TWI814612B - 基板之電子元件植入方法及裝置 - Google Patents
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Abstract
一種基板之電子元件植入方法,係由一控制電路執行一程式實現且其包括以下步驟:驅使一供料裝置將多個電子元件對應地置入一工裝件之一第一側之多個穿孔中,其中,該工裝件之與該第一側相對之一第二側黏貼有一熱解膠膜以固定該些電子元件; 驅使該工裝件以該第一側與一基板進行一對準抵接操作以使該些電子元件各與該基板上之一接觸墊相對,其中,各該接觸墊上均覆蓋有一焊料;驅使一加熱設備對該工裝件及該基板加熱以使該些電子元件各焊接在一所述接觸墊上及去除該熱解膠膜;以及移除該工裝件。依此,本發明即可有效率地將大量的電子元件精準地焊接在一基板之對應接觸墊上,並重複利用該工裝件。
Description
本發明係關於電子元件的轉移方法,特別是關於一種基板之大量電子元件植入方法及裝置。
隨著電子產品的功能不斷提昇,許多電路載板或顯示面板之元件黏裝涉及將巨量的電子元件轉移到電路載板或顯示面板上。
一般的電子元件轉移方法在轉移過程中會在作為轉移目標的電路載板或顯示面板之連接墊上配置例如錫球之類的焊料,接著再將電子元件配置在焊料上並進行焊接,從而使電子元件轉移到轉移目標上並與轉移目標固定結合。
然而,傳統的錫球只能提供機械性、電性和被動式的散熱功能,已逐漸無法滿足現今轉移製程所需的精度及植入效率。尤其是,由於錫球在焊接受壓過程中因穩定性較差而難以滿足連接墊之小間距絕緣需求,其已無法應用於牽涉大量連接墊及微小連接墊間距的多晶片封裝整合製程。
此外,過往的電子元件轉移通常使用取放法(pick and place),但這種方法轉移效率不佳,因而逐漸無法滿足現今半導體先進封裝製程,例如3D封裝製程,所牽涉的大量電子元件轉移需求。
為解決上述的問題,本領域亟需一新穎的技術方案以將巨量電子元件植入一基板上。
本發明之一目的在於提供一種基板之電子元件植入方法,其透過具有多個穿孔的一工裝件固持電子元件,並驅使工裝件與基板進行對準抵接以將電子元件焊接在基板的一接觸墊上,從而大幅提高轉移效率以及轉移所需的精度。
本發明之另一目的在於提供一種基板之電子元件植入方法,其可利用一可重複使用之工裝件將大量電子元件精準地植入一基板中。
本發明之另一目的在於提供一種基板之電子元件植入裝置,期可藉由上述的方法大幅提高轉移效率以及轉移所需的精度。
本發明之又一目的在於提供一種基板之電子元件植入裝置,其可利用一可重複使用之工裝件將大量電子元件精準地植入一基板中。
為達成上述目的,一種基板之電子元件植入方法乃被提出,該基板之電子元件植入方法係由一控制電路執行一程式實現且其包括以下步驟:
驅使一供料裝置將多個電子元件對應地置入一工裝件之一第一側之多個穿孔中,其中,該工裝件之與該第一側相對之一第二側黏貼有一熱解膠膜以固定該些電子元件;
驅使該工裝件以該第一側與一基板進行一對準抵接操作以使該些電子元件各與該基板上之一接觸墊相對,其中,各該接觸墊上均覆蓋有一焊料;
驅使一加熱設備對該工裝件及該基板加熱以使該些電子元件各焊接在一所述接觸墊上及去除該熱解膠膜;以及
移除該工裝件。
在一實施例中,所述的工裝件之該第一側具有至少一開槽以容納該基板上之至少一晶粒。
在可能的實施例中,所述電子元件包含由銅柱和被動元件所組成群組所選擇的至少一種元件。
在可能的實施例中,該加熱設備可為回焊爐、紅外加熱燈、雷射、熱風槍或擴散接合設備(Diffusion bonding);另外,所述焊料可包含焊錫、銅膏或銀膠所組成群組所選擇的至少一種材料。
在可能的實施例中,該工裝件之該些穿孔及所述至少一開槽可藉由雷射穿孔、化學蝕刻或熱壓成型實現。
在可能的實施例中,該基板可為一矽晶圓,且該工裝件的材質可包含由矽、玻璃和碳化矽所組成群組所選擇的至少一種材料。
