CN1116203C - 带有自定位匣的集成电路托盘 - Google Patents

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Abstract

一种用于存放集成电路元件(12)的托盘(10)有一个上表面、一排位于所述下表面上的接线端、四个侧壁和四个角。托盘有一个基本平坦的基底(20)，其带有一个顶面(22)、一个底面(24)和一个周边。多个匣区域(30)形成于周边内部的基底顶面上，每个匣区域适合于容纳一个集成电路元件，并将匣区域内的集成电路元件居中。每个匣区域进一步包括多个角导向器(32)，使元件接合部件在其四个主要角部接触并支承集成电路元件。元件接合部件包括一个倾斜的导入部分(69.3)和一个底座表面部分(69.4)。当元件正确放置后，底座表面部分相对于元件底面成倾斜位置。

Description

带有自定位匣的集成电路托盘
技术背景
本发明涉及集成电路元件，尤其涉及用于承载、操纵和运输这些元件的托盘。
在电子组件的生产中，集成电路元件和组件的承载、操纵和运输须着重考虑。随着半导体越来越复杂，它们变得非常容易受到外界影响而造成损坏，外界影响如污染、机械冲击、静电释放和物理接触等。用于承载、操纵和运输集成电路组件的托盘通常称为基体托盘，一般由喷射模塑塑料制成。用于承载无组件电路芯片或未封装的切割成独立元件的处理后晶片的托盘经常称为芯片托盘。
必须正确操纵、存储和运输的集成电路元件包括下列元件：管脚网格阵列(PGA)、无包装电路芯片、凸起的芯片、非放射的芯片比例组件、球网格阵(BGA)和其他无铅芯片组件。这些组件典型带有一个正方形或长方形的周边并一般有一个较薄的平面壳体；周边带有一个上平表面和一个下平表面。四条边的表面沿着长方形周边延伸。一个下周边角在侧壁和下表面的交界处围绕周边延伸。
球网格阵(BGA)是现在流行的集成电路组件。BGA集成电路的特征是：薄平面壳体和多个位于壳体下表面的外接线端。BGA集成电路组件中的每个焊接球接线端是管脚网格阵列(PGA)集成电路组件，能被安置于一个二维阵中。然而，BGA集成电路组件中的接线端密度大于PGA集成电路组件所能达到的程度。
有一种集成电路组件制造商和顾客可用的元件托盘是很重要的，尤其是BGA组件，以保护集成电路元件不受损坏。托盘需要提供集成电路元件在托盘中的可重复定位，以简化自动的组装和检测。托盘应可存放多个BGA集成电路元件，且应可与其他托盘一起堆放，以使批量运输和存放变得简单。在托盘的顶面和底面需带有匣，以便当元件置于托盘顶部的匣中时，约束元件使其上表面向上，或当元件置于托盘底面的匣中时，约束元件使其下表面向上。
早期用于运输BGA集成电路组件的托盘并不能充分地保护BGA集成电路组件，因为托盘不能充分阻止托盘和焊接球接线端之间的接触。托盘在BGA集成电路组件的中心支承BGA集成电路组件会接触接线端，或托盘沿着BGA集成电路组件的周向底面支承BGA集成电路组件，也允许与焊接球接线端发生可能的接触，尤其是考虑到这种托盘以及元件内部的公差。
此外，早期托盘使用带有垂直接合面的其他结构的垂直侧壁，接合面约束匣中元件的横向运动。这些匣带有加入到匣尺寸中的公差，使得位于所述匣中的元件可以横向运动。因为匣加入了尺寸公差，所以在检测或提取元件过程中，在提取或检测前查看元件以确定其准确位置的步骤经常是必要的。
美国专利说明书No.5,400,904(Maston等)显示了一种用于BGA集成电路组件的托盘，其通过凸块来支承组件，凸块接触BGA集成电路组件的焊接球接线端表面。美国专利说明书No.5,375,710(Hayakawa等)显示了一种用于集成电路的托盘，其支承一个集成电路组件体的相应两对对边的中心部分的下表面，并进一步支承接线端。美国专利说明书No.5,335,771(Murphy)显示了一种用于PGA集成电路组件的托盘，其在接线端引脚之间通过肋支承组件，肋接触组件的接线端表面。这对于BGA组件来说并不合适，其焊接球接线端之间的间隔密得多。美国专利说明书No.5,551,572(Nemoto)显示了一种用于半导体装置的托盘，其通过支承台阶部分来支承半导体装置，台阶部分有一个平行于组件下表面的平接合面以支承半导体装置的外周边下表面。台阶部分的一部分被切除以容纳外周边的焊接球。同样，对于焊接球接线端非常密的间隔，这种支承仍然可能接触焊接球接线端，还要求支承有复杂的形状，即对特定的球网格阵有特殊的形状。美国专利说明书No.5,238,110(Ye)显示了一种塑料的铅芯片载体，其通过芯片孔腔中心的垫料支承芯片，这将接触BGA焊接球接线端。
