專利名稱：一種用于窄間距植球的焊球轉移工具和轉移方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體封裝工藝中的植球工藝(solder ball attach)和植球系統，特別是涉及一種用于將焊球從植球裝置轉移到窄間距封裝體焊盤的焊球轉移工具和轉移方法。
背景技術：
隨著電子產品技術的發展，電子產品向著模塊化的方向發展，布局密度已越來越滿足不了電子產品高密度布局發展的要求。自從出現球柵陣列封裝(BGA)以來，此種封裝技術得到了極快的發展，對于IC封裝來說，因為BGA封裝具有較高的封裝密度、較小的占用面積、高的可組裝性和較高的可靠性等，BGA封裝已成為封裝技術的主流技術，并有不斷擴大的趨勢。在BGA封裝技術中，植球技術占據重要的地位，植球技術主要是在器件基板的對應焊盤上采用某種技術形成用于互連的焊球。參照圖1、圖2和圖3，韓國專利KR100735517B1公開了一種現有的植球系統和植球工藝，其利用嵌套在吸球孔洞里的頂針108向外排出球，該植球系統包括植球裝置101、 盛放焊球107的托盤102和植球對象，植球對象是封裝體103，特別是封裝體上的焊盤104。 圖1是示出植球裝置101吸取焊球的工作示意圖，如圖1所示，托盤102由超聲振動，引起其中盛放的焊球跳躍，呈部分懸浮狀態。植球裝置101利用真空將焊球107吸附到植球裝置101的各個吸球孔洞內。然后如圖2所示，植球裝置101移動到封裝體103上方，然后向下移動直至焊球107接觸到焊盤104，之后吸球孔洞內置的頂針108(參見圖幻推出焊球 107，同時將吸球孔洞內的真空轉換為吹氣，共同作用使焊球轉移到焊盤104上，這種方法稱為轉移植球。植球裝置101的吸球孔洞和封裝體103上的焊盤104的分布是一一對應的，現行采用轉移植球方法的植球裝置101的吸球孔洞間距最小設計極限為0. 4mm,因為如果吸球孔洞間距小于0. 4mm，在吸取焊球時產生“一個孔吸取了兩個球” (double ball)和“沒吸到球”(missing ball)的概率就會大大增加，不適于量產使用；另外吸球孔洞內的頂針108也會隨著吸球孔洞變小而變細，容易彎折，導致植球裝置在量產使用時的高返修率。綜上，目前的植球裝置101的吸球孔洞間距極限為0. 4mm。因此，對于焊盤間距小于0. 4mm的封裝體的植球需求，現有植球裝置和植球方法無法滿足。
發明內容
本發明的目的是改善現有植球工藝對窄間距焊盤(特別是0.4mm以下)植球工程的能力的局限性。為了實現上述目的，本發明提供一種焊球轉移工具，其中，所述焊球轉移工具具有上表面和下表面，在所述上表面上具有多個上表面開口，在所述下表面上具有多個下表面開口，所述多個上表面開口和所述多個下表面開口通過對應的多個內部通道連接，焊球轉
4移時通過所述內部通道，相鄰的上表面開口的焊球落入點之間的間距大于相鄰的下表面開口的中心之間的間距。所述多個上表面開口與植球裝置的吸球孔洞對應，所述多個下表面開口與封裝體的焊盤對應。焊球轉移工具的下表面開口的間距小于0. 4mm。焊球轉移工具的上表面平行于植球裝置的下表面，焊球轉移工具的下表面平行于封裝體的上表面。所述多個內部通道中的至少一部分內部通道的側壁具有不垂直于焊球轉移工具的所述上表面和/或所述下表面的表面部分。各個上表面開口的面積可以與各自對應的下表面開口的面積均相同。所述多個上表面開口中的一部分上表面開口的面積可以大于對應的下表面開口的面積。所有上表面開口的面積均可以略大于或等于植球裝置的吸球孔洞的面積。