专利名称：一种热压头及由其组成的热压装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种热压头及热压装置，特别涉及一种电子芯片封装过程中使用的热
压头及由其组成的多路控制热压装置。
背景技术：
各向异性导电胶(ACA， Anisotropically conductive adhesive)是一禾中用于电
子芯片封装的粘接材料，主要用于移动电子设备、消费电子产品以及射频识别(RFID，Radio
Frequency Identification)智能卡制造。ACA主要由基体和导电颗粒组成，在ACA固化过
程中，固化的温度、压力和时间对芯片互连的机械性能和电气性能都有重要影响。 射频识别(RFID)标签制造是ACA的一种典型应用，一般包括以下步骤一、点胶装
置把适量的ACA胶滴点到RFID天线基板的焊盘上；二、拾取芯片放置于天线基板的焊盘上；
三、使用热压装置使ACA受热固化。 ACA固化时间较长，约为10s左右，为了使热压装置与点胶、贴片装置效率匹配，实现整机的高效率，需要一次热压多个标签。如果用一个热压板实现整体热压，由于加工精度及温度的不均匀性，很难保证所有标签位的温度和压力精度。为了更有效地控制热压过程中所有标签的温度和压力，通常会在一个工位设置多个热压头，与相应标签一一对应，每个热压头的温度和压力可以单独控制。这样可以避免标签受热和受压不均匀的情况，有利于提高产品的整体质量。《一种应用于ACA固化的热压装置设计》(《机械与电子》2006 (7) ， P26 P29)以及申请号20071041831. O的中国专利申请所公开的一种类似的热压装置，均藉由设置于热压头中的弹簧来调节热压过程中的压力；对于单个热压头来说，问题不大，但是如果热压头数量较多，则调整起来非常麻烦，需要在设备投入使用之前逐个调整每个热压头中弹簧的初始压縮量，以消除装配误差、弹簧长度误差及摩擦力带来的影响，保证所有热压头在工作过程中能提供相等的压力。这种结构对调试和维护带来了诸多不便，而且由于弹簧的弹性系数难以保证一致，也很难精确地自动调整压力值。 为了适应产品的多样性，各热压头之间的行距和列距需要能够自由调整，保证热压头中心与对应标签上的芯片中心对齐。目前市面上的相关设备大部分采用逐个调节的办法，非常耗时，且中间部分的热压头难以对准。还有一种方式是把热压头按行距、列距置于可取下的压板上，再把热压头和压板整体装到设备上，通过调节压板来实现热压头的整体调节，要求在调节过后锁紧压板而不改变压板的平行度，机构较复杂，成本较高。
发明内容
本发明提供一种热压头及由其组成的热压装置，解决现有热压头压力调整繁琐的问题，方便地调节热压压力；同时解决现有热压装置各热压头热压压力不够均衡的问题。
本发明的一种热压头，用于芯片封装的热压装置，包括加热组件和安装组件，所述加热组件相对于安装组件往复运动，其特征在于
所述加热组件和安装组件之间具有活塞缸，所述安装组件装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，所述加热组件装设于活塞缸另一端的活塞杆或缸体上； 所述活塞缸为汽缸或者液压缸；所述加热组件用于加热产品；所述安装组件用于将热压头连接到热压装置上。 所述的热压头，所述加热组件可以通过轴承组件连接所述活塞缸另一端的活塞杆或缸体；所述轴承组件包括轴承座、直线轴承、滑杆及挡止件，所述轴承座装设于所述活塞缸的缸体上，轴承座为截面呈T形的圆筒，直线轴承装设于所述圆筒的内孔，圆筒的内孔侧壁开设轴向的导向槽，所述滑杆穿过直线轴承，滑杆一端固定于活塞杆末端，滑杆另一端固定于所述加热组件，挡止件固定于滑杆上并位于所述导向槽内。 所述的热压头，所述加热组件可以包括压头和电热元件，所述电热元件紧靠在压头上或者设置在压头附近。 所述的热压头，所述安装组件可以为下述情况中的一种； A.所述安装组件由磁铁及容置体组成，所述容置体装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，所述磁铁固定于容置体； B.所述安装组件为安装座，安装座装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，和热压装置通过螺栓连接； C.所述安装组件为夹持机构；夹持机构装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，和热压装置连接时夹持热压装置相应部位； D.