需要一种托盘来存放如BGA集成电路组件等集成电路元件，其以与底面最少的接触、不接触接线端及同时将匣中集成电路元件居中来支承集成电路元件，使得自动检测和组装设备在容纳带有不同接线端排列的组件时，可以容易地定位集成电路元件和其接线端。托盘须存放多个集成电路元件。托盘的每个匣中须有孔，以允许接近集成电路元件的接线端以便检测。托盘还必须可堆叠，在堆叠时，堆叠部件应防止托盘相互之间发生相对侧向运动。
                       发明概述
一种存放集成电路元件的托盘带有一个上表面和一排位于底面的接线端、四个侧壁和四个角。托盘有一个基本平坦的基底，基底有一个顶面、一个底面和一个周边。多个匣区域形成于周边内部的基底顶面上，每个匣区域适合于容纳一个集成电路元件，并且将集成电路元件在匣区域中居中。每个匣区域进一步包括多个角导向器，使得元件接合部件在其四个周边角部接触并支承集成电路元件，且角导向器防止集成电路元件与基底之间发生进一步的接触。元件接合部件在侧面和底面交界处支承集成电路元件。元件支承部件包括倾斜的导入部分和底座表面部分。倾斜的导入部分延伸至底座部分，以定位和重复性地将组件居中。当元件正确放置后，底座表面部分相对于元件底面成倾斜位置。
本发明的主要目标和优势是：其在组件的该下周边角支承集成电路元件，这样可防止托盘和集成电路元件之间发生任何接触。
本发明另一个主要目标和优势是：其自动将位于托盘匣中的集成电路元件居中，使得自动检测和组装设备能够精确地定位集成电路元件及其接线端。本发明在托盘顶面和底面的匣中都提供了居中的功能。
本发明另一个优势是：与导入表面延伸至面向元件侧面的垂直表面的结构相比，一直延伸至底座表面的倾斜导入表面部分允许制造一种更薄的托盘。更薄的托盘允许更大的堆叠密度和使用较少的材料去制造托盘。
本发明优选实施例的一个特征是：每个匣的每个角的侧壁有一个复杂的弧度，其中在角部，第一侧壁基本垂直于托盘基底。随着侧壁从角部向外延伸，其角度逐渐变大，直至其与另一个几乎垂直于托盘基底、从组件侧面向外延伸的表面相交。两个表面提供了一个形状为脊的导入部分，延伸至组件底座部分。这种结构对匣中的集成电路元件来说容易实现自居中的效果，当元件被导入安置位置和安置时，其使托盘与集成电路元件的接触最少，并且其还给出了一个容易模塑的结构。
                     附图说明
图1是本发明集成电路托盘的顶部平面图，在其中一个匣中插入了一个集成电路。
图2是本发明集成电路托盘的底部平面图，当托盘被堆放时，一个集成电路位于托盘的底面。
图3是一个集成电路组件的平面视图。
图4是图3中集成电路组件的侧视平面图。
图5是一个匣角的顶部平面图，一个集成电路元件位于托盘的上表面。
图6是匣的一个角部沿图5和图7中6-6线截得的放大的详细截面图，集成电路元件以虚线显示。
图7是放置了一个BGA元件后的匣角的详细透视图。
图8是带有两个元件接合部件的匣角的详细透视图。
图9是本发明的托盘沿图1中9-9线截得的截面图，显示了堆放凸块和支承凸块的详细情况，当托盘堆叠时，凸块与集成电路元件的上表面接触。
图10是两个堆积的托盘的侧视图。
图11是本发明另一个实施例的顶视图，该匣显示了一个匣，由带有平接触表面的倾斜元件接合部件所形成。
图12是本发明另一个实施例的顶部平面图，显示了一个匣和倾斜的元件接合部件，接合部件包括一个平行于元件下周边角的平表面。
图13是位于图2中托盘底边上的支承部件的沿线13-13所截得的截面图。
图14是图11和图12中沿线14-14截得的截面图。
图15是元件接合部件另一种结构的截面图。
图16是另一个带有离散的元件接合部件的实施例的顶部平面图，在托盘的顶面和底面带有倾斜的接触部分。
