CN102610535B - 植球装置、焊球拾取方法以及焊球安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植球装置、焊球拾取方法以及焊球安装方法。所述植球装置包括：印刷室，包括栅格模板、侧壁、顶壁和至少两个刮片，栅格模板、侧壁和顶壁结合以形成装载空间，在栅格模板中形成有多个栅格孔，所述多个栅格孔的布置图案与待安装焊球的元件的焊球安装位置的图案相对应；真空拾取器，位于印刷室下方，并包括多个吸嘴，所述多个吸嘴中的至少一部分吸嘴分别与所述多个栅格孔对准，其中，焊球装载在装载空间中，并通过移动刮片而被推动经过栅格模板，从而焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取。通过采用移动刮片以使焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取的印刷方式，可以减少或防止出现焊球丢失，提高植球工艺的可靠性和效率。

Description

植球装置、焊球拾取方法以及焊球安装方法

技术领域

本发明涉及芯片封装领域，更具体地讲，本发明涉及一种植球装置、一种焊球拾取方法以及一种焊球安装方法。

背景技术

球栅阵列(BGA)封装件采用焊球代替了传统的芯片封装件中的引脚，来将芯片电连接到外部电路。因此，与其他的芯片封装件相比，BGA封装件具有制造工艺简单，单位面积引脚(焊球)数量大、电连接可靠性高、制造成本低等优点。传统的制造BGA封装件(或其他需要安装焊球的元件)的工艺包括植球工艺，即，拾取焊球并将拾取的焊球安装到BGA封装件的焊球安装位置处。

在第US2003/0111508A1号美国专利申请中公开了一种用于植球工艺的设备，该申请的全部内容通过引用包含于此。该设备包括焊球拾取器件、焊球容纳槽和气阀。焊球装载在焊球容纳槽中，并被从气阀提供的气流吹到空中。焊球拾取器件置于焊球容纳槽上方，并通过包括在焊球拾取器件中的真空吸嘴吸取被吹到空中的焊球，从而完成焊球的拾取。

然而，需要将大量的焊球装载在焊球容纳槽中，并需要保证被吹到空中的焊球的数量和密度，以保证焊球拾取器件吸取焊球的效率。因此，装载到焊球容纳槽中的焊球的数量远多于待安装的焊球的数量，造成了不必要的浪费。另外，通过真空吸嘴吸取被吹到空中的焊球的方法来拾取焊球，会造成焊球丢失的问题，即，一些真空吸嘴长时间没有吸取到焊球。因为焊球被从气阀提供的气流吹到空中，所以焊球与气流摩擦，从而产生静电。焊球因所带的静电而彼此吸引，导致了例如空中的焊球会因静电吸引而吸附到已被真空吸嘴吸取的焊球，从而无法控制真空吸嘴吸取的焊球的数量。

发明内容

实施例的目的在于克服在现有技术中的上述和其他缺点。为此，实施例提供一种采用印刷方式的植球装置、焊球拾取方法以及焊球安装方法，从而减少或防止出现焊球丢失。

根据实施例，提供了一种植球装置，所述植球装置包括：印刷室，包括栅格模板、侧壁、顶壁和至少两个刮片，栅格模板、侧壁和顶壁结合以形成装载空间，在栅格模板中形成有多个栅格孔，所述多个栅格孔的布置图案与待安装焊球的元件的焊球安装位置的图案相对应；真空拾取器，位于印刷室下方，并包括多个吸嘴，所述多个吸嘴中的至少一部分吸嘴分别与所述多个栅格孔对准，其中，焊球装载在装载空间中，并通过移动刮片而被推动经过栅格模板，从而焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取。

栅格模板能够从侧壁和顶壁拆卸。

所述植球装置还包括：定位构件，连接到印刷室和真空拾取器，以将栅格孔与吸嘴对准。定位构件将栅格模板和吸嘴之间的距离调节为小于焊球的直径。定位构件调节栅格模板和吸嘴之间的距离，使得所述距离与栅格孔的深度之和大于或等于焊球的直径。

每个刮片均包括主体和连接到主体的端部，该端部靠近栅格模板或与栅格模板接触，并能够弹性地旋转或能够弹性地变形，从而在移动刮片以推动焊球时，通过端部的旋转或变形来允许运动受阻的焊球穿过刮片。

