CN104934296A - 一种柔性基板弯折设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性基板弯折设备及方法，该设备包括施压机构、支撑机构、第一滚轮和第二滚轮，支撑机构和施压机构相对设置并可相向运动和相离运动，第一滚轮和第二滚轮相对设置并可相向滚动和相离滚动；第一滚轮、第二滚轮和支撑机构分别用于支撑柔性基板的第一部分、第二部分和第三部分，其中，第三部分位于第一部分和第二部分之间；施压机构和支撑机构还用于共同运动从而带动第三部分运动至第一滚轮和第二滚轮的同一侧，直至第一部分和第二部分均与第三部分具有夹角；第一滚轮和第二滚轮还用于当施压机构脱离第三部分时，相向运动而分别将第一部分和第二部分弯折于第三部分上。本设备和方法弯折精度和效率较高。

Description

一种柔性基板弯折设备及方法

【技术领域】

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种柔性基板弯折设备及方法。

【背景技术】

近年来随着半导体技术的发展和各种终端产品如手机、数码相机等向轻、薄、短、小、高性能方向发展，IC的特征尺寸不断缩小，集成度不断提高，但也越来越困难，在这种情况下，一种先进的封装技术——3D（三维）封装技术在IC制造行业应运而生。3D封装技术是在X-Y平面二维封装的基础上，向三维方向(Z轴)发展的高密度电子封装技术，与传统两维封装相比，具有更小的封装体积、重量、延迟、噪声和功耗，更高的速度和互连效率等。3D封装的结构类型有三种：一是埋置型3D封装，即在多层基板底层埋置IC，顶层组装IC，其间为高密度互连基板；二是有源基板型3D封装，即在Si衬底上制造多层布线和多种集成电路，顶层组装模拟IC和其它元器件；三是叠层型3D封装，即把多个裸芯片或经过一级封装的芯片或多芯片模块（Multi-Chipmodule，简称MCM）沿Z轴叠装、互连，组装成3D封装结构。

叠层型3D不但应用了许多成熟的组装互连技术，还发展应用了垂直互连技术，与埋置型和有源基板型3D封装相比，成本更低，能更好地满足目前迅速发展的手机等消费类电子产品周期短、体积小的要求，是目前得到广泛研究和应用的一种三维封装技术。叠层型3D概括起来，大致可分为三种：裸芯片的堆叠，封装体的堆叠，多芯片组件的堆叠，其中裸芯片堆叠方式主要包括凸点式、引线键合式、硅片穿孔式、载带式及柔性基板折叠式。

柔性封装基板具有轻、薄、短、小、结构灵活的特点，适合元件之间要求高密度互连的应用，除能作静态弯曲外，还能作动态弯曲、卷曲和折叠等。它可依照空间布局要求任意安排，并在三维空间任意移动和伸缩，从而达到元器件装配和导线连接的一体化。除此以外柔性封装基板还具有优良的电性能、介电性能、耐热性、散热性、低成本以及高密度布线等优点。柔性基板折叠式是利用柔性封装基板可弯曲、折叠的特性，将芯片平面封装后进行基板的弯折形成三维叠层结构，芯片间的连接通过柔性封装基板的线路连接，这种裸芯片堆叠方式其一减少了芯片间的线邦定连接，提高连接的可靠性；其二封装尺寸更小、重量更轻；其三它使多叠层多芯片封装工艺简单化，结构简单化。

用于柔性基板折叠式的多叠层多芯片封装器件的弯折技术目前有手工技术，但手工弯折效率低，弯折精度和一致性差，贴片胶未固化易回弹；弯折（折叠）工具设备技术，目前仅有专利CN1703768A公开，此专利虽能实现规模生产，效率高，但弯折固化后实施封装器件分割时存在切割精度低，封装器件易损坏的风险。

【发明内容】

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种柔性基板弯折设备及方法，以达到较佳的弯折效果。

一种柔性基板弯折设备，包括施压机构，还包括支撑机构、第一滚轮和第二滚轮，所述支撑机构和施压机构相对设置并可相向运动和相离运动，所述第一滚轮和第二滚轮相对设置并可相向滚动和相离滚动；

