CN101276759B - 焊球植球设备及其撷取装置 - Google Patents

Abstract

一种焊球植球设备及其撷取装置，该焊球植球设备包括一表面具有多个容置孔的焊球置具；一用以储存多个焊球的焊球储具，以平行于该焊球置具表面方向可移动的方式设置于该焊球置具上方，且相对该焊球置具的表面开设一供给孔；以及一焊球撷取装置，系以可动方式设置于该焊球置具上方，该焊球撷取装置具有一本体及以可拆卸方式设置于该本体一端的第一与第二模板，该本体内具有一容室，该第一模板具有多个以全矩阵方式排列且贯穿该第一模板的第一导通孔，该第二模板具有多个第二导通孔，且该第一模板的部分第一导通孔与该第二模板对应位置的第二导通孔相互连通，其中因应不同焊球布局可变更第二模板的第二导通孔布设位置及数量，以节省工艺设备成本。

Description

焊球植球设备及其撷取装置

技术领域

本发明涉及一种半导体设备，特别系有关一种焊球植球设备及其撷取装置。

背景技术

球栅阵列式(Ball Grid Array，BGA)为一种先进的半导体晶片封装技术，其特点在于采用一基板来安置半导体晶片，并于该基板背面植置多个成栅状阵列排列的焊球(Solder Ball)，使相同单位面积的半导体晶片承载件上可以容纳更多输入/输出连接端(I/O Connection)以符合高度集成化(Integration)的半导体晶片所需，以通过此些焊球将整个封装单元焊结及电性连接至外部的印刷电路板。

如图1所示，为美国专利号6,533,159B1中所揭露的一种用于球栅阵列(Ball Grid Array)封装的焊球植球设备，系包括有一焊球撷取装置10，该焊球撷取装置10具有一本体11，内部具有一容室12，一模板13设置于本体11的一端并于一表面开设多个图形化排列的焊球座130，每一焊球座130皆连通一垂直贯穿模板13的导通孔131，本体11的另一端连接一气压装置(图中无显示)并与容室12及导通孔131连通，并通过气压阀14、15控制内部的压力变化；以及一焊球储具20，系用以储存焊球21，当焊球撷取装置10置入焊球储具20后，通过气压装置产生真空吸力并通过导通孔131将焊球21吸附于焊球座130，再将焊球撷取装置10移动至基板后，通过气压装置产生空气压力将焊球21由焊球座130释放，以置放至基板，之后再进行回焊作业以使焊球固着于基板。

其他如美国专利字号5,918,792、5,72,048及6,260,259中所揭露的撷球装置，皆是通过单一模板于一表面开设多个图形化排列的焊球座来达到撷取图形化排列的焊球的目的。

然而，于实际工艺中，常面临的问题即在于，针对不同类型基板的焊球布局情况，即需变更及提供相对应不同型态的焊球撷取装置。再者，因业界产品不断地精进，I/O数目的要求愈来愈多，从而基板背面的焊球及其间距愈来愈小，因而相关植球设备的精度要求也愈来愈高，进而导致工艺成本的提高，尤其以焊球撷取装置而言，因其需使用精密的机械加工，造成工艺费用大幅增加。

发明内容

鉴于以上现有的缺点，本发明的主要目的在于提供一种可供应用于各种不同焊球布局需求的焊球植球设备及其撷取装置。

本发明的再一目的系提供一种于对应不同焊球排列需求时不致大量增加工艺设备成本的焊球植球设备及其撷取装置。

为达上述目的及其他相关的目的，本发明系提供一种焊球植球设备，系用于BGA封装程序，在对应不同焊球布局的待焊元件时不须更换焊球撷取模板。

该焊球植球设备系包括一焊球置具，具有多个容置孔设置于一表面；一焊球储具，以平行于该焊球置具表面方向可移动的方式设置于该焊球置具上方，并于相对该焊球置具的表面开设一供给孔，该焊球储具系用以储存多个焊球并将所述焊球经由该供给孔供应至该焊球置具的容置孔；以及一焊球撷取装置，系以可动方式设置于该焊球置具上方，该焊球撷取装置具有一本体、一第一模板及一第二模板，该本体内具有一容室，该第一模板设置于该本体的一端并具有多个以全矩阵方式排列且贯穿该第一模板的第一导通孔，该第二模板具有多个第二导通孔，该第一及第二模板系以可拆卸方式设置于该本体一端，且该第一模板的部分第一导通孔与该第二模板对应位置的第二导通孔相互连通，以通过吸力撷取容置于该焊球置具表面容置孔中的焊球。