图17是现有技术中元件接合部件的截面图，其带有一个倾斜的导入表面和一个面向元件侧面的垂直表面。
             优选实施例详述
本发明的集成电路托盘在图中统一以参考号10来标明。
参考图3和4，集成电路托盘容纳多个集成电路元件12，如球网格阵(BGA)或管脚网格阵列(PGA)。每个集成电路有四个侧面13、一个带有上平表面15的上表面14、一个带有下平表面17的下表面16和一排位于下表面16的接线端18。集成电路元件带有角19，每个角有一个尖端19.1、一个位于侧面13和表面17交界处的下周边角19.3。
参考图1、2、5和7，集成电路托盘10包括一个基本平坦的基底20。基底20有一个带有上表面22的顶面21、一个带有下表面24的底面23和一个周边26。
多个匣装置30形成于周边26内部的基底20的上表面22上，匣装置用于容纳集成电路元件12并将匣装置30中的集成电路元件12居中。每个匣装置最好是一个带有内部31.1、中心31.2和匣角31.3的匣区域31。
每个匣装置30进一步包括多个角居中装置32，用于只在角19处接触和支承集成电路元件12。角居中装置32也防止集成电路元件12和基底20之间除角19之外的其他接触。更有利的是，角居中装置是角导向器60，如下将详细描述。
集成电路托盘10也可以在匣装置30中带有多个接近孔34，以允许接近集成电路元件12的接线端18。
参考图1、2、9和10，集成电路托盘10最好也包括一个成形于基底20的上表面22中作为堆叠部件40的接合部件、和一个相应的成形于基底20的下表面24中作为堆叠凹槽或槽部分42的接合部件。第一个并位于下面的托盘的堆叠部件40与第二个并位于上面的托盘的堆叠凹槽部分42相接合，这样可允许托盘被堆积起来，并防止托盘相互间的侧向运动。在优选实施例中，堆叠部件40包括壁44，其基本垂直凸出于上表面22上。更有利的是，壁44围绕基底20的周边26环绕匣装置30，可简化制造，并确保阻止托盘在任何方向的侧向运动。
参考图2和13，集成电路托盘10最好也包括多个形成于基底20的上表面24上作为承载凸块50的元件接合部件，当托盘被堆叠时，承载凸块50接触集成电路元件12的上表面14。当元件在下表面中被上下倒置时，接合部件防止集成电路元件12任何超出底面23中匣区域30的运动。承载凸块50最好包括一个凸块体部分52、一个垂直面53和一个与集成电路元件12接触的凸块架部分54。
角居中装置32的详细结构示于图5、6、7和8。在图5、6和7的实施例中，每个匣角部31.3处的角居中装置32包括一个V形的角导向器60，并进一步包括两个形状为第一臂62和第二臂64的元件接合部件，第一臂62和第二臂64在接合点66处连接。第一臂62和第二臂64都有一个朝向匣区域31内部31.1的内侧第一表面68、和一个通常直立的、并与第一表面68在脊69.1处相交的第二表面69。元件12通过该脊69.1支承。与导入部分69.3、一个底座部分69.4和一个位于底座部分69.4下方的从属部分69.5构成倾斜的元件接触部分69.2，在该实施例中，底座部分69.4基本上是一个点接触。脊69.1可稍加圆整。
接合点66附近的面69.7基本是垂直的，垂直于基底20。内侧表面68靠近接合点66的那个部分70也基本上垂直于基底20。内侧表面68在接合点66末端的那个部分72与基底20成一个锐角α。内侧表面68与基底20之间的角逐渐增大，在接近接合点66处基本垂直。
如图7所示，内侧第一表面68和第二表面69这样就配合形成了一个形状为脊69.1的接合处，以支承集成表面元件12的下周边角19.3，并将角19在第一臂62和第二臂64之间居中。更具体说，当集成电路元件12置于匣区域31中时，角19将沿着第一臂和第二臂的脊69.1向下、向内滑动，直至到达元件角19进一步向下和向内的运动被脊69.1阻止的点为止。因为内侧表面68有同样的曲率，角19将居于第一臂62和第二臂64之间的中间位置。该曲率还使得在安放位置64.6时，角19的尖端19.1将与接合点66分离，这样集成电路元件12并不接触接合点66。
