CN203205388U - 一种倒装键合设备中用于各向异性导电胶的热压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热压装置，用于倒装键合设备中对导电胶进行热压，其特征在于，该热压装置包括：压头组件（2），用于对导向胶进行热压；导向组件（1），其设置在一支撑基座（4）上，所述压头组件（2）设置在该导向组件（1）上，所述压头组件（2）通过该导向组件（1）进行导向移动以完成热压；驱动组件（5），其设置在所述导向组件（1）一侧，用于驱动所述导向组件（1）直线移动，以实现其对压头组件（2）的导向移动。本实用新型的装置能够方便的实现热压工艺中的热压过程，并且具备压力稳定性和精度好，热压的精度高，结构紧凑等优点。

Description

一种倒装键合设备中用于各向异性导电胶的热压装置

技术领域

本实用新型属于倒装芯片封装键合技术领域，具体涉及一种用于倒装键合设备的热压装置，适用于热压工艺中各向异性导电胶的热压固化。

背景技术

倒装芯片(Flip chip)是一种含有电路单元的无引脚结构芯片，其通过适当数量的位于其面上的锡球(导电性粘合剂所覆盖)实现在电气上和机械上连接于电路。倒装芯片是在I/Opad上沉积锡铅球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷板相结合，此技术已替换常规的打线接合，逐渐成为未来封装潮流。近几年来，Flip-Chip已成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的封装形式。Flip-Chip封装技术的应用范围日益广泛，封装形式更趋多样化，对Flip-Chip封装技术的要求也随之提高。倒装芯片的芯片有源区面对基板，通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连，硅片直接以倒扣方式安装到PCB从硅片向四周引出I/O，互联的长度大大缩短，减小了RC延迟，有效地提高了电性能。在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装，与其他的技术相比，在尺寸、外观、柔性、可靠性、以及成本等方面有很大的优势。

近年来，倒装芯片中用到的锡球慢慢被导电胶代替，导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂,它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分，通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起，形成导电通路，实现被粘材料的导电连接。由于导电胶的基体树脂是一种胶黏剂，可以选择适宜的固化温度进行粘接，如环氧树脂胶黏剂可以在室温至150℃固化，远低于锡铅焊接的200℃以上的焊接温度，这就避免了焊接高温可能导致的材料变形、电子器件的热损伤和内应力的形成。同时，由于电子元件的小型化、微型化及印刷电路板的高密度化和高度集成化的迅速发展，铅锡焊接的0.65mm的最小节距远远满足不了导电连接的实际需求，而导电胶可以制成浆料，实现很高的线分辨率。而且导电胶工艺简单，易于操作，可提高生产效率，也避免了锡铅焊料中重金属铅引起的环境污染。所以导电胶是替代铅锡焊接，实现导电连接的理想选择。目前导电胶已广泛应用于液晶显示屏（LCD）、发光二极管（LED）、集成电路(IC)芯片、印刷线路板组件(PCBA)、点阵块、陶瓷电容、薄膜开关、智能卡、射频识别等电子元件和组件的封装和粘接。

各向异性导电胶（ACAs，AnisotropicConductiveAdhesives）指在一个方向上如Z方向导电，而在X和Y方向不导电的胶黏剂。一般来说ACA的制备对设备和工艺要求较高，比较不容易实现，较多用于板的精细印刷等场合，如平板显示器（FPDs）中的板的印刷。

倒装芯片技术中各向异性导电胶需要通过热压装置利用热压工艺来实现。现有技术中的一种热压装置的结构，其利用气缸作为动力源，驱动压头在导轨上实现Z向移动，其中压头固定于导向柱上，导向柱固定在导轨上，同时用弹簧套于导向柱上，通过弹簧的压缩完成热压过程。上述装置存在几点不足：1、气缸作为动力源，压力不能精确的控制；2、单个弹簧的弹性系数并不稳定，在压缩过程中，压力精度不高；3、仅运用单个导轨，滑块在运动过程中容易出现左右晃动，影响试验精度。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种用于各向异性导电胶倒装键合设备的热压装置，该装置能够方便、高效率地实现芯片的热压，同时具备结构紧凑、热压精度高的优势，而且其具有开放式的平台，便于标签的安放。

