封裝件的裝置，包括容置有清洗液體的槽體；可安裝的超聲波共振器，其與清洗液體聯絡以向其提供超聲波能量；支撐平臺，其位於清洗液體上表面的上方以支撐電子元件，以便在使用中該電子元件和清洗液體的所述上表面相接觸；清洗液體供應系統，其用於產生持續的清洗液體流進入該槽體，以清洗和清洗液體的所述上表面相接觸的電子元件。
本發明另一方面提供一種清洗大量電子封裝件的方法，包括下列步驟提供容置有清洗液體的槽體；向該清洗液體提供超聲波能量(ultrasonically charging)；支撐(supporting)電子元件以便該電子元件和該清洗液體的上表面相接觸；和產生持續的清洗液體流進入該槽體，以清洗和清洗液體的所述上表面相接觸的電子元件。
參閱後附的描述本發明實施例的附圖，隨後來詳細描述本發明是很方便的。附圖和相關的描述不能理解成是對本發明的限制，本發明的特點限定在權利要求書中。
現結合附圖描述與本發明相應的裝置和方法的較佳實施例，其中圖1所示為現有技術清洗方法的局部側視圖，其在電子封裝件的頂面和底面上使用噴射水流，該電子封裝件由和嵌套方法一起使用的嵌套機構的上下格柵所固定；圖2a所示為本發明較佳實施例清洗裝置的局部側視圖，其中電子封裝件由支撐平臺的頂面支撐，超聲波共振器浸沒在容置有清洗液體，例如水的槽體中；圖2b所示為本發明另一個較佳實施例，其中超聲波共振器附在槽體底面或側面的外表面上，該槽體容置有清洗液體；圖3所示為第一、第二實施例如何適用於處理切割後封裝件的非嵌套方法；圖4所示為本發明第三較佳實施例，其中被清洗的電子封裝件朝向容置有清洗液體的槽體固定；以及圖5所示為一種可用於本發明的典型的超聲波共振器。
具體實施例方式
圖1所示為現有技術清洗裝置的局部側視圖，其在電子封裝件2的頂面和底面上使用噴射水流7，該電子封裝件由和嵌套方法一起使用的嵌套機構的上下格柵5、1所固定。該清洗方法由將增壓噴射水流7通過液體噴嘴3洩放在封裝件上來完成，該封裝件由上下格柵5、1所固定。該液體噴嘴3由噴嘴座體6支撐，該裝置可容置在清洗室4中。由於該上下格柵5、1的妨礙，噴射水流的清洗可能不充分。
圖2a所示為本發明較佳實施例清洗裝置10的局部側視圖。在該被描述的實施例中，該裝置10是基於美國專利公開號2002/0133971的非嵌套方法所製成。雖然該裝置10不打算限於清洗電子元件的底面，但是其是特別設計來清洗由這種非嵌套方法處理的電子元件的底面。
該裝置包含有一個支撐大量電子元件的衝洗或支撐平臺14，該電子元件以電子封裝件12的形式支撐於支撐平臺14的頂面，該支撐平臺14上設有大量孔洞，該孔洞可被分成多個液體輸入通道16和液體輸出通道18，其中，清洗液體(在敘述的其他部分被方便地稱作為「水」，即使其他液體也是適用的)通過該液體輸入通道16被引入到封裝件12上，而攜帶汙垢和其他剩餘物的水通過液體輸出通道18從封裝件12流走。
在本實施例中，支撐平臺14可安裝在充滿水的內槽體20的邊緣上，這樣該支撐平臺14就定位於水的上表面的上方。該液體輸入通道16傳遞水以便使水在該支撐平臺14的頂面擴散開來。這樣，水的上表面在該支撐平臺14的頂面上提升、擴展，並和該支撐平臺14上的電子封裝件12相接觸。
該內槽體20環繞有外槽體22並和該內槽體20相鄰放置，該外槽體22被用來收集通過液體輸出通道18排出的水，該支撐平臺14的液體輸出通道18和液體輸入通道16相鄰，通過和外槽體22相連的輸出通道30實現水的排出。通過使用真空抽氣機(未示)來對外槽體22提供真空吸力，排水的速度可得到提高。接著，從切割後的封裝件上移除汙垢和小顆粒的速度進一步加強，以提高清洗的有效性。通過使用O型圈24可將內槽體20自外槽體22密封，以便密封在支撐平臺14的內槽體20。
