專利名稱：用于硅管芯的預(yù)加熱系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于將管芯焊接到各種電子媒介的管芯預(yù)加熱器和使用 該管芯預(yù)加熱器的方法。
背景技術(shù)：
倒裝芯片(Flip Chip)微電子組件是面朝下的直接電連接，即，利用芯片焊盤上的 導(dǎo)電凸塊將電子元件“倒裝”在襯底、電路板或載體上。在傳統(tǒng)的倒裝芯片焊接中，先完成 助熔和芯片放置，然后將芯片移動(dòng)到回流爐，在回流爐里，使引線的焊料頂端熔化并且結(jié)合 到電路板的焊盤。在熱壓焊接中，同時(shí)進(jìn)行芯片放置和回流。在放置過程期間，向管芯以及 襯底施加熱量，以使得在電路板上形成焊料凸塊和焊盤之間的焊料接頭的焊料凸塊熔化。與目前的倒裝芯片裝配技術(shù)有關(guān)的一個(gè)問題是硅管芯易受到熱沖擊。具有低介電 常數(shù)的管芯在突然遇到高溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生電路疲勞。熱壓過程要求將管芯從室溫加熱到焊料熔化溫度，此溫度可能高達(dá)240°C。為了 減少熱沖擊的可能性，需要10度/秒(deg/sec)或者更低的緩變率。在現(xiàn)有的熱壓焊接機(jī) 中，焊接工具自身使用一系列的預(yù)先編排的溫度步驟預(yù)加熱管芯。為了實(shí)現(xiàn)期望的緩變率， 焊接工具在開始焊接過程之前必須等待20秒以上。這個(gè)延遲導(dǎo)致對于現(xiàn)有系統(tǒng)非常低的
生產(chǎn)率。另一個(gè)問題是管芯和襯底的熱膨脹系數(shù)之間的失配。圖Ia和圖Ib示出了這個(gè)問 題。圖IA示出了典型裝配系統(tǒng)10的一部分。系統(tǒng)10包括連接到襯底14的元件12。在下 面示出的結(jié)構(gòu)中，可以假設(shè)元件12和襯底14的熱膨脹系數(shù)(CTE)是不同的。熱失配Au 通過下面的公式1給出Au = AeXLX ΔΤ (1)其中，Ae=材料之間的CTE差值；L =元件的最長尺寸(經(jīng)常是對角線)；和Δ T=溫度變化。圖IB示出了系統(tǒng)10的三個(gè)實(shí)施例，假設(shè)襯底12的CTE大于元件12的CTE。在第 一個(gè)實(shí)施例20中，系統(tǒng)10處于熱平衡。在第二個(gè)實(shí)施例22中，元件處于冷卻階段，導(dǎo)致襯 底14關(guān)于元件12相對縮小。在第三個(gè)實(shí)施例24中，元件處于加熱階段，導(dǎo)致襯底14關(guān)于 元件12相對膨脹。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供了一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)預(yù)加熱器，用于將多個(gè)管 芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度，所述多個(gè)預(yù)加熱器能夠以期望的平均速率遞增地加熱所 述多個(gè)管芯中的每一個(gè)，直到達(dá)到期望溫度；管芯座，包含多個(gè)管芯位置，每一個(gè)管芯位置 被配置為用于容納所述多個(gè)管芯中的一個(gè)；以及裝置，用于對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)關(guān)于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)進(jìn)行分度，直到達(dá)到期望溫度。本發(fā)明的實(shí)施方式可以進(jìn)一步包括能夠取回已預(yù)加熱的管芯并將所述管芯焊接 到襯底上的焊接工具組件。所述多個(gè)預(yù)加熱器可包括至少兩個(gè)預(yù)加熱器。在可選的實(shí)施方 式中，所述多個(gè)預(yù)加熱器包括6個(gè)預(yù)加熱器。所述分度裝置可包括能夠旋轉(zhuǎn)分度或線性分 度的設(shè)備。所述管芯座可包括轉(zhuǎn)臺(tái)，并且所述分度裝置可包括驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的伺服電機(jī)?？上鄬τ谒龆鄠€(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)，在期望時(shí)間內(nèi)對所述多個(gè)管芯中的每一 個(gè)按順序進(jìn)行分度，以實(shí)現(xiàn)所述期望的平均速率。所期望的分度時(shí)間可以是3秒鐘。可將 所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)按順序置于離所述多個(gè)加熱器中的每一個(gè)0. 2mm遠(yuǎn)的位置。并且 所述平均速率可以是每秒10°C。在一些實(shí)施方式中，所述分度裝置可相對于所述預(yù)加熱器移動(dòng)所述管芯?？蛇x地， 所述分度裝置可相對于所述管芯移動(dòng)所述預(yù)加熱器。所述焊接組件可利用倒裝芯片焊接將所述管芯附接于所述襯底。所述管芯可包括 從柱凸塊、焊料凸塊、標(biāo)準(zhǔn)焊劑、P涂層焊劑和無流式底部填充所構(gòu)成的組中選出的凸塊結(jié) 構(gòu)。所述系統(tǒng)還可以包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠獨(dú)立地控制所期 望的溫度、所述平均速率、所述分度時(shí)間、所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)的溫度和所述焊接 加熱器的溫度。