用於布置焊球的方法和設備的製作方法

2023-10-05 15:34:29 2

專利名稱：用於布置焊球的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及球柵極(ball grid)陣列。具體地，本發明涉及一種在分割基板之前 將焊球布置到位於基板上的球柵極陣列中的方法和設備。
背景技術：
球柵極陣列用來接收焊球，這些焊球用作與集成電路相接合的電極。通常在布置 所述焊球的同時，集成電路作為較大的基板的一部分並因此是在其被分割為單個單元之前布置。將焊球布置到基板上以便與每個單個單元對準時，通常是焊球被布置在預定排列 的裝置中，隨後使用拾取器頭升起用於最終布置到基板上。焊球本身的性質導致一個難題。在很多情況下焊球直徑小於0. 5mm,因此其受到靜 電力作用，並且如果存在水分時，通過表面張力焊球遭遇粘附力的麻煩。因為焊球的布置是一個特別精密的過程，任何不對準或者"粘附"均可導致焊球 丟失，或者替換地，在只需要一個焊球的地方出現一簇焊球。因此，這樣的問題會導致集成 電路的高缺陷率。現有技術中的兩個系統包括US6607118和W02004/035253。在這兩個情形中，裝置 包括在模板裡布置焊球以及隨後通過焊球拾取器從模板移去焊球。隨後，焊球拾取器將焊 球輸送至隨後進行進一步處理的基板上。在US6607118公開的內容中，通過拾取器的振動避免過量的焊球的接合，並且隨 後從拾取器去除焊球也是通過焊球拾取器的振動來完成的，US6607118的內容在此通過參 考併入。雖然在足夠高的振動條件下焊球的接合和分開是可控制的，但焊球的精確定位依 然不足。類似地，如在W02004/035253中所公開的，在焊球到焊球拾取器的接合和分開上 沒有這樣的控制，其內容在此通過參考併入。因此，相對於現有技術，本發明的目的在於將焊球放置到基板上的過程中提高對 焊球的質量控制。

發明內容
本發明的第一個方面提供一種焊球安裝模塊，包括具有凹進的排列的焊球模板， 每個凹進與真空源相連，並且每個凹進布置用以接收一個焊球；其中每個凹進進一步包括 推頂杆用以選擇性地推出接合其中的的對應的焊球。本發明的第二個方面提供一種將多個焊球施加到基板上的方法，包括以下步驟 將多個焊球布置在具有凹進的排列的模板中的步驟；和使用與每個凹進對應的推頂杆推出 所述焊球的步驟；通過基板接收所述焊球的步驟。隨之因此，使用推頂杆選擇性且確切地從模板的凹進中移出焊球確保了焊球不粘 附在凹進內。進一步地，使用可選擇性地操作的推頂杆還能夠增加通過沿預定路徑使焊球偏斜來布置焊球的精確性。這與現有技術的方法不同，現有技術中焊球僅僅從所述凹進內 掉落，因而使焊球沿所需路徑的確定性低。在一個實施例中，模塊還包括用以在所述模塊的最遠端部保持或保留焊球的供應 的保持區。因此為了方便和提高裝載模板的速度，對模板供應焊球被設置在同一裝置內。在另一個實施例中，模塊可圍繞水平軸線轉動。通過提供向模塊供應焊球並轉動 該模塊，可以提供焊球跨過模板的流動從而被模板裝載或充填或播下焊球。這樣的表面在 焊球的行程整個長度上可以是連續的，包括模板表面。在還一實施例裡，可轉動的模塊和保持區的組合提供了向模板自動供應焊球。進 一步地，如果模塊沿水平軸線沿兩個方向是可旋轉的，則所述模塊可以來迴轉動並因此容 許焊球多次流動跨過模板。在本實施例中，可以提高填充模板的每個凹進的機會，從而提高 模板的「播入或充填」質量。此外，對於具有可轉動模塊的實施例，模塊可以以這種在重力作用的條件下引起 焊球跨過模板流動的轉動從第一位置轉動到第二位置。另外，在該可轉動模塊能夠來迴轉 動的條件下，該模塊可以從第一位置轉動到第二位置並返回第一位置。因此，選擇性地確定 焊球將流過模板的次數。在還一實施例中，焊球可以流動跨過模板兩次，這足以保證模板的 充填。在另一實施例中，模塊可轉動到第三位置，所述第三位置容許將基板靠近模板用 以將焊球布置到該基板上。這樣的基板可塗上焊劑用以接合焊球。