超聲波共振器16A被浸沒在容置有水的內槽體20的水中，以便於其向水傳遞並向水提供超聲波能量；同時，水供應系統，例如水泵28產生並持續地引入水到內槽體20，以便保持恆定的水流通過液體輸入通道16而接觸並清洗電子封裝件12。
通過使用流動水的概念進行底面清洗，因此，在支撐平臺14的下方，超聲波能量通過超聲波共振器26A被作用在水上，水通過水泵28被持續地引入到內槽體20中，這樣水裝滿該內槽體20，並通過該支撐平臺14的多排液體輸入通道16擴散，以便以均勻的方式到達該切割後的封裝件12的底面；同時，該超聲波共振器26A在水中被激活產生超聲波，以便於超聲波能量能夠以均勻的方式通過這種持續的水流到達該切割後的封裝件12的底面，所以，超聲波清洗直接針對封裝件發生。
超聲波在去除附著在待清洗表面的汙垢和小顆粒方面是一種經濟高效的方式，無論用何種方法，了解充分利用超聲波清洗後，持續帶走從待清洗表面去除的汙垢和小顆粒是更加有效的，值得注意的是持續水的流動使得清洗液體或水的上表面比內槽體20的邊緣保持一個更高的水平面，這樣做使得水能夠持續溢出內槽體20，以便持續帶走從待清洗表面去除的汙垢和小顆粒，因此清洗後的表面得以保持以及去除後的汙垢和小顆粒的重新附著得以避免。
此外，通過從內槽體20持續供水，均勻的大量水作用於該封裝件12的底面以形成一水層，並且水和封裝件底面之間的緊密接觸得以保持。因此水泵28被安排來提供足夠的水流給內槽體20，以使均勻的大量水和平臺表面上的電子封裝件12保持接觸，這樣，超聲波能量從共振器26A被高效地傳遞給封裝件12的底面，以徹底地完成清洗。
圖2b所示為本發明清洗裝置11的另一個較佳實施例，其中，超聲波共振器26B被吸附在容置有清洗液體或水的內槽體20的底面或側面的外表面。這可通過使用黏合劑、安裝託架、焊接或其他方式來完成，只要超聲波共振器26B通過和容置有清洗液體的內槽體20的壁面緊密接觸，以與清洗液體聯絡。
除了共振器26B沒有放置在內槽體20中以外，其類似於第一實施例。這種方法在超聲波傳遞效率方面，可能和將共振器26B浸沒在內槽體20中效率不同，但是，它通過延長使用或其他方式減少了浸沒式超聲波共振器可能滲水的風險，這種不需要視為防水損壞的超聲波共振器26B更易於工業上的應用。
圖3為第一、第二實施例如何適用於處理切割後封裝件12的非嵌套方法，其所示為類似於圖2a的裝置10的側視圖和封裝件12位置相同的裝置10的俯視圖。封裝件12通過傳送裝置32放置於支撐平臺14的表面，其由該傳送裝置32所固定，且在完成清洗時通過和該傳送裝置一起的移動機構的運動，相對於水的上表面向旁側作橫嚮往復運動，這種往復運動有助於汙垢和小顆粒從封裝件12上的分離，以致達到更徹底的清洗。
雖然可以使用不同種類和頻率的超聲波能量，但是大約20-80KHz的頻率更適合，因為得知其就在切割過程中產生的汙垢和直徑約幾至幾十毫米的小顆粒來說，本發明可提供更有效的清洗。
內槽體20和外槽體22更適合由不鏽鋼或其他穩定金屬製成，支撐平臺14更適合由硬質陽極氧化鋁(aluminum with hard anodizing)、不鏽鋼或其他穩定金屬製成，這樣，它們即使曝露於超聲波、水或其他清洗液體很長的時間，其仍是穩定的。