本發(fā)明的可選方面提供了一種將管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度的方法，隨后 將所述管芯附接于襯底，所述方法包括以下步驟提供用于將多個(gè)管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱 到期望溫度的多個(gè)預(yù)加熱器，所述多個(gè)預(yù)加熱器能夠以期望的平均速率遞增地加熱所述管 芯，直到達(dá)到期望溫度；提供包含多個(gè)管芯位置的管芯座，每一個(gè)管芯位置均配置為用于容 納所述多個(gè)管芯中的一個(gè)；并且對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)相對于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的 每一個(gè)進(jìn)行分度，直到達(dá)到期望溫度。在所述方法中，所述多個(gè)預(yù)加熱器可包括六個(gè)預(yù)加熱器，并且可以以每秒10°C的 平均速率增加所述管芯的溫度。分度步驟可包括相對于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)按順序移動(dòng)每一個(gè)管芯或 者所述多個(gè)管芯。可選地，分度步驟可包括順序地相對于所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)按順序 移動(dòng)所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)。在一些實(shí)施方式中，所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)的溫度和分度的速率可由計(jì)算 機(jī)控制。所述方法還可以包括使用焊接加熱器將已預(yù)加熱的管芯連接到襯底的步驟。本發(fā)明的另一方面提供了一種用于將管芯焊接到襯底的焊接系統(tǒng)，所述焊接系統(tǒng) 包括管芯預(yù)加熱器系統(tǒng)，包括多個(gè)預(yù)加熱器，用于將多個(gè)管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望 溫度，所述多個(gè)預(yù)加熱器能夠以期望的平均速率遞增地加熱所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)，直 到達(dá)到期望溫度；管芯座，包含多個(gè)管芯位置，每一個(gè)管芯位置被配置為用于容納所述多個(gè) 管芯中的一個(gè)；以及裝置，用于對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)相對于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的 每一個(gè)進(jìn)行分度，直到達(dá)到所期望的溫度；以及焊接工具組件，能夠取回已預(yù)加熱的管芯并 將所述管芯焊接到所述襯底。所述管芯座可包括轉(zhuǎn)臺(tái)。所述分度裝置可包括驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的伺服電機(jī)。
所述多個(gè)預(yù)加熱器可包括6個(gè)預(yù)加熱器?？上鄬τ谒龆鄠€(gè)預(yù)加熱器中的每一 個(gè)在期望的時(shí)間內(nèi)對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)按順序進(jìn)行分度，以實(shí)現(xiàn)所述期望的平均速率。所述焊接工具組件可利用倒裝芯片焊接將所述管芯附接于所述襯底。所述管芯可 包括從柱凸塊、焊料凸塊、標(biāo)準(zhǔn)焊劑、P涂層焊劑和無流式底部填充所構(gòu)成的組中選出的凸 塊結(jié)構(gòu)。所述焊接系統(tǒng)還可以包括能夠拾取單獨(dú)的管芯并且將所述管芯放置到所述管芯 位置內(nèi)的管芯拾取工具。所述管芯座可包括轉(zhuǎn)臺(tái)。所述分度裝置可包括驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的伺 服電機(jī)?？梢韵鄬τ谒龆鄠€(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)在期望的時(shí)間內(nèi)對所述多個(gè)管芯中的每 一個(gè)按順序進(jìn)行分度，以實(shí)現(xiàn)所述期望的平均速率。所期望的分度時(shí)間可以是3秒。可將 所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)按順序置于離所述多個(gè)加熱器中的每一個(gè)0. 2mm遠(yuǎn)的位置。并且 所述平均速率可以是每秒io°c。所述焊接系統(tǒng)還可以包括用于控制所述分度時(shí)間、所期望的溫度、所述平均速率 和所述焊接工具組件的溫度的計(jì)算機(jī)。


從下面的書面描述中，僅通過實(shí)施例并且結(jié)合附圖，本發(fā)明的實(shí)施方式將被更好 地理解并且對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見。圖IA和圖IB示出了電氣系統(tǒng)中多個(gè)元件之間的熱膨脹系數(shù)失配的問題；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的管芯預(yù)加熱器的一個(gè)實(shí)施方式的分解透視圖；圖3示出了圖2的管芯預(yù)加熱器的裝配透視圖；圖4示出了可以與圖2和圖3的管芯預(yù)加熱器一起使用的管芯焊接機(jī)的一個(gè)實(shí)施 方式；圖5示出了圖2和圖3的管芯預(yù)加熱器的一部分的部分分解視圖；圖6示出了使用圖2和圖3的管芯預(yù)加熱器預(yù)加熱管芯的方法的一個(gè)實(shí)施方式； 以及圖7示出了可以用來控制圖2和圖3的預(yù)加熱器和圖4的管芯焊接機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一個(gè)方面提供能夠克服上述局限的管芯預(yù)加熱器。