按照本实用新型的一个方面，提供一种热压装置，用于倒装键合设备中对导电胶进行热压，该热压装置通过采用单轴机器人提供动力，并采用步进电机作为动力源，压缩弹簧产生压力，以防止压力的突变。

该热压装置包括：

压头组件，用于对导向胶进行热压；

导向组件，其设置在一支撑基座上，所述压头组件设置在该导向组件上，所述压头组件通过该导向组件进行导向移动以完成热压；

驱动组件，其设置在所述导向组件一侧，用于驱动所述导向组件直线移动，以实现其对压头组件的导向移动。

作为本实用新型的改进，所述的导向组件还具有转接板，其与所述滑块固定连接，所述压头组件固定安装在该转接板上。

作为本实用新型的改进，所述的导向组件还具有用作支撑架的U型板，其包括位于中间的背板和垂直设置在该背板两端的挡板，所述直线滑轨设置在所述背板上。

作为本实用新型的改进，所述的导向组件还具有光轴，其为对称的且与所述直线导轨轴线平行布置的两根，各光轴的一端固定在上述U型板的其中一个挡板上，另一端穿过所述转接板上的孔后伸出，所述转接板可相对所述光轴轴向移动，用于在转接板滑动时对其导向。

作为本实用新型的改进，所述的两光轴上套接有弹簧，弹簧一端抵接在转接板端面，另一端抵接在光轴固定端的挡板上，用于压头组件在热压时进行缓冲并推动所述转接板和滑块沿所述直线滑轨反向移动。

作为本实用新型的改进，所述的导向组件还具有一阶梯轴，其直径较小的一端穿过上述U型板的另一个挡板后与所述转接板固定连接，用于对所述转接板的反向移动进行导向。

作为本实用新型的改进，所述的台阶轴上套接有弹簧，用于所述转接板的反向移动时进行缓冲，并可通过该弹簧实现对所述转接板的预紧。

作为本实用新型的改进，所述压头组件包括连接板，固定设置在连接板下部的上连接块，与所述上连接块通过隔热板隔热连接的下连接块，所述连接板内容置有磁铁，其用于与转接板下端磁性连接，所述下连接块下端设置有压头。

作为本实用新型的改进，所述驱动组件优选为单轴机器人。

本实用新型中的导向组件设置在驱动组件的右侧，包括固定在单轴机器人滑块上的U型背板、从上到下依次安装在U型背板上的阶梯轴，直线导轨及滑块、聚氨酯挡块、以及安装在背板下端的光轴和套在光轴上的转接板，其中聚氨酯挡块设置在直线导轨的两端，阶梯轴与转接板通过螺纹连接固定，光轴在U型背板底部对称布置。

本实用新型所述的压头组件设置在导向组件的下侧，包括与所述转接板相连的磁铁、从上往下依次为固定磁铁的连接块、上连接块、对称布置的隔热板、连接隔热板的下连接块以及工作用的压头和温度传感器等，其中温度传感器安装于压头内。

本实用新型所述的弹簧组件设置于导向组件的中间，包括套于所述阶梯轴上的上弹簧和套于所述光轴上的下弹簧，其中上下弹簧的弹性系数不同，两组弹簧形成的弹性结构的有效弹性系数由两组弹簧的弹性系数串联得到，该有效弹性系数受弹簧压缩量或者温度变化的影响较小。

本实用新型所述的驱动组件设置在支撑基座的上侧，包括电机、与电机输出轴相连接的联轴器、与联轴器相连的法兰盘以及安装在法兰盘下端的单轴机器人。

本实用新型所述的滑块、直线导轨为直线运动导向机构，滑块通过转接板连接压头，同时两根光轴也在转接板内滑动。

本实用新型在阶梯轴、轴与孔之间的相对滑动中，均设置有无油衬套。

本实用新型所述的弹簧是可以更换的，可以使用不同弹性系数的弹簧进行试验。

本实用新型所述的压头组件为一个独立的模块，通过磁铁进行连接固定。

按照本实用新型的热压装置与现有技术相比，具备以下的优点：

（1）由于单个弹簧的弹性系数并不稳定，本实用新型使用上下两组弹性系数不同的弹簧来控制压力，两组弹簧形成的弹性结构的有效弹性系数由两组弹簧的弹性系数串联得到，该有效弹性系数受弹簧压缩量或者温度变化的影响较小，可以方便地实现小于0.1N的压力控制精度。