另外，第三位置可能涉 及使模板方向向下，使得將靠近模板的基板向上舉起基板。因此在將焊球從模板中頂出時， 重力能幫助推頂杆首先從凹進中移出焊球，其次還保證焊球沿預定路徑以準確地布置到基 板上。因此在翻轉模塊的第三位置的情況下，工藝過程中另一優點在於，僅直接向上升起基 板而不是以一個不方便的角度舉起或者必須向下懸掛基板。替換地，該第三位置可以使模板方向向下，其中特別的設計可以有利於利用這樣 的位置。在一個實施例中，模板中的凹進可以使得在接收焊球的時候，焊球的很小的一部 分，例如50到100微米量級，突出在模板表面上面。焊球的這種突出可以用於在模板的制 造過程中測量凹進的深度。在另一個實施例中，所述模塊進一步包括刮擦器，使得通過刮擦 器行進跨過模板的動作，焊球被刮擦跨過模板，其中刮擦片位於模板表面上面0. Imm處以 避免損壞凹進中的焊球。這除了提供焊球跨過模板的流動，還可以通過驅使焊球進入所有 空的凹進來。在另一個實施例中，模塊還可以包括位於第一個保持區的相對端的第二保持區。 在這種情況下，模塊圍繞水平軸線的前後轉動可使得焊球從一個保持區移動到另一個保持 區中。另外，第二保持區可提供便利的多餘的焊球供應，使得在每個基板接收焊球時，僅為 模塊的第一或第二保持區的一側需要供給多餘的焊球。通過確保模塊充分應用這可以進一 步有助於提高加工速度。在一個實施例中，其中基板靠近模板並因此將焊球直接施加在基板上，因為取消 使用焊球拾取器，這較現有技術具有顯著的優點。如US6，607，118和W02004/035253提及 的那樣，通過第一接合將焊球轉移到基板上的焊球拾取器焊球從模板被施加到基板上。通 過取消這個中間步驟，首先消除了由拾取器導致的焊球誤操作。而且，減少了製造和應用這種拾取器所需的設備，從而降低了總體設備的費用。另外，通過使用推頂杆，可減少焊劑汙染到模板上的機會，因為如果使用空氣吹洗 或振動焊球可能旋衝焊劑到模板上。在另一個實施例中，這個系統能處理更多的焊球，例如超過40000個焊球，因為系 統由於消除拾取器而在真空源上的要求較低。本發明的第三個方面提供一種焊球安裝模塊，包括具有凹進的排列的焊球模板， 每個凹進均與真空源連通，並且每個凹進設置為接收一個焊球；和，用於保持焊球供應的第 一和第二焊球保持區，所述焊球保持區位於所述模板的相對側。本發明的第四方面提供一種將焊球填充到模板中的凹進的排列的方法，包括如下 步驟在兩個保持區的每一個中提供焊球的供應；轉動所述模塊以便將所述焊球從一個保 持區移動到第二保持區，使得所述焊球移動跨過模板；通過焊球跨過模板的移動，將所述焊 球沉積或沉入到模板的凹進中。在一個實施例中，模塊可根據不同的封裝樣式準備焊球和將準備好的焊球布置到 封裝基板上。焊球在進入焊球與基板上形成最終的連接的回流爐之前，通過焊球布置機器 連接至面陣封裝基板上。


結合示出本發明可能的布置的附圖將便於進一步地描述本發明。本發明的其他布 置也是可以的，因此相應附圖的特殊性不能被理解為替代本申請前述說明的一般性。圖1到6是根據本發明的一個實施例的焊球安裝模塊的正視圖，其示出了布置焊 球的一連續步驟。圖7是根據本發明的另一個實施例的推頂杆的正剖視圖。圖8是根據本發明的又一個實施例的推頂杆塊體的等比例圖。
具體實施例方式圖1示出了根據本發明的方法的第一階段。在這個階段，焊球安裝模塊5處於準 備填充位於球柵極陣列模板22中的凹進20的第一位置。在該第一位置，焊球15位於存儲 區內，在這種情形中為焊球保持區10。該保持區10被布置成使得通過部分包圍的表面13 在變化的模塊5角度條件下將焊球15保持在所述保持區中。模塊5包括連續表面50，焊球15能在其上面流動以通過模板22。在該表面50 的相對端是用以在焊球流動通過模板22時接收焊球並且同樣收集焊球的第二焊球保持區 45。因此在模塊5的旋轉範圍內，各個保持區10、45能保持焊球而不從模塊5中流出，但是 仍然保持一個開口設置，以便提供凹進用於將模板22接近基板95。圖1還示出了刮擦器 (wiper)40，其可越過表面50直線移動，同時刮擦片42與表面保持預定間隙。這樣的間隙 可在50到250微米的範圍內，更具體地，為大約100微米。因此，刮擦片42連續地移動跨 過模板表面，即，接近或靠近但不真實接觸模板表面。圖1還示出了真空多支管35，其提供真空源給模板22中的每個凹進20，使得通過 真空源接近凹進的焊球可以被接合併被保持在適當位置。下面將用圖1-6中示出的連續的步驟介紹根據本發明的一個實施例的方法。
