CN1969368A - 用来分度基片和引线框架的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种与包括至少一个料盒处理器的焊线机一起用于操纵工件的装置。该装置包括:构造成从所述至少一个料盒处理器接收工件的第一传送机构;和构造成从所述至少一个料盒处理器接收工件的第二传送机构。该装置适于使得,第二传送机构准备工件用于由焊线工具进行焊线操作的工序,与利用焊线工具对另一工件进行焊线操作期间第一传送机构支撑该另一工件的工序同时地进行。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求2004年6月15日提交的美国临时专利申请No.60/579,806的优先权权利,该申请的内容以参考的方式结合在本申请中。
技术领域
本发明总的来说涉及焊线装备。更具体地,本发明涉及用来以增大的生产能力分度(index)和焊接电子部件的装置和工艺。
背景技术
现代电子装备非常依赖于在其上安装半导体芯片或集成电路(IC)的印刷电路板。芯片和基片之间的机械和电气连接给芯片设计者带来了挑战。
这些工艺中最常见的是焊线。在焊线中,多个焊垫位于基片顶面上的布线中,并且芯片安装在焊垫布线的中心,并且芯片的顶面背离基片的顶面。细引线(例如铝、铜或金引线)连接在芯片顶面上的触点和基片顶面上的触点之间。
芯片尺寸封装(CSP)给相对于包含在封装中的芯片(晶粒)的尺寸缩小半导体器件尺寸的挑战提供了解决方案。通常,CSP的尺寸介于晶粒周边尺寸的1和1.2倍之间,或者是晶粒面积的1.5倍。CSP提供了接近于裸晶粒或者倒装芯片技术的紧凑尺寸,并且提供了更大的可靠性,因为CSP无需受到倒装芯片中已知的同样热膨胀不相容性问题。
大多CSP使用其中嵌入有细且柔性引线的柔性、片状插件(例如聚酰亚胺膜或带)。当芯片安装在插件上时,插件中的细引线终止于芯片周边附近的周边端子。一个例子是微球栅阵列(MicroBGA)设计。引线将插件的周边端子重新分布至覆盖芯片内部面积的焊球盘(solder ball land)栅阵列。芯片安装在插件上,并且使用常规的焊接技术(比如超声波焊接)将插件中的多个端子焊接至芯片周边上的多个触点。一旦焊接,端子就可以利用在热循环期间允许端子由于芯片和基片之间的不同膨胀而柔性运动的弹性封装剂进行封装以便受到保护。焊球然后形成在插件顶面上的焊盘上,并且从带上切下各个芯片封装。球栅阵列能以焊接至基片所需的最小间距(其在焊球之间可以为0.5mm的量级)均匀地间隔,从而获得高密度的触点。因为插件具有覆盖芯片绝大多数表面积的球栅阵列,BGA设计就使得封装尺寸几乎与芯片本身一样小。
然而,在相对于焊线工艺使用BGA或微BGA设备中,存在着一个缺点。具体地,在使用常规的工件保持器设计时,BGA设备通常需要较长的加热时间以达到焊接温度,最终影响生产能力。而且,BGA设备没有“下端局设备(downset)”,并且夹持时没有“引线指(lead-finger)”可用。在这个创新中,以简化的方法考虑了BGA的这些方面。构建入现有的工件保持器设计以解决“下端局设备”和“引线指”夹持的机构不仅增加了设计的复杂性,而且还由于它们对于系统动力学的影响而限制了生产能力。因此,需要一种工件保持器设计,其通过具有在材料流中作为缓冲的加热条带,来确保BGA设备的充分和均匀加热、提供自动工件保持器设计的显著简化并且因此提供降低的产品成本、同时提高生产能力。
发明内容
根据本发明的一个示例性实施例,提供了一种与包括至少一个料盒处理器的焊线机一起用于操纵工件的装置。该装置包括:构造成从所述至少一个料盒处理器接收工件的第一传送机构;和构造成从所述至少一个料盒处理器接收工件的第二传送机构。该装置适于使得,第二传送机构准备工件用于焊线操作的工序与在利用焊线工具对另一工件进行焊线操作期间第一传送机构支撑该另一工件的工序同时地进行。