管芯預(yù)加熱器允許在 將管芯焊接到襯底上之前將管芯溫度從例如室溫逐漸增加到期望的預(yù)加熱溫度。如上面提 到的，管芯可以包含各種電氣\電子電路，如果管芯的溫度增加得過快，則這些電路可能遭 受疲勞。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的管芯預(yù)加熱器(通常被指定為標(biāo)號(hào)100)的分解透視圖。 圖3示出了裝配好的管芯預(yù)加熱器100的透視圖。管芯預(yù)加熱器100可以包括通過轉(zhuǎn)臺(tái)座 106驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)104的伺服電機(jī)102。轉(zhuǎn)臺(tái)104可以包含用來在將管芯焊接到襯底之前預(yù)加 熱管芯的多個(gè)管芯位置105。轉(zhuǎn)臺(tái)104是可以用來容納與管芯預(yù)加熱器100 —起使用的多 個(gè)管芯的管芯座的一個(gè)實(shí)施例。應(yīng)理解，依賴于待使用的管芯的具體類型，可以使用不同配置的管芯座。管芯預(yù)加熱器100還可以包括能夠容納多個(gè)預(yù)加熱器110的加熱器座108。 小型致動(dòng)器112可以附接到伺服電機(jī)102。如果預(yù)加熱過程被中斷以避免過度加熱管芯，則 小型致動(dòng)器112使預(yù)加熱器100離開管芯。例如，如果機(jī)器卡住，空閑了持續(xù)的時(shí)間段，或 者由于操作員的任何原因停止機(jī)器，那么小型致動(dòng)器112自動(dòng)開啟，以防止過度加熱管芯。在圖2和圖3中示出的實(shí)施方式示出了 6個(gè)預(yù)加熱器110。但是，應(yīng)理解，可以使 用更多或更少的預(yù)加熱器110。例如，依賴于被加熱的管芯的特定需求以及待實(shí)現(xiàn)的緩變 率，可以使用多達(dá)15個(gè)預(yù)加熱器110。類似地，在圖2和圖3中示出的預(yù)加熱器110通過輻 射對管芯進(jìn)行加熱，即，將管芯放置在接近預(yù)加熱器110的位置。但是，應(yīng)理解，還可以使用 通過例如鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)對管芯進(jìn)行對流加熱，或者使用預(yù)加熱器110與管芯進(jìn)行物理接觸的 傳導(dǎo)加熱。多個(gè)托架可以用來連接預(yù)加熱器100的多個(gè)功能部件，并且用來將預(yù)加熱器100 連接到焊接機(jī)。這將在下面關(guān)于圖4更詳細(xì)地進(jìn)行討論。應(yīng)理解，僅通過舉例說明提供這里 示出的具體托架。各種系統(tǒng)的托架或座可以用來連接管芯預(yù)加熱器100的多個(gè)功能部件。在圖2和圖3示出的實(shí)施方式中，預(yù)加熱器100可以包括左安裝托架和右安裝托 架114a和114b、轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)托架116以及一個(gè)或多個(gè)預(yù)加熱器安裝托架118a和118b。還示 出了包括焊接加熱器132、絕緣體134和焊接加熱器安裝托架136的焊接工具組件130。如 下面更詳細(xì)地描述的，焊接工具組件130未附接于預(yù)加熱器組件100。伺服電機(jī)102、預(yù)加熱器110、焊接工具組件130和焊接加熱器132可以包括為它 們的操作而提供的多個(gè)電連接(沒有示出)。在一些實(shí)施方式中，這些元件的操作可以受計(jì) 算機(jī)控制，以提供特定的預(yù)加熱時(shí)間，從而在不犧牲質(zhì)量控制的條件下確保焊接過程的效 率。伺服電機(jī)102可以是能夠控制轉(zhuǎn)臺(tái)104的任何類型的電機(jī)。在一些實(shí)施方式中， 伺服電機(jī)可以是能夠?qū)τ谝丫幊痰臅r(shí)間段對預(yù)加熱轉(zhuǎn)臺(tái)104進(jìn)行分度的400瓦特的三菱伺 服電機(jī)，例如型號(hào)HFKP43K。應(yīng)理解，可以使用其它類型的電機(jī)。在圖2和圖3中示出的實(shí)施方式中，管芯預(yù)加熱器110可以是ULTRAMIC 600高級 陶瓷加熱器，Part#CER-l-01-00130。這個(gè)型號(hào)是最高溫度為400°C的24伏特、72瓦特加熱 器。同樣地，焊接加熱器132可以是ULTRAMIC 600高級陶瓷加熱器，Part#CER-l-01-00129。 這個(gè)型號(hào)是最高溫度為400°C的240伏特、750瓦特加熱器。應(yīng)理解，還可以使用具有不同 電特性和加熱特性的不同型號(hào)和/或類型的預(yù)加熱器和加熱器。圖4示出了可以與預(yù)加熱器100—起用來將已預(yù)加熱的管芯裝配到襯底的焊接機(jī) (通常被指定為標(biāo)號(hào)200)的一個(gè)實(shí)施方式。焊接機(jī)200可以包括(通過實(shí)施例并且沒有限 制)向晶片張緊器(Wafertensioner)204供料的晶片料盒202。晶片料盒用于供應(yīng)多片晶 片(沒有示出)，每一片晶片均包含用于在后面的步驟中焊接到襯底的多個(gè)管芯。在一些實(shí) 施方式中，晶片在一個(gè)側(cè)面上可以包括具有20到30微米厚度的薄帶(藍(lán)帶)。然后可以將 晶片預(yù)割成單獨(dú)的管芯。然后晶片張緊器用于伸展預(yù)割的晶片，以釋放單獨(dú)的管芯，用于由 管芯拾取工具216拾取。鄰近襯底張緊器204可以放置托盤緩沖器206。襯底供給器臺(tái)架208和管芯供給 器臺(tái)架210提供正被裝配的襯底和管芯。可以在管芯供給器臺(tái)架210上安裝管芯拾取工具 216，以從晶片張緊器204上拾取管芯并且將它們放置到管芯位置105中的一個(gè)。在這個(gè)步驟中，可以執(zhí)行方向和凸塊高度檢查。如下所述的，然后預(yù)加熱管芯。