TW399275B - A system of solder ball placement and fluxless laser reflow of ball grid array packaging of an IC chip with a substrate having an array of pads, and an apparatus for solder ball placement of ball grid array packaging of an IC chip with a substrate having - Google Patents
A system of solder ball placement and fluxless laser reflow of ball grid array packaging of an IC chip with a substrate having an array of pads, and an apparatus for solder ball placement of ball grid array packaging of an IC chip with a substrate having Download PDFInfo
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Description
經濟部中央標準局負工消費合作社印製 Λ7 B7 五、發明説明（1 ) 發明領域 本發明係關於焊接用於1C裝置與印刷電路板間之電連 接之用途。特別本發明係關於使用雷射技術供再熔化球柵 陣列（BGA)裝置上之焊珠。 發明背景 積體電路（1C)裝置之球柵陣列（BGA)封裝於1C裝置生 產上之重要性曰增。BGA封裝時，1C晶片常安裝於附有 墊之銅基材上，其上方施加助熔劑接著安置焊珠。然後焊 珠於再熔烘箱内焊接於墊。助熔劑含有活化劑其有助於焊 珠於銅墊上的焊接或再熔過程。由於銅於空氣之氧存在下 不穩定，銅墊表面常出現銅氧化物，除非存在有助熔劑去 除銅氧化物且於再熔過程與焊珠反應否則無法妥為焊接。 習知珠安置方法係使用真空吸取頭，該頭有適當吸取 孔陣列而可拾取焊珠。拾取於適當陣列之珠置於頭上隨後 下降至附有預先施用助熔劑之基材上。然後BGA總成可 輸送至再熔烘箱供焊接焊珠。
目前1C晶片生產之傾向係每個晶片之1C密度增加。1C 密度越高於相同晶片大小上所需互連點的數目增加。因此
需要BGA封裝體具有較高密度墊及焊珠。此種高密度BGA 封裝體中，每一晶片之互連墊數高達1〇〇〇至2000，比較低 密度BGA封裝體於相同表面積每個晶片之墊數低於400。 對每晶片高於400墊之高密度封裝體而言，節距（兩個焊珠 間距）及焊珠大小必須相對縮小。例如低密度BGA構造， 每個晶片少於400墊，墊直徑25密耳及節距50密耳可使用30 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） —I—-» - - - - - - - - - 1» - - - ' y n - - - - - - Tw 0¾-° ' / (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 Λ7 Β7 i、發明説明（2 ) 密耳直徑之焊珠。於高密度BGA構造之例例如墊直徑10 密耳及節距20密耳，則需使用直徑12密耳之焊珠。 此種節距及焊珠大小縮小造成焊接過程問題。第一個 問題係安置問題》由於焊珠極小且重量極輕，即使些微的 空氣擾動或基材略為翹曲皆可能導致珠位置放置錯誤。由 於尚密度陣列需要細微節距，即使些微異位也可能導致架橋， 架橋為於再溶烘箱中焊接過程兩顆焊珠混合而形成連接。一旦架 橋，整個封裝體必須剔除。結果習知使用真空吸取頭之珠 安置方法因架橋而造成高剔除率β第二個問題係封裝體由 珠放置位置移轉至再熔烘箱。即使焊珠放置位置正確，移 轉封裝體至再熔烘箱所需移動也可能導致珠異位。除前述 問題外，包括焊珠安置於再熔烘箱内再熔，及以去離子水 徹底洗滌而去除任何殘餘助熔劑殘渣（水溶性助熔劑）需要 龐大且昂責的設備。因此需要設計新穎珠安置構想其可避 免焊珠的錯置及架橋同時減少程序中牽涉之設備量而改良 封裝過程® 發明目的 本發明之目的係提供於BGA裝置封裝時準確安置焊 珠方法。 本發明之另一目的係減少於BGA總成生產線上於再 熔過程發生焊珠架橋。 又一目的係於焊接焊珠於BGA裝置時免除再熔烘箱 之需要。 又另—目的係免除BGA裝置組裝過程之助熔劑施用 本纸張尺度適用中國國家榡隼（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，1Τ -泉. 經濟部中央棣準局貝工消資合作社印製 Λ7 --------__ A、發明説明（3 ) 於去除步驟。 發明概述 本發明為一種焊珠安置及無助熔劑雷射再熔用於 BGA封裝之系統包含模版對正裝置，焊珠安置裝置及雷 射頭。