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Abstract

一种用于将多个焊料柱排列和连接到一个陶瓷基体上相应电接点的构图阵列上的装置和方法。该装置包括一个平的矩形排列板，板上设有多个通孔，该多个通孔的构图与电接点的构图相同。四个保持件分别从排列板的四个侧面上悬垂下来。这些保持件将排列板保持在陶瓷基体上方的、使得诸通孔与相应的电接点垂直对准的一个固定位置上。使焊料柱穿过通孔，从而将焊料柱放在相应接触片上的一个直立位置上。将焊料膏施加在电接点上。对排列板和基体进行加热，从而使焊料膏回熔并且浸到焊料柱和电接点上。然后使焊料膏重新固化，以在焊料柱和电接点之间形成冶金结合。

Description

在基体上排列和连接焊料柱的方法和装置
【技术领域】
本发明涉及一种用于将多个焊料柱排列、放置和连接到一个陶瓷基体上的电接点或导电片的构图阵列上的方法和装置。
【背景技术】
随着集成电路上的电子元件密度的不断增加，电子芯片所需的引线数量也随之增加。为了处理增加了的密度，现已发明出球状网格阵列封装(BGA)，其中一个或多个芯片被安装到基体的上表面上。球状网格阵列封装采用了焊料球形式的阵列，以在基体和印刷电路板之间提供电连接。这种类型的封装的一个问题在于，基体和印刷电路板两者的热膨胀系数之间可能存在着很大的差异，热膨胀系数的这种差异会造成焊料球的塑性变形。
陶瓷柱状网格阵列封装(CCGA：ceramic column grid array)可以减轻这一问题。柱状网格阵列封装采用了焊料柱形式的阵列，以在陶瓷基体和印刷电路板之间提供电连接。焊料柱通常具有大约2.55毫米的高度和0.50毫米的直径。较高的焊料柱结构提供了顺应性，以便更好地吸收陶瓷柱状网格阵列封装和印刷电路板之间不同的热膨胀率。为了将焊料柱固定到基体上，将低熔点焊料膏放在位于陶瓷基体一个表面上的导电接触片上。焊料柱被垂直地安置在相应的接触片上，这些焊料柱通常由高熔点的、额定比为90/10的铅-锡合金所构成。然后在回熔炉中对整个组合体进行加热，于是焊料膏回熔，在焊料柱和接触片之间形成机械的和电的连接。
在球状网格阵列封装的制造过程中，通常用一种真空拾取工具按所需构图来将多重焊料球拾取和放置到半导体基体上。球形的焊料球令到易于将一完整的焊料球阵列拾取和放置在基体上。而另一方面，焊料柱具有圆柱形的形状，因此，在将焊料柱安置到陶瓷基体上相应的导电片上时，必须安放在竖直位置。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种在基体上排列和连接焊料柱阵列的方法和装置，它能够快速地和同时地将焊料柱放置在对应基体上的导电片上的直立位置。
按照本发明的一个方面，提供了一种用于将多个焊料柱排列和连接到一个陶瓷基体上相应电接点的构图阵列上的装置。该装置包括一个基本上平的排列板，它具有一些能够使焊料柱垂直穿过的通孔，通孔的排列构图与电接点的相同。至少一个保持件从排列板上悬垂下来，它能够将排列板保持在陶瓷基体上方的一个固定位置使得通孔与相应的电接点垂直对准。在一个实施例中，四个保持件分别连接到矩形排列板的四侧。排列板最好由耐热材料制成，例如钛。
可以使用一个真空拾取工具来向排列板输送焊料柱阵列。在一个实施例中，真空拾取工具包括一个真空头和一个从真空头的底部延伸出的承接凸部。在承接凸部中设有一系列腔，每个腔都具有与真空源相通的真空口。腔之间彼此间隔的距离相同于排列板上相邻通孔之间的距离。
按照本发明的另一方面，提供了一种用于将多个焊料柱排列和连接到一个基体上相应电接点构图阵列上的方法。该方法的步骤包括：提供一个基本上平的排列板，板上设有构成与电接点构图相同的多个通孔。将焊料膏网板印刷或用其他方法施加在电接点上。将排列板保持在基体上方的、使得通孔与相应的电接触片垂直对准的一个固定位置上。将焊料柱穿过排列板的通孔，这样就能够将焊料柱直立地安置到电接点上。使排列板和基体穿过回熔炉，以便焊料膏回熔或熔化。然后使焊料膏重新固化，以在焊料柱和相应的电接点之间形成结合。当焊料柱固定到陶瓷基体的所有电接点上之后，从基体上拆下排列板。
通过下面对本发明优选实施例的详细说明，本发明上述的以及其它的目的、特征和优点将变得更加清楚。
【附图说明】
图1是在安装之前的、用于将焊料柱排列和固定到基体上的装置立体图；
图2～图6依次表示了将一焊料柱阵列排列和固定到陶瓷基体上相应的电接点阵列上的方法；