真空拾取器还包括：多个传感器，设置为与所述多个吸嘴分别对应，以感测对应的吸嘴是否吸取了焊球。

所述植球装置还包括：翻转构件，用于翻转所述植球装置，使得真空拾取器位于印刷室上方，从而未被吸嘴吸取的焊球从栅格孔中掉落到装载空间中。

根据实施例，提供了一种焊球拾取方法，所述方法包括如下步骤：将焊球装载到如上所述的植球装置的装载空间中；移动刮片，以推动焊球经过栅格模板，使得焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取。

所述方法还包括：感测与栅格孔对应的吸嘴是否吸取了焊球。

所述方法还包括：在感测到与栅格孔对应的吸嘴没有吸取焊球时，重复执行移动刮片的步骤，直到感测到所有的与栅格孔对应的吸嘴都吸取了焊球。

所述方法还包括：翻转所述植球装置，使得真空拾取器位于印刷室上方，从而未被吸嘴吸取的焊球从栅格孔中掉落到装载空间中。

根据实施例，提供了一种焊球安装方法，所述方法包括：执行如上所述的焊球拾取方法，以拾取焊球；将拾取有焊球的真空拾取器移动到待安装焊球的元件的上方，并将焊球与待安装焊球的元件的焊球安装位置对准；释放吸附到真空拾取器的吸嘴的焊球。

所述方法还包括：在拾取焊球的步骤之前，或在将真空拾取器移动到待安装焊球的元件的上方的步骤之前，将助焊剂涂覆在待安装焊球的元件的焊球安装位置上。

所述方法还包括：在将真空拾取器移动到待安装焊球的元件的上方的步骤之前，将吸附到真空拾取器的吸嘴的焊球浸入助焊剂中，使助焊剂附着到焊球的表面。

根据实施例的植球装置、焊球拾取方法和焊球安装方法采用移动刮片以使焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取的印刷方式，可以减少或防止出现焊球丢失，提高植球工艺的可靠性和效率。因为采用了上述的印刷方式，所以可以仅在装载空间中装载数量等于或略多于待安装的数量的焊球，从而防止了现有技术中的因装载在焊球容纳槽中的焊球数量远多于待安装的数量所造成的浪费。另外，因为采用了上述的印刷方式，从而防止了现有技术中的因气流与焊球之间的摩擦产生的静电导致的焊球之间的相互吸引。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的植球装置的剖视图；

图2是示出根据本发明另一实施例的植球装置的剖视图；

图3A至图3C是分别示出图2中的A部分、B部分、C部分的放大图；

图4A至图4C是示出根据本发明实施例的焊球拾取方法的剖视图；

图5A至图5C是示出根据本发明实施例的焊球安装方法的剖视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图来详细描述实施例。然而，实施例可以以许多不同的形式来实施，且不应该限于这里阐述的示例。相反，提供这些示例使得本公开将是彻底并完整的，并将实施例的范围充分地传达给本领域技术人员。为了清楚起见，在附图中夸大了层和区域的尺寸和相对尺寸。在附图中，相同的标号始终表示相同的元件。

图1是示出根据本发明实施例的植球装置的剖视图。如图1中所示，根据本发明实施例的植球装置可以包括印刷室1和真空拾取器2。

印刷室1包括栅格模板11、侧壁12、顶壁13和刮片15。栅格模板11、侧壁12和顶壁13结合，以形成装载空间14。在一个示例中，侧壁12和顶壁13可以一体化形成。在栅格模板11中形成多个栅格孔11a。多个栅格孔11a的布置图案可以与待安装焊球的元件的焊球安装位置的图案相对应。所述待安装焊球的元件可以为待安装焊球的BGA封装件或PCB板等需要安装焊球的元件。在一个示例中，栅格模板11中的栅格孔11a的布置图案可以与多个待安装焊球的元件的焊球安装位置的图案相对应，从而可以为多个待安装焊球的元件一次性拾取所需的焊球。栅格模板11可以从侧壁12和顶壁13拆卸，从而可以更换与不同的待安装焊球的元件对应的不同的栅格模板11，提高了植球装置的通用性。

刮片15可移动地安装在装载空间14中。可以将焊球装载在装载空间14中，从而可以通过移动刮片15来推动焊球。当焊球被刮片15推动而经过栅格模板11时，焊球可因自身的重力而掉落到栅格孔11a中，从而被真空拾取器2的吸嘴21吸取，这将在后面进行更详细的描述。