（2）如果仅使用直线导轨和滑块作为导向机构，滑块在运动过程中容易左右晃动，给实验带来影响，本实用新型在直线导轨和滑块的基础上，增加两个导向轴，减少了滑块在运动中的左右晃动，保证了压头在实验过程中的直线性，避免了由于压头偏置给实验带来的误差；

（3）通过单轴机器人驱动，保证了运动的直线性；

（4）利用轴和无油衬套的相对滑动，代替轴和孔的直接相对滑动，减小了摩擦，延长了整个机构的使用寿命；

（5）弹簧是可更换的，使用不同弹性系数的弹簧，可以实现不同压力下的实验要求；

（6）U型背板整体采用了U型的设计，同时在下方设计U型槽，使得整个热压装置的结构变得更紧凑，减小了压头组件和直线导轨之间的距离，提高了导向性；

（7）热压头为一个独立模块，利用磁铁进行安装固定，安装方便，可更换性好。

附图说明

图1是本实用新型实施例的热压装置的整体结构示意图；

图2是图1中所示导向组件的组成结构示意图；

图3是图1中所示压头组件的组成结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本实施例的热压装置的整体结构示意图，如图1所示，该装置包括导向组件1、压头组件2、弹簧组件3、支撑基座4、驱动组件5。

导向组件1设置在驱动组件5的一侧（在图1中为右侧），用于保证压头组件2运动的直线性。压头组件2设置在导向组件1的下方，通过驱动组件5驱动以及导向组件1的导向，在垂直方向做直线运动，由此完成热压试验。弹簧组件3设置在导向组件1的中间，用于支撑压头组件2的自重以及实现实验过程中的压缩；同时由于单个弹簧的弹性系数并不稳定，本实施例中的弹簧组件3由上下两组弹性系数构成。两组弹簧形成的弹性结构的有效弹性系数由两组弹簧的弹性系数串联得到。该有效弹性系数受弹簧压缩量或者温度变化的影响较小，可以方便地实现小于0.1N的压力控制精度。驱动组件5设置在支撑基座4的上侧，用于对导向组件1提供驱动动力，保证热压过程中导向组件1的运动一维性。

如图2中具体所示，本实施例的导向组件1包括阶梯轴101、U型背板102、转接板103、光轴104、直线导轨105、滑块106和聚氨酯挡块107。其中，直线导轨105通过螺钉安装在背板102上的长方形凸台上，滑块106安装在直线导轨105上，滑块106上通过螺钉连接转接板103，转接板103下端通过磁铁连接压头组件2，滑块106和直线导轨105构成导向机构，驱动压头组件2做直线运动，同时转接板103在光轴104上能滑动，减少了滑块106在直线导轨105上的左右晃动，保证了压头运动的直线性。长方形凸台两端通过螺钉安装聚氨酯挡块107，防止滑块106在运动过程中超出行程。光轴104为两个，通过轴底部的螺纹对称布置在U型背板102的底端，两光轴上分别套有下弹簧。转接板103套在两光轴104上，由下弹簧支撑其自重，其中转接板103内安装有无油衬套，通过光轴104和无油衬套的相对滑动，使得压头组件2能实现上下运动，同时延长了结构的寿命。阶梯轴101通过底部的螺纹连接在转接板103上的螺纹孔内，其中的光轴部分套有上弹簧，上弹簧的弹性系数是可变化的，使用不同弹性系数的上弹簧可以实现不同压力下的试验要求。在实验前通过拧动阶梯轴101对上弹簧进行预紧压缩，使上弹簧处于微压缩状态。同时阶梯轴101的上端光轴部分和U型背板102进行相对滑动，满足压头在运动过程中上弹簧的压缩需要，同样在U型背板上端的孔内也安装有无油衬套，起延长机构的寿命作用。