图7是真空拾取工具的立体图，该工具设置用来依次获取由焊料柱分配器所提供的焊料柱阵列；
图8～图10依次表示了通过真空将焊料柱阵列吸持到一系列相应腔中的方式；
图11是真空拾取工具的立体图，其中的焊料柱被保持在水平方向。
【具体实施方式】
首先参见图1，图中表示了一个整体标记为10的、用于将一焊料柱阵列排列和固定到基体上的装置。装置10包括一个基本上平的排列板12，板上具有形成一构图阵列的多个通孔14。排列板12是正方形或矩形的并且有四个侧面16，它的厚度至少为0.5毫米。排列板12最好由金属钛制成，以提供良好的耐热性。或者，排列板12也可以由其它任何适当的耐热材料制成，例如钛合金、陶瓷、不锈钢、工程塑料、碳、碳化物以及氮化物。在图示的实施例中，四个保持件18分别从排列板12的四个侧面16的中部悬垂下来。保持件18各自有一个台阶20。如图3和图4中更清楚地所示的，台阶20的尺寸和形状设置成能够与基体22的上部边缘相贴合。尽管没有表示出来，但也可以将前者替换为四个有角度的保持件，将它们安装在排列板12的四个角上。排列板12的尺寸大致与基体的尺寸相同。基体22通常由陶瓷制成。陶瓷基体22有多个导电片或接触点24，它们设置成构图与排列板12上通孔14的相同。导电片24的数量与通孔14的数量相同。
图2至图6依次表示了将一焊料柱26的阵列固定到陶瓷基体22的导电片24上的方法。具体参见图2，在所有的导电片24上都网板印刷焊料膏28。然后如图3所示，将排列板12安装到陶瓷基体24上方。保持件18使排列板12保持在陶瓷基体22上方的一个固定位置上。排列板12与陶瓷基体22垂直隔开一段距离，因此它们都不与焊料膏28相接触，因而保持件18同时起着定位件和隔离件的作用。随着排列板12安装到陶瓷基体22的上方，通孔14便与相应的导电片24垂直对准。
如图7所示，采用一个整体标记为30的真空拾取工具来向排列板12输送焊料柱阵列。在图示的实施例中，真空拾取工具30包括一个真空块或称真空头32，它由适当的(未示出的)驱动机构驱动而在焊料柱分配器34和排列板12之间运动。承接凸部36在邻近真空头32的前端处从真空头32的底部向下凸出，并且在真空头32的两个相对的侧面之间延伸。如图11清楚所示的，承接凸部36的宽度或者深度最好明显地小于焊料柱26的长度。在承接凸部36中设置了一系列的矩形腔38，矩形腔38也可以替换为半圆形或其它任何适当形状的横截面。腔38的宽度略大于焊料柱26的直径，腔38的深度大致等于焊料柱26直径的二分之一。相邻腔38之间的距离相同于排列板12上相邻通孔14之间的距离。真空头32具有与真空源42(图11)相连的内部真空通道40。一系列的真空口44设置在承接凸部36中并且与公共的真空通道40相通。
参见图8，真空拾取工具30移动到焊料柱分配器34下游端的上方，于是腔38便与各个焊料柱26对齐。如图9所示，真空拾取工具30下降，直到承接凸部36的底部与焊料柱分配器34的上表面相接触。然后对整个真空通道40和诸个真空口44抽真空，以便将焊料柱26吸到真空拾取工具30的各个腔38中。然后如图10所示，真空拾取工具30上升，离开焊料柱分配器34。此时，焊料柱26如图11所示保持在水平状态。
随着焊料柱26保持在腔38中，真空拾取工具30移动到排列板12的上方。尽管没有示出，但真空拾取工具30被转动90°，以此将焊料柱26转到垂直方向。再返回图4，随着焊料柱26与各个通孔14轴向对齐，真空被解除，以使得焊料柱26落入到通孔14中。为此，通孔14的直径略大于焊料柱26的直径。焊料柱26最终被安置在各个导电片24上。
如图5所示，通过一个输送链52使排列板12和陶瓷基体22穿过一个回熔炉50。此时，保持件18阻止了排列板12和陶瓷基体22之间的相对运动。在输送链52的上方和下方分别布置了上方加热器54和下方加热器56，以便向排列板12和陶瓷基体22施加充分的热量，这使得低熔点的焊料膏28熔化。其结果是，焊料膏28焊接到焊料柱26和导电片24上。回熔炉50中在加热器54，56的下游处设有上风扇58和下风扇60，以便使焊料膏28重新固化，在焊料柱26和相应的导电片24之间形成冶金结合。如图6所示，当排列板12和陶瓷基体22从回熔炉50中被送出后，从陶瓷基体22上拆下排列板12。重复进行上述过程，直到焊料柱26固定到所有的导电片24上，以形成一个陶瓷柱状网格阵列封装。
虽然上面以较佳实施例的方式对本发明作了描述，但应当理解，在由所附权利要求书所确定的本发明的精神和范围内，可以有各种的改进和变化。