参考图5和7，组成元件接合部件的元件接触部分的脊69.1向附近的匣角部31.3延伸或倾斜，即所述脊69.1向上表面22倾斜。虽然这儿所示的脊69.1是直的，它也可以为曲的。除了脊的方向直接垂直于元件的边以及如图17所示的进入匣的倾斜表面带有垂直侧壁，对齐于匣角部31.3和匣中心31.2(图5或7中未示)之间的脊方向提供了改善的元件放置。对准匣角部31.3的脊69.1促使元件角部向下并进入角部31.3，以正确放置。参考图1，匣对边相应的脊31.35和31.36有效地起台架的作用，以防止元件的表面部分23.5过分地陷入匣中而使焊接球18接触托盘10。
更有利但不只限于此的是，第一臂和第二臂在接合点附近的角β大约为80度，而第一臂和第二臂在接合点末端的角γ大约为50度。
托盘10最好有四个角80，对其中一个角进行倒角，以标识托盘正确的方向，用于自动操纵的设备接近集成电路元件。
参考图11、12、14和15，示出了另一个符合本发明范围的实施例。图11、12和14显示了元件接合部件76，其包括一个带有表面80的元件接触部分78，表面80斜向托盘10的表面82。当正确置于匣31中后，元件接触部分表面80平行于元件侧面13。
参考现有技术图17，上述实施例明显不具有面向并约束元件12侧面13的垂直表面82。这允许托盘的厚度更薄，容易得到更高的堆叠密度、在模塑托盘时使用的材料更少并且模塑更简单、容易。
参考图8和16，应说明：元件接合部件76可以彼此分开。这尤其适用于在托盘10的上下面都使用倾斜元件接触部分69.2的情况。如图16所示的这种结构在顶面21有接触接合部件76、在底面23有虚线所示的偏移的接合部件76.5。因此，当多个托盘堆叠时，顶面的接合部件76不会与底面上的接合部件76.5干涉，而元件被确实地、可重复地同时相对于顶面上的匣和底面上的匣放置。不论元件在顶面的匣中或底面的匣中，都消除了元件的侧向运动和不对齐的情况，并使自动的元件移走和检测变得容易。
在不超出其精神实质或本质属性的情况下，本发明可以以其他特定形式来实施，因此，这儿的实施例应该在各个方面都认为是阐述性的，而非限制性的，为指出本发明的范围，参见后附的权利要求书而非前面的描述。

Claims (22)

1.一种用于容纳和安放集成电路元件的托盘，集成元件有一个上表面、一个带有下平坦表面的下表面、一排位于所述下表面上的接线端、四个角、一个带有四个侧面的周边，四个侧面横贯并在围绕所述元件延伸的下周边角部处与下表面相交，该托盘包括：
一个基本平坦的基底，带有一个有上表面的顶面、一个有下表面的底面和一个周边，
多个元件接合部件，从所述顶面延伸并与所述上平坦基底成一整体，位于所述顶面的接合部件限定了一个矩形元件匣，以用于容纳并限制所述元件，匣有一个内部、四个角和四条边，每个所述的元件接合部件带有一个元件接触部分，接触部分有一个斜向匣内部的斜面，倾斜的元件接触部分包括一个导入部分、一个元件底座部分和一个位于底座部分下方的从属部分，所述斜面从导入部分、底座部分至从属部分一直连续，当元件与底座部分接合时，与基底顶面上的元件的全部接触是在元件的下周边角部处。
2.根据权利要求1所述的集成电路元件托盘，进一步包括一个直立的第一表面和一个直立的第二表面，两个表面在脊处相交，所述脊包括倾斜的元件接触部分。
3.根据权利要求2所述的集成电路元件托盘，其特征在于，所述第一表面和第二表面如此定位，使得每个元件接触部分斜向匣最接近的角部。
4.根据权利要求3所述的集成电路元件托盘，其特征在于，每个第二表面横贯匣侧面，所述第一表面位于所述第二表面和最接近的角部中间，其中所述第一表面沿匣的一个侧面延伸。
5.根据权利要求1所述的集成电路元件托盘，其特征在于，当处于安放位置时，每个元件接触部分包括一个平行于元件最接近的下周边的表面。
6.根据权利要求5所述的集成电路元件托盘，其特征在于，每个元件接触部分基本延伸一个所述最接近下周边的长度。
7.根据权利要求5所述的集成电路元件托盘，其特征在于，在元件匣的每个侧面上有两个元件接触部分，每个所述两个元件接触部分彼此分开。
8.根据权利要求7所述的集成电路元件托盘，其特征在于，每个元件接触部分在一个角部附近。