真空拾取器2位于印刷室1下方。真空拾取器2包括多个吸嘴21。在一个示例中，吸嘴21的数量可以等于栅格孔11a的数量，并分别与栅格孔11a对准。在另一示例中，吸嘴21的数量可以比栅格孔11a的数量多，其中，一部分吸嘴21可以与栅格孔11a的位置对准，而其他的吸嘴21可以不与栅格孔11a的位置对准。此时，可以启用与栅格孔11a对准的吸嘴21以吸取焊球，并可以停用不与栅格孔11a对准的吸嘴21。因此，在更换了栅格孔的布置图案不同的栅格模板的情况下，可以启用与更换后的栅格模板的栅格孔的位置对准的一部分吸嘴并停用不与当前的栅格模板对准的吸嘴，而不用更换真空拾取器2。因此，提高了根据本发明实施例的植球装置的通用性，特别是提高了真空拾取器2的通用性。

如图1中所示，真空拾取器2还可以包括分别与吸嘴21连通的气流路径22、与气流路径22连通的真空腔23、与真空腔连通的吸气口24。然而，实施例不限于此，可以以其他的结构来实现真空拾取器2，例如，一条气流路径22可以与多个吸嘴21连通，或者真空拾取器2可以不包括真空腔23。

如上所述，当焊球被刮片15推动而经过栅格模板11时，焊球可因自身的重力而掉落到栅格孔11a中，从而被真空拾取器2的与栅格孔11a对应的吸嘴21吸取，从而完成了焊球的拾取。

图2是示出根据本发明另一实施例的植球装置的剖视图，图3A至图3C是分别示出图2中的A部分、B部分、C部分的放大图。为了描述的简明，这里将不再描述与前面的实施例中的元件相同的元件。

如图2至图3C中所示，根据当前实施例的植球装置可以包括定位构件3。定位构件3连接到印刷室1和真空拾取器2，以将栅格孔11a与吸嘴21对准。定位构件3可以调节栅格模板11和吸嘴11a之间的距离，如图3A中所示，以防止焊球从栅格模板11和吸嘴11a之间的空隙掉落到植球装置外部而造成焊球的浪费。

如图3B中所示，栅格孔11a的孔径可以大于焊球的直径，并小于焊球直径的两倍。例如，在焊球的直径为D的情况下，栅格孔11a的孔径可以大于D并小于2D。如此，可以防止因栅格孔11a的孔径过大而导致多个焊球卡在栅格孔11a中无法被吸嘴21吸取或无法在植球装置翻转时掉落到装载空间14(这将在后面进行更详细的描述)。栅格孔11a的深度(即，栅格模板11的厚度)可满足这样的条件，即，栅格孔11a的深度和栅格模板11与吸嘴21之间的距离之和可以大于或等于焊球的直径D，从而防止掉落到栅格孔11a并被吸嘴21吸取的焊球的顶部因超过栅格模板11而在刮片15移动时与刮片15的端部接触并被损坏或被刮片15推出栅格孔11a。在一个示例中，定位构件3可以将栅格模板11和吸嘴21之间的距离调节为小于焊球的直径D。可选择地，如图3B中所示，栅格孔11a的深度可以大于焊球的直径D，从而可以保证有至少一个焊球完全落入栅格孔11a中而不与刮片15接触。因此，提高了植球装置的可靠性，提高了拾取效率，并减少或防止出现焊球丢失。

根据实施例，刮片15可以包括主体15a和连接到主体15a的端部15b。端部15b可以靠近栅格模板11或与栅格模板11接触。端部15b可以弹性地旋转。可选择地，端部15b可以弹性地变形。因此，当使用刮片15推动焊球时，在焊球的运动受阻(例如，被栅格孔11a的边缘阻挡，如图3C中所示)时，可以通过端部15b的旋转或变形来允许被阻挡的焊球穿过刮片。因此，可以防止刮片的移动因被阻挡的焊球而受阻，进而可以防止刮片和/或被栅格孔阻挡的焊球的损坏。因此，提高了植球装置的可靠性和使用寿命。

虽然在附图中没有示出，但是植球装置中的真空拾取器2还可以包括多个传感器。所述多个传感器可以设置为与所述多个吸嘴分别对应，以感测对应的吸嘴是否吸取了焊球。在一个示例中，可以仅启用与对应于栅格孔的喷嘴对应的传感器，而禁用与不对应于栅格孔的喷嘴对应的传感器。当传感器感测到与栅格孔对应的吸嘴没有吸取焊球时，可以移动刮片以推动焊球再次经过栅格模板，直到感测到所有的与栅格孔对应的吸嘴吸取了焊球位置。因此，可以防止出现焊球丢失。