所述第一滚轮、第二滚轮和支撑机构分别用于支撑柔性基板的第一部分、第二部分和第三部分，其中，所述第三部分位于所述第一部分和第二部分之间；

所述施压机构和支撑机构还用于共同运动从而带动所述第三部分运动至所述第一滚轮和第二滚轮的同一侧，直至第一部分和第二部分均与第三部分具有夹角；

所述第一滚轮和第二滚轮还用于当所述施压机构脱离所述第三部分时，相向运动而分别将第一部分和第二部分弯折于所述第三部分上。

在一个实施例中，所述支撑机构上设有用于吸附第三部分的吸附机构。

在一个实施例中，所述支撑机构上设有第二加热装置，所述第二加热装置用于当第一部分和第二部分被弯折于所述第三部分上时，预热第一部分与第三部分之间的第一贴片胶而使第一部分与第三部分粘连、并且预热第二部分与第三部分之间的第二贴片胶而使第二部分与第三部分粘连。

在一个实施例中，所述施压机构上设有第一加热装置，所述第一加热装置用于加热所述第一贴片胶和第二贴片胶。

在一个实施例中，所述第三部分运动至所述第一滚轮和第二滚轮的同一侧后，所述第一部分与第三部分呈直角，所述第二部分与第三部分呈直角。

在一个实施例中，所述支撑机构和施压机构可沿竖直方向运动，所述第一滚轮和第二滚轮可沿水平方向滚动。

本发明还提供了一种柔性基板弯折方法，包括如下步骤：

支撑步骤，将柔性基板的第一部分、第二部分和第三部分分别置于所述第一滚轮、第二滚轮和支撑机构上，其中，所述第三部分位于所述第一部分和第二部分之间；

弯曲步骤，施压机构对第三部分施压，施压机构和所述支撑机构共同运动使所述第三部分运动至所述第一滚轮和第二滚轮的同一侧，直至第一部分和第二部分均与第三部分具有夹角；

脱离步骤，所述施压机构脱离所述第三部分；

弯折步骤，所述第一滚轮和第二滚轮相向滚动靠近，所述第一滚轮滚动而将第一部分弯折于所述第三部分上，所述第二滚轮滚动而将第二部分弯折于所述第三部分上。

在一个实施例中，还包括如下步骤：

支撑机构对所述第三部分施加吸附力。

在一个实施例中，还包括如下步骤：

在所述弯折步骤之后，所述支撑机构上的第二加热装置预热第一部分与第三部分之间的第一贴片胶而使第一部分与第三部分粘连、并且预热第二部分与第三部分之间的第二贴片胶而使第二部分与第三部分粘连。

在一个实施例中，还包括如下步骤：所述施压机构上的第一加热装置加热所述第一贴片胶和第二贴片胶。

在一个实施例中，在所述弯曲步骤中，所述第一部分被弯曲成与第三部分呈直角，所述第二部分被弯曲成与第三部分呈直角。

在一个实施例中，在所述弯曲步骤时，所述施压机构沿竖直方向向下运动对所述第三部分施压，所述支撑机构同时向下运动；

在所述弯折步骤中，所述第一滚轮和第二滚轮可沿水平方向滚动。

在一个实施例中，在第一部分、第二部分和第三部分上分别电连接第一芯片、第二芯片和第三芯片。

上述柔性基板弯折设备的弯折精度较高，速度较快，效率较高，弯折后得到的封装器件一致性好，不存在封装器件分割时切割精度低、封装器件易损坏的问题；该柔性基板弯折方法简单易行，效率高，大大节约了生产成本。

【附图说明】

图1是本发明一种实施例的未进行弯折封装的平面封装器件的剖面示意图；

图2是图1的未进行弯折封装的平面封装器件的俯视示意图；

图3是本发明一种实施例的折叠型堆叠三维封装器件的剖面示意图；

图4是图3的折叠型堆叠三维封装器件的俯视示意图；

图5是一种实施例的柔性基板弯折设备示意图；

图6是一个实施例的柔性基板弯折设备的第一动作示意图；

图7是图6的柔性基板弯折设备的第二动作示意图；

图8是图6的柔性基板弯折设备的第三动作示意图；

图9是图6的柔性基板弯折设备的第四动作示意图；

图10是图6的柔性基板弯折设备的第五动作示意图；

图11是图6的柔性基板弯折设备的第六动作示意图。

【具体实施方式】

以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。

图1和2所示，本发明一个实施例的未进行弯折封装的平面封装器件100，例如单片FC-BGA（Flip Chip Ball Grid Array倒装芯片球栅阵列封装）。平面封装器件100包括柔性基板110，第一芯片1201、第二芯片1202和第三芯片1203，其中柔性基板110包括第一部分1401、第二部分1402和第三部分1403，第一部分1401通过第三部分1403与第二部分1402连接，第一部分1401、第二部分1402和第三部分1403上分别电连接第一芯片1201、第二芯片1202和第三芯片1203。

