CN101264647B - 改进模板的方法以及模板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改进模板的方法、模板以及一种减少在用于注射成型的焊接工艺的模具中遇到的摩擦的方法，其中玻璃模板具有蚀刻在其中的模具凹坑。模板受到热处理以便沿着模具凹坑的周边使尖锐边缘平滑或整圆该尖锐边缘。

Description

改进模板的方法以及模板
技术领域
本发明涉及一种减少在用于注射成型的焊接工艺的模具中遇到的摩擦的方法。
背景技术
在制造用于注射成型的焊接工艺，特别是那些用于产生半导体芯片连接的工艺例如新型受控塌缩芯片连接工艺(C4NP)的模板时，常规玻璃材料的模板通常利用蚀刻工艺生产，该工艺使得模板表面具有模具凹坑或空腔。模板表面中的这些蚀刻模具凹坑经常在处理尖锐边缘时遇到，因而尖锐边缘容易磨蚀模具设备的模具填充头O形环。这会导致来自O形环的碎屑定位在模板上或嵌入模板中，该模板具有要填充焊料以便形成焊点的凹坑或空腔。因此，这种尖锐凹坑边缘的存在可能导致模塑设备的部件以及操作中的缺陷，并且在其使用期间由于过度磨损而导致O形环的使用寿命降低。
而且，由于模板表面中存在蚀刻凹坑的尖锐边缘而遇到的磨蚀现象还可能在模塑设备的操作期间导致对抗模板运动的摩擦力增加，从而可能由于填充头在将焊料分配到要用焊料填充的空腔中的同时扭曲而导致运行效益或效率降低。而且，所导致的摩擦增加还可能产生沉积在模板表面上的碎屑，该碎屑来源于设备的填充头密封件，从而导致模具填充工艺相当困难。
通常，如上所述，模板可以由诸如玻璃的材料构成，在所述技术中可以认为该材料的特性构成一种“固态液体”，并且在升高的温度下，在许多情况下该材料在表面张力、粘性以及与相邻材料的相互作用的作用下类似于任何其它液体，所述相邻材料包括确定前述材料的行为和特性的材料。
在这种情况下，表面张力可以具有软化已经形成在玻璃模板表面中的凹坑的任何尖锐边缘的倾向，从而温度升高到这些力在升高的温度下一段时间后可以克服粘性的水平，由此可以整圆模具凹坑的尖锐边缘或使之平滑。
发明内容
因此，为了消除由于模板表面上的模具凹坑中存在尖锐边缘而遇到的问题，可以倒圆模具凹坑的边缘或使之平滑，并因而通过在充分高的温度下且持续充足时间地施加至玻璃模板的热处理的调解而被整圆，以使得接近“近似熔融”或降低的粘性状态的玻璃材料中的表面张力能够软化模具边缘凹坑的尖锐边缘，且不会明显影响模具凹坑的总体形状和容积。在形状和/或容积上可能会遇到一些小的变化，但这些变化可以在模具凹坑的蚀刻过程中预先得到补偿。
可选地，利用柔顺的衬垫和抛光化合物进行的某种机械抛光工艺可以是用于实现凹坑边缘的平滑的其它方法，相比本发明提出的玻璃模板的热处理工艺，这些方法就其实施而言可能或多或少更加难以控制并且更加昂贵。而且，还可以有效地利用表面热处理而不是体积热处理或贯穿热处理，即，仅处理模板的表面而不是其整个厚度，但这可能导致应力增加并且难以控制凹坑边缘平滑或倒圆工艺。因此，体积热处理工艺可能更利于减少玻璃模板的表面纹理结构，并因而更有利于降低由于玻璃模板材料的平坦区域而造成的摩擦。
为了获得前述凹坑边缘平滑效果，有利地将玻璃模板的温度升高至大约760℃的范围(实际上，比玻璃材料的“软化”温度低大约60℃)，并然后降低该温度一段时间，从而该最大温度水平(尽管远高于玻璃的“退火温度”)可以指定为“热处理”，而不是玻璃本身的退火。
此外，在确定最佳热处理时间和施加至玻璃模板的温度曲线时可以考虑其它方面，以适当地软化模具凹坑边缘，从而在解决模具粘附至要进行热处理的基板上的问题时可能地可以考虑两种基板涂层(例如基板上的石墨和耐火炉窑涂料)，玻璃板安装在该基板上。
可能地，特别是如果要采用石墨基板，需要控制热处理环境，以限制氧气的存在。另一方法可以利用牺牲型或可能永久型涂层涂敷基板或模板的背面，以防止部件之间的粘附。可以采用具有良好温度稳定性的氧化物或氮化物，从而如果涂层实际为永久型而不是在处理之后要去除的牺牲型，则涂层可以施加至模板的后侧，而不是施加至基板。
