DE60020090T2 - Verfahren und vorrichtung zum auftragen von kugeln in die öffnungen eines kugelbehälters - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Füllvorrichtung und ein Verfahren zum Füllen von Kugeln, insbesondere Lotkugeln in die Öffnungen eines Kugelaufnahmeelements, insbesondere eine Maske oder Schablone zur Anwendung als eine Kugelrasteranordnung.
  • Bei der immer weiter fortschreitenden Integrierung elektronischer Chips kommen immer mehr Kugelrasteranordnungspakete zur Anwendung, zum Beispiel als hochdichte Eingabe/Ausgabe-Chipträger.
  • Eine bekannte Füllvorrichtung zum Füllen von Lotkugeln in die Öffnungen einer Maske oder Schablone zur Anbringung auf einem Substrat als eine Kugelrasteranordnung ist zum Beispiel in der US-A-5655704 offenbart.
  • Eine solche Füllvorrichtung, die schematisch in 1 dargestellt ist, umfasst einen Behälter 1, der eine Öffnung 2 an dessen unterer Oberfläche aufweist und einen Vorrat an Lotkugeln 3 enthält. Der Behälter 1 ist über der oberen Oberfläche eines Kugelaufnahmeelements 5 beweglich angeordnet, das eine Anordnung von Öffnungen 7 aufweist, die das Muster der erforderlichen Kugelrasteranordnung definieren. Das Kugelaufnahmeelement 5 ist über einem Substrat 9, typischerweise aus einem Keramik- oder Kunststoffmaterial, angeordnet, das eine Anordnung von Kontaktplättchen 11 aufweist, die jeweils eine Klebeschicht 13 haben, typischerweise aus einem Flussmittel, das dort zum Festhalten einer Lotkugel 3 vor der Verflüssigung des Lots vorgesehen ist. In der Verwendung ist unter dem Kugelaufnahmeelement 5 ein Substrat 9 angeordnet, so dass die Kontaktplättchen 11 auf ihm in Ausrichtung mit den Öffnungen 7 des Kugelaufnahmeelements 5 gebracht werden. Der Behälter 1 wird dann (wie durch den Pfeil A angezeigt) über den Bereich des Kugelaufnahmeelements 5 gebracht, der eine Anordnung von Öffnungen 7 aufweist, so dass Lotkugeln 3 die Öffnungen 7 füllen können. Während der Behälter 1 von der Anordnung von Öffnungen 7 entfernt ist, wird das Substrat 9 unter dem Kugelaufnahmeelement 5 entfernt, wobei die Lotkugeln 3 durch die Klebeschichten 13 in ihrer Position gehalten werden, und dann in einem Ofen erwärmt, um eine Verflüssigung des Lots zu verursachen.
  • Eine solche Füllvorrichtung erfüllt zwar ihre Funktion, doch hat diese Füllvorrichtung eine Anzahl von Problemen, welche den Befüllungswirkungsgrad verringern. Ein beträchtliches Problem entsteht dadurch, dass eine große Menge von Lotkugeln im Behälter enthalten sein müssen, damit über dem gesamten Bereich der Öffnung des Behälters eine ausreichende Versorgung von Lotkugeln sichergestellt ist. Das Vorsehen einer solchen großen Menge von Lotkugeln als mehrere Schichten führt während einer Bewegung des Behälters zu Kräften, die eine relativ große waagrechte Komponente haben, zwischen nebeneinanderliegenden Lotkugeln, den Lotkugeln und dem Behälter sowie den Lotkugeln und dem Kugelaufnahmeelement.
  • Die Existenz dieser Kräfte verringert den Befüllungswirkungsgrad der Füllvorrichtung beträchtlich, da sich die waagrechte Komponente dieser Kräfte so auswirkt, dass sie die Lotkugeln daran hindert, unter dem Einfluss der Schwerkraft frei in die Öffnungen zu fallen. So ist nun ersichtlich, dass eine Behinderung der senkrechten Bewegung der Lotkugeln den Befüllungswirkungsgrad verringert, da der Zeitraum, in dem die Lotkugel und eine Öffnung in entsprechender Ausrichtung sind, um es der Lotkugel zu ermöglichen, in die Öffnung einzutreten, sehr kurz ist, typischerweise in der Größenordnung von wenigen Millisekunden. Tatsächlich ist es bei einer solchen Füllvorrichtung nicht ungewöhnlich, insbesondere bei Querbewegungen, die schneller als 10 mm/s sind, dass nach einer Querbewegung der Füllvorrichtung über dem Kugelaufnahmeelement viele Öffnungen leer bleiben. Ein solcher schlechter Befüllungswirkungsgrad ist höchst unerwünscht, da zur Erzielung einer vollständigen Befüllung entweder mehrere Querbewegungen der Füllvorrichtung bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit notwendig wären oder alternativ dazu ein teurer und komplizierter Reparaturvorgang notwendig wäre. Außerdem ist eine unvollständige Befüllung der Öffnungen unerwünscht, da, wenn leere Öffnungen von der hinteren Kante des Behälters erreicht werden, eine wirkliche Gefahr besteht, wie das in 2 gezeigt ist, dass Lotkugeln sich teilweise in diesen leeren Öffnungen verfangen und durch die hintere Kante des Behälters abgeschert werden, wobei abgescherte Lotkugeln dann nachfolgend in Öffnungen eintreten können und das erforderliche Befüllen durch vollständige Lotkugeln verhindern, die notwendig ist, um die erforderlichen Toleranzen der Lötstellen auf hergestellten Kugelrasteranordnungspaketen zu erfüllen, außerdem erzeugen sie Bruchteilchen, die den Betrieb der Füllvorrichtung behindern.
  • Die Existenz dieser Kräfte verringert weiter den Füllungswirkungsgrad der Füllvorrichtung und beeinträchtigt den Zustand der Lotkugeln, da sie relativ hohe Spannungen an den Oberflächen der Lotkugeln erzeugen, die ausreichen, die Lotkugeln abzustumpfen oder sogar zu deformieren, insbesondere, wenn der Behälter mit hoher Geschwindigkeit bewegt wird.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Füllvorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, die ein verbessertes Füllen von Kugeln in eine Anordnung von Öffnungen in einem Kugelaufnahmeelement vorsehen.
  • Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung eine Füllvorrichtung zum Füllen von Kugeln in eine Anordnung von Öffnungen in einem Kugelaufnahmeelement vor, wobei die Füllvorrichtung umfasst: ein Gehäuse, das an dessen unterer Oberfläche eine Öffnung aufweist und teilweise eine Kammer zum Enthalten eines Vorrats von Kugeln definiert, wobei das Gehäuse im Betrieb über einem Kugelaufnahmeelement beweglich angeordnet ist, das eine Anordnung von Öffnungen aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Füllvorrichtung weiter umfasst: ein Verteilungsmittel, das im Gehäuse angeordnet ist, zum Verteilen der in der Kammer enthaltenen Kugeln, um so über mindestens einem Bereich der Öffnung im Gehäuse eine begrenzte Anzahl von Schichten der Kugeln zu erhalten.
  • Vorzugsweise ist das Verteilungsmittel so konfiguriert, dass über mindestens einen Bereich der Öffnung im Gehäuse im Wesentlichen eine einzige Schicht von Kugeln vorgesehen wird.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Verteilungsmittel ein Spurdefinitionselement, das eine untere Oberfläche aufweist, die im Betrieb in einem Abstand zur unteren Oberfläche des Gehäuses angeordnet ist, um so eine Spur einer eingeschränkten Höhe unter sich zu definieren, wenn es über dem Kugelaufnahmeelement angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist die untere Oberfläche des Spurdefinitionselements im Wesentlichen planar.
