TWI717056B - 散熱片壓合製程之溫度控制方法及裝置 - Google Patents

散熱片壓合製程之溫度控制方法及裝置 Download PDF

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Abstract

本發明係一種散熱片壓合製程之溫度控制方法及裝置，包括：提供一加熱器，設於一待壓合物之下側的一第一壓模；提供一第一感溫器，設於該待壓合物之下側的該第一壓模；提供一第二感溫器，設於該待壓合物之上側的一第二壓模；提供一控制單元，電性連結該加熱器、該第一感溫器與該第二感溫器；以該第一感溫器與該第二感溫器分別感測該待壓合物兩側之溫度，該第一感溫器感測該加熱器欲對該待壓合物加熱之一第一溫度，該第二感溫器感測該第一溫度傳遞經該待壓合物後之一第二溫度，並使該控制單元依感測之溫度控制該加熱器之加熱溫度。

Description

散熱片壓合製程之溫度控制方法及裝置
本發明係有關於一種溫度控制方法及裝置，尤指一種在散熱片壓合製程中用來掌握壓合溫度的散熱片壓合製程之溫度控制方法及裝置。
按，一般半導體封裝製程中，對於需要進行散熱片封裝的半導體，通常會在已置放一晶片之一基板上側周緣與該晶片上側先分別施加黏性材料與導熱材料，然後再將一散熱片置放於黏性材料與導熱材料上，接著進行加壓與加熱之壓合製程使該散熱片因黏性材料固化而固定於該基板上。
在壓合製程中，該散熱片、該晶片與該基板所組成之待壓合物將以矩陣排列方式對應放置於一載盤之複數個矩陣排列之鏤空區間上，該載盤可經一流道輸送至位於該流道上、下兩側之一上壓模與一下壓模之間，並由該上壓模與該下壓模夾壓該載盤上之待壓合物一預設時間；在夾壓過程中，該下壓模內之加熱器將輸出熱能，使待壓合物可在夾壓之過程中受到加熱，以利黏性材料固化；為了可監控夾壓過程中之加熱溫度，該下壓模內另設有感溫器可感測該下壓模之溫度，該感溫器之溫度訊息可傳輸至控制單元，該控制單元可依感溫器所測得之溫度自動或由操作人員手動控制各加熱器輸出的熱能。
惟，習知散熱片壓合製程在實際使用上，因為下壓模由下方朝待壓合物傳遞熱能，待壓合物內部之溫度係緩慢地上升，而控制單元僅可得知當前下壓模之溫度，並無法得知待壓合物當前之溫度；假設待壓合物 內之黏性材料可固化之製程條件為需在溫度145~147度下壓合100秒，操作人員或控制單元需先控制加熱器輸出的熱能使下壓模到達約146度之溫度，但實際上因熱能傳遞時會被消耗，故待壓合物實際之溫度可能僅136度，溫度過低沒有達到製程條件所需，導致不良品之產生；若考慮熱能消耗之問題而先調高加熱器輸出的熱能使下壓模到達約156度之溫度，但下壓模之溫度實際上並非與待壓合物之溫度存在固定之消長關係，故待壓合物實際之溫度可能係150度，溫度過高將造成待壓合物損壞，同樣導致不良品之產生。
爰是，本發明的目的，在於提供一種在散熱片壓合製程中可掌握待壓合物之溫度的散熱片壓合製程之溫度控制方法。
本發明的另一目的，在於提供一種在散熱片壓合製程中可掌握待壓合物之溫度的散熱片壓合製程之溫度控制裝置。
本發明的又一目的，在於提供一種用以執行如所述溫度控制方法的裝置。
依據本發明目的之散熱片壓合製程之溫度控制方法，包括：提供一加熱器，設於一待壓合物之下側的一第一壓模；提供一第一感溫器，設於該待壓合物之下側的該第一壓模；提供一第二感溫器，設於該待壓合物之上側的一第二壓模；提供一控制單元，電性連結該加熱器、該第一感溫器與該第二感溫器；以該第一感溫器與該第二感溫器分別感測該待壓合物兩側之溫度，該第一感溫器感測該加熱器欲對該待壓合物加熱之一第一溫度，該第二感溫器感測該第一溫度傳遞經該待壓合物後之一第二溫度，並使該控制單元依感測之溫度控制該加熱器之加熱溫度。
依據本發明另一目的之散熱片壓合製程之溫度控制裝置，包括：一第一壓模，設有一支撐體、一加熱器與一第一感溫器；一第二壓模， 設有一壓體與一第二感溫器；一控制單元，電性連結該加熱器、該第一感溫器與該第二感溫器；該第一壓模與該第二壓模設於一待壓合物之兩側，分別以該支撐體與該壓體夾壓該待壓合物；該待壓合物以矩陣排列方式對應放置於一載盤之複數個矩陣排列之鏤空區間上；該第一感溫器與該第二感溫器可分別感測該待壓合物兩側之溫度，並以該控制單元控制該加熱器之加熱溫度。