所述多個上表面開口中的一部分上表面開口的面積可以是對應的吸球孔洞的面積的兩倍以上。焊球轉移工具的下表面開口的數目可以與封裝體的焊盤數目相等或接近。焊球轉移工具的下表面開口的數目可以小于封裝體的焊盤的數目。焊球轉移工具的下表面開口的數目可以是封裝體的焊盤數目的大約一半。焊球轉移工具的面積可以小于封裝體的面積，例如，焊球轉移工具的面積可以大約是封裝體面積的一半。焊球轉移工具能夠旋轉，從而能夠分多次植入焊球。為了實現上述目的，本發明提供一種植球系統，包括前面所述的焊球轉移工具； 植球裝置，所述植球裝置具有多個吸球孔洞，所述多個吸球孔洞與焊球轉移工具的所述多個上表面開口對應。所述植球系統還可包括托盤，用于盛放焊球，托盤由超聲振動，使得其中盛放的焊球呈部分懸浮狀態。植球裝置的吸球孔洞內設置有頂針，植球裝置利用真空將焊球吸附到植球裝置的各個吸球孔洞內，所述頂針能夠推出焊球。為了實現上述目的，本發明提供一種植球方法，包括以下步驟利用植球裝置吸取焊球；將焊球轉移工具放置在封裝體的焊盤上方，并使焊球轉移工具與封裝體的全部或者一部分對準；植球裝置將焊球移動到焊球轉移工具上方并對準；植球裝置排出焊球；焊球通過焊球轉移工具的內部通道而貼附在封裝體的焊盤上。所述植球方法還包括移動植球裝置再次吸取焊球，植球裝置將焊球移動到焊球轉移工具上方并對準，旋轉焊球轉移工具和植球裝置，使得焊球轉移工具與封裝體的另一部分對準，植球裝置排出焊球，焊球通過焊球轉移工具的內部通道而貼附在封裝體的焊盤上。所述植球方法還包括移動植球裝置再次吸取焊球，植球裝置將焊球移動到焊球轉移工具上方并對準，旋轉封裝體，使得封裝體的另一部分與焊球轉移工具對準，植球裝置排出焊球，焊球通過焊球轉移工具的內部通道而貼附在封裝體的焊盤上。
在所述植球方法中，植球裝置排出焊球的步驟和焊球通過焊球轉移工具的內部通道而貼附在封裝體的焊盤上的步驟具體為植球裝置將焊球放置在焊球轉移工具的上表面開口里，然后通過植球裝置的頂針及吹氣推動焊球穿過焊球轉移工具到達焊球轉移工具的下表面開口，從而使焊球最終被放置在封裝體焊盤上。本發明實現了下述效果擴展了現行植球工藝及植球裝置的工程能力，在對現有設備最小變動的情況下，利用較大吸球孔洞間距的植球裝置就可完成窄間距的植球。
通過下面結合示例性地示出一例的附圖進行的描述，本發明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中圖1是示出植球裝置吸取焊球的工作示意圖；圖2是示出植球裝置轉移焊球的工作狀態圖；圖3是示出圖1的植球裝置的內置頂針的吸球孔洞部分A的放大細節圖；圖4是焊球轉移工具的工作原理示意圖；圖5A是根據本發明的實施例的焊球轉移工具的總視圖；圖5B是沿圖5A的線A-B截取的剖視圖；圖5C是根據本發明的實施例的焊球轉移工具的上表面(植球裝置側)的開口分布圖；圖5D是根據本發明的實施例的焊球轉移工具的下表面(焊盤側)的開口分布圖；圖5E是根據本發明的實施例的植球裝置的吸球孔洞分布圖；圖6A是根據本發明的另一實施例的焊球轉移工具的總視圖；圖6B是根據本發明的另一實施例的焊球轉移工具的上表面(植球裝置側)的開口分布圖；圖6C是根據本發明的另一實施例的焊球轉移工具的下表面(焊盤側)的開口分布圖；圖6D是根據本發明的另一實施例的植球裝置的吸球孔洞分布圖；圖6E是根據本發明的另一實施例的焊球轉移工具的工作原理圖。