根据本发明的另一个示例性实施例,提供了一种用来将工件供应至使用至少一个料盒处理器的焊线机的装置。该装置包括其一部分连接至所述至少一个料盒处理器的分度器。该分度器包括第一传送机构部分、靠近第一传送机构部分的第二传送机构部分、至少一个布置在第一和第二传送机构部分下面的加热器、和至少一个布置在第一和第二传送机构部分下面以将工件维持为靠在传送机构部分的上表面上的负压装置。第一和第二传送机构部分被构造为从所述至少一个料盒处理器接收工件。该装置被构造为,当第一个工件正处于(1)由所述至少一个加热器加热、或(2)由焊线机进行焊线之中的至少一种情况下时,将第二个工件装载到第二传送机构部分上。
根据本发明的又一个示例性实施例,提供了一种线焊工件的方法。该方法包括:(1)利用焊线机的焊线工具线焊由第一传送机构部分所支撑的工件;(2)在步骤(1)期间加热由第二传送机构部分所支撑的又一工件;(3)将第二传送机构部分移动到一个位置,在该处由第二传送机构部分所支撑的所述又一工件靠近焊线工具,同时将第一传送机构部分移动到一个远离焊线工具的位置;和(4)利用焊线工具线焊由第二传送机构部分所支撑的所述又一工件。
根据本发明的再一个示例性实施例,提供了一种用来将工件供应至焊线机的方法,其包括步骤:将料盒处理器和分度器初始化至相应的第一位置;将第一个工件从料盒处理器装载到分度器的第一传送机构部分上;将料盒处理器重新定位到第二位置;重新定位分度器以便将第一个工件定位在焊线机的焊接部分内;基本上与第一个工件由焊线机焊线同时地,将第二个工件装载到分度器的第二传送机构上;将料盒处理器重新定位到第一位置;重新定位分度器以便将第二个工件定位在焊线机的焊接部分内和将第一个工件定位于卸载位置;基本上与第二个工件由焊线机焊线同时地,将第一个工件从第一传送机构卸载到料盒处理器上;将又一个工件从料盒处理器装载到第一传送机构上;将料盒处理器重新定位到第二位置;重新定位分度器以便将所述又一个工件定位在焊线机的焊接部分内;和基本上与所述又一个工件由焊线机焊线同时地,将第二个工件从第二传送机构卸载到料盒处理器上。
附图说明
在结合附图阅读时,从下面的详细描述中能最好地理解本发明。要强调的是,按照惯例,附图中的各个零件并不是按比例的。相反,各个零件的尺寸为了清楚起见被任意放大或减小。附图中包括了下述附图:
图1是本发明一个示例性实施例的透视图;
图2是图1所示示例性实施例的左视图;
图3是图1所示示例性实施例的正视图;
图4A是根据本发明的第一示例性传送机构的透视图;
图4B是根据本发明的夹具的一个可选的示例性实施例的透视图;
图5是本发明一个示例性实施例的传送机构的透视图;
图6是图5所示传送机构的正面图;
图7A是根据本发明一个实施例的第一示例性夹具的透视图;
图7B是根据本发明一个实施例的第二示例性夹具的透视图;
图8是图5所示传送机构的加热块部分的分解视图;和
图9-16示出了根据本发明一个示例性实施例的工艺循环流程。
具体实施方式
在本文中,术语“工件”指的是配置来经受焊线操作的任何设备,包括但不限于基片(例如,包括其上设有或其中集成有多个半导体器件的基片)、引线框架、半导体器件(例如晶粒、芯片)、插件、及其组合。
在本文中,术语“线焊工件”指的是将至少一个焊线或引线环应用于工件,即使工件最终将包括多个焊线或引线环。根据本发明的某些示例性实施例,焊线可(利用焊线工具)施加于在第一传送机构(或传送机构部分)上的工件,并且然后,在其它焊线施加于该工件之前,焊线可利用该焊线工具施加于第二传送机构上的另一工件。当然,本发明还设想到(利用焊线工具)将所有需要的焊线施加于在第一传送机构上的第一个工件,然后利用该焊线工具将所有需要的焊线施加于在第二传送机构上的另一个工件。
在本文中,术语“料盒处理器”指的是由此将工件给予分度器(例如,包括传送机构的分度器)的任何系统。该术语并不限于给出任何特定布置或配置的工件的系统。