适于用来支撑玻璃模板的后侧的基板在施加至模板的整个温度循环期间可能必须是平坦且稳定的，因而在其它适当材料中的材料选择可以是石英。也可以提供在升高的温度下玻璃模板不会粘附到其上的稳定的基板材料，而且在较低热处理温度下较长的时间间隔可能可以减轻正被处理的基板和玻璃模板之间的粘附，同时维持所需的模板凹坑边缘改进。
实际上，在玻璃模板的热处理过程中，下面的基板必须为基本上完全或精确的平坦或面板构型，原因是当基板不是可接受的平坦或平面度时，实施的处理可能产生不可接受地变形的模具凹坑构型。
必要地，在极大的温度增减周期下，基板需要在其机械和化学特性上稳定，从而如前所述的用于基板的材料(例如石英)可以是能够接受的选择。
由于升高的温度导致其它液体特性(特别地例如“润湿性”或等同特性)值得考虑或起作用，对位于石英基板上的模板进行的初始试验导致模板粘附至基板并可能损坏模板和基板，从而需要进行进一步研究，即，温度增加和降低过程或循环可能不是很好控制的因素，处理温度下的确切时间可以变化很大，从而导致下述问题，即，在利用这种方法的时候要考虑横跨大面积模板的均匀性、温度以及持续时间。
附图说明
现在将参照本发明关于实施玻璃模板的热处理的优选实施例的详细说明，所述玻璃模板在其中具有模具凹坑或空腔，附图中：
图1A和图1B分别显示了处于初始未处理构型中的模板凹坑的俯视和侧视分光镜视图；
图2A和图2B分别显示了处于后热处理阶段的模板凹坑的俯视和侧视分光镜视图；以及
图3显示了进行中的工艺窗口工作的曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种改进模板的方法，所述模板在其上表面具有蚀刻的模具凹坑，所述模板用于实施注射成型的焊接工艺，所述方法包括：使每个所述模具凹坑的周边边缘从初始尖锐状态平滑处理到整圆或平滑倒圆构型。
优选地，所述模板在其至少上表面区域受到热处理，以使每个所述模具凹坑的初始尖锐的周边边缘变形成延伸到所述模板的上表面中的所述整圆或平滑倒圆构型。
优选地，所述模板的所述热处理在每个所述模板的整个厚度上实施。
优选地，所述模板由玻璃材料构成，所述热处理包括将所述玻璃材料模板加热至稍低于所述玻璃材料的软化温度的温度。
优选地，将所述玻璃材料模板加热至比所述玻璃材料的软化温度低大约60℃的温度。
优选地，所述热处理包括将所述玻璃材料模板加热至大约760℃的温度。
优选地，所述玻璃材料的热处理在至少一个温度循环上维持预定时间段。
优选地，用于所述热处理的所述至少一个温度循环的所述预定时间段为持续大约10分钟。
优选地，所述模具凹坑边缘通过所述玻璃材料在热处理期间被软化而从初始尖锐边缘变形到整圆边缘构型。
优选地，在所述玻璃材料模板的至少热处理期间，所述模板的后侧表面支撑在具有平坦表面的基板上并与其接触。
优选地，所述基板由石英构成。
优选地，所述基板由石墨板构成。
优选地，所述基板的表面区域和所述模板的后侧表面具有插入的材料涂层，以抑制所述模板和所述基板之间的粘附。
优选地，所述涂层选自以下材料构成的组：石墨、耐火粉末或炉窑涂料。
优选地，所述涂层永久地施加至所述模板的下表面。
优选地，所述涂层包括牺牲型材料涂层，该涂层在模板的热处理时间段内临时施加至所述基板的表面。
本发明还提供了一种模板，具有蚀刻在其上表面中的模具凹坑，其中所述模板用在注射成型工艺中，所述模板在至少其上表面区域受到热处理，以使每个所述模具凹坑的初始尖锐周边边缘变形到延伸进模板的所述上表面中的整圆或平滑倒圆构型中。
优选地，所述模板的所述热处理在所述模板的整个厚度上实施。
优选地，所述模板由玻璃材料构成，所述热处理包括将所述玻璃材料模板加热至稍低于所述玻璃材料的软化温度的温度。
优选地，将所述玻璃材料模板加热至比所述玻璃材料的软化温度低大约60℃的温度。
优选地，所述热处理包括将所述玻璃材料模板加热至大约760℃的温度。