依據本發明又一目的之散熱片壓合製程之溫度控制裝置，包括：用以執行如所述散熱片壓合製程之溫度控制方法的裝置。
本發明實施例之散熱片壓合製程之溫度控制方法及裝置，該第二感溫器可在該待壓合物一側感測該待壓合物另一側之該加熱器傳遞至該待壓合物之溫度，使該控制單元可評估該待壓合物兩側之溫度判斷該待壓合物內部之溫度，以控制該加熱器之溫度達到符合壓合製程條件所需。
A:座架
A1:底座
A2:頂座
A3:樞桿
A4:樞座
A5:第一驅動器
A6:操作區間
B:支撐機構
B1:第一壓模
B11:支撐體
B111:第一傳熱面
B112:支撐面
B12:第一壓模座
B13:加熱器
B14:第一感溫器
C:加壓機構
C1:第二壓模
C11:壓體
C111:第二傳熱面
C112:壓面
C12:第二壓模座
C13:第二感溫器
C2:加壓動力源
C21:第二驅動器
D:控制單元
T:載盤
T1:鏤空區間
T2:限位銷
TC1:第一溫度變化曲線
TC2:第二溫度變化曲線
TC3:第三溫度變化曲線
TC3':第三溫度變化曲線
W:待壓合物
W1:基板
W2:晶片
W3:散熱片
W31:框緣
W32:中央隆設面
W4:黏膠
W5:導熱膠
W6:第三感溫器
圖1係本發明實施例中待壓合物之立體示意圖。
圖2係本發明實施例中基板、晶片與散熱片之立體分解示意圖。
圖3係本發明實施例中待壓合物放置於載盤上之立體示意圖。
圖4係本發明實施例中執行散熱片壓合之裝置之立體示意圖。
圖5係本發明實施例中執行散熱片壓合之裝置之側面示意圖。
圖6係本發明實施例中載盤置放於第一壓模上之示意圖。
圖7係本發明實施例中待壓合物夾壓於第一壓模與第二壓模之間之示意圖。
圖8係本發明實施例中第一感溫器與第二感溫器所感測之溫度變化之示意圖。
圖9係本發明實施例中待壓合物內設置第三感溫器之示意圖。
圖10係本發明實施例中第一感溫器、第二感溫器與第三感溫器所感測之溫度變化之示意圖。
請參閱圖1、2，本發明實施例散熱片壓合製程之溫度控制方法及裝置，可使用如圖所示之待壓合物W為例作說明，該待壓合物W由一基板W1、一晶片W2與一散熱片W3所組成，該晶片W2設於該基板W1與該散熱片W3之間，該基板W1上四角落處分別各塗覆∟型朝中央框設狀之黏膠W4，以供該散熱片W3周緣低階之一框緣W31貼覆黏設，另需在該晶片W2上表面塗覆呈交叉狀之導熱膠W5(或貼附導熱膠片)，以供該散熱片W3之一中央隆設面W32內緣貼覆黏設。
請參閱圖3，在散熱片壓合製程中，該待壓合物W可以矩陣排列方式對應放置於一載盤T之複數個矩陣排列之鏤空區間T1上進行操作，並使該待壓合物W受該鏤空區間T1周緣支撐可保持於該載盤T上不至於墜落，並受該鏤空區間T1周緣之複數個限位銷T2限制水平位移。
請參閱圖4、5，本發明實施例散熱片壓合製程之溫度控制方法可以如圖中所示裝置為例作說明，其設有：一座架A，包括一底座A1及一頂座A2，其間以複數個樞桿A3形成支撐，並於該底座A1及該頂座A2間設一樞座A4，其可受該頂座A2上一例如汽壓缸所構成之第一驅動器A5驅動，而在各樞桿A3間進行大行程之上、下位移；該樞座A4下方與該底座A1上方間形成一操作區間A6；一支撐機構B，設於該座架A之該操作區間A6中，該支撐機構B下方設於該底座A1上方；該支撐機構B設有一第一壓模B1，其凸設有複數個矩陣排列之支撐體B11於一第一壓模座B12上； 一加壓機構C，設於該座架A之該操作區間A6中，該加壓機構C上方設於該樞座A4下方並與其連動地可作上、下位移；該加壓機構C設有一第二壓模C1與一加壓動力源C2，該第二壓模C1上凸設有複數個矩陣排列之壓體C11於一第二壓模座C12下方，該加壓動力源C2內設有複數個矩陣排列對應該壓體C11例如氣壓缸所構成之第二驅動器C21，可各別驅動對應之壓體C11相對該第二壓模座C12進行小行程之上、下位移；一控制單元D，設於該頂座A2上方，可用以執行數據運算並進行裝置上各功能控制。