一旦預(yù)加熱了管芯， 就將管芯轉(zhuǎn)移到焊接工具組件130。同時(shí)，可以拾取襯底/PCB并且可檢查襯底/PCB的印刷 焊劑和襯底高度，并且將襯底裝載到用于預(yù)加熱的加熱板上。如下面描述的，執(zhí)行視覺對準(zhǔn) 和校正步驟，然后焊接工具組件130用于將管芯焊接到襯底上。在一些實(shí)施方式中，完全由 計(jì)算機(jī)600完成視覺對準(zhǔn)(圖7)。這個(gè)過程是該技術(shù)領(lǐng)域公知的，將不對其進(jìn)一步進(jìn)行描 述。將至少一個(gè)管芯預(yù)加熱器100放置在焊接機(jī)200內(nèi)。例如使用左安裝托架和右安 裝托架114a和114b可以附接管芯預(yù)加熱器100。焊接機(jī)200還可以包括用于控制焊接機(jī) 多項(xiàng)功能的計(jì)算機(jī)600 (圖7)?？蛇x地，可以使用外部計(jì)算機(jī)。在這些實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī) 600可以用來獨(dú)立地控制預(yù)加熱器的溫度、分度托盤上的管芯對于預(yù)加熱器的接近度、待焊 接的襯底的溫度、焊接工具的溫度等等。應(yīng)理解，依賴于正被焊接的特定材料和/或待執(zhí)行 的焊接的類型，可以使用控制參數(shù)的許多不同變化。在一些實(shí)施方式中，多個(gè)預(yù)加熱器100 和焊接工具組件130可以用來提供增大的焊接速率。例如，使用兩個(gè)預(yù)加熱器100和焊接 工具組件130，用焊接機(jī)200每小時(shí)可以執(zhí)行2400個(gè)焊接。圖5示出了預(yù)加熱器100的一部分的部分透視圖。如前所述的，轉(zhuǎn)臺(tái)104包括用 于容納管芯的多個(gè)管芯位置105。應(yīng)理解，依賴于正被使用的管芯類型，管芯位置105可以 具有多種形狀和尺寸。一系列的管芯位置105標(biāo)有順序的標(biāo)號(hào)151到159，以代表位置1到 9。圖4還示出了包含多個(gè)預(yù)加熱器110的加熱器座108和焊接工具組件130。在圖6中示出了將管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度用于隨后附接到襯底的方 法，該方法通常被指定為標(biāo)號(hào)500。方法500可以包括如由標(biāo)號(hào)502示出的第一步驟，在第 一步驟中，提供用于將多個(gè)管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度的多個(gè)預(yù)加熱器，多個(gè)預(yù)加 熱器能夠以期望的平均速率遞增地加熱管芯，直到達(dá)到期望溫度。由標(biāo)號(hào)504示出了第二 步驟，在第二步驟中，提供包含多個(gè)管芯位置的管芯座，每一個(gè)管芯位置被配置為用于容納 多個(gè)管芯中的一個(gè)。由標(biāo)號(hào)506示出了最后一個(gè)步驟，在最后一個(gè)步驟中，對于多個(gè)預(yù)加熱 器中的每一個(gè)為多個(gè)管芯中的每一個(gè)進(jìn)行分度，直到達(dá)到期望溫度。下面論述更多細(xì)節(jié)?，F(xiàn)在將參照圖2-圖6描述如在焊接機(jī)200中安裝的管芯預(yù)加熱器100的工作。但 是，應(yīng)理解，預(yù)加熱器100的使用不限于示出的特定焊接機(jī)200。預(yù)加熱器100可以用于在 進(jìn)行焊接之前要求管芯經(jīng)歷期望速率的溫度變化的任何類型的焊接機(jī)中。此外，多個(gè)預(yù)加熱器100可以用于單個(gè)焊接機(jī)中。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為所有這樣的應(yīng)用均落 入實(shí)施方式的范圍內(nèi)。管芯拾取工具216在位置1 (151)放置管芯。每次伺服電機(jī)102對轉(zhuǎn)臺(tái)104進(jìn)行 分度，在位置1(151)放置另一管芯。當(dāng)預(yù)加熱器100上的轉(zhuǎn)臺(tái)104與焊接機(jī)200 —起使用 時(shí)，可以以變化的時(shí)間間隔對預(yù)加熱器100上的轉(zhuǎn)臺(tái)104進(jìn)行分度，從而以期望的速率預(yù)加 熱管芯并且將管芯預(yù)加熱到期望溫度。因?yàn)檗D(zhuǎn)臺(tái)104旋轉(zhuǎn)，以關(guān)于預(yù)加熱器110順序地移 動(dòng)管芯，所以這種形式的分度公知為旋轉(zhuǎn)分度。為了在這個(gè)專利申請中概述的描述、裝置和方法，術(shù)語“分度”和“進(jìn)行分度”指 的是關(guān)于多個(gè)預(yù)加熱器順序地移動(dòng)管芯，以使管芯在焊接之前升至期望溫度。盡管描述的 實(shí)施例提供了管芯相對于襯底對預(yù)加熱器110的旋轉(zhuǎn)分度(即，管芯關(guān)于預(yù)加熱器110移 動(dòng))，應(yīng)理解，還可以使用其它的分度方法。例如，可以使用線性分度，其中關(guān)于加熱器沿直線移動(dòng)管芯。類似地，關(guān)于預(yù)加熱器移動(dòng)管芯，這與本發(fā)明的目的不相關(guān)。同樣可能關(guān)于管 芯移動(dòng)預(yù)加熱器。應(yīng)理解，認(rèn)為所有這樣的分度方法落入實(shí)施方式的范圍內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)104的分度繼續(xù)時(shí)，管芯順序地移動(dòng)到預(yù)加熱位置3-8 (153-158)。在位置 8(158)的分度步驟結(jié)尾處，使管芯加熱到期望溫度。在下一個(gè)分度步驟之后，由焊接工具組 件130在位置9(159)處拾取管芯。然后焊接工具組件130利用焊接加熱器132增加管芯 的溫度，然后將管芯焊接到襯底上。