模版對正位於不含助熔劑之基材表面上之連接墊》 對正的模版可正確的導引藉珠安置裝置安置珠於墊上。一 顆焊珠落至模版之各個孔上恰位於不含助溶劑之塾上方。 定位於塾上之焊珠隨後藉雷射頭暴露於雷射，結果導致正 位於基材墊上之焊珠快速熔化。然後使熔化的焊珠快速冷 卻。此種附有模版之無助熔劑雷射再熔方法可改良珠放置 之正確性且免除珠架橋問題，同時免除使用再炫烘箱及清 潔室，此等裝置皆為BGA裝置封裝時相關的龐大而昂貴 的設備。實施本發明需要以由適合無助溶劑及焊接之材料 製成之墊封裝。此等適當材料為貴金屬且不易於空氣中氧 化。以金墊為佳。 圖式之簡單說明 第1圖為根據本發明之珠安置之示意圖。 第2圊為根據本發明之雷射再熔系統之示意圖。 第3圊為示意圖顯示雷射再熔焊珠用之矩陣雷射頭之 定位。 第4圖為流程圖示例說明根據本發明之雷射再熔過程 設計之各步驟。 發明說明 --------}裝------1Τ------Λ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁}
-6 - 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印製 Λ7 Β7 五、發明説明（4 ) 本發明利用兩種個別技術之組合而於高密度Bga裝 置之封裝達成協同優異效果，同時許可免除習知BGA封 裝方法之三大步驟。第一種技術牵涉使用模版而導引由習 知珠吸取頭釋放及定位珠《一旦珠妥為定位於基材上及模 版内部，使用第二雷射再熔技術，其許可焊珠熔化及有效 焊接。使用此二技術組合使用適當墊，可免除助熔劑施用 於助熔劑去除步驟。焊珠可未使用助熔劑直接焊接於墊上 。此外，也可免除烘箱再熔步驟。結果可大體縮短完成封 裝過程所需時間及龐大設備。 第1圖顯示根據本發明之珠安置方法之示意圖。高密 度陣列模版22恰置於基材上而未事先施用助溶劑。附有焊 珠定位之珠吸取頭24使用模版做導引對正基材之墊。當珠 吸取頭之陣列對正模版陣列時，珠吸取頭的真空解除，及 烊珠排放至基材上》珠吸取頭可為習用於BGA封裝者， 而陣列適合高密度裝置，模版可為具有所需密度之篩目大 小之線網。模版可由任一種耐熱材料製成如不鏽鋼及鋁β 較佳材料為不鏽鋼。線網之線需夠厚以防止焊珠滾過線上 。例如對直徑12密耳之焊珠而言，線網之線厚度如第3囷 之參考編號26指示約為12密耳以防止珠滾出模穴27之外。 此外，模穴内部面積較佳略大於焊珠之刳面積俾易由珠吸 取頭安置，及防止珠黏著於線網。較佳面積比焊珠之剖面 積大15-35% ^供本發明之用，墊需由適當貴金屬或合金 製成因此焊珠可無需添加助熔劑直接焊於墊上。較佳金屬 為金。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ：297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,裝- 、1Τ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（5 ) 第2圖示例說明矩陣雷射頭如何用來再熔焊珠。珠吸 取頭於安置珠後由基材上移開，雷射頭30置於模版及焊珠 上及於雷射束作用下快速熔化形成金屬間熔合。一旦關閉 雷射束，熔化的焊珠以高冷卻速率快速冷卻。雷射頭較佳 為迴轉儀頭或矩陣形頭包含一串光纖以球陣列之相同陣列 排列。雷射如鈥：釔-鋁-石榴石（Nd : YAG)雷射適合雷射 再熔。雷射再熔可於一般周圍條件下進行或可於氮氣環境 下進行。暴露時間及強度隨不同焊珠而異且可以例行實驗 決定。 第3圖顯示雷射頭之光纖對正助熔劑層32上方位於模 版29之腔室27内部安置之焊珠28。光纖罩於殼體34内，殼 體固定光纖36陣列而匹配墊及焊珠陣列。模版線網之高度 26約略等於焊珠直徑。 第4圖為流程圖顯示根據本發明之方法，模版對正基 材接著以珠吸取頭42安置珠。於步驟42後，較佳進行目測 檢視44俾確保珠妥為定位接著為雷射再熔46。步驟42-46 較佳以封裝體固定進行俾減少於焊珠置於基材上之任何干 擾。雷射焊接後封裝體可於再熔烘箱或熱板48加熱短時間 而平滑及拋光焊珠表面。目測檢視技術較佳使用攝影機如 CCD(電容器帶電裝置）攝影機進行。 雖然已經就第1至4圖說明本發明，但需瞭解附圖僅供 舉例說明之用而絕非限制本發明。業界人士可未悖離所述 本發明之精髓及範圍做出多種變化及修改。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^^1 n^i n^i ^^^1 ·\ i^n K .-3^--9 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ7 B7 五、發明説明（6 ) 元件標號對照 20…基材 29…模版 22…模版 30…雷射頭 24…吸取頭 32…助溶劑 26…厚度 34…殼體 27…模穴 36…光纖 28…烊珠 42-46…步驟 t . -- I - I - m - - u ί / - - κι - I— I ^^^1 — . ^1» 、τ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）
