CN102105254A - 用于布置焊球的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种焊球安装模块，包括具有凹进的排列(20)的焊球模板(22)，每个凹进均与真空源(35)相连通，并且每个凹进被设置为接收一个焊球(15)；其中每个凹进进一步包括推顶杆(110)用以选择性地将接合到凹进内的相应的焊球推出。

Description

用于布置焊球的方法和设备

技术领域

本发明涉及球栅极(ball grid)阵列。具体地，本发明涉及一种在分割基板之前将焊球布置到位于基板上的球栅极阵列中的方法和设备。

背景技术

球栅极阵列用来接收焊球，这些焊球用作与集成电路相接合的电极。通常在布置所述焊球的同时，集成电路作为较大的基板的一部分并因此是在其被分割为单个单元之前布置。

将焊球布置到基板上以便与每个单个单元对准时，通常是焊球被布置在预定排列的装置中，随后使用拾取器头升起用于最终布置到基板上。

焊球本身的性质导致一个难题。在很多情况下焊球直径小于0.5mm，因此其受到静电力作用，并且如果存在水分时，通过表面张力焊球遭遇粘附力的麻烦。

因为焊球的布置是一个特别精密的过程，任何不对准或者″粘附″均可导致焊球丢失，或者替换地，在只需要一个焊球的地方出现一簇焊球。因此，这样的问题会导致集成电路的高缺陷率。

现有技术中的两个系统包括US6607118和WO2004/035253。在这两个情形中，装置包括在模板里布置焊球以及随后通过焊球拾取器从模板移去焊球。随后，焊球拾取器将焊球输送至随后进行进一步处理的基板上。

在US6607118公开的内容中，通过拾取器的振动避免过量的焊球的接合，并且随后从拾取器去除焊球也是通过焊球拾取器的振动来完成的，US6607118的内容在此通过参考并入。虽然在足够高的振动条件下焊球的接合和分开是可控制的，但焊球的精确定位依然不足。

类似地，如在WO2004/035253中所公开的，在焊球到焊球拾取器的接合和分开上没有这样的控制，其内容在此通过参考并入。

因此，相对于现有技术，本发明的目的在于将焊球放置到基板上的过程中提高对焊球的质量控制。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种焊球安装模块，包括具有凹进的排列的焊球模板，每个凹进与真空源相连，并且每个凹进布置用以接收一个焊球；其中每个凹进进一步包括推顶杆用以选择性地推出接合其中的的对应的焊球。

本发明的第二个方面提供一种将多个焊球施加到基板上的方法，包括以下步骤：将多个焊球布置在具有凹进的排列的模板中的步骤；和使用与每个凹进对应的推顶杆推出所述焊球的步骤；通过基板接收所述焊球的步骤。

随之因此，使用推顶杆选择性且确切地从模板的凹进中移出焊球确保了焊球不粘附在凹进内。进一步地，使用可选择性地操作的推顶杆还能够增加通过沿预定路径使焊球偏斜来布置焊球的精确性。这与现有技术的方法不同，现有技术中焊球仅仅从所述凹进内掉落，因而使焊球沿所需路径的确定性低。

在一个实施例中，模块还包括用以在所述模块的最远端部保持或保留焊球的供应的保持区。因此为了方便和提高装载模板的速度，对模板供应焊球被设置在同一装置内。

在另一个实施例中，模块可围绕水平轴线转动。通过提供向模块供应焊球并转动该模块，可以提供焊球跨过模板的流动从而被模板装载或充填或播下焊球。这样的表面在焊球的行程整个长度上可以是连续的，包括模板表面。

在还一实施例里，可转动的模块和保持区的组合提供了向模板自动供应焊球。进一步地，如果模块沿水平轴线沿两个方向是可旋转的，则所述模块可以来回转动并因此容许焊球多次流动跨过模板。在本实施例中，可以提高填充模板的每个凹进的机会，从而提高模板的“播入或充填”质量。

此外，对于具有可转动模块的实施例，模块可以以这种在重力作用的条件下引起焊球跨过模板流动的转动从第一位置转动到第二位置。另外，在该可转动模块能够来回转动的条件下，该模块可以从第一位置转动到第二位置并返回第一位置。因此，选择性地确定焊球将流过模板的次数。在还一实施例中，焊球可以流动跨过模板两次，这足以保证模板的充填。