具體實施例方式以下，參照附圖來詳細說明本發明的實施例。本發明的植球系統和植球工藝的工作原理如圖4所示，焊球轉移工具201包括上、 下兩個表面，分別具有多個上表面開口和多個下表面開口。在植球過程中，焊球從上表面開口進入，從下表面開口移出。下表面的開口的分布緊湊，下表面的開口與封裝體103的各個焊盤104的分布一致對應，而上表面的開口可以接納從植球裝置101的各吸球孔洞落下的焊球，上表面開口的面積可比吸球孔洞的面積大得多(例如，可以為吸球孔洞的面積的兩倍以上)，也可以與吸球孔洞的面積接近或相等。上表面開口比照下表面開口進行了延伸和擴展，使得上表面開口的間距比下表面開口的間距增加。更具體地說，相鄰的上表面開口的焊球落入點之間的間距大于相鄰的下表面開口的中心之間的間距。所述焊球落入點指的是焊球下落過程中剛開始與焊球轉移工具的上表面接觸的點。相鄰的下表面開口的中心之間的間距可以設置為小于0. 4mm，例如0. 2mm。另外，上表面的多個開口中一部分開口的面積可以比下表面上的對應開口的面積大。一部分上表面開口的形狀可以為圓形，另一部分上表面開口的形狀可以為跑道形狀(由兩個直徑相等的半圓形和一個至少一邊與所述直徑相等的矩形組成的形狀，類似跑道)、橢圓形、多邊形，等等。當然，所有上表面開口的面積均可以等于與其對應的下表面開口的面積。所有上表面開口的形狀均可以為圓形。所述多個上表面開口通過多個內部通道與所述多個下表面開口一一對應。優選的是，焊球轉移工具的上表面平行于植球裝置的下表面，焊球轉移工具的下表面平行于封裝體的上表面。如果上述四個表面互相平行，則多個內部通道中至少有一部分內部通道的側壁可具有傾斜的表面部分，即通道側壁表面的至少一部分表面并非垂直于焊球轉移工具的上表面和/或焊球轉移工具的下表面。在植球過程中，采用具有較大吸球孔洞間距的植球裝置101吸取焊球并移動到焊球轉移工具201上方，然后將焊球排出到焊球轉移工具201的上表面開口，焊球由于重力作用沿內部通道下落并通過焊球轉移工具201的具有較小間距的下表面開口排出，并與焊盤 104接觸，從而可將窄間距的焊盤的植球轉變為較大間距的植球，使得現有的具有較大吸球孔洞間距的植球裝置101的植球能力也能夠滿足窄間距(小于0. 4mm)焊盤的植球需求。本發明包括焊球轉移工具的兩種設計方式、具有對應的兩種吸球孔洞分布的植球裝置以及采用該工具進行植球的工藝，分別如圖5A-圖5E和圖6A-圖6E所示。圖5A是根據本發明的第一實施例的焊球轉移工具的總視圖，圖5B是沿圖5A的線 A-B截取的剖視圖。如圖5A和圖5B所示，該焊球轉移工具201包括上表面202，下表面203，兩面的開口通過內部通道一一對應的連接。下表面203的開口分布與封裝體103的焊盤分布一致， 上表面202的開口比照下表面203的開口進行了延伸和擴展，使得植球裝置101的吸球孔洞分布204不用受限于焊盤分布，而是采用了較大間距的分散分布。圖5C是根據本發明的第一實施例的焊球轉移工具的上表面(植球裝置側)的開口分布圖；圖5D是根據本發明的第一實施例的焊球轉移工具的下表面(焊盤側)的開口分布圖；圖5E是根據本發明的第一實施例的植球裝置的吸球孔洞分布圖。參照圖4和圖5A-圖5E，該焊球轉移工具201首先放置在封裝體103上方，下表面203與焊盤104對齊。植球裝置101的所有吸球孔洞均吸取焊球，然后將焊球放置到焊球轉移工具201的上表面202上，通過植球裝置的頂針和吹氣，推動焊球沿著工具內的通道轉移到下表面203，并與焊盤貼合，完成植球。如圖5A所示，圖中的虛線圈Rl代表與植球裝置101的吸球孔洞對應的區域，也即焊球從上表面202開始落下的位置，Rl的分布與圖5E完全一致，較大的開口 R2代表上表面202上的開口形狀，R2的分布還可參見完全一致的圖5C，而R3則代表下表面203上的開口形狀，R3的分布還可參見完全一致的圖5D，圖5D中的下表面開口分布與焊盤完全對應。 