  • Vorzugsweise ist mindestens die untere Oberfläche des Spurdefinitionselements aus einem flexiblen Material ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist das Spurdefinitionselement im Verhältnis zur unteren Oberfläche des Gehäuses derart beabstandet, dass es eine Spur für eine einzige Schicht von Kugeln unter sich definiert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Spurdefinitionselement im Verhältnis zur unteren Oberfläche des Gehäuses derart beabstandet, dass es einen Kanal definiert, dessen Höhe im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Kugeln ist.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist mindestens die untere Oberfläche des Spurdefinitionselements aus einem flexiblen Material und die untere Oberfläche des Spurdefinitionselements zur unteren Oberfläche des Gehäuses derart beabstandet, dass ein Kanal definiert wird, dessen Höhe geringer als der Durchmesser der Kugeln ist, wodurch die Kugeln nach unten gedrückt werden, wenn sie sich unter dem Spurdefinitionselement befinden.
  • Vorzugsweise ist das Spurdefinitionselement im Verhältnis zum Gehäuse beweglich angeordnet und umfasst die Füllvorrichtung weiter: ein Belastungselement zum Drücken des Spurdefinitionselements nach unten relativ zur unteren Oberfläche des Gehäuses.
  • Noch besser ist es, wenn die Druckkraft des Belastungselements so ist, dass eine einzige Schicht von Kugeln unter ihm erhalten wird.
  • Vorzugsweise umfasst die Füllvorrichtung weiter: einen Vorratsbehälter zum Enthalten eines Vorrats an Kugeln; und mindestens einen Kanal, der den Vorratsbehälter mit der Kammer verbindet.
  • Noch besser ist es, wenn das untere Ende des mindestens einen Kanals derart von der unteren Oberfläche des Gehäuses beabstandet ist, dass der Füllstand der Kugeln in der Kammer eingeschränkt wird.
  • Noch besser ist es, wenn die Füllvorrichtung mindestens einen Kanal umfasst, der einer vorderen Kante des Spurdefinitionselements in einer Bewegungsrichtung benachbart ist.
  • Noch besser ist es, wenn die Füllvorrichtung jeweils der vorderen und der hinteren Kante des Spurdefinitionselements in einer Bewegungsrichtung benachbart mindestens einen Kanal umfasst.
  • Noch besser ist es, wenn die Füllvorrichtung mehrere Kanäle umfasst.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verteilungsmittel mindestens einen Kanal, durch den Kugeln im Betrieb in die Kammer geliefert werden, wobei das untere Ende des mindestens einen Kanals von der unteren Oberfläche des Gehäuses derart beabstandet ist, dass der Füllstand von Kugeln an mindestens einem Bereich der Öffnung im Gehäuse eingeschränkt wird.
  • Vorzugsweise umfasst die Füllvorrichtung mehrere Kanäle.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verteilungsmittel ein erstes und ein zweites sich nach unten erstreckendes Element, die unter sich einen eingeschlossenen Raum definieren, wobei die sich nach unten erstreckenden Elemente so konfiguriert sind, dass sie lediglich einer begrenzten Anzahl von Schichten von Kugeln erlauben, unter sich hindurchzugelangen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste und das zweite sich nach unten erstreckende Element seitlich voneinander beabstandet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden das erste und das zweite sich nach unten erstreckende Element nach unten und nach außen weiter.
  • Vorzugsweise sind die sich nach unten erstreckenden Elemente aus einem flexiblen Material.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform weist das Verteilungsmittel mindestens einen Vorsprung auf, der sich in das Gehäuse hinein erstreckt und eine Oberfläche aufweist, die in einer Bewegungsrichtung eine Komponente nach vorne und eine Komponente nach unten aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Oberfläche eine im Wesentlichen planare Oberfläche.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Oberfläche eine gewölbte Oberfläche.
  • Vorzugsweise weist das Verteilungsmittel einen ersten und einen zweiten Vorsprung auf, die sich jeweils nach innen erstrecken und eine Oberfläche aufweisen, die in ihren entsprechenden Bewegungsrichtungen eine Komponente nach vorne und eine Komponente nach unten aufweisen.
  • Vorzugsweise weist das Gehäuse einen Wischer auf, der innen entlang einer seiner in einer Bewegungsrichtung hinteren Kanten angeordnet ist.
  • Vorzugsweise weist das Gehäuse Wischer auf, die innen in entsprechenden Bewegungsrichtungen entlang jeweiliger Kanten angeordnet sind.
  • Vorzugsweise sind die Kugeln Lotkugeln.
  • Die vorliegende Erfindung sieht auch eine Ball-Bumping-Vorrichtung vor, die Folgendes aufweist: eine Ball-Bumping-Station, die die oben beschriebene Füllvorrichtung umfasst; sowie ein Kugelaufnahmeelement, das eine Anordnung von Öffnungen aufweist, über die die Füllvorrichtung im Betrieb beweglich angeordnet ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kugelaufnahmeelement eine Maske, die eine Anordnung von Öffnungen aufweist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kugelaufnahmeelement eine Schablone, die eine Anordnung von Öffnungen aufweist.
  • Vorzugsweise umfasst die Ball-Bumping-Vorrichtung weiter: eine Schablonendruckstation zum Drucken einer Anordnung von Kugelrückhalteablagerungen auf ein Substrat, wobei die Schablonendruckstation eine Schablone aufweist, die eine Anordnung von Öffnungen aufweist, die das gleiche Muster haben wie die Anordnung von Öffnungen im Kugelaufnahmeelement, und einen Druckkopf zum Liefern eines Kugelrückhaltematerials auf die Oberfläche der Schablone.
  • Noch besser sind die Füllvorrichtung und der Druckkopf so ausgelegt, dass sie im Gleichtakt bewegt werden, um so zur gleichen Zeit Kugelrückhalteablagerungen auf ein Substrat zu drucken und auf einem anderen Substrat eine Kugelrasteranordnung vorzusehen.
  • Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Ball-Bumping-Vorrichtung vor, die eine Schablonendruckmaschine umfasst, an der die oben beschriebene Füllvorrichtung angebracht ist. Eine geeignete Schablonendruckmaschine ist die DEK 265 – Siebdruckmaschine, die von DEK Printing Machines Ltd. hergestellt wird.