图1示出了本发明一个示例性实施例的透视图。为了清楚起见,附图中未示出在处理之前和之后存储和给予/接收工件的料盒处理器。如图1所示,焊接系统100包括焊接头结构102,其包括布置在其前部的焊接头104。在焊接头104之下是安装在支撑件108上的创造性往返双工件保持器106。工件保持器106和支撑件108沿着导轨110相对于支撑基部112在Y方向上移动。在双工件保持器106在箭头Y方向上前后往返时,焊接头104仍然相对于X和Y轴保持静止。双工件保持器106包括并排布置的第一传送机构116和第二传送机构118。下面将描述传送机构116和118的细节。
图2示出了焊接系统100的左视图。如图2所示,传送机构116和118彼此间隔开以使得各个传送机构116和118的中心线理想地间隔开约4.5英寸。本发明并不限于此,因为这个距离可以按照需要来调节以符合设计时的考虑。邻近每个传送机构116和118的是一个固定的前导轨120。如图2所示,并且为了解释的目的,双工件保持器组件处于向后的位置,以使得传送机构118位于焊接工具114之下。如同能理解到的,当支撑件108的线性滑块122沿着导轨110向前移动时,传送机构118将移动远离焊接工具114,同时传送机构116朝着焊接工具114移动。这样,可分离地安装至传送机构118和116的工件(附图中未示出)就可以被焊接。
图3示出了焊接系统100的正视图,图4A是传送机构116、118之一的正面透视图,图5是传送机构116、118之一的后部透视图,图6是传送机构116、118之一的正面图。如图3、4A、5和6所示,拉动器/夹具/装填器132(用于传送机构118,也在图1中示出)和134(用于传送机构116)沿着相应传送机构116、118的前部布置。为了下面论述的目的,为了简化仅涉及拉动器/夹具/装填器132及其相关部件(例如丝杠128、颚组件148以及步进马达124),但是可以认识到,该论述同样适用于拉动器/夹具/装填器134及其相关部件(例如丝杠130、颚组件150以及步进马达126)。
拉动器/夹具/装填器132在与工件保持器106和支撑件108的行进方向正交的方向上沿着丝杠128行进。颚组件148连接至拉动器/夹具/装填器132的壳体,并且在一个示例性实施例中,布置在前导轨120和平板加热件152的侧面之间。步进马达124由连接件156连接至丝杠128的一端。在操作中,当步进马达124被致动时,在一端处由轴承支撑件140所支撑的丝杠128旋转从而将拉动器/夹具/装填器132沿着丝杠128朝着附图右侧移动(参见例如图4A和6)。如同下面将进一步描述的,颚组件148用来抓在来自一批工件的工件的一部分上。因而,在拉动器/夹具/装填器132沿着丝杠128移动时,工件将沿着平板加热件152的表面移动,最终用来由焊接工具114所焊接。相反地,要排出工件,步进马达124以相反的方向运转,以便将工件朝着供应料盒(未示出)返回移动。再参照图5,后导轨144可沿Y方向调节以适应于各种宽度的工件。下面将参照图8对平板加热件152、514进行详细描述。
尽管图4A和6中示出了步进马达和丝杠,但本发明并不限于此,因为可以想到,例如滑轮和皮带组件也可以用来按照希望移动拉动器/夹具/装填器132。这种方法在图4B中示出。如图4B所示,拉动器/夹具/装填器132通过皮带扣180连接至具有同步带182的步进马达124。在操作中,当步进马达124被致动时,滑轮186转动,这就使同步带182(和滑轮184)移动,从而沿着滑轨188导向拉动器/夹具/装填器132。要将拉动器/夹具/装填器132返回至其初始位置,则将步进马达124反转。
图7A是拉动器/夹具/装填器132、134的第一示例性实施例的透视图。如图7A所示,拉动器/夹具/装填器132、134包括相对彼此布置的固定上颚402和可动下颚404。固定上额402具有沿着其一部分长度布置的夹紧点或齿420。这些夹紧点或齿420以及可动下颚404的表面根据需要接触工件,比如球栅阵列(BGA)组件或引线框架,以沿着传送机构移动该工件。固定上颚402连接至固定支架418的顶部。可动的支架臂410与固定支架418间隔开并由上板簧406和下板簧408连接至固定支架418。板簧406和408允许可动支架410相对于固定支架418在Z方向(如双箭头所示)上铰接。这样,连接至可动支撑臂410的可动下颚404同样将相对于固定上颚402在Z方向上移动,从而允许BGA或引线框架按照希望被上和下颚402、404所夹紧。