因此，對比圖5E的植球裝置吸球孔洞分布和圖5D的焊球轉移工具的下表面開口分布(對應于焊盤分布)，或者參照圖5A，可以看出任意相鄰兩個吸球孔洞之間的間距均大于下表面開口之間的間距(也即焊盤之間的間距)，因此可將窄間距焊盤的植球轉變為較大間距的植球，使得現有的具有較大吸球孔洞間距分布105的植球裝置101的植球能力也能夠滿足窄間距焊盤的植球需求。
圖5A-圖5E所示的是對應單個封裝體的設計結構。實際使用中，封裝體是以陣列組合為條狀進行封裝工藝作業的，因此對應的工具設計也應為陣列排布的條狀。圖6A是根據本發明的第二實施例的焊球轉移工具的總視圖。圖6B是根據本發明的第二實施例的焊球轉移工具的上表面(植球裝置側)的開口分布圖。圖6C是根據本發明的第二實施例的焊球轉移工具的下表面(焊盤側)的開口分布圖。圖6D是根據本發明的第二實施例的植球裝置的吸球孔洞分布圖。圖6E是根據本發明的第二實施例的焊球轉移工具的工作原理圖。其工作方式與第一實施例類似，不同點在于對封裝體的植球通過兩次完成，焊球轉移工具的面積大約為第一實施例的焊球轉移工具的面積的一半，也可以大約為封裝體 103的面積的一半，植球裝置的的吸球孔洞和焊球轉移工具的開口分布與第一實施例不同， 吸球孔洞和焊球轉移工具的開口的數目均比第一實施例少，例如，可以為大約一半。第一次先完成一半的植球，然后將植球裝置和焊球轉移工具均旋轉90度(或者也可以使封裝體旋轉90度)，使得另一半的焊盤與焊球轉移工具和植球裝置對應，再完成另一半植球。參照圖5A和圖6E，由于焊盤具有內外兩圈的分布，所以焊球轉移工具也具有內外兩圈的開口， 由于第二實施例的圖6E示出的焊球轉移工具的開口數目只有第一實施例(如圖5A所示) 的焊球轉移工具的開口數目的大約一半，因此，第二實施例的焊球轉移工具的內圈中與內邊角處的開口(例如，05)相鄰的開口數目減少，例如，如圖6B和圖6E所示，與焊球轉移工具的開口 05相鄰的開口僅僅只有在其右方的06，而在第一實施例的圖5A示出的焊球轉移工具的內圈中與05相鄰的開口顯然會有兩個，分別在其右方(06)和下方。因此，第一實施例的05下方的開口只能離05和06較遠(參照圖5A)，而第二實施例可以允許開口延伸的空間增加，特別是焊球轉移工具的上表面(植球裝置側)的開口，這就解決了對于內邊角處密排分布的焊盤相對應的焊球轉移工具的開口因空間不足無法設計的問題。對比圖5A和圖6E就可以知道，對應于內外兩圈的焊盤分布，焊球轉移工具也具有內外兩圈的開口，第一實施例的內圈焊盤和焊球轉移工具的開口不是完整的一圈，而是在四個內邊角處各減少一個，即，缺少圖6E所示的01、02、03和04，導致最后的植球結果為內圈焊球在四個內邊角處各少了一個；第二實施例通過兩次植球，實現了內圈焊球的完整分布。另外，除了實現內圈焊球的完整分布外，采用第二實施例的小面積的焊球轉移工具還可以進一步增加另一部分開口之間的間距，例如，對比圖5A和圖6A可以知道，第二實施例的邊角處的吸球孔洞間距d2大于第一實施例的邊角處的吸球孔洞間距dl。本發明不限于上述實施例，例如，焊盤轉移工具的面積可以更小或者其中所含的開口數目可以更少，從而通過旋轉三次、四次或更多次來實現植球。另外，焊盤轉移工具的形狀也不限于本發明所示出的具體形狀。另外，本發明兩個實施例中的焊球轉移工具的上表面開口和下表面開口的形狀不限于圖中所示的圓形和跑道形狀，也可以是正方形、多邊形、橢圓形等等。本發明的所有上表面開口的面積均可以略大于或等于植球裝置的吸球孔洞的面積，并非一定如第一實施例的圖5A或第二實施例的圖6A所示出的那樣；類似地，本發明的所有上表面開口的形狀和/ 或面積均可以與對應的下表面開口的形狀和/或面積相同；在上述兩種情況下，只要保證上表面開口的分布恰好與吸球孔洞的分布完全對應即可，這樣也能實現較大的間距到較小間距的轉變。