  • Die vorliegende Erfindung kann auch weiter ein Verfahren zum Füllen von Kugeln in eine Anordnung von Öffnungen in einem Kugelaufnahmeelement mit den folgenden Schritten vorsehen: Vorsehen einer Füllvorrichtung über einen Kugelaufnahmeelement, das mehrere Öffnungen aufweist, wobei die Füllvorrichtung ein Gehäuse umfasst, das an dessen unterer Oberfläche eine Öffnung aufweist und teilweise eine Kammer definiert, die einen Vorrat an Kugeln enthält; und Bewegen der Füllvorrichtung relativ zum Kugelaufnahmeelement, um so das Füllen der Öffnungen im Kugelaufnahmeelement zu verursachen; dadurch gekennzeichnet, dass die Füllvorrichtung weiter ein Verteilungsmittel umfasst, das zur Verteilung der in der Kammer enthaltenen Kugeln im Gehäuse angeordnet ist, um so über mindestens einen Bereich der Öffnung im Gehäuse eine begrenzte Anzahl von Schichten der Kugeln zu erhalten.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Folgenden lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
  • 1 schematisch einen senkrechten Schnitt durch die Füllvorrichtung einer bekannten Ball-Bumping-Vorrichtung;
  • 2 ein vergrößertes Detail eines senkrechten Schnittes durch die Füllvorrichtung von 1;
  • 3 schematisch eine Draufsicht auf eine Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 schematisch einen senkrechten Schnitt (entlang der Linie 1-1) durch die Füllvorrichtung der Ball-Bumping-Vorrichtung von 3;
  • 5 schematisch ein vergrößertes Detail des Schnittes durch die Füllvorrichtung von 3;
  • 6 schematisch einen senkrechten Schnitt (entlang der Linie 1-1) durch die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 schematisch einen senkrechten Schnitt (entlang der Linie 1-1) durch die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 schematisch einen senkrechten Schnitt (entlang der Linie 1-1) durch die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 schematisch einen senkrechten Schnitt (entlang der Linie 1-1) durch die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 schematisch einen senkrechten Schnitt (entlang der Linie 1-1) durch die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 11 schematisch einen senkrechten Schnitt (entlang der Linie 1-1) durch die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 12 schematisch eine Draufsicht auf eine Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • die 13(a) und (b) senkrechte Schnitte (entlang der Linie 1-1) durch die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in der offenen bzw. der geschlossenen Konfiguration gezeigt ist.
  • Die 3 bis 5 zeigen eine Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung umfasst ein Kugelaufnahmeelement 15, in dieser Ausführungsform eine Maske, die mehrere Anordnungen in Gruppen angeordneter Öffnungen 16 aufweist, die jeweils in einem einer erforderlichen Kugelrasteranordnung entsprechender Muster sind, eine Füllvorrichtung 18, die über der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 beweglich angeordnet ist, und eine Antriebseinheit 20 zum Querbewegen der Füllvorrichtung 18 in zwei Richtungen (die durch die Pfeile A und B angezeigt sind) über die obere Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15.
  • In dieser Ausführungsform ist das Kugelaufnahmeelement 15 aus Metall, insbesondere aus einem nicht oxidierenden Metall, wie zum Beispiel Edelstahl, Kupfer oder Messing, um so eine unerwünschte Ansammlung statischer Ladung zu verhindern.
  • In alternativen Ausführungsformen kann das Kugelaufnahmeelement 15 aus einem Kunststoffmaterial, das mit einem Metall, wie zum Beispiel Kupfer oder Nickel, beschichtet ist, oder einem Statik ableitenden Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel TeflonTM oder einem mit Kohlenstoff geladenen Polyester ausgebildet sein. Das Kugelaufnahmeelement 15 hat im Wesentlichen dieselbe Dicke wie der Durchmesser der Lotkugeln 22, und die Öffnungen 16 im Kugelaufnahmeelement 15 haben eine größere radiale Abmessung als die Lotkugeln 22, in der vorliegenden Ausführungsform sind das kreisförmige Öffnungen mit einem Durchmesser von ungefähr 1,7 mal demjenigen der Lotkugeln 22.
  • Die Füllvorrichtung 18 umfasst ein Gehäuse 19, in dieser Ausführungsform mit einer Rechtecksform, deren Längsseiten die vordere und die hintere Seite in den Bewegungsrichtungen sind, das an seiner unteren Oberfläche eine Öffnung 20 aufweist und teilweise eine Kammer 21 definiert, in der Lotkugeln 22 enthalten sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gehäuse 19 so ausgelegt, dass es mit der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 in Gleitkontakt ist, könnte in alternativen Ausführungsformen jedoch auch so konfiguriert sein, dass sie um einen Abstand, der höchstens gleich dem Radius der Lotkugeln 22 ist, vom Kugelaufnahmeelement 15 beabstandet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die Öffnung 20 an der unteren Oberfläche des Gehäuses 19 eine Längsabmessung, die größer als die Erstreckung der Gruppen von Anordnungen von Öffnungen 16 in der zur Bewegungsrichtung senkrechten Richtung ist. Das Gehäuse 19 weist ferner einen ersten und einen zweiten Wischer 24, 25 auf, die in dieser Ausführungsform aus einem flexiblen Material sind und die auf der Innenseite entlang der Längsseiten beabstandet sind. Die Wischer 24, 25 dienen zum Lösen von Lotkugeln 22, die teilweise in leeren Öffnungen 16 festsitzen, und verhindern, dass diese festsitzenden Lotkugeln 22 durch die hintere Längskante des Gehäuses 19 abgeschert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Gehäuse 19 aus Metall, insbesondere aus nichtoxidierendem Metall, wie zum Beispiel Edelstahl, Kupfer oder Messing, um so die unerwünschte Ansammlung statischer Ladung zu verhindern. In alternativen Ausführungsformen kann das Gehäuse 19 jedoch auch aus einem Kunststoff bestehen, der mit einem Metall beschichtet ist, wie zum Beispiel Kupfer oder Nickel, oder aus einem Statik ableitenden Plastikmaterial, wie zum Beispiel TeflonTM oder einem mit Kohlenstoff geladenen Polyester.
  • Die Füllvorrichtung 18 weist weiter ein Spurdefinitionselement 26 auf, in der vorliegenden Ausführungsform ein im Wesentlichen planares längliches Element, das im Wesentlichen eine planare Ober- und Unterseite 27, 28 aufweist, die im Gehäuse 19 angeordnet ist, so dass ihre untere Oberfläche 28 parallel zur unteren Oberfläche des Gehäuses 19 angeordnet ist, um so eine Spur zu definieren, durch welche in der Verwendung nur eine einzige Schicht von Lotkugeln 22 zirkuliert wird (wie durch den Pfeil C angezeigt). Das Spurdefinitionselement 26 hat eine derartige Abmessung, dass dessen Längskanten von den Wischern 24, 25 an den Längskanten des Gehäuses 19 so beabstandet sind, dass sie längliche Öffnungen definieren, durch welche die Lotkugeln 22 zirkulieren können. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Längskanten des Spurdefinitionselements 26 ausgestellt, um so das Einfließen und Ausfließen der Lotkugeln 22 unter dem Spurdefinitionselement 26 zu erleichtern. Das Spurdefinitionselement 26 ist aus einem flexiblen Material, in der vorliegenden Ausführungsform aus Gummi, das bezüglich des Materials der Lotkugeln 22 einen hohen Reibungskoeffizienten hat. Geeignete Gummimaterialien sind zum Beispiel geschäumte Gummis, insbesondere Silikonschaumgummis. Der Abstand zwischen der unteren Oberfläche 28 des Spurdefinitionselements 26 und der unteren Oberfläche des Gehäuses 19 ist so, dass bei einer Anordnung über der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 der Abstand zwischen der unteren Oberfläche 28 des Spurdefinitionselements 26 und der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 kleiner oder gleich dem Durchmesser der Lotkugeln 22, in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 2/3 des Durchmessers der Lotkugeln 22, ist.