虽然在附图中没有示出，但是根据实施例的植球装置还可以包括翻转构件。该翻转构件可以用于在全部的与栅格孔对应的吸嘴吸取了焊球之后翻转植球装置，使得真空拾取器位于印刷室上方。这时，未被吸嘴吸取的焊球会因自身的重力而从栅格孔中掉落到装载空间中，以备再次使用。

图4A至图4C是示出根据本发明实施例的焊球拾取方法的剖视图。

首先，将焊球装载到如前面的实施例中所描述的植球装置的装载空间中。然后，移动刮片，以推动焊球经过栅格模板，使得焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取，从而完成了焊球的拾取。

此外，可以感测与栅格孔对应的吸嘴是否吸取了焊球。在感测到与栅格孔对应的吸嘴没有吸取焊球时，可以重复执行移动刮片的步骤，直到感测到所有的与栅格孔对应的吸嘴吸取了焊球。

如图4A和图4B中所示，在植球装置中设置有两个刮片，焊球装载在这两个刮片之间。首先，可以向右移动刮片，以推动焊球从右至左经过栅格模板，如图4A中所示，使得焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取。然后，当感测到存在未吸取焊球且与栅格孔对应的吸嘴时，可以向左移动刮片，以推动焊球从左至右再次经过栅格模板。然而，实施例不限于此，例如，在植球装置中可以设置有三个或更多的刮片。在这样的情况下，焊球装载在所述三个或更多个刮片之间，以使得焊球在这些刮片的推动下经过栅格板并被吸嘴吸取。另外，在植球装置中可以设置有额外的备用刮片，以在一个或多个刮片损坏时用备用刮片来代替损坏的刮片，而不停止植球装置的操作。

另外，根据当前实施例的焊球拾取方法还可以包括翻转植球装置，使得真空拾取器位于印刷室上方，如图4C中所示。因此，未被吸嘴吸取的焊球因自身的重力而从栅格孔中掉落到装载空间中。此时，因为焊球被印刷室的顶壁和侧壁保持在焊球安装空间中，所以可以将真空吸取器与印刷室分离以将被真空拾取器拾取的焊球运送到期望位置，同时，可以更换真空拾取器、更换栅格模板、更换损坏的刮片、补充焊球等。

图5A至图5C是示出根据本发明实施例的焊球安装方法的剖视图。

首先，如上所述地采用植球装置来拾取焊球。然后，如图5A所示，可以将拾取有焊球的真空拾取器移动到待安装焊球的元件51的上方，并将焊球与待安装焊球的元件的焊球安装位置51a对准。之后，释放吸附到真空拾取器的吸嘴的焊球，从而完成焊球的安装。此后，可以将真空拾取器重新与印刷室的栅格模板对准，以进行下一次的焊球拾取和/或安装。

根据一个示例，可以在安装焊球之前在待安装焊球的元件的焊球安装位置上涂覆助焊剂。如图5B中所示，可以通过助焊剂吸取-涂覆装置52从装载有助焊剂FLUX的容器53中吸取助焊剂FLUX并将其涂覆在待安装焊球的元件的焊球安装位置上。根据另一个示例，在将真空拾取器移动到待安装焊球的元件的上方的步骤之前，可以将拾取有焊球的真空拾取器移动到装载有助焊剂FLUX的容器53上方，如图5C所示，从而通过将吸附到真空拾取器的吸嘴的焊球浸入助焊剂FLUX中，使助焊剂FLUX附着到焊球的表面。因此，可以省略上述的助焊剂吸取-涂覆装置及利用助焊剂吸取-涂覆装置将助焊剂涂覆在焊球安装位置的工艺。

根据本发明实施例的植球装置、焊球拾取方法和焊球安装方法采用移动刮片以使焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取的印刷方式，可以减少或防止出现焊球丢失，提高植球工艺的可靠性和效率。因为采用了上述的印刷方式，所以可以仅在装载空间中装载数量等于或略多于待安装的数量的焊球，从而防止了现有技术中的因装载在焊球容纳槽中的焊球数量远多于待安装的数量所造成的浪费。另外，因为采用了上述的印刷方式，从而防止了现有技术中的因气流与焊球之间的摩擦产生的静电导致的焊球之间的相互吸引。