柔性基板110可以由无胶基材生产的中间为聚酰亚胺，两面为铜迹导电层的高密度、高可靠性、可弯曲、卷曲和折叠的双面柔性线路板，铜迹导电层表面覆以聚酰亚胺覆盖膜或阻焊油墨保护。柔性基板110根据实际应用需要可设计为厚约40μm到104μm，大小不等的正方形或长方形薄片。

柔性基板110通过铜迹导线与各个芯片电连接。芯片可以是作为裸芯片的任意半导体芯片，比如存储器、逻辑器件、处理元件等等。芯片经锡焊倒装焊接到柔性基板110上，其间充填环氧树脂类底填胶（underfill）150加以固定保护。各芯片通过焊球130附着在柔性基板110上。焊球130为附着在柔性基板110的焊盘上的焊接材料的球栅阵列，典型地，焊接材料为锡-银-铜合金。

依据传统的封装技术，对柔性基板110上的封装器件加以封装和处理。在一种实施方案中，封装技术为FC-BGA。Flip Chip技术是一种将芯片与基板相互连接的先进的封装技术，在封装的过程中，芯片会被翻转过来，以面朝下方式让芯片上面的结合点（Pad）通过金属导体与基板的结合点（Pad）相互连接的封装技术，这种封装技术大幅缩小了封装尺寸，可得到更为致密、紧凑的封装器件。可以预期到，该封装器件100可使用任意合适的封装技术。

如图3和4所示，本发明一个实施例的折叠型堆叠三维封装器件200，其由平面封装器件100折叠而成，柔性基板110被折叠成两折。在第一折中，第一部分1401被折叠，其上第一芯片1201通过贴片胶贴附到第三芯片1203表面。在第二折中，第二部分1402被折叠，其上第二芯片1202通过贴片胶贴附到第三芯片1203表面。在本实施例的第一芯片1201和第二芯片1202的面积比第三芯片1203小。当第一芯片1201、第二芯片1202和第三芯片1203相差无几，或在第一芯片1201和第二芯片1202不能全都折叠到第三芯片1203上的其它情形时，例如，第二折中，第二部分1402被折叠，其上第二芯片1202通过贴片胶贴附到已折叠到第三芯片1203上的第一芯片1201所在柔性基板110的背面，这样的折叠原理和方法与图3所示的实施例是一样的。

这样形成的折叠型堆叠三维封装器件200是紧凑的，具有高密度高可靠性特点。

图5所示，一种实施例的柔性基板弯折设备300，包括施压机构310、第一滚轮3301、第二滚轮3302和支撑平台340。弯折设备300对平面封装器件100进行加工，而得到折叠型堆叠三维封装器件200。

施压机构310可以包括第一加热装置320。施压机构310可以是一个中空的金属块，中空部分容纳第一加热装置320，顶端是一个能容纳5至10个第三芯片1203面积的平面。在最初或原始位置，施压机构310向上缩回而位于第一滚轮3301和第二滚轮3302的上方，如图5所示，施压机构310大约在原始位置向下一半处。施压机构310可以在汽缸推动作用下（图中未示出）沿导轨（图中未示出）上下移动。施压机构310用于固定柔性基板110向下移动，以及使第一芯片1201通过贴片胶贴附到第三芯片1203、使第二芯片1202通过贴片胶贴附到第三芯片1203。

第一加热装置320中可以装有热导材料诸如金属或合金制成的材料，通过内部的电线向第一加热装置320中的热导材料施加电压而产生热。第一加热装置320使第一芯片1201与第三芯片1203、第二芯片1202与第三芯片1203之间的贴片胶加热固化。

第一滚轮3301和第二滚轮3302可以是由金属制成的圆柱体，外面包裹一圈柔性缓冲层，例如橡胶皮缓冲层，以免损坏芯片。如图5所示的工位状态下，第一滚轮3301、第二滚轮3302经调整装置（图中未示出）调整好位置后静止，分别为柔性基板110第一部分1401、第二部分1402提供支撑点；如图7和8所示的工位状态下，第一滚轮3301、第二滚轮3302、支撑平台340和施压机构310使柔性基板110的第一部分1401弯折而与第三部分1403形成一个角度、使第二部分1402弯折而与第三部分1403之间形成一个角度直角；在图9所示的工作状态下，第一滚轮3301、第二滚轮3302在汽缸（图中未示出）的推动下滚动着靠近，把第一芯片1201和第二芯片1202分别折叠到第三芯片1203上，上述两个角度可以是直角，这样更有利于滚轮的滚压。