在可能的實施例中,該基板可為一BT(Bismaleimide Triazine;亞胺-三氮雜苯)樹脂基板、一ABF(Ajinomoto Build-up Film;味之素積層膜)基板或一MIS(Molded Interconnect Substrate;模封基材)基板,且該工裝件的材質包含不鏽鋼。
為達成上述目的,本發明進一步揭露一種基板之電子元件植入裝置,其具有一控制電路、一供料裝置、一工裝件及一加熱設備以執行一電子元件植入程序,該程序包括:
驅使該供料裝置將多個電子元件對應地置入該工裝件之一第一側之多個穿孔中,其中,該工裝件之與該第一側相對之一第二側黏貼有一熱解膠膜以固定該些電子元件;
驅使該工裝件以該第一側與一基板進行一對準抵接操作以使該些電子元件各與該基板上之一接觸墊相對,其中,各該接觸墊上均覆蓋有一焊料;以及
驅使該加熱設備對該工裝件及該基板加熱以使該些電子元件各焊接在一所述接觸墊上及去除該熱解膠膜;以及
移除該工裝件。
在一實施例中,所述的工裝件之該第一側具有至少一開槽以容納該基板上之至少一晶粒。
在可能的實施例中,所述電子元件包含由銅柱和被動元件所組成群組所選擇的至少一種元件。
在可能的實施例中,該加熱設備可為回焊爐、紅外加熱燈、雷射、熱風槍或擴散接合設備(Diffusion bonding);另外,所述焊料可包含焊錫、銅膏或銀膠所組成群組所選擇的至少一種材料。
在可能的實施例中,該工裝件之該些穿孔及所述至少一開槽可藉由雷射穿孔、化學蝕刻或熱壓成型實現。
在可能的實施例中,該基板可為一矽晶圓,且該工裝件的材質可包含由矽、玻璃和碳化矽所組成群組所選擇的至少一種材料。
在可能的實施例中,該基板可為一BT樹脂基板、一ABF基板或一MIS基板,且該工裝件的材質包含不鏽鋼。
為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的,茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
請參照圖1,其繪示本發明之基板之電子元件植入裝置之一實施例之方塊圖。如圖1所示,一基板之電子元件植入裝置100係用以執行一電子元件植入程序,從而將電子元件轉移至一基板10上,且該基板之電子元件植入裝置100具有一控制電路110、一供料裝置120、一工裝件130以及一加熱設備140,其中該控制電路110電性連接於該供料裝置120、該工裝件130以及該加熱設備140。
請參考圖2,其為圖1中的工裝件之一剖面示意圖。如圖所示,該工裝件130包括一第一側(即圖2中工裝件130的上側)以及一第二側,其中該第二側與該第一側彼此相對。該第一側上形成有多個穿孔131以及至少一開槽132,其中該些穿孔131例如是圓柱形孔且用以容置欲植入的電子元件,且該至少一開槽132用以容納該基板10上之至少一晶粒12(請參考圖4)。另一方面,該第二側上黏貼有一熱解膠膜133,且該熱解膠膜133用以固定該電子元件。
詳細而言,在該工裝件130上形成該些穿孔131以及該至少一開槽132前可先對該工裝件130的該第一側進行研磨,且形成該些穿孔131以及該至少一開槽132的方式可以為雷射穿孔、化學蝕刻或熱壓成型,其中又以可達到較高的加工精度和適合的表面粗糙度的雷射穿孔為佳,但本發明對此不加以限制。值得一提的是,為了能進一步提高該些電子元件植入該基板10時的位置精度,較佳地,該些穿孔131及該至少一開槽132的加工位置及形狀是透過該基板10預定配置該些電子元件以及該至少一晶粒12的佈局(pattern)所設定,配合高精度的雷射加工,可使轉移後的上述位置精度得到保證。在完成穿孔及開槽加工程序後,使用者可在該工裝件130的該第二側上貼附該熱解膠膜133,以完成對該工裝件130的初步配置。