所述安装组件为安装座，安装座上具有配合孔或配合轴，安装座装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，安装座的配合孔或配合轴与热压装置上对应的配合轴或配合孔形成过盈配合。 本发明的一种热压装置，包括机架和机架内的第一压板、第二压板、第一往复机构以及热压头，第二压板固定或者滑动连接在机架上，第一往复机构固定在机架上，第一压板与第一往复机构连接并与第二压板平行设置，所述第一往复机构驱动第一压板相对于第二压板往复运动；多个热压头分别通过它们的安装组件固定安装于第一压板或者第二压板上，按被加工产品的特点排列；其特征在于 所述热压头为前述的热压头；各热压头的活塞缸并联接入压力控制系统，所述压力控制系统提供同样的气压或者液压，控制活塞缸的活塞两端压力差。 所述的热压装置，还可以具有装设于所述机架的第二往复机构，所述第二压板与
第二往复机构连接，所述第二往复机构驱动第二压板相对于第一压板往复运动。 本发明的热压头，可以通过调节活塞缸内工作流体的压力来控制热压头的输出压
力，由于工作流体的压力便于检测和控制，而且即使是在热压头工作过程中，工作流体的压
力也可以实时调节，故热压头的压力调节过程非常简单方便。本发明的热压装置通过压力
控制系统对热压头进行多路控制，通过改变各个热压头的活塞缸内工作流体的压力，可以
统一调节该热压装置中热压头的输出压力，避免了热压装置在工作之前需要对热压头进行
逐个调节带来的不便；而且各个热压头的输出压力统一由工作流体保证，相对于现有技术
中采用事先调试好弹簧长度的方法，更容易保证工作过程中各个热压头的输出压力保持均衡。
图1为本发明的热压头实施例的立体分解图； 图2为图1中的轴承座在A-A方向的剖视图； 图3为本发明加热组件实施例的立体分解图； 图4为图3中加热组件另一视角的立体分解图； 图5为本发明热压头的立体组合图； 图6为本发明的热压装置实施例的立体分解图； 图7为图6中第一压板的立体分解图； 图8为图7中第一压板另一视角的立体分解图； 图9为本发明的热压装置的组合图； 图10为本发明的热压装置的压力控制系统示意图。
具体实施例方式
如图1、图2所示，本发明热压头10的实施例包括安装组件11、汽缸12、轴承组件、加热组件16及若干理线夹17。 安装组件11装设于汽缸12 —端的缸体121上，加热组件16通过轴承组件连接汽缸12另一端的活塞杆122 ; 汽缸12包括缸体121及活塞杆122，活塞杆122可相对于缸体121往复滑动，缸体121的上下两端均设有安装螺纹孔，活塞杆122的端部开设有螺纹孔； 轴承组件包括轴承座131、挡片132、直线轴承133、滑杆15及挡止件14，轴承座131装设于汽缸12的缸体121上，轴承座131为截面呈T形的圆筒，直线轴承133装设于所述圆筒的内孔，圆筒的内孔侧壁开设轴向的导向槽1313，滑杆15穿过直线轴承133，滑杆15 —端固定于活塞杆122末端，滑杆15另一端固定于加热组件16，挡止件14固定于滑杆上并位于所述导向槽1313内。 轴承座131的底座1311上开设若干安装孔。该底座1311向下延伸一圆筒，圆筒下部为装设直线轴承133的容置孔1312，圆筒下端面开设若干螺纹孔，圆筒的上部侧壁开设导向槽1313。 滑杆15顶部设有直径较杆身小的螺杆，用于连接活塞杆122，底部开设有连接加热组件16的螺纹孔。 挡止件14包括固定件141及挡止螺钉142，固定件141为圆环状，侧面开设螺纹孔。 安装组件11包括磁铁111及容置体112，容置体112由一体方形底座113和容置部114构成，方形底座113开设有若干安装孔，容置部114自方形底座113的中部向上延伸大致呈筒状，容置部114的侧壁开设两个固定磁铁111的螺纹孔。 如图3、图4所示，加热组件16包括安装件161，第一隔热件162，弹性元件163、隔
热片164、电热元件165、压头166、第二隔热件167、传感器168及若干螺钉169。 安装件161的底座向上延伸成圆柱，阶梯孔1611贯穿底座和圆柱中部； 压头166为底面具有凸台的矩形体，矩形体中部具有放置电热元件165的容置槽
1662，凸台侧面开设传感器安装孔1661。