  • Mit dieser Konfiguration wird auf der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 eine einzige Schicht von Lotkugeln 20 aufrechterhalten, wenn die Füllvorrichtung 18 über dieses bewegt wird, wobei das Spurdefinitionselement 26 auf jede der Lotkugeln 22 unter ihm eine Kraft ausübt, um so die Lotkugeln 22 nach unten vorzuspannen und die Lotkugeln 22 mit Reibkraft zu ergreifen, um so bei den Lotkugeln 22 zu verursachen, dass sie bei einer Bewegung der Füllvorrichtung 18 über die Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 rollen. Dadurch dass diese Konfiguration über einem hauptsächlichen Teil der Oberfläche der Öffnung 20 im Gehäuse 19 nur eine einzige Schicht von Lotkugeln 22 vorsieht, erfordert sie eine erheblich verringerte Menge von Lotkugeln 22 für den effektiven Betrieb und ist auch wirksam zum Zerstreuen von Zusammenballungen von Lotkugeln 22, die eventuell vorhanden sein können, wobei solche Zusammenballungen üblicherweise aufgrund des Vorhandenseins statischer Ladung, Feuchtigkeit oder Verschmutzungen auftreten.
  • Diese Rollaktion der Lotkugeln 22 ist besonders vorteilhaft zur Verringerung der effektiven Geschwindigkeit der Lotkugeln 22 über das Kugelaufnahmeelement 15, das heißt, wo die Füllvorrichtung 18 mit einer Geschwindigkeit V bewegt wird, ist die effektive Geschwindigkeit der Lotkugeln 22 über das Kugelaufnahmeelement 15 die Hälfte dieser Geschwindigkeit, nämlich V/2. Ein Verringern der effektiven Geschwindigkeit der Lotkugeln 22 ist vorteilhaft, da, wie oben erwähnt, der Befüllungswirkungsgrad direkt proportional zur Zeit ist, die eine Lotkugel 22 über einer der Öffnungen 16 verweilt, und durch Halbieren der effektiven Geschwindigkeit der Lotkugeln 22 wird die Zeit, die eine der Lotkugeln 22 über einer Öffnung 16 verweilt, verdoppelt.
  • Ein weiterer besonderer Vorteil dieser Rollaktion der Lotkugeln 22 besteht darin, dass die Lotkugeln 22 keinen wesentlichen Seitenkräften ausgesetzt sind, die einen unter der Wirkung der Schwerkraft stattfindenden Fluss der Lotkugeln 22 in die Öffnungen 16 im Kugelaufnahmeelement 15 verhindern könnten.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Rollaktion der Lotkugeln 22 besteht darin, dass die Lotkugeln 22 nicht in Gleitkontakt mit dem Kugelaufnahmeelement 15 sind, wodurch eine durch die Reibung beim Gleiten verursachte Deformation vermieden wird.
  • Noch ein weiterer Vorteil dieser Rollaktion der Lotkugeln 22 unter dem Spurdefinitionselement 26 besteht darin, dass die Lotkugeln 22 unter dessen vorderer Kante bezüglich der Bewegungsrichtung eingezogen werden und diejenigen Lotkugeln 22, die nicht in die Öffnung 16 Kugelaufnahmeelement 15 gefallen sind, über dessen Kante herausgestoßen werden, wodurch eine positive Zirkulation der Lotkugeln 22 nach hinten unter der unteren Oberfläche 28 des Spurdefinitionselements 26 aufrechterhalten wird, wobei sich die Lotkugeln 22 an der hinteren Kante des Spurdefinitionselements 26 ansammeln, wobei sie unter der Einwirkung der Schwerkraft über dessen obere Oberfläche 27 nach vorne zirkulieren. Diese Zirkulationsbewegung ist in der 4 durch den Pfeil C gekennzeichnet.
  • Die Füllvorrichtung 18 weist ferner einen Vorratsbehälter 32 zum Enthalten eines beträchtlichen Vorrats von Lotkugeln 22 sowie mehrere Kanäle 34 auf, welche den Vorratsbehälter 32 mit der Kammer 21 verbinden. Durch Anordnen des Hauptvorrats der Lotkugeln 22 getrennt von der Kammer 21 wird die Anzahl der Lotkugeln 22 in der Kammer 21 minimal gehalten, um so die Zirkulationsbewegung der Lotkugeln 22 um das Spurdefinitionselement 26 herum zu fördern. Der Vorratsbehälter 32 weist eine untere Oberfläche 36 auf, die in der Art von mehreren Trichtern 38 ausgebildet ist, die den jeweiligen Kanälen 34 zugeordnet sind, um so den Strom der Lotkugeln 22 in diese zu fördern. Die Kanäle 34 sind neben den Längskanten des Spurdefinitionselements 26 angeordnet, um so einen Vorrat von Lotkugeln 22 an der vorderen Kante des Spurdefinitionselements 26 in beiden Bewegungsrichtungen der Füllvorrichtung 18 aufrechtzuerhalten. Die unteren Enden der Kanäle 34 sind von der oberen Oberfläche 27 des Spurdefinitionselements 26 vorzugsweise um einen Abstand von ungefähr drei bis zehn Kugeldurchmessern beabstandet, um so den Füllpegel der Lotkugeln 22 in der Kammer 21 einzuschränken.
  • In der Verwendung sind, wobei die Füllvorrichtung 18 in der in 3 gezeigten Ruheposition ist, Substrate 42, die typischerweise aus einem Keramik- oder einem Kunststoffmaterial gebildet sind, die eine Anordnung von Kontaktblättchen 44 enthalten, die jeweils eine Klebeschicht 46 aufweisen, die typischerweise aus einem Flussmittel besteht, und auf ihnen zum Festhalten einer Lotkugel 22 vorgesehen sind, unter dem Kugelaufnahmeelement 15 in Ausrichtung mit den jeweiligen Gruppen von Anordnungen von Öffnungen 16 angeordnet, und die Füllvorrichtung 18 wird in einer Hin- und Herbewegung unter der Betätigung der Antriebseinheit 20 bewegt, um über jede der Gruppen von Anordnungen von Öffnungen 16 mindestens einmal hinwegzustreichen, um so die Öffnungen 16 vollständig zu füllen. Wenn die Füllvorrichtung 18 in ihre Ruheposition zurückgebracht wurde, werden die Substrate 42 unter dem Kugelaufnahmeelement 15 entfernt, um danach geprüft und zur Verflüssigung gebracht zu werden. Dieser Vorgang kann dann zum Ablegen von Kugelrasteranordnungen auf weiteren Substraten 42 wiederholt werden.
  • 6 zeigt die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Ball-Bumping-Vorrichtung ist der Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sehr ähnlich, weshalb, um eine unnötige Verdoppelung der Beschreibung zu vermeiden, nur die Unterschiede im Einzelnen beschrieben werden, wobei die gleichen Teile durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung unterscheidet sich lediglich dadurch, dass das Kugelaufnahmeelement 15 eine Schablone im Gegensatz zu einer Maske aufweist und die Öffnungen 16 Hohlräume zum Halten der Lotkugeln 22 umfassen, wobei die Öffnungen 16 eine Tiefe haben, die im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Lotkugeln 22 ist. In einer alternativen Ausführungsform können die Öffnungen 16 durchgehende Löcher umfassen, wobei die durchgehenden Löcher eine radiale Abmessung haben, die kleiner als der Durchmesser der Lotkugeln 22 ist, um so zu verhindern, dass die Lotkugeln 22 durch sie hindurchfallen.
  • Der Betrieb der Ball-Bumping-Vorrichtung ist derselbe wie für die oben beschriebene erste Ausführungsform, außer dass ein weiterer Vorgang zum Verbringen der die Lotkugeln 22 haltenden Schablone zu einem Substrat benötigt wird.