請參考圖3及圖7,其中圖3為將電子元件配置於圖2的工裝件上之一剖面示意圖,而圖7繪示本發明之基板之電子元件植入方法之一實施例之流程圖。具體而言,該電子元件植入程序係由該控制電路110執行從而實現一基板之電子元件植入方法,且該基板之電子元件植入方法包括以下步驟:
步驟a:驅使一供料裝置將多個電子元件對應地置入一工裝件之一第一側之多個穿孔中,其中,該工裝件之與該第一側相對之一第二側黏貼有一熱解膠膜以固定該些電子元件;
步驟b:驅使該工裝件以該第一側與一基板進行一對準抵接操作以使該些電子元件各與該基板上之一接觸墊相對,其中,各該接觸墊上均覆蓋有一焊料;
步驟c:驅使一加熱設備對該工裝件及該基板加熱以使該些電子元件各焊接在一所述接觸墊上及去除該熱解膠膜;以及
步驟d:移除該工裝件。
如圖3所示,當該控制電路110執行該電子元件植入程序時,使用者可驅使該供料裝置120將多個電子元件20對應地置入該些穿孔131中,其中電子元件20例如是對應該些穿孔大小及形狀的銅柱,且該些銅柱的高度與該些穿孔131的深度相同。相對於傳統的錫球,這些銅柱可增加電子訊號的傳遞能力及訊號可靠度,還可在更小的間距(pitch)下確保兩相鄰銅柱不致發生短路,使得單位面積的該基板10可承載更多的該些電子元件20。然而,在其它可能的實施例中,該些電子元件20也可以選自於電阻、電容或電感等被動元件,本發明對此不加以限制。
當該些電子元件20被植入該些穿孔131中且配置完成時,該些電子元件20的底部會接觸該熱解膠膜133,並藉由該熱解膠膜133的黏性固定在該工裝件130上。換言之,可透過該熱解膠膜133使該工裝件130完成對該些電子元件20的暫態固持。
請參考圖4,其為圖1中的基板之一剖面示意圖。本實施例的該基板10例如是一矽晶圓且適於將該些電子元件20及至少一晶粒12配置於其上。當該基板10為矽晶圓的情況下,該工裝件130的材質較佳包含矽、玻璃或碳化矽等元素,如此一來在後續與該基板10接觸加熱時,該工裝件130即可因與該基板10有很小的熱膨脹係數差異而不影響其二者間的定位、對準效果。另外,該基板10也可為一電路板,詳細而言,基板10可為一BT(Bismaleimide Triazine;亞胺-三氮雜苯)樹脂基板、一ABF(Ajinomoto Build-up Film;味之素積層膜)基板或一MIS(Molded Interconnect Substrate;模封基材)基板;在這種情況下,該工裝件130的材質可包含不鏽鋼以與該基板10有很小的熱膨脹係數差異而不影響其二者間的定位、對準效果。除此之外,該基板10上可配置有多個接觸墊11,且各該接觸墊11上各覆蓋有一用於焊接該些電子元件20用的焊料11a,其中該些接觸墊11的數量及位置例如是對應於該些電子元件20,且該些焊料11a例如是銲錫、銀膠、銅膏或上述之任一組合。
請參考圖5,其為已固持電子元件的工裝件與基板進行對位時之一剖面示意圖。當該工裝件130完成對該些電子元件20的固持後,使用者可驅使該工裝件130以該第一側與該基板10進行對準抵接操作,以使該些電子元件20分別與該基板10上的各該接觸墊11相對,具體作法可包括但不限定將原本以該第一側配置的該工裝件130整個翻轉,並且將翻轉後的該工裝件130對位於該基板。之後,使該工裝件130與該基板10彼此相對接近,直到該些電子元件20抵接於該些焊料11a,且當該些電子元件20對準該些焊料11a時,該至少一開槽132也同時對位於該至少一晶粒12並將該至少一晶粒12容置於其中。值得一提的是,雖然在本實施例中以驅使該工裝件130移動並靠近該基板10,從而實現兩者間的相對接近,但本發明並不以此為限,在其它可能的實施例中,也可以移動該基板10以對位於該工裝件130,或者是同時移動該工裝件130以及該基板10,只要能順利使該些電子元件20抵接於該些焊料11a即可。