如前所述，圖1示出了位於準備將所述焊球15施加到所述模板22的第一位置的 模塊5。模塊5繞水平軸線沿順時針方向從第一位置旋轉30度。圖2示出了已旋轉到第二 位置的狀態的模塊5。在第二位置上，此時第一保持區10高於第二保持區45，並且因此焊 球15已經沿連續表面50流動而在相對端聚集。焊球55的供應已經被刮擦器40收集。該 焊球55的供應表示未被凹進接合的過量的焊球。當焊球沿連續表面50流動時，凹進20通 過應用真空接合焊球60。在這個階段，雖然此時所有凹進與焊球接觸的可能性高，但並不能 夠確保，因此需要進一步的質量檢查。從圖2所示的這個第二位置，模塊5現在將沿逆時針 方向旋轉65度直到其返回到如圖3中所示第一位置。所實施的質量測量包括焊球跨過模 板的第二次流動並由此將焊球73的剩餘保留在第一保持區10。任何未接收焊球的凹進將 具有第二次接收焊球的機會，從而提高所有凹進都被接合的可能性。另一個問題是，焊球75保持在模板上但不被凹進20接合。為了去除這些多餘的 焊球75，刮擦器40此時從鄰接第二保持區的位置沿方向70跨過模板22朝向第一保持區 10移動。以此方式，刮擦片42將接合任何「粘附」到模板而未被凹進接合的焊球。在完成刮擦過程後，刮擦器40將到達鄰接第一保持區10的終點，如圖4所示。模 塊5現在可沿逆時針方向從第一位置旋轉85度直到其到達第三位置，由此模塊被翻轉，並 且模板方向向下。因為保留區10、45包括部分地包圍的空間105，收集在第一保持區10的焊球90被 阻止從模塊5中掉落並因此可用於後來的處理。因此保持區10、45的尺寸大小可設置成以便容納大量的焊球，以足以在不必再裝 載的情況下滿足若干個基板95的填充需求。圖4示出了位於第三位置的模塊5，其中，基板95的方向100向上朝向模板22。在 這種情況下，基板95已接收了焊劑(flux)，焊球將在從模板22噴出之後粘附到焊劑上。圖5示出了位於鄰接模板22的位置的基板95。此時焊球115已經通過各自的推 頂杆110從凹進中推出，所述推頂杆110在圖7更詳細地示出。這樣，在釋放真空和通過各 自的推頂杆110把焊球從凹進內推出的雙動作作用下，確保每個焊球都被施加到基板95上 的確定性是極高的。推頂杆110的操作可有若干種形式。例如，推頂杆可以選擇地由操作者操作或者 由控制系統自動操作。替換地，所述推頂杆可以操作為，在釋放真空的同時向前突起以推出 焊球。在這種情況下，推頂杆可通過激活真空而收回並且在真空釋放時由列式彈簧向前施 加力而被偏壓。這樣本實施例中的推頂杆可以自動控制。基板95相對於模板22的精確位置取決於環境。在大多數情況下，基板95上的焊 劑必須不與所述凹進接觸，否則會汙染模板而需要清洗。因此較小的分割可能被移除以進 行進一步的處理比如最終檢查和分割為獨立的集成電路單元。圖7示出了單個的推頂杆110和模板22。該推頂杆被施加彈性負載，使得推頂杆 如果與外界粒子接觸時其不被損壞，同時還用以防止焊球受到推頂杆的過載。圖8示出了推頂杆130的一個替換的布置方式。儘管圖7的實施例中的推頂杆單 獨地設置和控制，但是在圖8的實施例中，推頂杆130由單個的塊體135形成，從而被作為 一個整體部件放置和控制。在這種情況下，通過ED工藝從塊體135上刻蝕材料由塊體135 形成推頂杆。與製造單個的推頂杆相比，這可能是一種更便宜的選擇。可能需要較多的勞動時間來將推頂杆插入到相應的杆殼體中。該推頂杆塊體135可被設置為使得每個基板的 一個裝置與一個推頂杆塊體對應，並且該推頂杆塊體也可以施加彈性負載。
權利要求