雖然已經參照本發明的示例性實施例具體示出并描述了根據本發明的焊球轉移工具和焊球轉移方法，但是本領域普通技術人員將理解的是，在不脫離如所附權利要求限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以在這里做出形式和細節上的各種改變。
權利要求
1.一種焊球轉移工具，其中，所述焊球轉移工具具有上表面和下表面，在所述上表面上具有多個上表面開口，在所述下表面上具有多個下表面開口，所述多個上表面開口和所述多個下表面開口通過對應的多個內部通道連接，焊球轉移時通過所述內部通道，相鄰的上表面開口的焊球落入點之間的間距大于相鄰的下表面開口的中心之間的間距。
2.根據權利要求1所述的焊球轉移工具，其特征在于所述多個上表面開口與植球裝置的吸球孔洞對應，所述多個下表面開口與封裝體的全部焊盤或部分焊盤對應。
3.根據權利要求1所述的焊球轉移工具，其特征在于焊球轉移工具的下表面開口的間距小于0. 4mm。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于焊球轉移工具的上表面平行于植球裝置的下表面，焊球轉移工具的下表面平行于封裝體的上表面。
5.根據權利要求4所述的焊球轉移工具，其特征在于所述多個內部通道中的至少一部分內部通道的側壁具有不垂直于焊球轉移工具的所述上表面和/或所述下表面的表面部分。
6.根據權利要求1_3、5中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于所述多個上表面開口的形狀均為圓形，或者所述多個上表面開口中的一部分的形狀為橢圓形、跑道形狀或多邊形。
7.根據權利要求1_3、5中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于各個上表面開口的面積與各自對應的下表面開口的面積和/或形狀相同。
8.根據權利要求6所述的焊球轉移工具，其特征在于各個上表面開口的面積與各自對應的下表面開口的面積和/或形狀相同。
9.根據權利要求1_3、5中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于所述多個上表面開口中的一部分上表面開口的面積大于對應的下表面開口的面積，或者所述多個上表面開口中的一部分上表面開口的形狀與對應的下表面開口的形狀不同。
10.根據權利要求6所述的焊球轉移工具，其特征在于所述多個上表面開口中的一部分上表面開口的面積大于對應的下表面開口的面積，或者所述多個上表面開口中的一部分上表面開口的形狀與對應的下表面開口的形狀不同。
11.根據權利要求1-3、5中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于所有上表面開口的面積均略大于或等于植球裝置的吸球孔洞的面積。
12.根據權利要求1_3、5中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于所述多個上表面開口中的一部分上表面開口的面積是對應的吸球孔洞的面積的兩倍以上。