對于上述的實(shí)施方式，轉(zhuǎn)臺(tái)移動(dòng)花費(fèi)的實(shí)際時(shí)間量是0.2秒，提供2. 8秒的延遲用 于管芯的預(yù)加熱。因此每三秒鐘在位置1(151)放置(即，分度)新的管芯。在這個(gè)實(shí)施方 式中，將預(yù)加熱器110中的每一個(gè)設(shè)置在223°C的恒定溫度下。然后管芯溫度在18秒鐘之 內(nèi)從20°C緩慢升至200°C。這提供了 10°C/秒的管芯平均緩變率。類似地，將焊接加熱器 132的溫度設(shè)置在260°C，以有效地執(zhí)行在管芯和襯底之間的焊接步驟。對于這個(gè)實(shí)施方式，硅管芯是IOmm乘10mm，厚度是0. 75mm。將管芯放置在預(yù)加熱 器110下面0.2mm處。在一些實(shí)施方式中，可以通過計(jì)算機(jī)輸入控制分度時(shí)間、預(yù)加熱器 110溫度和焊接加熱器132溫度、管芯放置等等。這在下面關(guān)于圖7更詳細(xì)地進(jìn)行討論。應(yīng) 理解，本發(fā)明沒有限于所描述的實(shí)施方式。依賴于應(yīng)用的特定期望參數(shù)，還可以使用不同管 芯尺寸、不同預(yù)加熱器110溫度和焊接加熱器132溫度、不同分度時(shí)間和不同管芯位置。將 單獨(dú)要素的所有這樣的變化認(rèn)為落入提供的實(shí)施方式的范圍內(nèi)。焊接機(jī)200和管芯預(yù)加熱器100可以用來執(zhí)行多種類型的焊接。通過實(shí)施例并且 沒有限制，焊接機(jī)可以執(zhí)行用于精細(xì)間距紙引線框(fine pitch paper leadframe)處理、 存儲(chǔ)模塊處理、襯底上的高針腳數(shù)管芯處理、玻璃芯片處理和層疊芯片處理的熱壓縮焊接。 焊接機(jī)200可以通過精確的高度控制并通過壓縮收縮技術(shù)建立用于最佳強(qiáng)度的波紋管狀 接頭。焊接機(jī)200還可以支持不同的凸塊結(jié)構(gòu)，例如(但是不限于)，柱凸塊、焊料凸塊、標(biāo) 準(zhǔn)焊劑、P涂層焊劑和無流式底部填充(no-flow underfill)。就計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)操作的算法和功能表示或者符號(hào)表示而言，明確地或隱 含地提供了上述的一些部分的描述。這些算法描述和功能或符號(hào)表示是制造領(lǐng)域的技術(shù)人 員用來控制各種機(jī)器和過程以及用來向制造領(lǐng)域的其它技術(shù)人員最有效地傳遞他們工作 的主旨的手段。算法在這里通常被認(rèn)為是導(dǎo)致期望結(jié)果的一系列自相容的步驟。步驟是需 要物理量(例如，能夠被存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移、合并、比較和以其它方式操作的電信號(hào)、磁信號(hào)或者光 信號(hào))的物理操作的步驟。除非以別的方式特定聲明，并且從下面明顯看出的，將理解，在整個(gè)本說明書中， 使用例如“計(jì)算”、“確定”、“替換”、“產(chǎn)生”、“初始化”、“輸出”等等術(shù)語的論述指的是計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)或類似電子器件的行為和過程，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或類似電子器件將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)表示為物 理量的數(shù)據(jù)操作和變換成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其它信息存儲(chǔ)、傳輸或顯示設(shè)備中類似地表示為物 理量的其它數(shù)據(jù)。可以將這樣的數(shù)據(jù)輸出為用來控制上面描述的制造過程的多個(gè)方面的電 信號(hào)。通過實(shí)施例并且沒有限制，這樣的輸出數(shù)據(jù)可以用來控制預(yù)加熱器110溫度、焊接加 熱器132溫度、分度時(shí)間和管芯和預(yù)加熱器之間的距離或間隙等等，這個(gè)距離或間隙因此 控制管芯的緩變率。本說明書還公開了用于執(zhí)行方法操作的裝置。這樣的裝置可以是為了所需目的專 門構(gòu)造的，或者可以包括由計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序選擇性地激活或重新配置的通用計(jì)算機(jī)或者其它設(shè)備。本發(fā)明中提出的算法和顯示不是內(nèi)在地涉及任何特定的計(jì)算機(jī)或其它 裝置。各種通用機(jī)器可以與依照本發(fā)明講述的程序一起使用。可選地，為了執(zhí)行所需方法步 驟而構(gòu)造更專用的裝置可能是合適的。傳統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)將在下面的描述中顯現(xiàn)。此外，本說明書還隱含地公開了計(jì)算機(jī)程序，其中，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說， 通過計(jì)算機(jī)代碼實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中描述的方法和制造過程的各單獨(dú)步驟將是顯而易見的。計(jì)算 機(jī)程序并不旨在限于任何特定的編程語言或者編程語言的實(shí)現(xiàn)。將理解，多種編程語言和 編程語言的代碼可以用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中包含的公開內(nèi)容。而且，計(jì)算機(jī)程序并不旨在限于 任何特定的控制流。存在計(jì)算機(jī)程序的許多其它變體，這些變體可以在不背離本發(fā)明的精 神或范圍的條件下使用不同的控制流。