圖4所示為本發明的第三實施例，其中，將待清洗的電子封裝件12支撐在以拾取前端34形式存在的支撐平臺上，並朝向內槽體20中水的上表面固定。一個超聲波變換器26A可以如第一實施例(所描述的)浸沒在水中，或者如第二實施例附著在內槽體20的側面或底面。拾取前端34被用來朝向水固定該電子封裝件12，可使用任意合適的方式，例如使用和拾取前端34相連的真空抽氣裝置(未示)的真空吸力。當持續的大量水被引入到內槽體20時，內槽體20的超聲波變換器26A向水產生超聲波能量。這樣，給予了超聲波能量的水沫薄層形成在內槽體20中水的表面。從內槽體20中溢流出的水被收集至外槽體22，然後排走。通過使用本發明實施例的方案，電子封裝件12可以直接由水面上的水沫36清洗，在內槽體20中的水和電子封裝件12之間不需要接合有支撐平臺。
圖5所示為一種可用於本發明的典型的超聲波共振器，它包括提供共振能量的超聲波變換器42、傳輸電能至該超聲波變換器42的電纜44。
當與僅僅使用簡單的、和處理電子封裝件的嵌套方法一起的流動水或者噴射水流相比較，本發明更好地導致了封裝件底面非常徹底的清洗。
本發明所述方法能容易地適用於處理電子封裝件的非嵌套方法，和嵌套方法相比較，非嵌套方法具有設計簡單和小型封裝件處理能力(small package handling capability)的優點是令人滿意的。
這是一個低成本、有效的清洗解決方案，和使用其他方式如高壓噴射水流相比較，其能減少水和能源的消耗。
雖然所描述的實施例主要和切割後的封裝件有關，但是值得注意的是本發明也能應用於分離前基材的清洗。
本發明在所具體描述的內容基礎上很容易產生變化、修正和/或補充，可以理解的是所有這些變化、修正和補充都包括在本發明的上述描述的精神和範圍內。
權利要求
1.一種清洗大量電子封裝件的裝置，其包括有容置有清洗液體的槽體；可安裝的超聲波共振器，其向清洗液體傳遞並提供超聲波能量；支撐平臺，其位於清洗液體上表面上方以支撐電子元件，以便在使用中該電子元件和清洗液體的所述上表面相接觸；清洗液體供應系統，其用於產生持續的清洗液體流進入該槽體，以清洗和清洗液體的所述上表面相接觸的電子元件。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述的超聲波共振器浸沒在該槽體的清洗液體中。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述的超聲波共振器安裝在該槽體的外表面。
4.如權利要求1所述的裝置，其中由所述的清洗液體供應系統產生的持續的清洗液體流使得清洗液體的上表面比該槽體的邊緣保持一個更高的水平面，這樣使得清洗液體持續溢出該槽體。
5.如權利要求4所述的裝置，其中該裝置還包含有和所述槽體相鄰的外槽體，用於收集從所述槽體溢流出的清洗液體。
6.如權利要求1所述的裝置，其中所述的電子元件支撐於所述支撐平臺的表面，該表面和朝向所述的清洗液體上表面的表面相反。
7.如權利要求6所述的裝置，其中所述的支撐平臺安裝在所述槽體的邊緣。
8.如權利要求7所述的裝置，其中該裝置還包含有在支撐平臺中的液體輸入通道，該液體輸入通道和清洗液體聯絡以使清洗液體向所述的其上固定有電子元件的支撐平臺的表面擴散。
9.如權利要求8所述的裝置，其中該裝置還包含有在支撐平臺中的液體輸出通道，該液體輸出通道用於從所述的其上固定有電子元件的支撐平臺的表面排出清洗液體。
10.如權利要求8所述的裝置，其中該清洗液體供應系統被用來向該槽體提供足夠的清洗液體流，以使基本均勻的大量清洗液體和支撐平臺表面上的電子元件保持接觸。
11.如權利要求6所述的裝置，其中該裝置還包含有傳送裝置，其用於將電子元件放置在該支撐平臺的表面。
12.如權利要求11所述的裝置，其中該裝置還包含有移動機構，其用於將電子元件相對於清洗液體的上表面作橫嚮往復運動，該清洗液體和該電子元件接觸。