虽然已经示出并描述了实施例的示例，但是本领域技术人员应该理解的是，实施例不限于此，在不脱离如权利要求的精神和范围的情况下，可以对实施例进行各种修改。

Claims (14)

1.一种植球装置，其特征在于，所述植球装置包括：

印刷室，包括栅格模板、侧壁、顶壁和至少两个刮片，栅格模板、侧壁和顶壁结合以形成装载空间，在栅格模板中形成有多个栅格孔，所述多个栅格孔的布置图案与待安装焊球的元件的焊球安装位置的图案相对应；

真空拾取器，位于印刷室下方，并包括多个吸嘴，所述多个吸嘴中的至少一部分吸嘴分别与所述多个栅格孔对准；

翻转构件，用于翻转所述植球装置，

其中，焊球装载在装载空间中，并通过移动刮片而被推动经过栅格模板，从而焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取，

通过所述翻转构件翻转所述植球装置，使得真空拾取器位于印刷室上方，从而未被吸嘴吸取的焊球从栅格孔中掉落到装载空间中。

2.如权利要求1所述的植球装置，其特征在于，栅格模板能够从侧壁和顶壁拆卸。

3.如权利要求1所述的植球装置，其特征在于，所述植球装置还包括：

定位构件，连接到印刷室和真空拾取器，以将栅格孔与吸嘴对准。

4.如权利要求3所述的植球装置，其特征在于，定位构件将栅格模板和吸嘴之间的距离调节为小于焊球的直径。

5.如权利要求4所述的植球装置，其特征在于，定位构件调节栅格模板和吸嘴之间的距离，使得所述距离与栅格孔的深度之和大于或等于焊球的直径。

6.如权利要求1所述的植球装置，其特征在于，每个刮片均包括主体和连接到主体的端部，该端部靠近栅格模板或与栅格模板接触，并能够弹性地旋转或能够弹性地变形，从而在移动刮片以推动焊球时，通过端部的旋转或变形来允许运动受阻的焊球穿过刮片。

7.如权利要求1所述的植球装置，其特征在于，真空拾取器还包括：

多个传感器，设置为与所述多个吸嘴分别对应，以感测对应的吸嘴是否吸取了焊球。

8.一种植球装置，其特征在于，所述植球装置包括：

印刷室，包括栅格模板、侧壁、顶壁和至少两个刮片，栅格模板、侧壁和顶壁结合以形成装载空间，在栅格模板中形成有多个栅格孔，所述多个栅格孔的布置图案与待安装焊球的元件的焊球安装位置的图案相对应；

真空拾取器，位于印刷室下方，并包括多个吸嘴，所述多个吸嘴中的至少一部分吸嘴分别与所述多个栅格孔对准；

其中，焊球装载在装载空间中，并通过移动刮片而被推动经过栅格模板，从而焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取，

每个刮片均包括主体和连接到主体的端部，该端部靠近栅格模板或与栅格模板接触，并能够弹性地旋转或能够弹性地变形，从而在移动刮片以推动焊球时，通过端部的旋转或变形来允许运动受阻的焊球穿过刮片。

9.一种焊球拾取方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

将焊球装载到如权利要求1至8中任意一项权利要求所述的植球装置的装载空间中；

移动刮片，以推动焊球经过栅格模板，使得焊球掉落到栅格孔中并被吸嘴吸取。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

感测与栅格孔对应的吸嘴是否吸取了焊球。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在感测到与栅格孔对应的吸嘴没有吸取焊球时，重复执行移动刮片的步骤，直到感测到所有的与栅格孔对应的吸嘴都吸取了焊球。

12.一种焊球安装方法，其特征在于，所述方法包括：

执行如权利要求9至11中任意一项权利要求所述的焊球拾取方法，以拾取焊球；

将拾取有焊球的真空拾取器移动到待安装焊球的元件的上方，并将焊球与待安装焊球的元件的焊球安装位置对准；

释放吸附到真空拾取器的吸嘴的焊球。

13.如权利要求12所述的焊球安装方法，其特征在于，所述方法还包括：

在拾取焊球的步骤之前，或在将真空拾取器移动到待安装焊球的元件的上方的步骤之前，将助焊剂涂覆在待安装焊球的元件的焊球安装位置上。

14.如权利要求12所述的焊球安装方法，其特征在于，所述方法还包括：

在将真空拾取器移动到待安装焊球的元件的上方的步骤之前，将吸附到真空拾取器的吸嘴的焊球浸入助焊剂中，使助焊剂附着到焊球的表面。

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