在另一实施例中，模块可转动到第三位置，所述第三位置容许将基板靠近模板用以将焊球布置到该基板上。这样的基板可涂上焊剂用以接合焊球。另外，第三位置可能涉及使模板方向向下，使得将靠近模板的基板向上举起基板。因此在将焊球从模板中顶出时，重力能帮助推顶杆首先从凹进中移出焊球，其次还保证焊球沿预定路径以准确地布置到基板上。因此在翻转模块的第三位置的情况下，工艺过程中另一优点在于，仅直接向上升起基板而不是以一个不方便的角度举起或者必须向下悬挂基板。

替换地，该第三位置可以使模板方向向下，其中特别的设计可以有利于利用这样的位置。

在一个实施例中，模板中的凹进可以使得在接收焊球的时候，焊球的很小的一部分，例如50到100微米量级，突出在模板表面上面。焊球的这种突出可以用于在模板的制造过程中测量凹进的深度。在另一个实施例中，所述模块进一步包括刮擦器，使得通过刮擦器行进跨过模板的动作，焊球被刮擦跨过模板，其中刮擦片位于模板表面上面0.1mm处以避免损坏凹进中的焊球。这除了提供焊球跨过模板的流动，还可以通过驱使焊球进入所有空的凹进来。

在另一个实施例中，模块还可以包括位于第一个保持区的相对端的第二保持区。在这种情况下，模块围绕水平轴线的前后转动可使得焊球从一个保持区移动到另一个保持区中。另外，第二保持区可提供便利的多余的焊球供应，使得在每个基板接收焊球时，仅为模块的第一或第二保持区的一侧需要供给多余的焊球。通过确保模块充分应用这可以进一步有助于提高加工速度。

在一个实施例中，其中基板靠近模板并因此将焊球直接施加在基板上，因为取消使用焊球拾取器，这较现有技术具有显著的优点。如US6,607,118和WO2004/035253提及的那样，通过第一接合将焊球转移到基板上的焊球拾取器焊球从模板被施加到基板上。通过取消这个中间步骤，首先消除了由拾取器导致的焊球误操作。而且，减少了制造和应用这种拾取器所需的设备，从而降低了总体设备的费用。

另外，通过使用推顶杆，可减少焊剂污染到模板上的机会，因为如果使用空气吹洗或振动焊球可能旋冲焊剂到模板上。

在另一个实施例中，这个系统能处理更多的焊球，例如超过40000个焊球，因为系统由于消除拾取器而在真空源上的要求较低。

本发明的第三个方面提供一种焊球安装模块，包括具有凹进的排列的焊球模板，每个凹进均与真空源连通，并且每个凹进设置为接收一个焊球；和，用于保持焊球供应的第一和第二焊球保持区，所述焊球保持区位于所述模板的相对侧。

本发明的第四方面提供一种将焊球填充到模板中的凹进的排列的方法，包括如下步骤：在两个保持区的每一个中提供焊球的供应；转动所述模块以便将所述焊球从一个保持区移动到第二保持区，使得所述焊球移动跨过模板；通过焊球跨过模板的移动，将所述焊球沉积或沉入到模板的凹进中。

在一个实施例中，模块可根据不同的封装样式准备焊球和将准备好的焊球布置到封装基板上。焊球在进入焊球与基板上形成最终的连接的回流炉之前，通过焊球布置机器连接至面阵封装基板上。

附图说明

结合示出本发明可能的布置的附图将便于进一步地描述本发明。本发明的其他布置也是可以的，因此相应附图的特殊性不能被理解为替代本申请前述说明的一般性。

图1到6是根据本发明的一个实施例的焊球安装模块的正视图，其示出了布置焊球的一连续步骤。

图7是根据本发明的另一个实施例的推顶杆的正剖视图。

图8是根据本发明的又一个实施例的推顶杆块体的等比例图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法的第一阶段。在这个阶段，焊球安装模块5处于准备填充位于球栅极阵列模板22中的凹进20的第一位置。在该第一位置，焊球15位于存储区内，在这种情形中为焊球保持区10。该保持区10被布置成使得通过部分包围的表面13在变化的模块5角度条件下将焊球15保持在所述保持区中。