當該些電子元件20全數抵接於該些焊料11a後,使用者可驅使該加熱設備140對該工裝件130及該基板10加熱,以去除該熱解膠膜133,同時將該些電子元件20焊接在該些接觸墊11上。詳細而言,該加熱設備140例如是一回焊爐,當該加熱設備140將溫度提高至一回焊溫度時,該熱解膠膜133將會氣化並揮發,且該些焊料11a將會熔解並將該些電子元件20焊接於對應的該些接觸墊11上,相較於過往使用電鍍焊接的轉移方式,由於該些電子元件20在焊接過程中被該工裝件130的該些穿孔131限位,因此其加工後位置及相對於該基板10的方向不會產生偏移,同時基於該工裝件130與該基板10的材料選用,因此焊接過程也不會產生熱膨脹係數不匹配的定位問題,進而能達到一次性巨量的電子元件轉移及固定。此外,在其它可能的實施例中,該加熱設備140也可以是一紅外加熱燈、雷射、一熱風槍或一擴散接合(Diffusion bonding)設備,本發明對此不加以限定。
請參考圖6,其為完成焊接電子元件且移除工裝件後的基板之一側視圖。在焊接工序結束後,使用者可驅使該工裝件130離開該基板10的表面,。而已焊接於該基板10表面的該些電子元件20將會留在該基板10上,達到電子元件植入的效果。透過這樣的方式,該些電子元件20可選用直徑相同且筆直的圓形微銅柱以提高該基板10單位面積上的電子元件密度,且在焊接過程中該些電子元件20透過該工裝件130的該些穿孔131固持,因此可確保一定的定位精度,且焊料11a的用量可減少到僅需將該些電子元件20焊接即可。另一方面,完成加工後的該工裝件130僅需去除殘留在該第一側上的少量該焊料11a後,即可再度貼附該熱解膠膜133以及置入電子元件20而再度加工,因此可顯著提高加工效率。
由上述的說明,本發明可提供以下優點:
(1) 本發明之基板之電子元件植入方法可透過工裝件的多個穿孔以及熱解膠膜固持電子元件,並驅使該工裝件與基板進行對準抵接操作,從而大幅提高轉移效率以及轉移所需的精度。
(2) 本發明之基板之電子元件植入方法可利用一可重複使用之工裝件將大量電子元件精準地植入一基板中。
(3) 本發明之基板之電子元件植入裝置可藉由上述的方法大幅提高轉移效率以及轉移所需的精度。
(4) 本發明之基板之電子元件植入裝置可利用一可重複使用之工裝件將大量電子元件精準地植入一基板中。
本案所揭示者,乃較佳實施例,舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝知人所易於推知者,俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳,本案無論目的、手段與功效,皆顯示其迥異於習知技術,且其首先發明合於實用,確實符合發明之專利要件,懇請 貴審查委員明察,並早日賜予專利俾嘉惠社會,是為至禱。
10:基板
11:接觸墊
11a:焊料
12:晶粒
20:電子元件
100:電子元件植入裝置
110:控制電路
120:供料裝置
130:工裝件
131:穿孔
132:開槽
133:熱解膠膜
140:加熱設備
步驟a:驅使一供料裝置將多個電子元件對應地置入一工裝件之一第一側之多個穿孔中,其中,該工裝件之與該第一側相對之一第二側黏貼有一熱解膠膜以固定該些電子元件
步驟b:驅使該工裝件以該第一側與一基板進行一對準抵接操作以使該些電子元件各與該基板上之一接觸墊相對,其中,各該接觸墊上均覆蓋有一焊料
步驟c:驅使一加熱設備對該工裝件及該基板加熱以使該些電子元件各焊接在一所述接觸墊上及去除該熱解膠膜
步驟d:移除該工裝件
圖1繪示本發明之基板之電子元件植入裝置之一實施例之方塊圖。
圖2為圖1中的工裝件之一剖面示意圖。
圖3為將電子元件配置於圖2的工裝件上之一剖面示意圖。
圖4為圖1中的基板之一剖面示意圖。
圖5為已固持電子元件的工裝件與基板進行對位時之一剖面示意圖。
圖6為完成焊接電子元件且移除工裝件後的基板之一側視圖。
圖7繪示本發明之基板之電子元件植入方法之一實施例之流程圖。