請參閱圖5、6，各支撐體B11皆設有一第一傳熱面B111與一支撐面B112，該第一傳熱面B111上設有一加熱器B13，該第一傳熱面B111與該支撐面B112之間設有一第一感溫器B14，該第一感溫器B14設於該加熱器B13上側，可感測該加熱器B13輸出熱能後該支撐體B11靠近該待壓合物W一側之溫度；各壓體C11皆設有一第二傳熱面C111與一壓面C112，該第二傳熱面C111上設有一第二感溫器C13，可感測該加熱器B13傳遞經該支撐體B11、該待壓合物W後之溫度；各支撐體B11與各壓體C11上之各加熱器B13、各第一感溫器B14與各第二感溫器C13分別電性連結該控制單元D，該控制單元D可依感測之溫度控制各加熱器B13之加熱溫度。
請參閱圖5、6、7，在進行散熱片壓合製程時，承載該待壓合物W之該載盤T可經一搬送機構(圖未示)水平搬送至該第一壓模B1與該第二壓模C1之間，並將該載盤T置放於該第一壓模B1上；當該載盤T置放於該第一壓模B1上時，該支撐體B11穿經該載盤T之鏤空區間T11，以該支撐面B112支撐該待壓合物W之該基板W1，使該待壓合物W與該載盤T分離；接著該第二壓模C1受驅動進行大行程之向下位移，使該第二壓模C1上之壓體C11靠近但不碰觸該待壓合物W，然後該加壓動力源C2之第二驅 動器C21再驅動該壓體C11相對該第二壓模座C12進行小行程之向下位移，使該壓體C11之壓面C112碰觸該待壓合物W，並由上側對該待壓合物W之該散熱片W3施加壓力；當該第一壓模B1與該第二壓模C1夾壓該待壓合物W時，該加熱器B13輸出之熱能可先傳遞至該支撐體B11，再傳遞至該待壓合物W，使該待壓合物W內之黏膠W4可因熱而固化。
本發明實施例散熱片壓合製程之溫度控制方法在實施上，當該第一壓模B1與該第二壓模C1夾壓該待壓合物W時，該第一感溫器B14與該第二感溫器C13分別感測該待壓合物W上下兩側之溫度，並以該控制單元D紀錄單位時間內溫度之變化，該第一感溫器B14感測該加熱器B13欲對該待壓合物W加熱之一第一溫度，該第二感溫器C13感測該第一溫度傳遞經該支撐體B11、該待壓合物W後之一第二溫度，因該待壓合物W位於該第一感溫器B14與該第二感溫器C13之間，故在相同時間點該待壓合物W之一第三溫度最高不會高於該第一溫度，最低不會低於該第二溫度，使該控制單元D可藉由如圖8所示之一對應該第一溫度之第一溫度變化曲線TC1與一對應該第二溫度之第二溫度變化曲線TC2，模擬運算出該待壓合物W之一可能對應該第三溫度之第三溫度變化曲線TC3(該第三溫度變化曲線TC3之模擬運算方式可取相同時間點之該第一溫度與該第二溫度之中間值相連接而成)，且該控制單元D可依感測之溫度變化控制該加熱器B13之加熱溫度。
為了可以更明確得知該第三溫度與該第一溫度、該第二溫度間之消長關係，如圖9、10所示，待壓合物W內可另埋設有一第三感溫器W6於該散熱片W3與該晶片W2之間並與該控制單元D電性連結，可直接感測該第一溫度傳遞至該待壓合物W內之該第三溫度而獲得一實際對應該第三溫度之第三溫度變化曲線TC3'，並提供給該控制單元D作為模擬運算該第 三溫度變化曲線TC3時之參考；其中，該第三感溫器W6主要使用於調機校正時。
本發明實施例之散熱片壓合製程之溫度控制方法及裝置，該第二感溫器C13可在該待壓合物W一側感測該待壓合物W另一側之該加熱器B13傳遞至該待壓合物W之溫度，使該控制單元D可評估該待壓合物W兩側之溫度判斷該待壓合物W內部之溫度，以控制該加熱器B13之加熱溫度使該待壓合物W之溫度達到符合壓合製程條件所需。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
B11:支撐體
B111:第一傳熱面
B112:支撐面
B12:第一壓模座
B13:加熱器
B14:第一感溫器
C11:壓體
C111:第二傳熱面
C112:壓面
C13:第二感溫器
T:載盤
T1:鏤空區間
W:待壓合物
W1:基板