  • 7 zeigt die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Ball-Bumping-Vorrichtung ist der Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sehr ähnlich, weshalb, um eine unnötige Verdoppelung der Beschreibung zu vermeiden, nur Unterschiede im Einzelnen beschrieben werden, wobei die gleichen Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung unterscheidet sich lediglich in der Art und Weise der Verbindung des Gehäuses 19 und des Spurdefinitionselements 26 und darin, dass das Gehäuse 19 keine Wischer 24, 25 an seinen Längskanten aufweist.
  • Das Spurdefinitionselement 26 ist zum Gehäuse 19 senkrecht beweglich angeordnet, in dieser Ausführungsform verschiebbar angeordnet, und durch ein federndes Element 50 nach unten vorgespannt, bei der vorliegenden Ausführungsform eine Druckfeder, um so eine Belastungskraft auf das Spurdefinitionselement 26 auszuüben. Diese Konfiguration sieht vorteilhafterweise vor, dass die Höhe des Spurdefinitionselements 26 automatisch dem Durchmesser der enthaltenen Lotkugeln 22 folgt, um so eine automatische Einstellung vorzusehen, und benötigt daher keinen manuellen Eingriff, wenn Lotkugeln 22 unterschiedlicher Größe eingesetzt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann das federnde Element 50 weggelassen werden und das Spurdefinitionselement 26 mit Gewichten versehen werden, um die erforderliche Belastungskraft vorzusehen.
  • Der Betrieb der Ball-Bumping-Vorrichtung dieser Ausführungsform ist derselbe wie für die Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • 8 veranschaulicht die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Ball-Bumping-Vorrichtung ist der Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sehr ähnlich, weshalb, um eine unnötige Verdoppelung der Beschreibung zu vermeiden, nur die Unterschiede im Einzelnen beschrieben werden, wobei die gleichen Teile durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung unterscheidet sich lediglich in der Konstruktion der Füllvorrichtung 18. Die Füllvorrichtung 18 umfasst ein Gehäuse 19, in dieser Ausführungsform mit einer Rechtecksform, deren Längskanten die in den Bewegungsrichtungen (die durch die Pfeile A und B angezeigt sind) vorderen und hinteren Kanten sind, das eine Öffnung 20 an seiner unteren Oberfläche aufweist und teilweise eine Kammer 21 definiert, in der Lotkugeln 22 enthalten sind. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 19 so konfiguriert, dass es mit der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 in Gleitkontakt ist, könnte in alternativen Ausführungsformen jedoch auch so konfiguriert werden, dass es vom Kugelaufnahmeelement 15 in einem Abstand, der höchstens gleich dem Radius der Lotkugeln 22 ist, beabstandet ist. In dieser Ausführungsform hat die Öffnung 20 an der unteren Oberfläche des Gehäuses 19 ein Längenmaß, das größer als die Ausdehnung der Gruppen von Anordnungen von Öffnungen 16 in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung ist.
  • Die Füllvorrichtung 18 weist ferner ein im Wesentliches planares längliches Element 54 auf, das im Gehäuse 18 von dessen unterer Oberfläche beabstandet ist, und eine erste und eine zweite sich nach unten erstreckende flexible Fahne 56 bzw. 58, die an den Längskanten des länglichen Elements 54 befestigt sind. Die flexiblen Fahnen 56, 58 sind so ausgelegt, dass sie bei einer Bewegung der Füllvorrichtung 18 nur einer einzigen Schicht Lotkugeln 22 erlauben, unter ihnen hindurchzugelangen, um so eine Spur zu definieren, durch welche in der Verwendung nur eine einzige Schicht von Lotkugeln 22 zirkuliert wird, wobei eine Zirkulationsbewegung der Lotkugeln 22 erzielt wird (wie durch den Pfeil C angezeigt). Die Fahnen 56, 58 sind aus einem flexiblen Material, in der vorliegenden Ausführungsform einem Silikonschaum, wie zum Beispiel PoronTM.
  • Der Betrieb der Ball-Bumping-Vorrichtung dieser Ausführungsform ist derselbe wie für die Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • 9 zeigt die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Ball-Bumping-Vorrichtung ist der Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen vierten Ausführungsform sehr ähnlich, weshalb, um eine unnötige Verdoppelung der Beschreibung zu vermeiden, nur die Unterschiede im Einzelnen beschrieben werden, wobei gleiche Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung unterscheidet sich lediglich in der Konstruktion der Füllvorrichtung 18. Die Füllvorrichtung 18 weist ein Gehäuse 19 auf, in dieser Ausführungsform mit einer Rechtecksform, wobei die Längskanten in den Bewegungsrichtungen (die durch die Pfeile A und B angezeigt sind) die vorderen und hinteren Kanten sind, das eine Öffnung 20 an seiner unteren Oberfläche hat und teilweise eine Kammer 21 definiert, in der Lotkugeln 22 enthalten sind. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 19 so konfiguriert, dass es im Gleitkontakt mit der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 ist, könnte in alternativen Ausführungsformen jedoch auch so konfiguriert sein, dass es vom Kugelaufnahmeelement 15 um einen Abstand, der höchstens gleich dem Radius der Lotkugeln 22 ist, beabstandet ist. In dieser Ausführungsform hat die Öffnung 20 an der unteren Oberfläche des Gehäuses 19 ein Längenmaß, das größer als die Ausdehnung der Gruppen von Anordnungen von Öffnungen 16 in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung ist.
  • Die Füllvorrichtung 18 weist ferner einen ersten und einen zweiten sich nach unten erstreckenden und nach außen ausgestellten flexiblen Schaber 60, 62 auf, die im Gehäuse 19 von dessen unterer Oberfläche beabstandet angeordnet sind. Die unteren Enden der Schaber 60, 62 sind jeweils in den Bewegungsrichtungen (die durch die Pfeile A und B angezeigt sind) ausgestellt und so konfiguriert, dass sie bei einer Bewegung der Füllvorrichtung 18 es nur einer einzigen Schicht von Lotkugeln 22 erlauben, unter ihnen hindurchzugelangen, um so eine Spur zu definieren, durch die in der Verwendung nur eine einzige Schicht von Lotkugeln 22 zirkuliert wird, wobei eine Zirkulationsbewegung der Lotkugeln 22 erzielt wird (wie durch den Pfeil C angezeigt). Die Fahnen 56, 58 sind aus einem flexiblen Material, in dieser Ausführungsform ein Silikonschaum, wie zum Beispiel PoronTM.
  • Der Betrieb der Ball-Bumping-Vorrichtung dieser Ausführungsform ist derselbe wie für die Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen vierten Ausführungsform.
  • 10 zeigt die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Ball-Bumping-Vorrichtung ist der Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ziemlich ähnlich, weshalb, um eine unnötige Verdoppelung der Beschreibung zu vermeiden, nur die Unterschiede im Einzelnen beschrieben werden, wobei gleiche Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung unterscheidet sich lediglich in der Konstruktion der Füllvorrichtung 18. Die Füllvorrichtung 18 weist ein Gehäuse 19 auf, in der vorliegenden Ausführungsform mit einer Rechtecksform, wobei die Längskanten in den Bewegungsrichtungen (die durch die Pfeile A und B angezeigt sind) die vorderen und hinteren Kanten sind, das eine Öffnung 20 an seiner unteren Oberfläche aufweist und teilweise eine Kammer 21 definiert, in der Lotkugeln 22 enthalten sind. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 19 so konfiguriert, dass es mit der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 in Gleitkontakt ist, könnte in alternativen Ausführungsformen jedoch auch so konfiguriert sein, dass es zum Kugelaufnahmeelement 15 in einem Abstand ist, der höchstens gleich dem Radius der Lotkugeln 22 ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die Öffnung 20 an der unteren Oberfläche des Gehäuses 19 ein Längenmaß, das größer als die Ausdehnung der Gruppen von Anordnungen von Öffnungen 16 in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung ist.