优选地，所述玻璃材料的热处理在至少一个温度循环上维持预定时间段。
优选地，用于所述热处理的所述至少一个温度循环的所述预定时间段为持续大约10分钟。
优选地，所述模具凹坑边缘通过所述玻璃材料在热处理期间被软化而从初始尖锐边缘变形到整圆边缘构型。
优选地，在所述玻璃材料模板的至少热处理期间，所述模板的后侧表面支撑在具有平坦表面的基板上并与其接触。
优选地，所述基板由石英构成。
优选地，所述基板由石墨板构成。
优选地，所述基板的表面区域和所述模板的后侧表面具有插入的材料涂层，以抑制所述模板和所述基板之间的粘附。
优选地，所述涂层选自以下材料构成的组：石墨、耐火粉末或涂料。
优选地，所述涂层永久地施加至所述模板的背侧面。
优选地，所述涂层包括牺牲型材料涂层，该涂层在模板的热处理时间段内临时地施加至所述基板的表面。
具体参考附图的图1A和1B，示出了已经蚀刻到玻璃模板14的上表面12中的典型凹坑或空腔10的分光镜视图，并显示了在与板表面汇合的位置处具有较尖锐构型的凹坑的周边边缘16，该尖锐构型的周边边缘能够容易导致设备的O形环受到过度损伤，并不利地影响模塑设备的操作，例如在模具腔中以及模板表面上沉积碎屑和颗粒杂质。而且，模具凹坑10的尖锐边缘16可能导致O形环的使用寿命缩短并且还不利地影响模具设备的填充头的功能。
如附图的图2A和2B所示，其中玻璃模板14已经在例如从大约740℃-大约800℃的温度下进行热处理预定时间段(优选地在大约1分钟到大约20分钟内)。在该情况下，玻璃模板14的表面12中模具凹坑10的周边边缘16已经被倒圆并示出为处于更平滑的整圆构型，从而减小或消除了边缘的锐利度，因而降低了对玻璃模板14采用的注射成型焊接工艺造成不利影响的可能性。进一步的实验表明，在一种有用情况下，硼硅酸盐玻璃模板加热至760℃并保持在该温度下10分钟，之后允许冷却。
很明显，玻璃模板14的热处理将有效地增加其边缘16处的凹坑平滑度，且没有明显改变模具凹坑或空腔容积。而且，对于玻璃模板14安装在其上的平坦或平面基板20采用适当材料还将使得热处理能够在对模板上表面12的平面性和质量没有任何不利影响的情况下实施。对于热处理，除了石英之外，还可以有利地采用其它基板材料，例如石墨板，以及不同的温度和时间周期。而且，还可以采用材料涂层，例如石墨粉，以及正在研究之中的其他材料。这可以给模板和基板之间的“粘附”问题提供解决方案，该“粘附”问题在前述工艺中已经在一定程度上遇到过。利用诸如“AMACO炉窑涂料”的耐火炉窑涂料已经获得了最好的结果。
如附图的图3所示，其显示了粘度对温度的曲线图，其中温度以℃表示，在较低温度且受控驻留时间下的处理可以在玻璃模板的处理中提供更加有利于制造的工艺工作窗口，以便减轻模具凹坑的尖锐边缘，并且其中根据采用的材料类型，这方面可以基于不同因素确定。
虽然已经特别示出并描述了本发明的优选实施例，但本领域普通技术人员应理解，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下在形式和细节上进行前述以及其它变化。因此，本发明并不意欲局限于所述以及所示的准确形式和细节，而是应落在附属权利要求的精神和范围内。

Claims (26)

1.一种改进模板的方法，其中所述模板由玻璃材料构成，所述模板在其上表面具有蚀刻的模具凹坑，所述模板用于实施注射成型的焊接工艺，所述方法包括：
使每个所述模具凹坑的周边边缘从初始尖锐状态平滑处理到整圆或平滑倒圆构型；
其中所述模板在其至少上表面区域受到热处理，以使每个所述模具凹坑的初始尖锐的周边边缘变形成延伸到所述模板的上表面中的所述整圆或平滑倒圆构型；