该焊球撷取装置本体另一端连接一气压装置，系用以产生真空吸力及增压气体，以吸取容置于该焊球置具表面容置孔中的焊球；该第二模板的第二导通孔系依据一待焊元件的焊球布局设计做相对应的排列，且该第二模板系可置于该第一板模板与本体间，或该第一模板置于该第二板模板与本体间。

当该焊球储具移动时且该供给孔经过该焊球置具的容置孔时，该焊球储具内的焊球经由该供给孔落下后置于该焊球置具的容置孔，当该焊球储具移离该焊球置具后，该焊球撷取装置向该焊球置具移动并通过该第一模板的第一导通孔、该第二模板的第二导通孔及该气压装置产生的真空吸力撷取位于该焊球置具的容置孔中的所述焊球，而后再植置于对应的待焊元件上。

本发明复揭示一种焊球撷取装置，系包括有一本体、一第一模板及一第二模板，该本体内具有一容室，该第一模板设置于该本体的一端并具有多个以全矩阵方式排列且贯穿该第一模板的第一导通孔，该第二模板具多个第二导通孔，该第一及第二模板系以可拆卸方式设置于该本体一端，且该第一模板的部分第一导通孔与该第二模板对应位置的第二导通孔相互连通。该本体另一端连接一气压装置，系用以产生真空吸力及增压气体，且该第二模板系可置于该第一板模板与本体间，或该第一模板置于该第二板模板与本体间。

相比于现有技术的焊球植球设备及撷取装置而言，当针对不同待焊元件的焊球布局，即需同时变更及提供相对应不同型态的焊球撷取装置，导致工艺费用大幅增加的问题，而通过本发明的焊球植球设备及其撷取装置，对应不同待焊元件的焊球布局时，仅需变更第二模板的第二导通孔布设位置及数量以符合实际需求者，并进行抽换该第二模板，以供应用于各种不同焊球排列需求的植球设备，由于第二模板可用橡胶、塑胶、特富龙或金属片等制成，因此其成本相对于传统模板较为低廉，因此可藉以节省工艺设备成本。

附图说明

图1系显示现有焊球植球设备的侧剖面图；

图2系显示本发明的焊球植球设备及其撷取装置的侧剖面图；

图3A系显示本发明的焊球植球设备及其撷取装置中第一模板的底视图；

图3B系显示本发明的焊球植球设备及其撷取装置中第二模板的底视图；

图4A系显示本发明的焊球植球设备在未供应焊球至置具时的示意图；

图4B系显示本发明的焊球植球设备在供应焊球至置具后及焊球撷取装置开始动作的示意图；

图4C系显示本发明的焊球植球设备的焊球撷取装置撷取焊球时的示意图；以及

图4D系显示本发明的焊球植球设备的焊球撷取装置将焊球移至待焊元件的焊接点的示意图。

【主要元件符号说明】

10   焊球撷取装置

11   本体

12   容室

13   模板

14、15气压阀

20   焊球储具

21   焊球

30   焊球撷取装置

31   第一模板

32   第二模板

33   螺丝

35   导管

40   焊球储具

41   供给孔

50   焊球置具

51   容置孔

60   气压装置

61   真空泵

62   空气压缩机

70   焊球

80   待焊元件

81   焊点

130  焊球座

131  导通孔

300  本体

301  容室

302  卡槽

310  焊球座

311  第一导通孔

312  固定孔

313  焊球座斜角截面

320  第二导通孔

510  容置孔斜角截面

610  真空阀

620  气压阀

具体实施方式

以下系通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域中具有通常知识者可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。

请参阅图2，为本发明的焊球植球设备，系包括有一焊球置具50、一焊球储具40、以及一焊球撷取装置30。

该焊球置具50具有多个用以容置焊球70的容置孔51设置于一表面，每一容置孔51皆具有一环绕容置孔51周缘的容置孔斜角截面510，使焊球70置于容置孔51时不至于卡合过紧无法顺利取出焊球70。

该焊球储具40系紧贴焊球置具50设置容置孔51的表面设置，并以平行于该表面方向可移动的方式设置，且于相对焊球置具50设置容置孔51之处开设一供给孔41，焊球储具50系用以储存大量焊球70并将焊球70经由供给孔41供应至焊球置具50的容置孔51。

该焊球撷取装置30系以可动方式设置于焊球置具50上方，该焊球撷取装置30具有一本体300、一第一模板31及一第二模板32，本体300内具有一容室301，容室301内并设有一卡槽302，系配合第二模板32的外形，第一模板31具有数个固定孔312，并通过螺丝33穿过固定孔312后锁合于本体300的一端，第一模板31并设有多个以全矩阵方式排列的焊球座310，每一焊球座310连通一垂直贯穿第一模板31的第一导通孔311，每一焊球座310皆具有一环绕焊球座310周缘的焊球座斜角截面313，使焊球70吸附于焊球座310后在欲释放时不至于卡合过紧而无法顺利释放，第二模板32具有多个第二导通孔320，并设置于本体300的容室301内并与卡槽302接合，并通过第一模板31将其紧压于本体300的容室301内，且第一模板31的第一导通孔311与第二模板32对应位置的第二导通孔320相互连通。