13.如權利要求1所述的裝置，其中該電子元件支撐於支撐平臺的表面，該表面朝向該清洗液體的上表面。
14.如權利要求13所述的裝置，其中該裝置還包含有真空抽氣裝置，其用於將該電子元件固定於該支撐平臺的表面，該表面朝向該清洗液體的上表面。
15.如權利要求13所述的裝置，其中該裝置還包含有形成於清洗液體上表面的清洗液體沫層，藉此和電子元件接觸。
16.如權利要求1所述的裝置，其中通過超聲波變換器提供的超聲波能量的頻率為20-80KHz。
17.如權利要求1所述的裝置，其中該槽體是由不鏽鋼或其他穩定金屬製成。
18.如權利要求1所述的裝置，其中該支撐平臺是由硬質陽極氧化鋁、不鏽鋼或其他穩定金屬製成。
19.一種清洗大量電子封裝件的方法，包含下列步驟提供容置有清洗液體的槽體；向清洗液體提供超聲波能量；支撐電子元件以便該電子元件和清洗液體的上表面相接觸；以及產生持續的清洗液體流進入該槽體，以清洗和清洗液體的所述上表面相接觸的電子元件。
20.如權利要求19所述的方法，其還包含有將超聲波共振器浸沒在該槽體的清洗液體中，以向清洗液體提供超聲波能量。
21.如權利要求19所述的方法，其還包含有將超聲波共振器安裝在該槽體的外表面，以向清洗液體提供超聲波能量。
22.如權利要求19所述的方法，其中該產生持續的清洗液體流進入該槽體的步驟還包括使得清洗液體的上表面比該槽體的邊緣保持一個更高的水平面，這樣使得清洗液體溢出該槽體。
23.如權利要求22所述的方法，其還包含有使用另一槽體收集從該槽體溢流出的清洗液體以排出。
24.如權利要求19所述的方法，其中所述的電子元件支撐於所述支撐平臺的表面，該表面和朝向所述的清洗液體上表面的表面相反。
25.如權利要求24所述的方法，其中所述的支撐平臺安裝在所述槽體的邊緣。
26.如權利要求24所述的方法，其還包含有從該槽體向其上固定有電子元件的支撐平臺的表面擴散清洗液體。
27.如權利要求26所述的方法，其還包含有從其上固定有電子元件的支撐平臺的表面排出清洗液體。
28.如權利要求26所述的方法，其還包含有下面的步驟通過向該槽體提供足夠的清洗液體流，以使基本均勻的大量清洗液體和支撐平臺表面上的電子元件保持接觸。
29.如權利要求24所述的方法，其還包含有將電子元件相對於清洗液體的上表面作橫嚮往復運動，該清洗液體和該電子元件接觸。
30.如權利要求19所述的方法，其中該電子元件支撐於支撐平臺的表面，該表面朝向該清洗液體的上表面。
31.如權利要求30所述的方法，其還包含有使用真空吸力將該電子元件固定於該支撐平臺的表面，該表面朝向該清洗液體的上表面。
32.如權利要求30所述的方法，其還包含有在該清洗液體的上表面形成有清洗液體沫層，藉此和電子元件接觸。
33.如權利要求19所述的方法，其中提供給該清洗液體的超聲波能量的頻率為20-80KHz。
全文摘要
本發明提供了一種清洗大量電子元件的裝置和方法，提供一容置有清洗液體的槽體；和安裝有一超聲波共振器，其與清洗液體聯絡以向其提供超聲波能量；位於清洗液體上表面上方的支撐平臺支撐該電子元件，以在使用中該電子元件和清洗液體的所述上表面相接觸。而且清洗液體供應系統，被配置來產生持續的清洗液體流進入該槽體，以清洗和清洗液體的所述上表面相接觸的電子元件。
文檔編號H01L21/48GK1520938SQ200310117118
公開日2004年8月18日 申請日期2003年12月3日 優先權日2002年12月30日
發明者鄭志華, 王睿高, 麥添偉 申請人:先進自動器材有限公司