Beschreibung
Lotkugel-Bestuckungsvorrichtung für BGA-Bauteile
Die Erfindung betrifft eine Lotkugel-Bestuckungsvorrichtung für BGA-Bauteile.
Halbleiterbauteile mit einem sogenannten „Ball-Grid-Arrayλ als Kontaktelemente, kurz auch BGA-Bauteil genannt, werden in zunehmendem Maße eingesetzt, da sie bei gleicher Anzahl an Anschlußelementen deutlich einfacher zu handhaben sind als andere Gehausetypen.
üblicherweise besteht ein solches BGA-Bauteil aus einem Tra- gerelement, auf dem ein Halbleiterbauelement bzw. Chip angeordnet ist und einer Abdeckung, die den Chip abdeckt. Diese Abdeckung kann entweder aus Gußmaterial bestehen oder auch nur aus einer aufgesetzten Kappe. Auf dem Tragermaterial befinden sich Kontaktflachen, die mit entsprechenden Kontakt- flachen des Chips verbunden werden. Weiterhin werden diese Kontaktflachen durch den Trager hindurch auf die gegenüberliegende Seite des Tragermaterials durchgeführt. Auf dieser Seite werden nunmehr „Balls" bzw. Kugeln aufgesetzt, die als Kontaktelement der Kontaktierung auf der Leiterplatte dienen. Hierzu wird üblicherweise auf der Kontaktflache zunächst ein Flußmittel aufgetragen und anschließend die Kugel, die eine aus Lotmaterial bestehende Lotkugel ist, mittels Zufuhr von Warme angeschmolzen.
Nunmehr besteht die Schwierigkeit, eine Vielzahl dieser Lotkugeln, die eine Große in der Größenordnung von etwa 0,7 mm aufweisen, möglichst schnell und genau zu plazieren.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Lotku- gel-Bestuckungsvorrichtung für BGA-Bauteile vorzusehen, bei der die Lotkugeln auf möglichst einfache Weise schnell und genau plaziert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnamen gelost.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteranspruchen angegeben.
Es zeigen:
Fig. 1 den strukturellen Aufbau eines BGA-Bauteiles
Fig. 2 den Schnitt durch eine erfindungsgemaße Anordnung, Fig. 3 eine Vergrößerung des Ausschnittes V der erfindungsge- maßen Anordnung nach Fig. 2, Fig. 4 die Draufsicht auf eine erfindungsgemaße Anordnung für den Handbetrieb.
Fig. 5 und 6 stellen ein weitergebildetes Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemaßen Anordnung im Schnitt und in der Draufsicht dar.
In Fig. 1 ist die grundsatzliche Aufbaustruktur eines BGA- Bauteiles dargestellt. Ein Halbleiterbauteil 1 ist auf einem Tragerteil 3 angeordnet und von einer Abdeckung 2 abgedeckt. Weiterhin sind Kontaktflachen (nicht dargestellt) vorgesehen, die in nicht dargestellter Weise mit zugeordneten Kontakten auf dem Halbleiterchip 1 verbunden sind. An den Kontaktflachen sind Lotkugeln bzw. Balls 4 angeordnet.
In Fig. 2 ist eine Prinzipskizze einer erfindungsgemaßen Lot- kugel-Bestuckungsvorrichtung dargestellt. Eine Lochraster- platte 11 deckt einen Lotkugelbehalter 13 ab, der zusammen mit den Wandungen 14 und der Lochrasterplatte 11 einen geschlossenen Raum bildet. Dieser Lotkugelbehalter 13 ist durch eine verschließbare Öffnung 116 mit Lotkugeln 4 befulibar. In Fig. 2 ist auf der Lochrasterplatte 11 ein BGA-Bauteil 10 an- geordnet. Damit die Kontaktflachen mit dem Lochraster genau in Übereinstimmung kommen, befinden sich auf der Lochrasterplatte 11 Positionierstifte 15. Durch diese Positionierstifte
15 kann das BGA-Bauteil 10 nur in exakter Ausrichtung gegenüber dem Lochraster angeordnet werden. Ein Ausschnitt V ist in Fig. 3 vergrößert und auf dem Kopf stehend dargestellt. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, weist die Lochrasterplatte 11 Durchgange auf, die durch Stege 16 begrenzt sind, wobei die Breite der Durchgange durch den Abstand der Stege 16 bestimmt ist. Vorteilhafterweise entspricht die Breite der Durchgange dem Durchmesser der Lotkugeln.