Claims (7)

1.一种将多个焊料柱排列和连接到一个陶瓷基体上相应电接点上的构图阵列上的装置，该装置包括：
一个基本上平的排列板，它具有多个能够使焊料柱垂直穿过的通孔，该多个通孔形成的构图与电接点的构图相同；以及
至少一个从排列板上悬垂下来的保持件，它能够将所述排列板保持在所述基体上方的、使得通孔与相应的电接点垂直对准的一个固定位置上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，基体具有周边；所述的至少一个保持件具有一台阶，台阶的尺寸和形状使其能够与基体的周边相贴合。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排列板基本上是矩形的，具有四个侧面；所述排列板还包括分别从排列板的四个相应侧面上悬垂下来的四个保持件。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排列板由钛、钛合金、陶瓷、不锈钢、工程塑料、碳、碳化物或氮化物构成的组之中选出的一种耐热材料所制成。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述排列板的厚度至少为0.5毫米。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括真空拾取工具，它与所述排列板配合工作并能够向排列板输送焊料柱；所述的真空拾取工具包括一个带有底部的真空头、一个从所述真空头的底部延伸出来的承接凸部、以及设置在所述承接凸部中的一系列腔，每一腔具有与真空源相通的真空口，所述腔彼此隔开，隔开的距离与排列板上各相邻通孔之间的距离相等。
7.一种将多个焊料柱排列和连接到一个陶瓷基体上相应电接点的构图阵列上的方法，该方法包括：
提供一个基本上平的排列板，板上设有多个通孔，所述多个通孔的构图与与电接点的构图相同；
将焊料膏施加在所述电接点上；
将排列板保持在基体上方的、使得通孔与电接片垂直对准的一个固定位置上；
使焊料柱穿过排列板的通孔，以便将焊料柱直立地安置到诸电接点上；
使焊料膏熔化；
使焊料膏重新固化，以在焊料柱和相应的电接点之间形成结合；
当焊料柱连接到所有电接点上之后，从基体上拆下排列板。
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