而且，可以并行地而不是順序地執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序步驟中的一個(gè)或多個(gè)。這種計(jì)算 機(jī)程序可以存儲(chǔ)在任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括存儲(chǔ)設(shè)備，例如磁盤 或光盤、存儲(chǔ)芯片或適合于與通用計(jì)算機(jī)連接的其它存儲(chǔ)設(shè)備。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可以包 括例如在互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中示例的硬線介質(zhì)，或者例如在GSM移動(dòng)電話系統(tǒng)中例示的無線介 質(zhì)。當(dāng)在這種通用計(jì)算機(jī)上加載和執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，計(jì)算機(jī)程序有效地導(dǎo)致了實(shí)現(xiàn)優(yōu)選 方法的步驟的裝置。還可以將制造過程的計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)為硬件模塊。更具體地，在硬件意義上說，模 塊是被設(shè)計(jì)為與其它元件或模塊一起使用的功能硬件單元。例如，使用分立電子元件可以 實(shí)現(xiàn)模塊，或者模塊可以形成整個(gè)電子電路(例如，專用集成電路(ASIC))的一部分。存在 許多其它可能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，還可以將系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為硬件模塊和軟件模塊的組
I=I O在圖7示意性示出的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)600上可以實(shí)現(xiàn)示例實(shí)施方式的方法和系統(tǒng)。它 可以被實(shí)現(xiàn)為軟件，例如在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)600內(nèi)執(zhí)行的并且指示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)600控制預(yù)加熱 器100和管芯焊接機(jī)200的各個(gè)組件的計(jì)算機(jī)程序。例如，計(jì)算機(jī)可以用于獨(dú)立地控制預(yù) 加熱器110的溫度、焊接加熱器132、控制轉(zhuǎn)臺(tái)106的伺服電機(jī)102的分度時(shí)間以及管芯和 預(yù)加熱器106之間的距離。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)600包括計(jì)算機(jī)模塊602、輸入模塊(例如，鍵盤604和鼠標(biāo)606)和 多個(gè)輸出設(shè)備(例如，顯示器608和打印機(jī)610)。計(jì)算機(jī)模塊602通過適合的收發(fā)器設(shè)備 614連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)612，從而能夠訪問例如互聯(lián)網(wǎng)或其它網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(例如，局域網(wǎng)(LAN) 或廣域網(wǎng)(WAN))。實(shí)施例中的計(jì)算機(jī)模塊602包括處理器618、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 620和只讀存 儲(chǔ)器(ROM)622。計(jì)算機(jī)模塊602還包括多個(gè)輸入/輸出(I/O)接口，例如顯示器608的I/ 0接口 624和鍵盤604的I/O接口 626。計(jì)算機(jī)模塊602的組件典型地通過互聯(lián)總線628 并以相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的方式通信?？梢韵蛴?jì)算機(jī)系統(tǒng)600的用戶提供在例如CD-ROM或閃存載體的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)上 編碼的且利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備630的相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)驅(qū)動(dòng)器讀取的應(yīng)用程序。在執(zhí)行應(yīng)用 程序時(shí)，其由處理器618讀取和控制。使用RAM 620可以實(shí)現(xiàn)程序數(shù)據(jù)的中間存儲(chǔ)。上面詳細(xì)描述的管芯預(yù)加熱器100提供了對于現(xiàn)有技術(shù)的幾項(xiàng)優(yōu)勢。因?yàn)楹附蛹?熱器不再用于預(yù)加熱，所以可以大大縮短產(chǎn)生焊接到襯底的管芯的周期時(shí)間。例如，在使用 單個(gè)預(yù)加熱器的實(shí)驗(yàn)室測試中，每三秒鐘可以產(chǎn)生一個(gè)裝配好的管芯/襯底。如上注釋的，可以將多個(gè)預(yù)加熱器合并到單個(gè)管芯焊接機(jī)內(nèi)，以提高管芯焊接過程的效率。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在不背離概括地描述的本發(fā)明的精神或范圍的條件 下，可以對如在特定實(shí)施方式中示出的本發(fā)明進(jìn)行多種變化和/或修改。