CN112333932A - 一种多压头热压回流装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于芯片热压回流焊接技术领域，公开了一种多压头热压回流装置，包括底座、机架、热压机构和基座平台，机架固定在底座上，热压机构设置在机架的顶部，热压机构包括安装板、阵列排布在安装板上的多个压头单元以及驱动安装板上下移动的驱动单元，压头单元的上端与安装板连接，压头单元的下端设有平面压头，基座平台设置在压头单元与底座之间，且平面压头与放置在基座平台上的待加工的芯片基板正对。本发明还公开了采用上述多压头热压回流装置的操作方法。采用本发明，能够降低对大平面压板的整体平整度要求，使芯片在回流过程中相对位置保持不变，杜绝了回流过程中芯片偏移、短路、漂浮的可能，同时提高了芯片的平整度，改善发光及显示效果。

Description

一种多压头热压回流装置及其操作方法

技术领域

本发明属于芯片热压回流焊接技术领域，特别是涉及一种多压头热压回流装置及其操作方法。

背景技术

随着倒装芯片尺寸越来越小，需要封装的IO管脚越来越多，封装密度也越来越高，锡膏自由回流过程中由于正负极表面张力不同容易导致芯片出现偏移、短路、漂浮等问题，限制了高密度封装的一次直通率，这就使得高密度封装成本一直居高不下。另外，大平面压板在制作及回流过程中变形和翘曲的问题，基板的材料成本和工艺过程的控制成本也会大大提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多压头热压回流装置及其操作方法，能够降低对大平面压板的整体平整度要求，使芯片在回流过程中相对位置保持不变，杜绝了回流过程中芯片偏移、短路、漂浮的可能，同时还提高了芯片的平整度，改善发光及显示效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多压头热压回流装置，其包括底座、机架、热压机构和基座平台，所述机架固定在所述底座上，所述热压机构设置在所述机架的顶部，所述热压机构包括安装板、阵列排布在所述安装板上的多个压头单元以及驱动所述安装板上下移动的驱动单元，所述压头单元的上端与所述安装板连接，所述压头单元的下端设有平面压头，所述基座平台设置在所述压头单元与所述底座之间，且所述平面压头与放置在所述基座平台上的待加工的芯片基板正对。

作为本发明的优选方案，所述压头单元的下方设有柔性缓冲膜，所述柔性缓冲膜设置在所述平面压头与所述基座平台之间，所述柔性缓冲膜由收放卷轴机构驱动释放及回收。

作为本发明的优选方案，所述平面压头由高导热、低热变形材料制成，所述平面压头的四周包覆有绝热层，所述平面压头上设有加热器和冷却器，所述加热器位于靠近压头热压平面的一侧，所述冷却器位于远离压头热压平面的一侧。

作为本发明的优选方案，所述压头单元还包括用于检测平面压头压力的压力传感器以及用于检测平面压头温度的温度传感器。

作为本发明的优选方案，所述平面压头由透明材料制成，所述平面压头上设有激光发射器，所述激光发射器所发出的激光能透过所述平面压头直接对芯片加热。

作为本发明的优选方案，所述压头单元还包括所述压头单元设有用于检测平面压头压力的压力传感器。

作为本发明的优选方案，所述基座平台的上表面设有一层柔性耐高温涂层。

作为本发明的优选方案，所述基座平台上设有用于固定待加工的芯片基板的基板固定机构。

作为本发明的优选方案，所述基座平台连接有能将其送入或送出所述压头单元与所述底座之间的基座平台移动机构。

另外，本发明还提供了一种采用上面各项内容所述的多压头热压回流装置的操作方法，其包括如下步骤：

步骤一：将贴装好芯片的芯片基板放在基座平台上，并通过基板固定机构固定好位置，然后由基座平台移动机构将基座平台送至压头单元的正下方，且使平面压头与待加工的芯片基板正对；

步骤二：在待加工的芯片基板与平面压头之间放置一层柔性缓冲膜；

步骤三：通过加热器直接对平面压头进行加热，并根据实际需求设置好平面压头的温度变化曲线及压力变化曲线，然后下压；

或者，通过激光发射器直接对芯片进行加热，并根据实际需求设置好激光的功率和激光工作的时间，以及压力变化曲线，然后下压；

步骤四：热压回流一段时间，使芯片电极与焊盘电极迅速键合；

步骤五：热压回流完成后，平面压头通过冷却器进行冷却或者停止激光加热，冷却到一定温度后，平面压头抬起；将芯片基板从基座平台上取下，并在空气中冷却；收放卷轴机构驱动柔性缓冲膜移动，露出新的柔性缓冲膜，准备新一轮热压操作。