支撑平台340可以包括第二加热装置350，支撑平台340可以拥有金属材质的平面，与柔性基板110接触的表面具有吸附机构，如蜂窝状真空吸附圆孔，从而支撑平台340则变成真空吸附平台340。支撑平台340为柔性基板110第三部分1403提供支撑平面。初始，支撑平台340的吸附机构工作，吸附住柔性基板110，施压机构310压在第三芯片1403上进一步固定住柔性基板110，向下移动。

第二加热装置350中可以装有热导材料诸如金属或合金制成的材料，通过内部的电线向第二加热装置350中的热导材料施加电压而产生热。第二加热装置350使第一芯片1201与第三芯片1203、第二芯片1202与第三芯片1203之间的贴片胶加热产生预粘力，使第一芯片1201和第二芯片1202与第三芯片1203较稳固粘连，防止折叠到第三芯片1203上的第一芯片1201和第二芯片1202反弹回去。

如图6至10所示，一种实施例的柔性基板弯折方法，其利用上述实施例的柔性基板弯折设备可以将图1所示的平面封装器件100加工得到折叠型堆叠三维封装器件200。

如图6所示，在第一步中，首先第一部分1401、第三部分1403和第二部分1402、分别被放置在第一滚轮3301、真空吸附平台340和第二滚轮3302上。接着真空吸附平台340的真空吸附开始工作，将第三部分1403固定在真空吸附平台340上。然后施压机构310在汽缸推动下，沿导轨下行，用力压在第三芯片1203上，进一步固定住柔性基板110。

如图7所示，在第二步中，真空吸附平台340在下面吸住柔性基板110，施压机构310在上面压住柔性基板110，真空吸附平台340载着柔性基板110与施压机构310在汽缸推动下沿导轨同时下行，此时，第一滚轮3301，第二滚轮3302静止不动。随着真空吸附平台340的下行，在第一滚轮3301与真空吸附平台340之间柔性基板110的第一部分1401逐渐弯折；在第二滚轮3302与真空吸附平台340之间柔性基板110的第二部分1402也逐渐弯折。真空吸附平台340载着柔性基板110与施压机构310下行到适当位置，第一部分1401和第二部分1402分别被弯折到与第三部分1403形成直角的位置。

如图8所示，在第三步中，首先，施压机构310释放脱离第三芯片1403上行到适当位置。接着，第一贴片胶431和第二贴片胶432被分别分配到第一芯片1201和第二芯片1202表面。

如图9所示，在第四步中，第一滚轮3301在汽缸的推动下，沿导轨水平向右滚动，使柔性基板110的第一部分1401折叠到第三部分1403上，第一芯片1201通过第一贴片胶431粘贴到第三芯片1203上；第二滚轮3302在汽缸的推动下，沿导轨水平向左滚动，使柔性基板110的第二部分1402折叠到第三部分1403上，第二芯片1202通过第二贴片胶432粘贴到第三芯片1203上。附着在真空吸附平台340上的第二加热装置350加热使第一贴片胶431、第二贴片胶432产生预粘力，使第一芯片1201和第二芯片1202分别粘到第三芯片1203，防止第一滚轮3301和第二滚轮3302释放后折叠到第三芯片1203上的第一芯片1201和第二芯片1202反弹回去。当然如果滚轮滚压得当，也可能不会发生上述反弹。

如图10所示，在第五步中，首先，第一滚轮3301在汽缸的推动下，沿导轨向左运动，释放已折叠的柔性基板110；第二滚轮3302在汽缸的推动下，沿导轨向右运动，释放已折叠的柔性基板110。接着，施压机构310在汽缸的推动下，沿导轨下行，用力压在已折叠的柔性基板110上，附着在施压机构310上的第一加热装置320加热，使第一芯片1201与第三芯片1203、第二芯片1202与第三芯片1203之间的贴片胶进一步加热固化。另外，第一加热装置320和第二加热装置350一起作用，能减少芯片上下两面的温差，从而产品的性能不会被损坏。

如图11所示，在第六步中，真空吸附平台340载着已折叠的柔性基板110与施压机构310上行到适当位置，真空吸附平台340停止上行，施压机构310继续上行到适当位置，关闭真空吸附，释放已折叠的柔性基板110。取走已折叠的柔性基板110，等待放置下一批柔性基板110。

支撑机构340和施压机构310并不一定限制于本实施例的竖直方向上运动，同样第一滚轮33301和第二滚轮3302并不一定限制于本实施例的水平方向上滚动，支撑机构340和施压机构相310对设置并可相向运动和相离运动，所述第一滚轮33301和第二滚轮3302相对设置并可相向滚动和相离滚动，均可以实现加工目的。