9.根据权利要求1所述的集成电路元件托盘，其特征在于，托盘的底面有一个与顶面上的匣相应的匣，且顶面和底面有相互配合的接合部件，多个所述托盘可以被垂直堆叠，而在两个邻近托盘中间插入了一个元件。
10.根据权利要求9所述的集成电路元件托盘，其特征在于，所述底面上的配合的接合部件都带有一个倾斜的元件接触部分。
11.一种用于容纳和安放集成电路元件的托盘，集成电路元件有一个上表面、一个带有下平坦表面的下表面、四个角、一个带有四个侧面的周边，四个侧面横贯并在围绕所述元件延伸的下周边角部处与下表面相交，托盘包括：
一个基本平坦的基底，其带有一个有上表面的顶面，多个位于所述基底的顶面上、并与所述平坦基底成一整体的元件接触部分，元件接触部分设置成一个形成一元件匣的矩形结构，接触部分带有一个具有斜向匣内部的倾斜的元件接触部分表面，其在元件正确放置后与元件接合，当元件正确放置后，接触部分表面每一个都相对于托盘的顶面倾斜定位，从而当元件与元件接触部分表面接合时，与基底顶面上的元件的全部接触是在元件的下周边角部处。
12.根据权利要求11所述的集成电路元件托盘，其特征在于，每个元件接触部分进一步包括一个台阶，即一个平行于托盘顶面的元件接合表面。
13.根据权利要求12所述的集成电路元件托盘，其特征在于，托盘的底面有一个与顶面上的匣相应的匣，且顶面和底面有相互配合的接合部件，多个所述托盘可以被垂直堆叠，而在两个邻近托盘中间插入了一个元件。
14.根据权利要求13所述的集成电路元件托盘，其特征在于，所述底面带有多个阶梯形接合部分。
15.根据权利要求13所述的集成电路元件托盘，其特征在于，所述底面带有多个元件接合部件，每个都带有一个倾斜的元件接触表面。
16.一种用于容纳和安放集成电路元件的托盘，集成元件有一个上表面、一个带有下平坦表面的下表面、一个带有多个侧面的周边，侧面横贯并在围绕所述元件延伸的下周边角部处与下表面相交，托盘包括：
一个基本平坦的基底，带有一个有上表面的顶面、一个有下表面的底面和一个周边，及
多个元件接合部分，从所述顶面延伸并与所述上平坦基底成一整体，位于所述顶面的接合部分形成了一个矩形元件匣，以用于容纳并限制所述元件，匣有一个内部、四个角和四条边，每个所述的元件接合部分带有一对在脊处相交的直立表面，每个脊斜向匣的内部，每个倾斜的脊包括一个倾斜的导入部分和一个倾斜的元件底座部分，以便当元件正确放置后支承元件，当所述元件放置后，倾斜的导入部分和倾斜的元件底座部分位于元件所述表面的侧向附近。
18.根据权利要求16所述的集成电路元件托盘，其特征在于，每个元件接合部分置于一个匣角部附近，其中每个脊在斜向匣内部时，也斜向所述附近的匣角部。
19.一种用于存放多个集成电路元件的托盘，每个元件有一个上表面、一排位于下表面上的接线端、四个角、和一个在周围带有四个侧面的周边，四个侧面在下周边角部处与下表面相交，托盘只在贴近四个角中的每个角的下周边角部处支承集成电路，托盘包括：
一个基本平坦的基底，带有一个顶面、一个底面和一个周边，及
多个匣装置，用于容纳集成电路元件并将匣装置中的集成电路元件居中，匣装置形成于周边内部的基底的顶面上，
每个匣装置进一步包括多个角居中装置，用于接触并支承集成电路元件，每个角居中装置只在贴近元件的四个角中的一个的下周边角部处支承该元件，角居中装置防止集成电路元件和基底中间的进一步接触。
20.根据权利要求19所述的托盘，每个匣装置进一步包括多个凹孔，以允许接近集成电路元件的接线端。
21.根据权利要求19所述的托盘，进一步包括基底上表面上的一个堆叠部件和基底下表面中的一个堆叠凹槽，第一个托盘的堆叠部件接合第二个托盘的堆叠凹槽，这样允许第二个托盘堆放在第一个托盘的顶部，并防止托盘之间的侧向运动。
22.根据权利要求21所述的托盘，其特征在于，堆叠部件进一步包括一个基本垂直立于基底上表面上的壁。
23.根据权利要求22所述的托盘，进一步包括基底底面上的多个承载凸块，当托盘被堆叠时，承载凸块接触集成电路的上表面。
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