本发明实施例提供的一种多压头热压回流装置及其操作方法与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明通过设置多个压头单元，以此缩小单个平面压头的面积，防止单个大面积的压头受热膨胀变形程度大而导致压头不够平整，而且多个平面压头也能同时进行热压，不影响工作效率；由此，这样的方案缩小了一次热压面积，将一个大的基板平面划分为若干个小的热压平面，这样就降低了对大平面压板的整体平整度要求，能做到大面积、高精度的热压；另外这种带压力回流的封装方式使芯片在回流过程中相对位置保持不变，杜绝了回流过程中芯片偏移、短路、漂浮的可能，同时还提高了倒装芯片的平整度，改善发光及显示效果。该技术能够适用于Mini/Micro LED显示及背光领域，特别适用于各向异性导电焊胶、锡膏以及倒装芯片预制焊料凸点等封装键合工艺，能明显提高巨量封装过程的一次直通率，键合良率高，降低产品生产成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种多压头热压回流装置的结构示意图；

图2是压头单元的结构示意图(一)；

图3是压头单元的结构示意图(二)；

图中：

1、底座；

2、机架；

3、热压机构，31、安装板，32、压头单元，33、驱动单元，321、平面压头，322、绝热层，323、加热器，324、冷却器，325、压力传感器，326、温度传感器，327、激光发射器；

4、基座平台，41、柔性耐高温涂层，42、基板固定机构；

5、柔性缓冲膜；

6、收放卷轴机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，除非另有明确的规定和限定，本发明中采用术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1，本发明实施例提供的一种多压头热压回流装置，其包括底座1、机架2、热压机构3和基座平台4，所述机架2固定在所述底座1上，所述热压机构3设置在所述机架2的顶部，所述热压机构3包括安装板31、阵列排布在所述安装板31上的多个压头单元32以及驱动所述安装板31上下移动的驱动单元33，所述压头单元32的上端与所述安装板31连接，所述压头单元32的下端设有平面压头321，所述基座平台4设置在所述压头单元32与所述底座1之间，且所述平面压头321与放置在所述基座平台4上的待加工的芯片基板正对。

由此，本发明实施例通过设置多个压头单元32，以此缩小单个平面压头321的面积，防止单个大面积的压头受热膨胀变形程度大而导致压头不够平整，而且多个平面压头321也能同时进行热压，不影响工作效率；由此，这样的方案缩小了一次热压面积，将一个大的基板平面划分为若干个小的热压平面，这样就降低了对大平面压板的整体平整度要求，能做到大面积、高精度的热压；另外这种带压力回流的封装方式使芯片在回流过程中相对位置保持不变，杜绝了回流过程中芯片偏移、短路、漂浮的可能，同时还提高了倒装芯片的平整度，改善发光及显示效果。该技术能够适用于Mini/Micro LED显示及背光领域，特别适用于各向异性导电焊胶、锡膏以及倒装芯片预制焊料凸点等封装键合工艺，能明显提高巨量封装过程的一次直通率，键合良率高，降低产品生产成本。

示例性的，所述压头单元32的下方设有柔性缓冲膜5，所述柔性缓冲膜5设置在所述平面压头321与所述基座平台4之间。其中，该柔性缓冲膜5优选为铁氟龙膜，该柔性缓冲膜5能缓冲芯片在制作过程中的尺寸偏差，能防止焊接材料粘污到平面压头321的下表面，还能够起到保护芯片的作用，避免芯片被压头损坏。

进一步地，为实现柔性缓冲膜5换膜自动化，所述柔性缓冲膜5由收放卷轴机构6驱动释放及回收。由此，柔性缓冲膜5每完成一次热压过程后，通过收放卷轴机构6驱动柔性缓冲膜5移动，将旧的柔性缓冲膜5收起，同时露出新的柔性缓冲膜5进行下一次热压过程。

示例性的，为热压回流工艺提供热量，本实施例的压头单元32提供了两种具体实施方式：

参考图2，第一种，采用对平面压头321加热的加热方式，具体为：所述平面压头321由如钨钢、碳化硅陶瓷、钛合金、铜等高导热、低热变形材料制成，以保证平面压头321在加热时不会发生过大的形变而影响平整度；所述平面压头321的四周包覆有绝热层322，以减少热量散失，使平面压头321的热压平面上的温度尽可能保持一致，避免了热压时基板上的芯片受热不均匀；绝热层322的材料可为绝热橡胶等隔绝热量效果良好的材料；所述平面压头321上设有加热器323，所述加热器323位于靠近压头热压平面的一侧，使热量更好地集中在热压平面上，加热方式可以为加热棒、加热丝等直接加热方式；所述平面压头321上设有冷却器324，所述冷却器324位于远离压头热压平面的一侧，以保证平面压头321在热压后可迅速进行降温，冷却方式可为气冷、水冷、风冷等强制对流换热的方式。进一步地，为精确控制温度及施加压力，所述压头单元32还包括用于检测平面压头321压力的压力传感器325以及用于检测平面压头321温度的温度传感器326。

参考图3，第二种，采用对芯片加热的加热方式，具体为：所述平面压头321由透明材料制成，所述平面压头321上设有激光发射器327，所述激光发射器327所发出的激光能透过所述平面压头321直接对芯片加热。进一步地，为精确施加压力，所述压头单元32还包括所述压头单元32设有用于检测平面压头321压力的压力传感器325；而温度控制则由激光发射器327的工作功率及工作时间控制。