如图3中具体所示，压头组件2包括磁铁201、连接板202、上连接块203、压头204、温度传感器205、下连接块206和隔热板207。其中，磁铁201一端吸附在转接板103下端，一端安装在连接块202上的圆孔内，使压头组件2和导向组件1固定连接。连接块202固定在上连接块203上，隔热板207通过螺纹对称布置在上下连接块之间，在实验过程中起隔热作用，避免高温对实验的影响。压头204固定在下连接板206上，温度传感器205放置于压头204内，便于实时监控实验过程中温度的变化情况。

工作时，首先拧动阶梯轴101使上弹簧处于微压缩状态，将需要压制的芯片放于工作台上，启动电源，整个U型背板102在单轴机器人的驱动下向下运动，同时压头2在导向组件1的辅助下，运动时的直线性非常高。当压头204碰到下压头时，由于压力作用，转接板103和压头组件2往上运动，同时滑块106在直线导轨105上向上滑动，光轴104在无油衬套内滑动，既保证了压头的直线性，又延长了机构的寿命。此时上弹簧在微压缩的前提下，再次压缩。当上弹簧压缩到工作压力时，停顿数秒，接着，单轴机器人带动整个U型背板102向上运动，恢复到初始位置，完成热压过程，整个试验中U型背板在单轴机器人的驱动下，运动的直线性高，再加上导向组件的导向作用，整个过程中压头运动的直线性非常好，同时通过双弹簧结构实现对压力的精确控制，可以实现高精度的试验。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热压装置，用于倒装键合设备中对导电胶进行热压，其特征在于，该热压装置包括：

压头组件（2），用于对导向胶进行热压；

导向组件（1），其设置在一支撑基座（4）上，所述压头组件（2）设置在该导向组件（1）上，所述压头组件（2）通过该导向组件（1）进行导向移动以完成热压；

驱动组件（5），其设置在所述导向组件（1）一侧，用于驱动所述导向组件（1）直线移动，以实现其对压头组件（2）的导向移动。

2.根据权利要求1所述的一种热压装置，其中，所述的导向组件（1）包括用作支撑架的U型板（102）和可随该U型板（102）移动的转接板（103），所述压头组件（2）与所述转接板（103）连接，所述驱动组件（5）通过驱动所述U型板（102）和转接板（103）移动，进而实现驱动所述压头组件（2）移动。

3.根据权利要求2所述的一种热压装置，其中，所述U型板（102）包括位于中间的背板和垂直设置在该背板两端的挡板，其中该背板上固定设置有直线滑轨（105）和可相对该直线滑轨（105）滑动的滑块（106），所述转接板（103）与该滑块（106）固定连接，所述转接板（103）通过该滑块（106）实现随该U型板（102）移动。

4.根据权利要求3所述的一种热压装置，其中，所述的导向组件（1）还具有光轴（104），其为对称布置的且与所述直线滑轨（105）轴线平行的两根，各光轴（104）的一端均固定在上述U型板（102）的其中一个挡板上，另一端穿过所述转接板（103）上的孔后伸出，所述转接板（103）可相对所述光轴（104）轴向移动，用于在转接板（103）带动压头组件（2）移动时对其导向。

5.根据权利要求4所述的一种热压装置，其中，所述的两光轴（104）上分别套接有弹簧，弹簧一端抵接在转接板（103）侧面，另一端抵接在光轴（104）固定端的挡板上，用于压头组件（2）在热压时进行缓冲并推动所述转接板（103）和滑块（106）沿所述直线滑轨实现（105）反向移动。

6.根据权利要求5所述的一种热压装置，其中，所述的导向组件（1）还具有一阶梯轴（101），其直径较小的一端穿过上述U型板（102）的另一个挡板后与所述转接板（103）固定连接，用于对所述转接板（103）的反向移动进行导向。

7.根据权利要求6所述的一种热压装置，其中，所述的阶梯轴（101）上也套接有弹簧，用于所述转接板（103）的反向移动时进行缓冲，并可通过该弹簧实现对所述转接板（103）的预紧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种热压装置，其中，所述压头组件（2）包括连接板（202），固定设置在该连接板（202）下部的上连接块（203），与所述上连接块（203）通过隔热板（207）隔热连接的下连接块（206），所述连接板（202）内容置有磁铁（201），其用于与转接板（103）下端磁性连接，所述下连接块（206）下端设置有压头。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的一种热压装置，其中，所述驱动组件（5）优选为单轴机器人。

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