13.根據權利要求1_3、5中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于焊球轉移工具的下表面開口的數目與封裝體的焊盤數目相等或接近。
14.根據權利要求1_3、5中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于焊球轉移工具的下表面開口的數目小于封裝體的焊盤的數目。
15.根據權利要求14的焊球轉移工具，其特征在于焊球轉移工具的下表面開口的數目大約是封裝體的焊盤數目的一半。
16.根據權利要求1_3、5中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于焊球轉移工具的面積小于封裝體的面積。
17.根據權利要求16的焊球轉移工具，其特征在于焊球轉移工具的面積大約是封裝體面積的一半。
18.根據權利要求1_3、5、14和16中任一項所述的焊球轉移工具，其特征在于焊球轉移工具能夠旋轉，從而能夠分多次植入焊球。
19.一種植球系統，包括如權利要求1-18中任一項所述的焊球轉移工具；植球裝置，所述植球裝置具有多個吸球孔洞，所述多個吸球孔洞與焊球轉移工具的所述多個上表面開口對應。
20.根據權利要求19所述的植球系統，還包括托盤，用于盛放焊球，托盤由超聲振動，使得其中盛放的焊球呈部分懸浮狀態。
21.根據權利要求19或20所述的植球系統，還包括植球裝置的吸球孔洞內設置有頂針，植球裝置利用真空將焊球吸附到植球裝置的各個吸球孔洞內，所述頂針能夠推出焊球。
22.一種利用權利要求1-18所述的焊球轉移工具或者權利要求19-21所述的植球系統進行植球的方法，包括以下步驟利用植球裝置吸取焊球；將焊球轉移工具放置在封裝體的焊盤上方，并使焊球轉移工具與封裝體的全部或者一部分對準；植球裝置將焊球移動到焊球轉移工具上方并對準；植球裝置排出焊球；焊球通過焊球轉移工具的內部通道而貼附在封裝體的焊盤上。
23.根據權利要求22所述的植球方法，還包括移動植球裝置再次吸取焊球，植球裝置將焊球移動到焊球轉移工具上方并對準，旋轉封裝體或者旋轉焊球轉移工具和植球裝置，使得焊球轉移工具與封裝體的另一部分對準， 植球裝置排出焊球，焊球通過焊球轉移工具的內部通道而貼附在封裝體的焊盤上。
24.根據權利要求22或23所述的植球方法，其中植球裝置排出焊球的步驟和焊球通過焊球轉移工具的內部通道而貼附在封裝體的焊盤上的步驟具體為植球裝置將焊球放置在焊球轉移工具的上表面開口里，然后通過植球裝置的頂針及吹氣推動焊球穿過焊球轉移工具到達焊球轉移工具的下表面開口，從而使焊球最終被放置在封裝體焊盤上。
全文摘要
本發明公開了一種用于窄間距植球的焊球轉移工具和轉移方法。所述焊球轉移工具是一種實現窄間距植球的輔助工具，其下表面開口與焊盤對應，其上表面開口與植球裝置的吸球孔洞對應，上表面開口和下表面開口通過內部通道連接，一部分內部通道的側壁具有不垂直于焊球轉移工具的上表面和下表面的部分，上表面開口的間距大于下表面開口的間距，通過上下表面開口分布的如上設計，將窄間距的焊盤的植球轉變為較大間距的植球，使得利用具有較大吸球孔洞間距的植球裝置也能對窄間距的焊盤植球，從而擴展了現有植球工藝及植球裝置的工程能力。
文檔編號B23K3/06GK102456585SQ20101052188
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月25日 優先權日2010年10月25日
發明者王磊 申請人:三星半導體(中國)研究開發有限公司, 三星電子株式會社