示例性的，所述基座平台4的上表面设有一层柔性耐高温涂层41，该柔性耐高温涂层41的材料可以为橡胶、铁氟龙、硅胶等，用于缓冲芯片基板制作过程的尺寸偏差。

示例性的，为实现芯片基板在基座平台4上的固定，所述基座平台4上设有用于固定待加工的芯片基板的基板固定机构42。该基板固定机构42可以为真空吸附机构、机械夹持机构或钢网固定机构等。

示例性的，所述基座平台4连接有能将其送入或送出所述压头单元32与所述底座1之间的基座平台移动机构(图中未指示)，如：现有的机械手。

另外，本发明还提供了一种采用上面各项内容所述的多压头热压回流装置的操作方法，其包括如下步骤：

步骤一：将贴装好芯片的芯片基板放在基座平台4上，并通过基板固定机构42固定好位置，然后由基座平台移动机构将基座平台4送至压头单元32的正下方，且使平面压头321与待加工的芯片基板正对；

步骤二：在待加工的芯片基板与平面压头321之间放置一层柔性缓冲膜5；

步骤三：通过加热器323直接对平面压头321进行加热，并根据实际需求设置好平面压头321的温度变化曲线及压力变化曲线，然后下压；

或者，通过激光发射器327直接对芯片进行加热，并根据实际需求设置好激光的功率和激光工作的时间，以及压力变化曲线，然后下压；

步骤四：热压回流一段时间(具体时间视焊接材料的性能而定)，使芯片电极与焊盘电极迅速键合；

步骤五：热压回流完成后，平面压头321通过冷却器324进行冷却或者停止激光加热，冷却到一定温度后，平面压头321抬起；将芯片基板从基座平台4上取下，并在空气中冷却；收放卷轴机构6驱动柔性缓冲膜5移动，露出新的柔性缓冲膜5，准备新一轮热压操作。

由于该操作方法是采用了上述的多压头热压回流装置的操作步骤，因此具有上述多压头热压回流装置的所有有益效果，在此也不作一一陈述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多压头热压回流装置，其特征在于，包括底座、机架、热压机构和基座平台，所述机架固定在所述底座上，所述热压机构设置在所述机架的顶部，所述热压机构包括安装板、阵列排布在所述安装板上的多个压头单元以及驱动所述安装板上下移动的驱动单元，所述压头单元的上端与所述安装板连接，所述压头单元的下端设有平面压头，所述基座平台设置在所述压头单元与所述底座之间，且所述平面压头与放置在所述基座平台上的待加工的芯片基板正对。

2.根据权利要求1所述的多压头热压回流装置，其特征在于，所述压头单元的下方设有柔性缓冲膜，所述柔性缓冲膜设置在所述平面压头与所述基座平台之间，所述柔性缓冲膜由收放卷轴机构驱动释放及回收。

3.根据权利要求1或2所述的多压头热压回流装置，其特征在于，所述平面压头由高导热、低热变形材料制成，所述平面压头的四周包覆有绝热层，所述平面压头上设有加热器和冷却器，所述加热器位于靠近压头热压平面的一侧，所述冷却器位于远离压头热压平面的一侧。

4.根据权利要求3所述的多压头热压回流装置，其特征在于，所述压头单元还包括用于检测平面压头压力的压力传感器以及用于检测平面压头温度的温度传感器。

5.根据权利要求1或2所述的多压头热压回流装置，其特征在于，所述平面压头由透明材料制成，所述平面压头上设有激光发射器，所述激光发射器所发出的激光能透过所述平面压头直接对芯片加热。

6.根据权利要求5所述的多压头热压回流装置，其特征在于，所述压头单元还包括所述压头单元设有用于检测平面压头压力的压力传感器。

7.根据权利要求1所述的多压头热压回流装置，其特征在于，所述基座平台的上表面设有一层柔性耐高温涂层。

8.根据权利要求1所述的多压头热压回流装置，其特征在于，所述基座平台上设有用于固定待加工的芯片基板的基板固定机构。

9.根据权利要求1所述的多压头热压回流装置，其特征在于，所述基座平台连接有能将其送入或送出所述压头单元与所述底座之间的基座平台移动机构。

10.一种采用权利要求1至9任一项所述的多压头热压回流装置的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将贴装好芯片的芯片基板放在基座平台上，并通过基板固定机构固定好位置，然后由基座平台移动机构将基座平台送至压头单元的正下方，且使平面压头与待加工的芯片基板正对；

步骤二：在待加工的芯片基板与平面压头之间放置一层柔性缓冲膜；

步骤三：通过加热器直接对平面压头进行加热，并根据实际需求设置好平面压头的温度变化曲线及压力变化曲线，然后下压；

或者，通过激光发射器直接对芯片进行加热，并根据实际需求设置好激光的功率和激光工作的时间，以及压力变化曲线，然后下压；

步骤四：热压回流一段时间，使芯片电极与焊盘电极迅速键合；

步骤五：热压回流完成后，平面压头通过冷却器进行冷却或者停止激光加热，冷却到一定温度后，平面压头抬起；将芯片基板从基座平台上取下，在空气中冷却；收放卷轴机构驱动柔性缓冲膜移动，露出新的柔性缓冲膜，准备新一轮热压操作。

Images