该第二模板32的第二导通孔320系依据一待焊元件的焊球布局设计做相对应的排列，同时对应不同待焊元件的焊球布局时，仅需提供相对应第二导通孔布局的第二模板以符合实际需求，并进行抽换该第二模板，即可满足各种不同焊球布局需求。

再者，于本体30另一端通过一导管35连通一气压装置60，系用以产生真空吸力及增压气体，气压装置60具有一真空泵61及一空气压缩机62，分别通过一真空阀610与一气压阀620来控制，当焊球撷取装置30欲撷取焊球70时，系通过真空泵61产生的吸力并开启真空阀610将气压装置60与焊球撷取装置30导通，进而使焊球撷取装置30的第一模板31上的焊球座310产生真空吸力而将该等吸附于焊球座310，当焊球撷取装置30欲释放吸附于第一模板31焊球座310上的焊球70时，则通过空气压缩机62所产生的气压并开启气压阀620与关闭真空阀610将气压装置60与焊球撷取装置30导通，进而将焊球70推出第一模板31的焊球座310。

参阅图3A及图3B，第一模板31的焊球座310系以全矩阵方式整齐排列，在本实施例中，系以5×5的矩阵排列，第二模板32的第二导通孔320在本实施例中系以3×3的矩阵排列，该排列方式系对应于待焊元件上预定的焊球布设情形，同时其位置系分别对应第一模板31的第一导通孔311，使第二模板32与第一模板31固定至本体300时，第二模板32的第二导通孔320可与第一模板31对应位置上的第一导通孔311连通，进而使第一导通孔311与容室301导通，而第一模板31部份的第一导通孔311未对应至第二模板32的第二导通孔320，则在第二模板32与第一模板31固定至本体300时不与容室301导通，固其相对应的焊球座310不会产生吸附力。

参阅图4A至图4D，为本发明的焊球植球设备操作时的程序示意图，如图4A所示，当植球设备未动作时，焊球储具40系以供给口41处紧贴焊球置具50设有容置孔51的一侧设置，焊球撷取装置30则设置于焊球置具50上方并使第一模板31的焊球座310对应容置孔51，如图4B所示，当焊球储具40移动滑过焊球置具50的容置孔51时，内部储存的焊球70经由供给孔41掉落至容置孔51，容置孔51的大小系配合焊球70，使每一容置孔51仅可容纳一个焊球70，因此当焊球储具40移动滑过焊球置具50的容置孔51后，焊球置具50的容置孔51内皆容纳有一焊球70，此时焊球撷取装置30产生吸力并向焊球置具50移动，如图4C所示，当焊球撷取装置30移动至焊球置具50表面并接触到焊球70后，与容室301导通的焊球座310具有吸力并将焊球70吸附，而未与容室301导通的焊球座310则不吸附焊球70，如图4D所示，焊球撷取装置30移动至待焊元件80上并将焊球70置于如基板的待焊元件80的焊点81后，将焊球70释放，并进行回焊，以使该焊球固着于该待焊元件80的焊点81。

另外，该第二模板除可置于该焊球撷取装置本体及第一模板间外，还可设于第一模板的外表面，且焊球座则移置于第二模板上，仍可通过该第二模板中所预设的第二导通孔设计连通部分第一模板的第一导通孔，进而使该焊球撷取装置吸取所欲取得的焊球分布。

相比于现有技术的焊球植球设备及撷取装置而言，当针对不同待焊元件的焊球布局，即需同时变更及提供相对应不同型态的焊球撷取装置，导致工艺费用大幅增加的问题，而通过本发明的焊球植球设备及其撷取装置，对应不同待焊元件的焊球布局时，仅需变更第二模板的第二导通孔布设位置及数量以符合实际需求者，并进行抽换该第二模板，以供应用于各种不同焊球排列需求的植球设备，藉以节省工艺设备成本。

上述的具体实施例，仅系用以例释本发明的特点及功效，而非用以限定本发明。任何所属技术领域中具有通常知识者均可在不违背本发明的精神及范畴下，对于上述的实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如说服权利要求书范围所列。

Claims (15)