1.一種焊球安裝模塊，包括具有凹進的排列的焊球模板，每個凹進均與真空源相連通並且每個凹進被設置用以接 收焊球；其中每個凹進還包括推頂杆，用以選擇性地將接合到凹進內的相應的焊球推出。
2.根據權利要求1所述的模塊，其還包括焊球保持區，所述焊球保持區用於在所述模 塊最遠端部保留焊球的供應。
3.根據權利要求1或2所述的模塊，其中每個推頂杆為單個部件，相對於其它推頂杆獨 立地動作。
4.根據權利要求1或2所述的模塊，其還包括推頂杆塊體，其中所述推頂杆整體地連接 到所述推頂杆塊體。
5.根據前述任一項權利要求所述的模塊，其中所述模塊包括容許焊球運動的連續表 面，所述模塊能夠繞水平軸線從第一位置轉動到第二位置，由此所述轉動使焊球偏斜以在 模板上跨過模塊移動，以便容許焊球接合到各個凹進內。
6.根據權利要求5所述的模塊，其中所述模塊能夠進一步轉動到第三位置。
7.根據權利要求6所述的模塊，其中在第三位置所述凹進排出焊球以被基板接收。
8.根據權利要求5或6所述的模塊，其中在所述第三位置上，翻轉所述臺使得所述焊球 被所述推頂杆推出的方向豎直向下。
9.根據前述任一項權利要求所述的模塊，其中所述模塊還包括位於第一保持區的相對 端的第二焊球保持區，使得在從第一位置轉動到第二位置時，所述焊球被偏斜以經由模板 從第一保持區滾到第二保持區。
10.根據前述任一項權利要求所述的模塊，其中在第一位置上時，所述臺相對於豎直軸 線是傾斜的，其中第一保持區位於第二保持區下面，並且在第二位置上時，第一保持區位於 第二保持區之上。
11.根據前述任一項權利要求所述的模塊，還包括具有刮擦片的刮擦器，其用於選擇性 地移動刮擦片連續地跨過模板的表面，以便去除從模板突出的任何焊球。
12.根據前述任一項權利要求所述的模塊，還包括轉動機構，布置用以將模塊沿順時針 轉動從第一位置轉動到第二位置並且布置用以沿逆時針位置從第一位置轉動到第三位置。
13.一種將多個焊球施加到基板上的方法，包括如下步驟將多個焊球布置在具有凹進的排列的模板中；和使用與每個凹進對應的推頂杆推出所述焊球；通過基板接收所述焊球。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述布置步驟包括如下步驟在保持區中提供焊球的供應；轉動所述模塊以便使所述焊球從保持區移動跨過模板，和通過焊球跨過模板的運動，將所述焊球沉積或沉入到模板的凹進中。
15.根據權利要求13或14所述的方法，還包括在推出步驟之前、將模塊轉到第三位置 並使基板靠近模板的步驟。
16.根據權利要求13至15任一項所述的方法，其中所述布置步驟還包括將模塊從第 一位置轉到第二位置以便使焊球移動跨過模板。
17.根據權利要求16所述的方法，還包括步驟將模塊從第二位置轉到第一位置以便 使焊球跨過模板移動返回。
18.根據權利要求16或17所述的方法，還包括步驟連續地移動刮擦片越過所述模板 的表面，並且因此越過模板刮擦焊球以便偏壓焊球進入各個凹進中。
19.一種焊球安裝模塊，包括具有凹進的排列的焊球模板，每個凹進與真空源相連通，並且每個凹進布置用以接收 焊球；和第一和第二焊球保持區，用於保持或保留焊球的供應，所述保持區位於所述模板的相 對側。
20.一種用焊球填充模板中的凹進的排列的方法，包括如下步驟在兩個保持區的每一個中提供焊球的供應；轉動所述模塊以便將所述焊球從一個保持區移動到第二保持區，使得所述焊球移動跨 過模板；通過焊球跨過模板的運動，將所述焊球沉積或沉入到模板的凹進中。
全文摘要
一種焊球安裝模塊，包括具有凹進的排列(20)的焊球模板(22)，每個凹進均與真空源(35)相連通，並且每個凹進被設置為接收一個焊球(15)；其中每個凹進進一步包括推頂杆(110)用以選擇性地將接合到凹進內的相應的焊球推出。
文檔編號B23K3/06GK102105254SQ200980123787
公開日2011年6月22日 申請日期2009年6月19日 優先權日2008年6月24日
發明者安松隆, 林鎳盛, 白德祥, 邱錦鴻 申請人:洛科企業有限公司