  • Die Füllvorrichtung 18 weist ferner einen Vorratsbehälter 32 zum Enthalten eines Vorrats von Lotkugeln 22 und mehrere Kanäle 64 auf, die den Vorratsbehälter 32 mit der Kammer 21 verbinden. Die Kanäle 64 sind in einer gleichmäßigen Anordnung innerhalb des Gehäuses 19 angeordnet, um so über die Oberfläche der Öffnung 20 eine gleichmäßige Befüllung zu erzielen, und die unteren Enden der Kanäle 64 sind von der unteren Oberfläche des Gehäuses 19 beabstandet, vorzugsweise um einen Abstand von ungefähr 3 bis 10 Kugeldurchmesser, um so den Füllpegel der Lotkugeln 22 in der Kammer 21 einzuschränken. Durch Anordnen des Hauptvorrats der Lotkugeln 22 getrennt von der Kammer 21 wird die Anzahl von Lotkugeln 22 in der Kammer 21 minimal gehalten, um so eine weniger eingeschränkte Bewegung der Lotkugeln 22 in der Kammer 21 zu ermöglichen.
  • Der Betrieb der Ball-Bumping-Vorrichtung dieser Ausführungsform ist derselbe wie für die Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • 11 zeigt die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Ball-Bumping-Vorrichtung ist der Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ziemlich ähnlich, weshalb, um eine unnötige Verdoppelung der Beschreibung zu vermeiden, nur die Unterschiede im Einzelnen beschrieben werden, wobei die gleichen Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung unterscheidet sich lediglich in der Konstruktion der Füllvorrichtung 18. Die Füllvorrichtung 18 weist ein Gehäuse 19 auf, in der vorliegenden Ausführungsform mit einer Rechtecksform, wobei die Längskanten in den Bewegungsrichtungen (die durch die Pfeile A und B angezeigt sind) die vorderen und hinteren Kanten sind, das eine Öffnung 20 an seiner unteren Oberfläche aufweist und teilweise eine Kammer 21 definiert, in der Lotkugeln 22 enthalten sind. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 19 so konfiguriert, dass es mit der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 in Gleitkontakt ist, könnte in alternativen Ausführungsformen jedoch auch in einem Abstand zum Kugelaufnahmeelement 15 sein, der höchstens gleich dem Radius der Lotkugeln 22 ist. In dieser Ausführungsform hat die Öffnung 20 an der unteren Oberfläche des Gehäuses 19 ein Längenmaß, das größer als die Erstreckung der Gruppen von Anordnungen der Öffnungen 16 in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung ist. Das Gehäuse 19 weist einen ersten und einen zweiten Vorsprung 66 bzw. 68 auf, die sich entlang seiner Längskanten nach innen erstrecken und von der Öffnung 20 beabstandet sind. Jeder der Vorsprünge 66, 68 weist eine Oberfläche 70, 72 auf, die eine nach unten zeigende Komponente hat. Bei dieser Ausführungsform sind die nach unten zeigenden Oberflächen 70, 72 im Wesentlichen planare Oberflächen, die jeweils einen spitzen Winkel mit einer Oberfläche einschließen, die zur oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 parallel ist. In einer alternativen Ausführungsform könnten die nach unten zeigenden Oberflächen 70, 72, vorzugsweise konkave, gewölbte Oberflächen sein. Bei dieser Konfiguration dient die hintere der nach unten zeigende Oberflächen 70, 72 dazu, zu verursachen, dass die Lotkugeln 22, die sich unter ihr ansammeln, nach vorne rollen und um hierdurch eine Zirkulationsbewegung der Lotkugeln 22 über der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 vorzusehen (wie durch den Pfeil C angezeigt).
  • Der Betrieb der Ball-Bumping-Vorrichtung dieser Ausführungsform ist derselbe wie für die Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • 12 zeigt eine Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung weist eine Schablonendruckstation 74 zum Drucken mehrerer Anordnungen von Ablagerungen 46 eines Kugelrückhaltematerials, wie zum Beispiel eines zähflüssigen Materials, zum Beispiel eines Lötflussmittels oder eines Klebstoffs auf einem Substrat 42, eine Ball-Bumping-Station 76 zum Vorsehen von Lotkugeln 22 auf jeder der Ablagerungen 46, um so mehrere Kugelrasteranordnungen vorzusehen, sowie eine Substrattransfereinheit 78 zum Transferieren von Substraten zur Schablonendruckstation 74 und zur Ball-Bumping-Station 76 auf.
  • Die Substrattransfereinheit 78 ist mit einer ersten und einer zweiten Schiene 80, 82 ausgerüstet, entlang derer Substrate 42 zu den Druck- und Kugellieferungsorten in der Schablonendruck- und in der Ball-Bumping-Station 74 bzw. 76 transferiert werden.
  • Die Schablonendruckstation 74 weist eine Schablone 84 auf, die mehrere Anordnungen von Öffnungen 85 aufweist, welche das abzulagernde Muster definieren, sowie eine Liefereinheit 86 zum Liefern eines Kugelrückhaltematerials in der vorliegenden Ausführungsform eines zähflüssigen Materials, durch die Schablone 84 zum Drucken des erforderlichen Musters auf dem Substrat 42. Das Kugelrückhaltematerial hat eine derartige Zusammensetzung, dass es die Lotkugeln 22 vor der Verflüssigung auf ihrer Position hält.
  • Die Ball-Bumping-Station 76 umfasst das Kugelaufnahmeelement 15 und die Füllvorrichtung 18 einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen.
  • Im Betrieb wird ein erstes Substrat 42 von der Substrattransfereinheit 78 zum Druckort in der Schablonendruckstation 74 verbracht. Die Liefereinheit 86 der Schablonendruckstation 74 wird dann über die Oberfläche der Schablone 84 geführt, um das Kugelrückhaltematerial durch die Öffnungen 85 in der Schablone 84 abzulagern, um das erforderliche Muster von Ablagerungen auf dem ersten Substrat 42 vorzusehen. Die Substrattransfereinheit 78 wird dann weiter betrieben, um dieses erste Substrat 42 zum Kugelbefestigungsort in der Ball-Bumping-Station 76 zu verbringen und gleichzeitig ein zweites Substrat 42 zum Schablonendruckort zu verbringen. Dann wird im Gleichtakt die Liefereinheit 86 der Schablonendruckstation 74 über die Oberfläche der Schablone 84 geführt, um durch die Öffnungen 85 in der Schablone 84 das Kugelrückhaltematerial abzulagern, um das erforderliche Muster von Ablagerungen auf dem zweiten Substrat 42 vorzusehen, und wird der Füllkopf 18 über die Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 geführt, um jede der Öffnungen 16 im Kugelaufnahmeelement 15 mit Lotkugeln 22 zu füllen, um die Lotkugeln 22 auf jeder der auf dem ersten Substrat 42 gedruckten Ablagerungen vorzusehen. Die Substrattransfereinheit 78 wird dann weiter betätigt, um das erste Substrat 42 von der Ball-Bumping-Vorrichtung zur nachfolgenden Verflüssigung des Lots zu transferieren, um das zweite Substrat 42 zum Kugelbefestigungsort in der Ball-Bumping-Station 76 zu transferieren und um ein drittes Substrat 42 zum Schablonendruckort in der Schablonendruckstation 74 zu transferieren. Dieser Vorgang wird dann wiederholt, wobei die Kugelrückhalteablagerungen auf einem Substrat 42 zur gleichen Zeit abgelagert werden, wie Lotkugeln 22 auf einem anderen Substrat 42 befestigt werden.