可以理解，即使第一芯片1201与第三芯片1203之间、第二芯片1202与第三芯片1203之间没有贴片胶，通过上实施例的方式，也能提供一种新的弯曲柔性基板的方法。另外，如果本实施例缺少吸附机构，在第一滚轮3301和第二滚轮3302的滚压下，第三部分1403可能会产生移动，而使得弯折的位置与预期的有所偏差。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (13)

1.一种柔性基板弯折设备，包括施压机构，其特征是：还包括支撑机构、第一滚轮和第二滚轮，所述支撑机构和施压机构相对设置并可相向运动和相离运动，所述第一滚轮和第二滚轮相对设置并可相向滚动和相离滚动；

所述第一滚轮、第二滚轮和支撑机构分别用于支撑柔性基板的第一部分、第二部分和第三部分，其中，所述第三部分位于所述第一部分和第二部分之间；

所述施压机构和支撑机构还用于共同运动从而带动所述第三部分运动至所述第一滚轮和第二滚轮的同一侧，直至第一部分和第二部分均与第三部分具有夹角；

所述第一滚轮和第二滚轮还用于当所述施压机构脱离所述第三部分时，相向运动而分别将第一部分和第二部分弯折于所述第三部分上。

2.如权利要求1所述的柔性基板弯折设备，其特征是：所述支撑机构上设有用于吸附第三部分的吸附机构。

3.如权利要求1或2所述的柔性基板弯折设备，其特征是：所述支撑机构上设有第二加热装置，所述第二加热装置用于当第一部分和第二部分被弯折于所述第三部分上时，预热第一部分与第三部分之间的第一贴片胶而使第一部分与第三部分粘连、并且预热第二部分与第三部分之间的第二贴片胶而使第二部分与第三部分粘连。

4.如权利要求3所述的柔性基板弯折设备，其特征是：所述施压机构上设有第一加热装置，所述第一加热装置用于加热所述第一贴片胶和第二贴片胶。

5.如权利要求1所述的柔性基板弯折设备，其特征是：所述第三部分运动至所述第一滚轮和第二滚轮的同一侧后，所述第一部分与第三部分呈直角，所述第二部分与第三部分呈直角。

6.如权利要求1所述的柔性基板弯折设备，其特征是：所述支撑机构和施压机构可沿竖直方向运动，所述第一滚轮和第二滚轮可沿水平方向滚动。

7.一种柔性基板弯折方法，其特征是，包括如下步骤：

支撑步骤，将柔性基板的第一部分、第二部分和第三部分分别置于所述第一滚轮、第二滚轮和支撑机构上，其中，所述第三部分位于所述第一部分和第二部分之间；

弯曲步骤，施压机构对第三部分施压，施压机构和所述支撑机构共同运动使所述第三部分运动至所述第一滚轮和第二滚轮的同一侧，直至第一部分和第二部分均与第三部分具有夹角；

脱离步骤，所述施压机构脱离所述第三部分；

弯折步骤，所述第一滚轮和第二滚轮相向滚动靠近，所述第一滚轮滚动而将第一部分弯折于所述第三部分上，所述第二滚轮滚动而将第二部分弯折于所述第三部分上。

8.如权利要求7所述的柔性基板弯折方法，其特征是，还包括如下步骤：

支撑机构对所述第三部分施加吸附力。

9.如权利要求7所述的柔性基板弯折方法，其特征是，还包括如下步骤：

在所述弯折步骤之后，所述支撑机构上的第二加热装置预热第一部分与第三部分之间的第一贴片胶而使第一部分与第三部分粘连、并且预热第二部分与第三部分之间的第二贴片胶而使第二部分与第三部分粘连。

10.如权利要求9所述的柔性基板弯折方法，其特征是，还包括如下步骤：所述施压机构上的第一加热装置加热所述第一贴片胶和第二贴片胶。

11.如权利要求7所述的柔性基板弯折设备，其特征是：在所述弯曲步骤中，所述第一部分被弯曲成与第三部分呈直角，所述第二部分被弯曲成与第三部分呈直角。

12.如权利要求7所述的柔性基板弯折设备，其特征是：

在所述弯曲步骤时，所述施压机构沿竖直方向向下运动对所述第三部分施压，所述支撑机构同时向下运动；

在所述弯折步骤中，所述第一滚轮和第二滚轮可沿水平方向滚动。

13.如权利要求7所述的柔性基板弯折设备，其特征是：

在第一部分、第二部分和第三部分上分别电连接第一芯片、第二芯片和第三芯片。