模块5包括连续表面50，焊球15能在其上面流动以通过模板22。在该表面50的相对端是用以在焊球流动通过模板22时接收焊球并且同样收集焊球的第二焊球保持区45。因此在模块5的旋转范围内，各个保持区10、45能保持焊球而不从模块5中流出，但是仍然保持一个开口设置，以便提供凹进用于将模板22接近基板95。图1还示出了刮擦器(wiper)40，其可越过表面50直线移动，同时刮擦片42与表面保持预定间隙。这样的间隙可在50到250微米的范围内，更具体地，为大约100微米。因此，刮擦片42连续地移动跨过模板表面，即，接近或靠近但不真实接触模板表面。

图1还示出了真空多支管35，其提供真空源给模板22中的每个凹进20，使得通过真空源接近凹进的焊球可以被接合并被保持在适当位置。

下面将用图1-6中示出的连续的步骤介绍根据本发明的一个实施例的方法。

如前所述，图1示出了位于准备将所述焊球15施加到所述模板22的第一位置的模块5。模块5绕水平轴线沿顺时针方向从第一位置旋转30度。图2示出了已旋转到第二位置的状态的模块5。在第二位置上，此时第一保持区10高于第二保持区45，并且因此焊球15已经沿连续表面50流动而在相对端聚集。焊球55的供应已经被刮擦器40收集。该焊球55的供应表示未被凹进接合的过量的焊球。当焊球沿连续表面50流动时，凹进20通过应用真空接合焊球60。在这个阶段，虽然此时所有凹进与焊球接触的可能性高，但并不能够确保，因此需要进一步的质量检查。从图2所示的这个第二位置，模块5现在将沿逆时针方向旋转65度直到其返回到如图3中所示第一位置。所实施的质量测量包括焊球跨过模板的第二次流动并由此将焊球73的剩余保留在第一保持区10。任何未接收焊球的凹进将具有第二次接收焊球的机会，从而提高所有凹进都被接合的可能性。

另一个问题是，焊球75保持在模板上但不被凹进20接合。为了去除这些多余的焊球75，刮擦器40此时从邻接第二保持区的位置沿方向70跨过模板22朝向第一保持区10移动。以此方式，刮擦片42将接合任何“粘附”到模板而未被凹进接合的焊球。

在完成刮擦过程后，刮擦器40将到达邻接第一保持区10的终点，如图4所示。模块5现在可沿逆时针方向从第一位置旋转85度直到其到达第三位置，由此模块被翻转，并且模板方向向下。

因为保留区10、45包括部分地包围的空间105，收集在第一保持区10的焊球90被阻止从模块5中掉落并因此可用于后来的处理。

因此保持区10、45的尺寸大小可设置成以便容纳大量的焊球，以足以在不必再装载的情况下满足若干个基板95的填充需求。

图4示出了位于第三位置的模块5，其中，基板95的方向100向上朝向模板22。在这种情况下，基板95已接收了焊剂(flux)，焊球将在从模板22喷出之后粘附到焊剂上。

图5示出了位于邻接模板22的位置的基板95。此时焊球115已经通过各自的推顶杆110从凹进中推出，所述推顶杆110在图7更详细地示出。这样，在释放真空和通过各自的推顶杆110把焊球从凹进内推出的双动作作用下，确保每个焊球都被施加到基板95上的确定性是极高的。

推顶杆110的操作可有若干种形式。例如，推顶杆可以选择地由操作者操作或者由控制系统自动操作。替换地，所述推顶杆可以操作为，在释放真空的同时向前突起以推出焊球。在这种情况下，推顶杆可通过激活真空而收回并且在真空释放时由列式弹簧向前施加力而被偏压。这样本实施例中的推顶杆可以自动控制。

基板95相对于模板22的精确位置取决于环境。在大多数情况下，基板95上的焊剂必须不与所述凹进接触，否则会污染模板而需要清洗。因此较小的分割可能被移除以进行进一步的处理比如最终检查和分割为独立的集成电路单元。