因此認(rèn)為提供的 實(shí)施方式在任何方面是說明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括多個(gè)預(yù)加熱器，用于將多個(gè)管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度，所述多個(gè)預(yù)加熱器能夠以期望的平均速率遞增地加熱所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)，直到達(dá)到期望溫度；管芯座，包含多個(gè)管芯位置，每一個(gè)管芯位置被配置為用于容納所述多個(gè)管芯中的一個(gè)；以及裝置，用于對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)關(guān)于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)進(jìn)行分度，直到達(dá)到期望溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括焊接工具組件，能夠取回已預(yù)加熱的管芯并將所述管芯焊接到襯底上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)預(yù)加熱器包括至少兩個(gè)預(yù)加熱器。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)預(yù)加熱器包括6個(gè) 預(yù)加熱器。
5.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述分度裝置包括能夠旋轉(zhuǎn) 分度或線性分度的設(shè)備。
6.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述管芯座包括轉(zhuǎn)臺(tái)，并且所 述分度裝置包括驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的伺服電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，相對于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)，在期望時(shí) 間內(nèi)對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)按順序進(jìn)行分度，以實(shí)現(xiàn)所述期望的平均速率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所期望的分度時(shí)間是3秒鐘，將所述多個(gè)管芯中 的每一個(gè)按順序置于離所述多個(gè)加熱器中的每一個(gè)0. 2mm遠(yuǎn)的位置，并且所述平均速率是 每秒IO0C0
9.根據(jù)前面的權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述分度裝置相對于所述預(yù) 加熱器移動(dòng)所述管芯。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述分度裝置相對于所述管芯移 動(dòng)所述預(yù)加熱器。
11.根據(jù)權(quán)利要求2-10中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述焊接組件利用倒裝芯片焊 接將所述管芯附接于所述襯底，并且其中，所述管芯包括從柱凸塊、焊料凸塊、標(biāo)準(zhǔn)焊劑、P 涂層焊劑和無流式底部填充所構(gòu)成的組中選出的凸塊結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠獨(dú)立地控制所期望的溫度、所述平均速率、 所述分度時(shí)間、所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)的溫度和所述焊接加熱器的溫度。
13.一種將管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度的方法，隨后將所述管芯附接于襯底，所 述方法包括以下步驟提供用于將多個(gè)管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度的多個(gè)預(yù)加熱器，所述多個(gè)預(yù)加熱 器能夠以期望的平均速率遞增地加熱所述管芯，直到達(dá)到期望溫度；提供包含多個(gè)管芯位置的管芯座，每一個(gè)管芯位置均配置為用于容納所述多個(gè)管芯中 的一個(gè)；并且對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)相對于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)進(jìn)行分度，直到達(dá)到期望溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述多個(gè)預(yù)加熱器包括六個(gè)預(yù)加熱器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13和14其中之一所述的方法，其中，以每秒10°C的平均速率增加所 述管芯的溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，分度步驟包括相對于所述多個(gè) 預(yù)加熱器中的每一個(gè)按順序移動(dòng)每一個(gè)管芯或者所述多個(gè)管芯。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，分度步驟包括順序地相對于所 述多個(gè)管芯中的每一個(gè)按順序移動(dòng)所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13-17中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè) 的溫度和分度的速率由計(jì)算機(jī)控制。