步驟a:驅使一供料裝置將多個電子元件對應地置入一工裝件之一第一側之多個穿孔中,其中,該工裝件之與該第一側相對之一第二側黏貼有一熱解膠膜以固定該些電子元件
步驟b:驅使該工裝件以該第一側與一基板進行一對準抵接操作以使該些電子元件各與該基板上之一接觸墊相對,其中,各該接觸墊上均覆蓋有一焊料
步驟c:驅使一加熱設備對該工裝件及該基板加熱以使該些電子元件各焊接在一所述接觸墊上及去除該熱解膠膜
步驟d:移除該工裝件
Claims (14)
- 一種基板之電子元件植入方法,係由一控制電路執行一程式實現且其包括以下步驟: 驅使一供料裝置將多個電子元件對應地置入一工裝件之一第一側之多個穿孔中,其中,該工裝件之與該第一側相對之一第二側黏貼有一熱解膠膜以固定該些電子元件; 驅使該工裝件以該第一側與一基板進行一對準抵接操作以使該些電子元件各與該基板上之一接觸墊相對,其中,各該接觸墊上均覆蓋有一焊料; 驅使一加熱設備對該工裝件及該基板加熱以使該些電子元件各焊接在一所述接觸墊上及去除該熱解膠膜;以及 移除該工裝件。
- 如請求項1所述之基板之電子元件植入方法,其中,該工裝件之該第一側具有至少一開槽以容納該基板上之至少一晶粒。
- 如請求項1所述之基板之電子元件植入方法,其中,所述電子元件包含由銅柱和被動元件所組成群組所選擇的至少一種元件。
- 如請求項1所述之基板之電子元件植入方法,其中,該加熱設備係由回焊爐、紅外加熱燈、雷射、熱風槍和擴散接合設備(Diffusion bonding)所組成群組所選擇的一種加熱設備,且所述焊料包含由焊錫、銅膏或銀膠所組成群組所選擇的至少一種材料。
- 如請求項2所述之基板之電子元件植入方法,其中,該工裝件之該些穿孔及所述至少一開槽係由雷射穿孔、化學蝕刻和熱壓成型所組成群組所選擇的一種工序實現。
- 如請求項1所述之基板之電子元件植入方法,其中,該基板係一矽晶圓,且該工裝件的材質包含由矽、玻璃和碳化矽所組成群組所選擇的至少一種材料。
- 如請求項1所述之基板之電子元件植入方法,其中,該基板係由BT基板、ABF基板和MIS基板所組成群組所選擇的一種基板,且該工裝件的材質包含不鏽鋼。
- 一種基板之電子元件植入裝置,其具有一控制電路、一供料裝置、一工裝件及一加熱設備以執行一電子元件植入程序,該程序包括: 驅使該供料裝置將多個電子元件對應地置入該工裝件之一第一側之多個穿孔中,其中,該工裝件之與該第一側相對之一第二側黏貼有一熱解膠膜以固定該些電子元件; 驅使該工裝件以該第一側與一基板進行一對準抵接操作以使該些電子元件各與該基板上之一接觸墊相對,其中,各該接觸墊上均覆蓋有一焊料;以及 驅使該加熱設備對該工裝件及該基板加熱以使該些電子元件各焊接在一所述接觸墊上及去除該熱解膠膜;以及 移除該工裝件。
- 如請求項8所述之基板之電子元件植入裝置,其中,該工裝件之該第一側具有至少一開槽以容納該基板上之至少一晶粒。
- 如請求項8所述之基板之電子元件植入裝置,其中,所述電子元件包含由銅柱和被動元件所組成群組所選擇的至少一種元件。
- 如請求項8所述之基板之電子元件植入裝置,其中,該加熱設備係由回焊爐、紅外加熱燈、雷射、熱風槍和擴散接合設備(Diffusion bonding)所組成群組所選擇的一種加熱設備,且所述焊料包含由焊錫、銅膏或銀膠所組成群組所選擇的至少一種材料。
- 如請求項9所述之基板之電子元件植入裝置,其中,該工裝件之該些穿孔及所述至少一開槽係由雷射穿孔、化學蝕刻和熱壓成型所組成群組所選擇的一種工序實現。
- 如請求項8所述之基板之電子元件植入裝置,其中,該基板係一矽晶圓,且該工裝件的材質包含由矽、玻璃和碳化矽所組成群組所選擇的至少一種材料。
- 如請求項8所述之基板之電子元件植入裝置,其中,該基板係由BT基板、ABF基板和MIS基板所組成群組所選擇的一種基板,且該工裝件的材質包含不鏽鋼。
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