  • Die 13(a) und (b) zeigen die Füllvorrichtung einer Ball-Bumping-Vorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Diese Ball-Bumping-Vorrichtung ist der Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ziemlich ähnlich, weshalb, um eine unnötige Verdoppelung der Beschreibung zu vermeiden, nur die Unterschiede im Einzelnen beschrieben werden, wobei gleiche Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
  • Die Ball-Bumping-Vorrichtung unterscheidet sich lediglich in der Konstruktion der Füllvorrichtung 18. Die Füllvorrichtung 18 umfasst ein Gehäuse 19, in dieser Ausführungsform mit einer Rechtecksform, wobei die Längskanten in den Bewegungsrichtungen (die durch die Pfeile A und B angezeigt sind) die vorderen und hinteren Kanten sind, das mindestens teilweise eine Kammer 21 definiert, in der die Lotkugeln 22 enthalten sind. Das Gehäuse 19 weist einen ersten und einen zweiten Teil 19a, 19b auf, die um eine Schwenkachse 88 zwischen einer ersten, offenen Konfiguration (wie in 13(a) gezeigt), in der das Gehäuse 19 eine Öffnung 20 an dessen unterer Oberfläche in Kommunikation mit der Kammer 21 aufweist, und einer zweiten, geschlossenen Konfiguration (wie in 13(b) gezeigt), in der die Kammer 21 geschlossen ist, um so ein Entfernen der Füllvorrichtung 18 vom Kugelaufnahmeelement 15 zu ermöglichen, ohne dass die enthaltenen Lotkugeln 22 verloren gehen, verschwenkbar sind. Jedes der Teile 19a, 19b des Gehäuses 19 enthält eine Gewindeelement 89, das an jenen rotierbar befestigt ist, dessen Zweck nachfolgend deutlich wird. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 19 in Gleitkontakt mit der oberen Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15, könnte in alternativen Ausführungsformen jedoch auch vom Kugelaufnahmeelement 15 um einen Abstand beabstandet sein, der höchstens gleich dem Radius der Lotkugeln 22 ist. In der vorliegenden Ausführungsform hat die Öffnung 20 an der unteren Oberfläche des Gehäuses 19 ein Längenmaß, das größer als die Erstreckung der Gruppen von Anordnungen von Öffnungen 16 in der Richtung im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung ist.
  • Die Füllvorrichtung 18 weist ferner eine Gewindeschraube 90 auf, die einen ersten und einen zweiten Gewindeabschnitt 90a, 90b mit Gegengewinden aufweist, die bei einer Rotation entweder in einem Drehsinn im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn die beweglichen Teile 90a, 90b dazu veranlassen, entweder in die offene oder in die geschlossene Konfiguration bewegt zu werden.
  • Der Betrieb der Ball-Bumping-Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist derselbe wie für die Ball-Bumping-Vorrichtung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
  • Schließlich versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, und auf viele verschiedene Weisen modifiziert werden kann, ohne dass dadurch vom Umfang der Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird.
  • Beispielsweise könnte eine Dichtung, typischerweise aus einem flexiblen Material, wie zum Beispiel Gummi, um die untere Oberfläche des Gehäuses 19 vorgesehen sein, um so einen Toleranzbereich bei der Kopplung des Gehäuses 19 und des Kugelaufnahmeelements 15 zu schaffen.
  • In einem weiteren Beispiel könnte entweder die untere Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 oder die obere Oberfläche des Substrats 42 ein Abstandselement zur Beabstandung der Kugelrückhalteablagerungen von der unteren Oberfläche des Kugelaufnahmeelements 15 aufweisen.

Claims (34)

  1. Füllvorrichtung zum Füllen von Kugeln (22) in eine Anordnung von Öffnungen (16) in einem Kugelaufnahmeelement (15), wobei die Füllvorrichtung umfasst: – ein Gehäuse (19), das an dessen unterer Oberfläche eine Öffnung (20) aufweist und teilweise eine Kammer (21) zum Enthalten eines Vorrats von Kugeln (22) definiert, wobei das Gehäuse (19) im Betrieb über einem Kugelaufnahmeelement (15) beweglich angeordnet ist, das eine Anordnung von Öffnungen (16) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Füllvorrichtung weiter umfasst: – ein Verteilungsmittel, das im Gehäuse (19) angeordnet ist, zum Verteilen der in der Kammer (21) enthaltenen Kugeln (22), um so über mindestens einem Bereich der Öffnung (20) im Gehäuse (19) eine begrenzte Anzahl von Schichten der Kugeln (22) zu erhalten.
  2. Füllvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verteilungsmittel so konfiguriert ist, dass über mindestens einem Bereich der Öffnung (20) im Gehäuse (19) im Wesentlichen eine einzige Schicht von Kugeln (22) vorgesehen wird.
  3. Füllvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Verteilungsmittel ein Spurdefinitionselement (26) umfasst, das eine untere Oberfläche (28) aufweist, die im Betrieb in einem Abstand zur unteren Oberfläche des Gehäuses (19) angeordnet ist, um so eine Spur einer eingeschränkten Höhe unter sich zu definieren, wenn es über dem Kugelaufnahmeelement (15) angeordnet ist.
  4. Füllvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die untere Oberfläche (28) des Spurdefinitionselements (26) im Wesentlichen planar ist.
  5. Füllvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der mindestens die untere Oberfläche (28) des Spurdefinitionselements (26) aus einem federnden Material ausgebildet ist.
  6. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der das Spurdefinitionselement (26) im Verhältnis zur unteren Oberfläche des Gehäuses (19) derart beabstandet ist, dass es eine Spur für eine einzige Schicht von Kugeln (22) unter sich definiert.
  7. Füllvorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Spurdefinitionselement (26) im Verhältnis zur unteren Oberfläche des Gehäuses (19) derart beabstandet ist, dass es einen Kanal definiert, dessen Höhe im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Kugeln (22) ist.
  8. Füllvorrichtung nach Anspruch 6, bei der mindestens die untere Oberfläche (28) des Spurdefinitionselements (26) aus einem federnden Material ist und die untere Oberfläche (28) des Spurdefinitionselements (26) zur unteren Oberfläche des Gehäuses (19) derart beabstandet ist, dass ein Kanal definiert wird, dessen Höhe geringer als der Durchmesser der Kugeln (22) ist, wodurch die Kugeln (22) nach unten gedrückt werden, wenn sie sich unter dem Spurdefinitionselement (26) befinden.
  9. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei der das Spurdefinitionselement (26) im Verhältnis zum Gehäuse (19) beweglich angeordnet ist und weiter umfasst: ein Belastungselement (50) zum Drücken des Spurdefinitionselements (26) nach unten relativ zur unteren Oberfläche des Gehäuses (19).