Claims (10)

  1. 一種散熱片壓合製程之溫度控制方法，包括：提供一加熱器，設於一待壓合物之下側的一第一壓模；提供一第一感溫器，設於該待壓合物之下側的該第一壓模；提供一第二感溫器，設於該待壓合物之上側的一第二壓模；提供一控制單元，電性連結該加熱器、該第一感溫器與該第二感溫器；以該第一感溫器與該第二感溫器分別感測該待壓合物兩側之溫度，該第一感溫器感測該加熱器欲對該待壓合物加熱之一第一溫度，該第二感溫器感測該第一溫度傳遞經該待壓合物後之一第二溫度，並使該控制單元依感測之溫度控制該加熱器之加熱溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述散熱片壓合製程之溫度控制方法，其中，當該第一壓模與該第二壓模夾壓該待壓合物時，該第一感溫器與該第二感溫器分別感測該待壓合物兩側之溫度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述散熱片壓合製程之溫度控制方法，其中，該待壓合物受該第一壓模支撐，該第二壓模由上而下對該第一壓模上之該待壓合物施加壓力。
  4. 如申請專利範圍第1項所述散熱片壓合製程之溫度控制方法，其中，該待壓合物內設有一第三感溫器與該控制單元電性連結，可感測該第一溫度傳遞至該待壓合物內之一第三溫度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述散熱片壓合製程之溫度控制方法，其中，該待壓合物由一散熱片、一晶片與一基板所組成，該晶片設於該散熱片與該基板之間，該第三感溫器設於該散熱片與該晶片之間。
  6. 一種散熱片壓合製程之溫度控制裝置，包括：一第一壓模，設有一支撐體、一加熱器與一第一感溫器； 一第二壓模，設有一壓體與一第二感溫器；一控制單元，電性連結該加熱器、該第一感溫器與該第二感溫器；該第一壓模與該第二壓模設於一待壓合物之兩側，分別以該支撐體與該壓體夾壓該待壓合物；該待壓合物以矩陣排列方式對應放置於一載盤之複數個矩陣排列之鏤空區間上；該第一感溫器與該第二感溫器可分別感測該待壓合物兩側之溫度，並以該控制單元控制該加熱器之加熱溫度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述散熱片壓合製程之溫度控制裝置，其中，該支撐體設有一第一傳熱面與一支撐面，該第一傳熱面上設有一加熱器，該第一傳熱面與該支撐面之間設有該第一感溫器；該壓體設有一第二傳熱面與一壓面，該第二傳熱面上設有該第二感溫器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述散熱片壓合製程之溫度控制裝置，其中，該待壓合物由一散熱片、一晶片與一基板所組成；該支撐體在一側支撐該待壓合物之該基板，該壓體由另一側對該待壓合物之該散熱片施加壓力。
  9. 如申請專利範圍第6項所述散熱片壓合製程之溫度控制裝置，其中，該載盤經一搬送機構搬送至該第一壓模與該第二壓模之間。
  10. 一種散熱片壓合製程之溫度控制裝置，包括：用以執行如申請專利範圍第1至5項任一項所述散熱片壓合製程之溫度控制方法的裝置。
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