在一个示例性实施例中,为了实现可动支撑臂410和可动下颚404的运动,使用了致动器416,比如螺线管或音圈马达。在该示例性实施例中,致动器416布置在下板簧408的上表面(upperservice)上并且连接至梁412,该梁又连接至可动支撑臂410。在致动器416致动时,梁412被拉动更靠近致动器416的框架,这就使支撑臂410在Z方向上向下移动,这又将下颚404移动远离固定上颚402,从而在可动下颚402和夹紧点420之间打开一个间隙,以使得一个工件,比如BGA组件或引线框架,可置于上和下颚402、404的开口之间。一旦引线框架或BGA组件(未示出)就位,致动器416被去电,从而移动颚404更靠近固定上颚402,以使得BGA或引线框架被夹紧在固定上颚402和可动下颚404之间。
现在参照图7B,其中示出了第二示例性的拉动器/夹具/装填器132。如图7B所示,该示例性的拉动器/夹具/装填器132用来与图4B所示的皮带驱动系统一起使用并且包括:连接至上支架424的固定夹爪402、连接至下支架422的可动下颚404、连接在下支架422和上支架424之间的板簧406,408、连接至上支架424的皮带扣180、连接至上支架424的滑块426以及布置在上支架424和下支架422之间的致动器416。在操作中,滑块426连接至滑轨188(在图4B中示出)并沿着其移动。夹爪组件402、404的操作类似于上面相对于图7A所述的实施例,因此这里不再重复。
现在参照图8,示出了平板加热件152的分解透视图。如图8所示,加热件152包括加热顶板200(优选地由轻金属制成,比如铝)、加热底板206(也由轻金属制成,比如铝)、布置在加热顶板200和加热底板206之间的加热器202、以及布置在加热底板206下面的绝缘板208(希望由陶瓷材料形成)。在一个示例性实施例中,加热器202希望地由箔型电阻加热元件以平状构造形成。另外,为了实现在工件沿着加热件152移动时希望的温度斜升和斜降,加热器202被构造为阶梯状,比如预热段202a、焊接位置加热段202b、以及焊接后段202c。尽管示出了三个加热器202a、202b、202c,但是可以想到,也可以使用单个加热器来完成这些功能。
在工件被拉动器/夹具/装填器132沿着平板加热件152的表面拉动时,平板加热件152的第一段将预热工件以准备焊接。在工件进一步沿着平板加热件152的表面移动时,工件将经受更高的温度以准备由焊接头104焊接(参见图1)。为了在焊接期间将工件维持就位,平板加热件152的表面包括接收负压源(未示出)的负压区域210、212、214。在一个示例性实施例中,负压区域210、212、214部分地延伸入预热段和加热后段。在一个示例性实施例中,负压源经由进口管204连接至加热底板206的中间部分。每个进口管以流体密封的方式与相应的一个负压区域210、212、214相连接。
在操作中,当工件就位用以焊接时,负压施加于工件的下部以将其相对于加热顶板200的表面保持就位。这用作两个目的。一个是确保在焊接期间足够的热传递至工件,第二个是防止工件在焊接期间移动。一旦工件上的焊接完成,就去除负压并且将工件朝着平板加热件152的焊接后部分移动,以允许工件在进一步处理之前逐渐冷却下来。
如同能理解到的,对于利用基片或其它类型的连接件而彼此相结合的工件,在第一个工件被焊接时,后续的工件被预热。一旦完成了第一个工件的焊接,在第一个工件移动远离焊接位置时,后续的工件被移动就位并且施加负压以焊接这个后续工件。这个工序按需要继续,直到所有的工件都被焊接或者工序被终止。这个工序在图9-16中最好地示出并且在下面进行描述。
现在参照图9,在初始配置中,料盒处理器300给出工件302,该工件302具有多个将要被拉入双工件保持器106前传送机构118的器件。然后用拉动器/夹具/装填器132(附图中未示出)将工件302沿着前传送机构118的表面移动。在设备302被沿着前传送机构118移动时,其在焊接之前被预热。为了简单起见,对于本描述假定后传送机构116最初是空的。