Anschließend wird ein Bestuckungsvorgang unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 naher erläutert. Das an den Kontaktflachen mit Flußmittel versehene BGA-Bauteil 10 ist mittels der Positionierstifte 15 auf der erfindungsgemaßen Lotkugel- Bestuckungsvorrichtung angeordnet. Der Lotkugel-Behalter 13 ist mit Lotkugeln 4 gefüllt, die sich zu diesem Zeitpunkt auf dem Boden des Behalters 13 angesammelt haben. Zum Bestucken des BGA-Bauteiles 10 wird nunmehr der Lotkugelbehalter 13 umgestürzt, so daß die Lotkugeln 4 auf das Lotkugelraster fallen. Dabei gelangt eine bestimmte Anzahl von Lotkugeln in die Durchgange zwischen den Stegen 16, so daß, wenn die Anzahl der Durchgange der Anzahl der Kontaktflachen entspricht, im ausgerichteten Zustand jeweils eine Kugel 4 auf jeder Kontaktflache 5 im Flußmittel zum Aufliegen kommt. Nunmehr ist die Dicke der Lochrasterplatte 11 so gewählt, daß eine be- stimmte Anzahl von Lotkugeln stets übereinander in jedem
Durchgang liegen, so daß die unterste auf der Kontaktfläche aufliegende Kugel mit einem Mindestdruck in das Flußmittel 6 gedruckt wird. Damit die Lochrasterplatte 11 nicht durch das Flußmittel verschmutzt wird, weist die Trageflache 3 mit den Kontaktflachen 5 des BGA-Bauteiles 10 einen Mindestabstand d auf. Dieser Mindestabstand d betragt etwa Kugeldurchmesser. Bei diesem Abstand ist noch ein genaues Ausrichten der Kugeln bzw. deren genaue Fuhrung gewahrleistet, wobei gleichzeitig ein maximaler Abstand der Lochrasterplatte gegenüber der Tra- geflache 3 des BGA-Bauteiles 10 gewahrleistet ist. Bei einem größeren Abstand wurden die untersten Kugeln soweit aus den
Durchgangen herausgelangen, daß sie nicht mehr genau gefuhrt wurden.
Dadurch, daß ein Mindestdruck durch die senkrecht daruberlie- genden Kugeln auf die jeweils unterste Kugel ausgeübt wird, verhindern auch geringfügige Schmutzpartikel in den Durchgangen nicht das ordnungsgemäße Bestucken des BGA-Bauteiles. Dieser Bestuckungsvorgang kann zusatzlich durch Rütteln oder die Zufuhr von Druckluft verstärkt werden. Hierfür weist der Lotkugelbehalter 13 einen Druckluftanschluß 17 auf. Dieser ist nach innen durch ein Sieb 18 abgedeckt, um zu verhindern, daß versehentlich Schmutzpartikel mit der Druckluft zugeführt werden und keine Kugeln in die Druckluftleitung gelangen.
Nachdem nunmehr auf jeder Kontaktflache 5 eine Lotkugel 4 aufliegt, wird die Lotkugel-Bestuckungsvorrichtung nunmehr wieder in ihre Ausgangslage zurückgestürzt, so daß die Lotkugeln wiederum von der Lochrasterplatte 11 weg auf den Boden des Lotkugelbehalters 13 fallen. Es bleiben nur die direkt auf den Kontaktflachen des BGA-Bauteiles 10 aufliegenden Lotkugeln 4 durch die Haftwirkung des Flußmittels 6 haften.
Anschließend wird das BGA-Bauteil 10 mittels einer nichtdar- gestellten Hebevorrichtung wie beispielsweise einem Vakuum- sauger, weitergeleitet, um in einer entsprechenden Vorrichtung die Lotkugeln an den Kontaktflachen anzuschmelzen.
Es ist leicht verstandlich, daß diese Vorrichtung auch für die Bestückung hoher Stuckzahlen geeignet ist, wenn die Loch- rasterplatte nicht nur ein Lochraster wie in Fig. 2 dargestellt, sondern eine Vielzahl von Lochraster für entsprechend viele BGA-Bauteile aufweist. In diesem Fall können sodann entsprechend viele Bauteile gleichzeitig automatisch bestuckt werden .
In Fig. 4 ist die Lotkugel-Bestuckungsvorrichtung als besondere Ausgestaltung für den Handbetrieb in Draufsicht darge-
stellt. Dieses Ausfuhrungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel, wobei die erfin- dungsgemaße Lotkugel-Bestuckungsvorrichtung nach diesem Ausfuhrungsbeispiel eine Griffmulde 19 aufweist, um auf komfor- table Weise die Lochkugel-Bestuckungsvorrichtung per Hand bestätigen zu können. Die per Hand betatigbare Ausgestaltung dient der Herstellung von Einzelexemplaren.
Fig. 5 stellt ein weiteres weitergebildetes Ausfuhrungsbei- spiel der erfindungsgemäßen Anordnung dar. Gegenüber dem zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel sind Offnungen 20 im Lochraster 11 derart ausgestaltet, daß sie großer als die Lotkugeln 4 sind. Am unteren Ende, an dem die Lotkugeln 4 aus dem Lochraster 13 auf das Bauteil 10 fallen, weisen die Off- nungen 20 eine Verengung 17 auf, die dem Durchmesser der Kugeln 4 entspricht.
Auf der dem Bauteil zugewandten Seite der Lochrasterplatte 13 verjungen sich die das Lochraster 11 bildende Stege 16 wie- derum und bilden Aufsatzstellen 19, die spitz zulaufen, und zum Aufsetzen auf dem Bauelement vorgesehen sind. Die entsprechende Darstellung in der Draufsicht ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, daß die Lochrasterplatte 11 auf dem Bauteil 10 aufgesetzt werden kann, ohne dabei mit dem Lotmittel 6 in Berührung zu kommen, wodurch Verschmutzung vermieden wird. Die Verengung 17 wiederum sorgt dafür, daß nach dem Auftragen der untersten Lotkugelreihe auf dem Bauteil die nachfolgenden Lotkugeln mittels Vakuum zurückgehalten werden können.