Claims (1)
- 时年W//E1知正 補充 六、申請專利範圍 第87106696號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：S8年12月 1 · 一種附有具有墊陣列之基材之1C晶片球栅陣列封裝用 之焊珠安置及無助熔劑式雷射再熔系統，其包含： 模版對正裝置具有模穴陣列可匹配塾陣列之模版 焊珠安置裝置，及 雷射模組’附有雷射頭適合發射至少一股雷射束 至焊珠上， 該系統循序執行下列步驟： 對正模版之模穴含有墊陣列； 使用模版作為導引對正焊珠安置裝置與基材故焊 珠陣列對正墊陣列； 排放對正的焊珠於附有預先施用之助熔劑之墊上 ’故焊珠置於各模版之模穴内； 雷射頭對正基材；及 辦放雷射束至焊珠上故焊珠被熔化且無助熔劑式 焊接於墊上。 2.如申請專利範圍第1項之附有具有墊陣列之基材之…晶 片球柵陣列封裝用之焊珠安置及無助熔劑式雷射再熔 系統，其中該系統又包括一部攝影機，及於焊珠安置 後使用攝影機來執行目測檢視之額外步驟。 3_如申請專利範圍第丨項之附有具有墊陣列之基材之圯晶 片球柵陣列封裝用之焊珠安置及無助溶劑式雷射再炫 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i · I I I I---^ l· I — I 峻 本紙張疋度適射關家標準（CNS)A4規格7 210 X 297 公釐） 时年W//E1知正 補充 六、申請專利範圍 第87106696號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：S8年12月 1 · 一種附有具有墊陣列之基材之1C晶片球栅陣列封裝用 之焊珠安置及無助熔劑式雷射再熔系統，其包含： 模版對正裝置具有模穴陣列可匹配塾陣列之模版 焊珠安置裝置，及 雷射模組’附有雷射頭適合發射至少一股雷射束 至焊珠上， 該系統循序執行下列步驟： 對正模版之模穴含有墊陣列； 使用模版作為導引對正焊珠安置裝置與基材故焊 珠陣列對正墊陣列； 排放對正的焊珠於附有預先施用之助熔劑之墊上 ’故焊珠置於各模版之模穴内； 雷射頭對正基材；及 辦放雷射束至焊珠上故焊珠被熔化且無助熔劑式 焊接於墊上。 2.如申請專利範圍第1項之附有具有墊陣列之基材之…晶 片球柵陣列封裝用之焊珠安置及無助熔劑式雷射再熔 系統，其中該系統又包括一部攝影機，及於焊珠安置 後使用攝影機來執行目測檢視之額外步驟。 3_如申請專利範圍第丨項之附有具有墊陣列之基材之圯晶 片球柵陣列封裝用之焊珠安置及無助溶劑式雷射再炫 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i · I I I I---^ l· I — I 峻 本紙張疋度適射關家標準（CNS)A4規格7 210 X 297 公釐） 六、申請專利範圍 系統，其中該雷射頭為矩陣雷射頭。 4. 如申請專利範圍第i項之附有具有墊陣列之基材之IC晶 片球栅陣列封裝用之焊珠安置及無助熔劑式雷射再熔 系統’其中該雷射頭可傳送Nd: YAG雷射束。 5. 如申請專利範圍第！項之附有具有墊陣列之基材之IC晶 片球柵陣列封裝用之焊珠安置及無助熔劑式雷射再熔 系統’其中該雷射焊接步驟係於氮氣環境下進行。 6. 如申凊專利範圍第丨至5項中任一項之附有具有墊陣列 之基材之1C晶片球栅陣列封裝用之烊珠安置及無助熔 劑式雷射再熔系統，其中該系統又包含一片熱板及 於雷射焊接步驟後以熱板執行焊珠之加熱拋光之額外 步驟。 7·如申請專利範圍第!至5項中任一項之附有具有墊陣列 之基材之1C晶片球栅陣列封裝用之焊珠安置及無助炫 劑式雷射再炫系統，其中該系統又包含一座再炼供箱 ，及於雷射焊接步驟後使用再㈣箱執行焊珠之加熱 拋光'之額外步驟。 8. 如申請㈣㈣第1至5射任—項之时具有塾陣歹 晶片球栅陣列封裝用之焊珠安置及無㈣ 劑式雷射再稼系統，其中該塾為金製成。 9. 一㈣晶狀球柵陣列封裝用之焊珠安置 晶片附有具有互連料列之⑽，„置包含· 模版對正裝署H 士 塾陣列； 其具有-片模版附有模穴陣列匹配 本紙張尺度適用中國國家標準規格（2J0" -2- χ 297公釐 ) A8 _ B8 3992 冗 Eg 六、申請專利範圍 焊珠安置於不含助熔劑墊上之裝置；及 一個雷射頭其適合發射雷射束至焊珠故焊珠被熔 化 ------------ i - -----^'.1-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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