如图10所示,料盒处理器300和双工件保持器106被向后重新定位到第二个位置,以使得前传送机构118被定位在焊接头104下面。在处理工件302时,第二个工件304由拉动器/夹具/装填器132(附图中未示出)装载到后传送机构116上以将其在焊接之前预热。
如图11和12所示,一旦工件302的最后一个器件被焊接,双工件保持器106就向前移动以便将传送机构116定位在焊接头104下面。如图12所示,在处理工件304时(从左向右移动),工件302由拉动器/夹具/装填器132卸载入料盒处理器300以便进一步处理。这两个工序基本上彼此同时地发生(如果不是完全同时的话)。而且,并且如上所述,在工件302被卸载时,其在穿过加热平板152的后加热段和预热段时受到受控的冷却。
如图13所示,在处理工件304时,第三个工件306由拉动器/夹具/装填器132装载到前传送机构118上,以便在焊接之前预热。
如图14-16所示,一旦工件304的最后一个器件被焊接,双工件保持器106就向后移动以便将传送机构118定位在焊接头104下面。如图15所示,在处理工件306时(从左向右移动),工件304由拉动器/夹具/装填器134卸载入料盒处理器300以便进一步处理。这两个工序基本上彼此同时地发生(如果不是完全同时的话)。而且,并且如上所述,在工件304被卸载时,其在穿过加热平板152的后加热段和预热段时受到受控的冷却。接着,并且如图16所示,在对工件306继续进行处理时,另一工件308正被装载到后传送机构116上以便处理。
这个工序可根据需要重复,直到料盒保持器300中包含的所有工件都被焊接。因而,如同能理解到的,示例性的系统和工艺增大了BGA和/或引线框架设备的生产能力。
尽管已经主要针对两个平行的传送机构(例如传送机构116和118)示出了本发明,但是本发明并不限于此。传送系统的可选布置(例如非平行的)也在本发明的范围内。而且,本发明并不限于两个传送机构。例如,在某些布置中,针对焊线系统布置三个或更多传送机构也是实际的和有效的。
尽管这里已经结合具体实施例示出和描述了本发明,但是本发明并不限于所示的细节。而是,在权利要求的等同概念的范围内以及在不偏离本发明之下,能在细节上作出很多变型。
Claims (18)
1.一种与焊线机一起用于操纵工件的装置,该焊线机包括至少一个料盒处理器和焊线工具,该装置包括:
构造成从所述至少一个料盒处理器接收工件的第一传送机构;和
构造成从所述至少一个料盒处理器接收工件的第二传送机构,该装置适于使得,第二传送机构准备工件用于由焊线工具进行焊线操作的工序,与在利用焊线工具对另一工件进行焊线操作期间第一传送机构支撑该另一工件的工序同时地进行。
2.如权利要求1的装置,其中第一传送结构和第二传送机构都被构造为在(1)靠近焊线工具用于焊线操作的第一位置、和(2)远离焊线工具的第二位置之间运动。
3.如权利要求1的装置,还包括至少一个布置在第一传送结构和第二传送机构下面的加热器,并且其中该装置适于使得第二传送机构通过(1)加热工件或(2)定位工件中的至少一种来准备工件。
4.如权利要求1的装置,其中该装置适于使得,第一传送机构准备第一个工件用于由焊线工具进行焊线操作的工序,与在利用焊线工具对第二个工件进行焊线操作期间第二传送机构支撑所述第二个工件的工序同时地进行。
5.如权利要求1的装置,还包括滑轨机构,其用来给该装置提供相对于焊线机基本上水平的运动。
6.如权利要求1的装置,还包括:第一夹紧装置,其可动地连接至第一传送机构,并且构造成夹紧第一个工件并且沿着第一传送机构移动所述第一个工件;以及第二夹紧装置,其可动地连接至第二传送机构,并且构造成夹紧第二个工件并且沿着第二传送机构移动所述第二个工件。
7.一种用来将工件供应至使用至少一个料盒处理器的焊线机的装置,该装置包括:
其一部分连接至所述至少一个料盒处理器的分度器,该分度器包括:
第一传送机构部分,
靠近第一传送机构部分的第二传送机构部分,