图7示出了单个的推顶杆110和模板22。该推顶杆被施加弹性负载，使得推顶杆如果与外界粒子接触时其不被损坏，同时还用以防止焊球受到推顶杆的过载。

图8示出了推顶杆130的一个替换的布置方式。尽管图7的实施例中的推顶杆单独地设置和控制，但是在图8的实施例中，推顶杆130由单个的块体135形成，从而被作为一个整体部件放置和控制。在这种情况下，通过ED工艺从块体135上刻蚀材料由块体135形成推顶杆。与制造单个的推顶杆相比，这可能是一种更便宜的选择。可能需要较多的劳动时间来将推顶杆插入到相应的杆壳体中。该推顶杆块体135可被设置为使得每个基板的一个装置与一个推顶杆块体对应，并且该推顶杆块体也可以施加弹性负载。

Claims (20)

1.一种焊球安装模块，包括：

具有凹进的排列的焊球模板，每个凹进均与真空源相连通并且每个凹进被设置用以接收焊球；

其中每个凹进还包括推顶杆，用以选择性地将接合到凹进内的相应的焊球推出。

2.根据权利要求1所述的模块，其还包括焊球保持区，所述焊球保持区用于在所述模块最远端部保留焊球的供应。

3.根据权利要求1或2所述的模块，其中每个推顶杆为单个部件，相对于其它推顶杆独立地动作。

4.根据权利要求1或2所述的模块，其还包括推顶杆块体，其中所述推顶杆整体地连接到所述推顶杆块体。

5.根据前述任一项权利要求所述的模块，其中所述模块包括容许焊球运动的连续表面，所述模块能够绕水平轴线从第一位置转动到第二位置，由此所述转动使焊球偏斜以在模板上跨过模块移动，以便容许焊球接合到各个凹进内。

6.根据权利要求5所述的模块，其中所述模块能够进一步转动到第三位置。

7.根据权利要求6所述的模块，其中在第三位置所述凹进排出焊球以被基板接收。

8.根据权利要求5或6所述的模块，其中在所述第三位置上，翻转所述台使得所述焊球被所述推顶杆推出的方向竖直向下。

9.根据前述任一项权利要求所述的模块，其中所述模块还包括位于第一保持区的相对端的第二焊球保持区，使得在从第一位置转动到第二位置时，所述焊球被偏斜以经由模板从第一保持区滚到第二保持区。

10.根据前述任一项权利要求所述的模块，其中在第一位置上时，所述台相对于竖直轴线是倾斜的，其中第一保持区位于第二保持区下面，并且在第二位置上时，第一保持区位于第二保持区之上。

11.根据前述任一项权利要求所述的模块，还包括具有刮擦片的刮擦器，其用于选择性地移动刮擦片连续地跨过模板的表面，以便去除从模板突出的任何焊球。

12.根据前述任一项权利要求所述的模块，还包括转动机构，布置用以将模块沿顺时针转动从第一位置转动到第二位置并且布置用以沿逆时针位置从第一位置转动到第三位置。

13.一种将多个焊球施加到基板上的方法，包括如下步骤：

将多个焊球布置在具有凹进的排列的模板中；和

使用与每个凹进对应的推顶杆推出所述焊球；

通过基板接收所述焊球。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述布置步骤包括如下步骤：

在保持区中提供焊球的供应；

转动所述模块以便使所述焊球从保持区移动跨过模板，和

通过焊球跨过模板的运动，将所述焊球沉积或沉入到模板的凹进中。

15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括在推出步骤之前、将模块转到第三位置并使基板靠近模板的步骤。

16.根据权利要求13至15任一项所述的方法，其中所述布置步骤还包括：将模块从第一位置转到第二位置以便使焊球移动跨过模板。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括步骤：将模块从第二位置转到第一位置以便使焊球跨过模板移动返回。

18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括步骤：连续地移动刮擦片越过所述模板的表面，并且因此越过模板刮擦焊球以便偏压焊球进入各个凹进中。

19.一种焊球安装模块，包括：

具有凹进的排列的焊球模板，每个凹进与真空源相连通，并且每个凹进布置用以接收焊球；和

第一和第二焊球保持区，用于保持或保留焊球的供应，所述保持区位于所述模板的相对侧。

20.一种用焊球填充模板中的凹进的排列的方法，包括如下步骤：

在两个保持区的每一个中提供焊球的供应；

转动所述模块以便将所述焊球从一个保持区移动到第二保持区，使得所述焊球移动跨过模板；

通过焊球跨过模板的运动，将所述焊球沉积或沉入到模板的凹进中。

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