19.根據(jù)權(quán)利要求13-18中任何一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括使用焊接加熱器將已預(yù)加熱的管芯連接到襯底的步驟。
20.一種用于將管芯焊接到襯底的焊接系統(tǒng)，所述焊接系統(tǒng)包括管芯預(yù)加熱器系統(tǒng)，包括多個(gè)預(yù)加熱器，用于將多個(gè)管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度，所述多個(gè)預(yù)加熱器能 夠以期望的平均速率遞增地加熱所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)，直到達(dá)到期望溫度；管芯座，包含多個(gè)管芯位置，每一個(gè)管芯位置被配置為用于容納所述多個(gè)管芯中的一個(gè)；以及裝置，用于對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)相對于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)進(jìn)行分 度，直到達(dá)到所期望的溫度；以及焊接工具組件，能夠取回已預(yù)加熱的管芯并將所述管芯焊接到所述襯底。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述管芯座包括轉(zhuǎn)臺(tái)，所述分度裝置包括 驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的伺服電機(jī)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)預(yù)加熱器包括6個(gè)預(yù)加熱 器，并且其中，相對于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)在期望的時(shí)間內(nèi)對所述多個(gè)管芯中的 每一個(gè)按順序進(jìn)行分度，以實(shí)現(xiàn)所述期望的平均速率。
23.根據(jù)權(quán)利要求20-22中任何一項(xiàng)所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述焊接工具組件利用倒 裝芯片焊接將所述管芯附接于所述襯底，并且其中，所述管芯包括從柱凸塊、焊料凸塊、標(biāo) 準(zhǔn)焊劑、P涂層焊劑和無流式底部填充所構(gòu)成的組中選出的凸塊結(jié)構(gòu)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20-23中任何一項(xiàng)所述的焊接系統(tǒng)，進(jìn)一步包括管芯拾取工具，能夠拾取單獨(dú)的管芯并且將所述管芯放置到所述管芯位置內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20-24中任何一項(xiàng)所述的焊接系統(tǒng)，其中，所述管芯座包括轉(zhuǎn)臺(tái)，所 述分度裝置包括驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)的伺服電機(jī)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的焊接系統(tǒng)，其中，相對于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)在 期望的時(shí)間內(nèi)對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)按順序進(jìn)行分度，以實(shí)現(xiàn)所述期望的平均速率。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的焊接系統(tǒng)，其中，所期望的分度時(shí)間是3秒，將所述多個(gè)管 芯中的每一個(gè)按順序置于離所述多個(gè)加熱器中的每一個(gè)0. 2mm遠(yuǎn)的位置，并且所述平均速 率是每秒10°C。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的焊接系統(tǒng)，進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)，用于控制所述分度時(shí)間、所期望的溫度、所述平均速率和所述焊接工具組件的溫度。
全文摘要
本發(fā)明的方面提供了用于預(yù)加熱管芯并將所預(yù)加熱的管芯焊接到各種媒介的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括多個(gè)預(yù)加熱器，用于將多個(gè)管芯從基準(zhǔn)溫度預(yù)加熱到期望溫度，所述多個(gè)預(yù)加熱器能夠以期望的平均速率遞增地加熱所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)，直到達(dá)到期望溫度；管芯座，包含多個(gè)管芯位置，每一個(gè)管芯位置被配置為用于容納所述多個(gè)管芯中的一個(gè)；以及裝置，用于對所述多個(gè)管芯中的每一個(gè)關(guān)于所述多個(gè)預(yù)加熱器中的每一個(gè)進(jìn)行分度，直到達(dá)到期望溫度。
文檔編號(hào)H01L23/34GK101933411SQ200780102116
公開日2010年12月29日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者許振源, 阿木嵐·森 申請人:澳潤系統(tǒng)集成私人有限公司