  10. Füllvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Druckkraft des Belastungselements (50) so ist, dass eine einzige Schicht von Kugeln (22) unter ihm erhalten wird.
  11. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter umfassend: – einen Vorratsbehälter (32) zum Enthalten eines Vorrats an Kugeln (22); und – mindestens einen Kanal (34), der den Vorratsbehälter (32) mit der Kammer (21) verbindet.
  12. Füllvorrichtung nach Anspruch 11, bei der das untere Ende des mindestens einen Kanals (34) derart von der unteren Oberfläche des Gehäuses (19) beabstandet ist, dass der Füllstand der Kugeln (22) in der Kammer (21) eingeschränkt wird.
  13. Füllvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der das Verteilungsmittel ein Spurdefinitionsmittel (26) umfasst, das eine untere Oberfläche (28) aufweist, die im Betrieb in einem beabstandeten Verhältnis zur unteren Oberfläche des Gehäuses (19) derart angeordnet ist, dass sie eine Spur einer eingeschränkten Höhe unter sich definiert, wenn sie über dem Kugelaufnahmeelement (15) angeordnet ist, und mindestens einen Kanal (34) umfasst, der einer vorderen Kante des Spurdefinitionselements (26) in einer Bewegungsrichtung benachbart ist.
  14. Füllvorrichtung nach Anspruch 13, die jeweils der vorderen und der hinteren Kante des Spurdefinitionselements (26) in einer Bewegungsrichtung benachbart mindestens einen Kanal (34) umfasst.
  15. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, die mehrere Kanäle (34) umfasst.
  16. Füllvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Verteilungsmittel mindestens einen Kanal (64) umfasst, durch den Kugeln (22) im Betrieb in die Kammer (21) geliefert werden, wobei das untere Ende des mindestens einen Kanals (64) von der unteren Oberfläche des Gehäuses (19) derart beabstandet ist, dass der Füllstand von Kugeln (22) an mindestens einem Bereich der Öffnung (20) im Gehäuse (19) eingeschränkt wird.
  17. Füllvorrichtung nach Anspruch 16, die mehrere Kanäle (64) umfasst.
  18. Füllvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Verteilungsmittel ein erstes und ein zweites sich nach unten erstreckendes Element (56, 58; 60, 62) aufweist, die unter sich einen eingeschlossenen Raum definieren, wobei die sich nach unten erstreckenden Elemente (56, 58; 60, 62) so konfiguriert sind, dass sie lediglich einer begrenzten Anzahl von Schichten von Kugeln (22) erlauben, unter sich hindurch zu gelangen.
  19. Füllvorrichtung nach Anspruch 18, bei der das erste und das zweite sich nach unten erstreckende Element (56, 58) seitlich voneinander beabstandet sind.
  20. Füllvorrichtung nach Anspruch 18, bei der das erste und das zweite sich nach unten erstreckende Element (60, 62) nach unten und nach außen weiter werden.
  21. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei der die sich nach unten erstreckenden Elemente (56, 58; 60, 62) aus einem federnden Material sind.
  22. Füllvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Verteilungsmittel mindestens einen Vorsprung (66, 68) aufweist, der sich in das Gehäuse (19) hinein erstreckt und eine Oberfläche (70, 72) aufweist, die in einer Bewegungsrichtung eine Komponente nach vorne und ein Komponente nach unten aufweist.
  23. Füllvorrichtung nach Anspruch 22, bei der mindestens eine Oberfläche (70, 72) eine im Wesentlichen planare Oberfläche ist.
  24. Füllvorrichtung nach Anspruch 22, bei der mindestens eine Oberfläche (70, 72) eine im Wesentlichen gewölbte Oberfläche ist.
  25. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei der das Verteilungsmittel einen ersten und einen zweiten Vorsprung (66, 68) aufweist, die sich jeweils nach innen erstrecken und ein Oberfläche (70, 72) aufweisen, die in ihren entsprechenden Bewegungsrichtungen eine Komponente nach vorne und ein Komponente nach unten aufweisen.
  26. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei der das Gehäuse (19) einen Wischer (24, 25) aufweist, der innen entlang einer seiner in einer Bewegungsrichtung hinteren Kanten angeordnet ist.
  27. Füllvorrichtung nach Anspruch 26, bei der das Gehäuse (19) Wischer (24, 25) aufweist, die innen in entsprechenden Bewegungsrichtungen entlang jeweiliger Kanten angeordnet sind.
  28. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, bei der die Kugeln (22) Lotkugeln umfassen.
  29. Ball-Bumping-Vorrichtung, umfassend: – eine Ball-Bumping-Station, die die Füllvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 28 aufweist; und – ein Kugelaufnahmeelement (15), das eine Anordnung von Öffnungen (16) aufweist, über die die Füllvorrichtung (18) im Betrieb beweglich angeordnet ist.
  30. Ball-Bumping-Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der das Kugelaufnahmeelement (15) eine Maske umfasst, die eine Anordnung von Öffnungen (16) aufweist.
  31. Ball-Bumping-Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der das Kugelaufnahmeelement (15) eine Schablone umfasst, die eine Anordnung von Öffnungen (16) aufweist.
  32. Ball-Bumping-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, weiter umfassend: eine Schablonen-Druckstation (74) zum Drucken einer Anordnung von Kugelrückhalteablagerungen (46) auf ein Substrat (42), wobei die Schablonen-Druckstation (74) eine Schablone (84) aufweist, die eine Anordnung von Öffnungen (85) aufweist, die das gleiche Muster haben wie die Anordnung von Öffnungen (16) im Kugelaufnahmeelement (15), und einen Druckkopf (86) zum Liefern eines Kugelrückhaltematerials auf die Oberfläche der Schablone (84).
  33. Ball-Bumping-Vorrichtung nach Anspruch 32, bei der die Füllvorrichtung (18) und der Druckkopf (86) so ausgelegt sind, dass sie im Gleichtakt bewegt werden, um so zur gleichen Zeit Kugelrückhalteablagerungen (46) auf ein Substrat (42) zu drucken und auf einem anderen Substrat (42) eine Kugelrasteranordnung vorzusehen.
  34. Verfahren zum Füllen von Kugeln (22) in eine Anordnung von Öffnungen (16) in einem Kugelaufnahmeelement (15), mit den folgenden Schritten: – Vorsehen einer Füllvorrichtung (18) über einem Kugelaufnahmeelement (15), das mehrere Öffnungen (16) aufweist, wobei die Füllvorrichtung (18) ein Gehäuse (19) umfasst, das an dessen unterer Oberfläche eine Öffnung (20) aufweist und teilweise eine Kammer (21) definiert, die einen Vorrat an Kugeln (22) enthält; und – Bewegen der Füllvorrichtung (18) relativ zum Kugelaufnahmeelement (15), um so das Füllen der Öffnungen (16) im Kugelaufnahmeelement (15) zu verursachen; dadurch gekennzeichnet, dass die Füllvorrichtung (18) weiter ein Verteilungsmittel umfasst, das zur Verteilung der in der Kammer (21) enthaltenen Kugeln (22) im Gehäuse (19) angeordnet ist, um so über mindestens einen Bereich der Öffnung (20) im Gehäuse (19) eine begrenzte Anzahl von Schichten der Kugeln (22) zu erhalten.
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