至少一个布置在第一和第二传送机构部分下面的加热器,和
至少一个负压装置,其布置在第一和第二传送机构部分下面,以将工件维持为靠在传送机构部分的上表面上;以及
第一和第二传送机构部分被构造为从所述至少一个料盒处理器接收工件;
其中该装置被构造为,当第一个工件处于(1)由所述至少一个加热器加热,或(2)由焊线机进行焊线,之中的至少一种情况下时,将第二个工件装载到第二传送机构部分上。
8.如权利要求7的装置,其中该装置被构造为循环地移动第一传送机构部分和第二传送机构部分,以使得在一个周期期间,(1)第一传送机构部分被移动到第一位置,在该处第一传送机构部分上的工件由焊线机进行焊线,并且第二传送机构部分被移动到第二位置以从所述至少一个料盒处理器接收又一工件,和(2)第二传送机构部分被移动到第一位置,在该处第二传送机构部分上的工件由焊线机进行焊线,并且第一传送机构部分被移动到第二位置以再次从所述至少一个料盒处理器接收又一工件。
9.如权利要求7的装置,还包括滑轨机构,其用来给该分度器提供相对于焊线机基本上水平的运动。
10.如权利要求7的装置,还包括:第一夹紧装置,其可动地连接至第一传送机构部分,并且构造成夹紧工件并且沿着第一传送机构部分移动所述工件;以及第二夹紧装置,其可动地连接至第二传送机构部分,并且构造成夹紧又一工件并且沿着第二传送机构部分移动所述又一工件。
11.一种使用焊线机和焊线工具来线焊工件的方法,该方法包括:
(1)利用焊线机的焊线工具线焊由第一传送机构部分所支撑的工件;
(2)在步骤(1)期间加热由第二传送机构部分所支撑的又一工件;
(3)将第二传送机构部分移动到一个位置,在该处由第二传送机构部分所支撑的所述又一工件靠近焊线工具,同时将第一传送机构部分移动到一个远离焊线工具的位置;和
(4)利用焊线工具线焊由第二传送机构部分所支撑的所述又一工件。
12.如权利要求11的方法,其中步骤(2)还包括:(a)将由第二传送机构部分所支撑的工件定位于第二传送机构部分上的预定位置,或(b)将负压施加于由第二传送机构部分所支撑的工件,之中的至少一个。
13.如权利要求11的方法,还包括:
(5)在步骤(3)之后,在第一传送机构部分接收将由第一传送机构部分所支撑的再一工件;
(6)在步骤(5)之后,将所述再一工件定位于第一传送机构部分上的预定位置;
(7)在步骤(5)之后,加热第一传送机构部分上的所述再一工件;和
(8)在步骤(4)之后,利用焊线工具线焊所述再一工件。
14.一种用来将工件供应至焊线机的方法,该方法包括:
a)将料盒处理器和分度器初始化至相应的第一位置;
b)将第一个工件从料盒处理器装载到分度器的第一传送机构部分上;
c)将料盒处理器重新定位到第二位置;
d)重新定位分度器以便将第一个工件定位在焊线机的焊接部分内;
e)基本上与第一个工件由焊线机焊线同时地,将第二个工件装载到分度器的第二传送机构上;
f)将料盒处理器重新定位到第一位置;
g)重新定位分度器,以便将第二个工件定位在焊线机的焊接部分内和将第一个工件定位于卸载位置;
h)基本上与第二个工件由焊线机焊线同时地,将第一个工件从第一传送机构卸载到料盒处理器上;
i)将又一个工件从料盒处理器装载到第一传送机构上;
j)将料盒处理器重新定位到第二位置;
k)重新定位分度器,以便将所述又一个工件定位在焊线机的焊接部分内;和
l)基本上与所述又一个工件由焊线机焊线同时地,将第二个工件从第二传送机构卸载到料盒处理器上;
15.如权利要求14的方法,还包括根据需要重复步骤e)至l)。
16.如权利要求14的方法,还包括:在第一个工件定位在焊线机的焊接部分内之后,将负压施加于第一个工件。
17.如权利要求16的方法,还包括:随着所述第一个工件的各个部分被移入和远离焊线机的焊接部分,依次地从所述第一个工件去除负压和再向其施加负压。
18.如权利要求16的方法,还包括:在步骤h)之前,从所述第一个工件上去除负压。
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