1.一种焊球植球设备，包括：

一焊球置具，具有多个容置孔设置于一表面；

一焊球储具，以平行于该焊球置具表面方向可移动的方式设置于该焊球置具上方，并于相对该焊球置具的表面开设一供给孔，该焊球储具用以储存多个焊球并将所述焊球经由该供给孔供应至该焊球置具的容置孔；以及

一焊球撷取装置，以可动方式设置于该焊球置具上方，该焊球撷取装置具有一本体、一以可拆卸方式设置于该本体一端的第一模板及一第二模板，该本体内具有一容室且一端面具有卡槽，该第一模板具有多个以全矩阵方式排列且贯穿该第一模板的第一导通孔，该第二模板具多个第二导通孔，且该第一模板的部分第一导通孔与该第二模板对应位置的第二导通孔相互连通，以通过吸力撷取容置于该焊球置具表面容置孔中的焊球，其中，该第一及第二模板的其中一模板的外形与该卡槽相配合且该模板嵌合于该卡槽中，另一模板则将与卡槽嵌合的模板压于该本体的容室内，该另一模板具有多个固定孔，以被锁合于该本体的一端。

2.根据权利要求1所述的焊球植球设备，其中，该第二模板以可拆卸方式设置于该本体与该第一模板之间，且该第一模板具有多个连通该第一导通孔的焊球座，以接着焊球。

3.根据权利要求1所述的焊球植球设备，其中，该第一模板以可拆卸方式设置于该本体与该第二模板之间，且该第二模板具有多个连通该第二导通孔的焊球座，以接着焊球。

4.根据权利要求2或3所述的焊球植球设备，其中，该焊球座具有一环绕该焊球座周缘的斜角截面。

5.根据权利要求1所述的焊球植球设备，其中，该焊球置具的每一容置孔皆具有一环绕该容置孔周缘的斜角截面。

6.根据权利要求1所述的焊球植球设备，其中，该本体另一端连接一气压装置，用以产生真空吸力及增压气体，该气压装置具有一真空产生器及一压力产生器，使该焊球撷取装置撷取该焊球时，通过该真空产生器产生的吸力将所述焊球吸附于该第一模板的焊球座，同时使焊球撷取装置欲释放吸附焊球时，通过该压力产生器所产生的气压将所述焊球推出。

7.根据权利要求6所述的焊球植球设备，其中，该真空产生器与该焊球撷取装置之间设有一真空阀，该压力产生器与该焊球撷取装置之间设有一压力阀，用以控制该焊球撷取装置内的压力变化。

8.根据权利要求1所述的焊球植球设备，其中，该第二模板的第二导通孔是依据一待焊元件的焊球布局设计做相对应的排列。

9.一种焊球撷取装置，包括：

一本体，该本体内具有一容室且一端面具有卡槽；以及

一以可拆卸方式设置于该本体一端的第一模板及一第二模板，该第一模板具有多个以全矩阵方式排列且贯穿该第一模板的第一导通孔，该第二模板具有多个第二导通孔，该第二模板的第二导通孔是依据一待焊元件的焊球布局设计做相对应的排列，且该第一模板的部分第一导通孔与该第二模板对应位置的第二导通孔相互连通，以通过吸力撷取焊球，其中，该第一及第二模板的其中一模板的外形与该卡槽相配合且该模板嵌合于该卡槽中，另一模板则将与卡槽嵌合的模板压于该本体的容室内，该另一模板具有多个固定孔，以被锁合于该本体的一端。

10.根据权利要求9所述的焊球撷取装置，其中，该第二模板以可拆卸方式设置于该本体与该第一模板之间，且该第一模板具有多个连通该第一导通孔的焊球座。

11.根据权利要求9所述的焊球撷取装置，其中，该第一模板以可拆卸方式设置于该本体与该第二模板之间，且该第二模板具有多个连通该第二导通孔的焊球座。

12.根据权利要求10或11所述的焊球撷取装置，其中，该焊球座具有一环绕该焊球座周缘的斜角截面。

13.根据权利要求9所述的焊球撷取装置，其中，该本体另一端连接一气压装置，用以产生真空吸力及增压气体，该气压装置具有一真空产生器及一压力产生器，使该焊球撷取装置撷取该焊球时，通过该真空产生器产生的吸力将所述焊球吸附于该第一模板的焊球座，同时使焊球撷取装置欲释放吸附焊球时，通过该压力产生器所产生的气压将所述焊球推出。

14.根据权利要求13所述的焊球撷取装置，其中，该真空产生器与该焊球撷取装置之间设有一真空阀，该压力产生器与该焊球撷取装置之间设有一压力阀，系用以控制该焊球撷取装置内的压力变化。

15.根据权利要求9所述的焊球撷取装置，其中，该第二模板系以橡胶、塑胶、特富龙或金属片为基材制成。

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