其中所述热处理包括将所述玻璃材料模板加热至稍低于所述玻璃材料的软化温度的温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模板的所述热处理在每个所述模板的整个厚度上实施。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述玻璃材料模板加热至比所述玻璃材料的软化温度低大约60℃的温度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理包括将所述玻璃材料模板加热至大约760℃的温度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述玻璃材料的热处理在至少一个温度循环上维持预定时间段。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，用于所述热处理的所述至少一个温度循环的所述预定时间段为持续大约10分钟。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述玻璃材料模板的至少热处理期间，所述模板的后侧表面支撑在具有平坦表面的基板上并与其接触。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基板由石英构成。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基板由石墨板构成。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基板的表面区域和所述模板的后侧表面具有插入的材料涂层，以抑制所述模板和所述基板之间的粘附。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述涂层选自以下材料构成的组：石墨、耐火粉末或炉窑涂料。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述涂层永久地施加至所述模板的下表面。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述涂层包括牺牲型材料涂层，该涂层在模板的热处理时间段内临时施加至所述基板的表面。
14.一种模板，具有蚀刻在其上表面中的模具凹坑，所述模板由玻璃材料构成，其中所述模板用在注射成型工艺中，所述模板在至少其上表面区域受到热处理，以使每个所述模具凹坑的初始尖锐周边边缘变形到延伸进模板的所述上表面中的整圆或平滑倒圆构型中；所述热处理包括将所述玻璃材料模板加热至稍低于所述玻璃材料的软化温度的温度。
15.如权利要求14所述的模板，其特征在于，所述模板的所述热处理在所述模板的整个厚度上实施。
16.如权利要求14所述的模板，其特征在于，将所述玻璃材料模板加热至比所述玻璃材料的软化温度低大约60℃的温度。
17.如权利要求14所述的模板，其特征在于，所述热处理包括将所述玻璃材料模板加热至大约760℃的温度。
18.如权利要求14所述的模板，其特征在于，所述玻璃材料的热处理在至少一个温度循环上维持预定时间段。
19.如权利要求18所述的模板，其特征在于，用于所述热处理的所述至少一个温度循环的所述预定时间段为持续大约10分钟。
20.如权利要求14所述的模板，其特征在于，在所述玻璃材料模板的至少热处理期间，所述模板的后侧表面支撑在具有平坦表面的基板上并与其接触。
21.如权利要求20所述的模板，其特征在于，所述基板由石英构成。
22.如权利要求20所述的模板，其特征在于，所述基板由石墨板构成。
23.如权利要求20所述的模板，其特征在于，所述基板的表面区域和所述模板的后侧表面具有插入的材料涂层，以抑制所述模板和所述基板之间的粘附。
24.如权利要求23所述的模板，其特征在于，所述涂层选自以下材料构成的组：石墨、耐火粉末或涂料。
25.如权利要求23所述的模板，其特征在于，所述涂层永久地施加至所述模板的背侧面。
26.如权利要求23所述的模板，其特征在于，所述涂层包括牺牲型材料涂层，该涂层在模板的热处理时间段内临时地施加至所述基板的表面。
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