安装件161，第一隔热件162及压头166对应开设若干安装孔，压头166的安装孔开设螺纹。第二隔热件167为矩形框，一侧开设有若干固定压头的安装孔，第二隔热件包裹住压头166后，压头166的凸台部分从矩形框底部伸出。 在本实施例中，电热元件165选用陶瓷发热片，第一隔热件162的材料选用隔热陶瓷；弹性元件163为碟形弹簧；隔热片164的材料选用云母；压头166的材料为铜；第二隔热件167的材料选用聚四氟乙烯；为了达到更好的阻热效果，螺钉169宜选用具有隔热特性的材料，如聚苯硫醚(PPS)。 如图1 图5所示，组装时，滑杆15顶部螺杆穿过挡止件14的固定件141，且旋入汽缸12的活塞杆122的端部螺纹孔中。安装组件11的磁铁111装入容置体112的容置部114，螺钉穿过容置部114侧壁的螺纹孔将该磁铁111固定。螺钉穿过安装组件11的容置体112的底座113以及轴承组件的轴承座131的底座1311，将它们分别装设于汽缸12缸体121的上下两端。直线轴承133套于滑杆15底部并容置于轴承座131的容置孔1312。挡片132藉由螺钉装设于轴承座131的下端，将直线轴承133固定于轴承座131的容置孔1312内。挡止件14的挡止螺钉142的一端穿过轴承座131的导向槽1313并旋入固定件141的螺纹孔中，挡止螺钉142的另一端容留于轴承座131的导向槽1313内。理线夹17藉由若干螺钉装设于安装组件11、轴承组件及加热组件16。 —螺钉自底部穿过安装件161的阶梯孔1611以及滑杆15底部螺纹孔，将加热组件16的安装件161固定于滑杆15。加热组件16的电热元件165容置于加热组件16的压头166的容置槽1662。隔热片164及弹性元件163叠放于该电热元件165上端。若干螺钉按照如图3所示的方向穿过安装件161的底座及第一隔热件162的安装孔与压头166的螺纹孔螺纹连接，使弹性元件163将电热元件165压在压头166的容置槽1662之内。传感器168装设于压头166的传感器安装孔1661之中。第二隔热件167套入压头166使压头166的凸台向下伸出第二隔热件167少许，若干螺钉穿过第二隔热件167的安装孔将第二隔热件167固定于压头166。 上述隔热件以及隔热片164的作用有两个， 一个是防止加热组件16产生的热量对热压头10的其他部件(如汽缸12)产生影响，其次是防止各个热压头IO之间相互影B向。在对热压温度的要求不是非常严格或者是工作温度不太高的情况下，加热组件16可以相应地略去第二隔热件167或者第一隔热件162。 热压头10工作过程中，藉由工作流体产生的压力推动汽缸12的活塞杆122来控制加热组件16施加给工件的压力。轴承组件的作用在于防止该汽缸12的活塞杆122在少许侧向力的作用下倾斜而影响压力控制的精度。挡止件14的作用在于防止加热组件16发生旋转。如果对压力控制的精度不高或者是选用带导杆的汽缸则可以省去轴承组件及滑杆15，将加热组件16直接装设于汽缸12的活塞杆122末端；如果选用带导杆的汽缸，由于这种汽缸本身可以防止活塞杆旋转，故而亦可省去挡止件14。 如图6所示，本发明之热压装置的实施例包括机架30和机架内的第一压板50、第二压板60、第一往复机构40、第二往复机构70以及IO个热压头IO，第二压板固定或者滑动连接在机架上，第一往复机构40固定在机架30上，第一压板50与第一往复机构40连接并与第二压板60平行设置，第一往复机构40驱动第一压板50相对于第二压板60往复运动；第二压板60与第二往复机构70连接，第二往复机构70驱动第二压板60相对于第一压板
750往复运动。 10个热压头10分别通过它们的安装组件固定安装于第一压板50，排列成两行；各热压头的活塞缸并联接入压力控制系统，压力控制系统提供同样的气压或者液压，控制活塞缸的活塞两端压力差。 对应于10个热压头，在第二压板60上安装10个下压头20 ; 下压头20包括加热组件及装设于该加热组件一端的安装组件。下压头20的加热
组件及安装组件与热压头10的加热组件16及安装组件11的结构相同，设置下压头20是
为了增加有效加热时间，提高生产效率，而并非本发明的必要技术特征。 机架30包括第一固定板31 、4个轴座32、4个直线轴承33、4个导向轴34及第二
固定板35。 第一往复机构40是由伺服电机、同步带以及滚珠丝杆组成的运动机构，其包括连接件41。控制伺服电机可驱动该连接件41作往复运动。第二往复机构70是汽缸，其包括可往复滑动的活塞杆。 如图6 图8所示，第一压板50包括2个连接组件51 、4条导轨52、呈口字形的第一安装架53、基板54、第二安装架55及定位组件56。连接组件51包括旋钮511、大致呈L形的连接块512、摩擦块513及连接板514 ;连接块512上具有可容置摩擦块513的容置孔，容置孔的底部开设螺纹孔。导轨52包括轨道521及可沿轨道521滑动的滑块522。基板54开设若干通孔541。定位组件56包括口字形的框架561 、5个X向定位架562及2个Y向定位架563， X向定位架562及Y向定位架563均包括若干旋钮及螺母，且中部均开设通槽。 组装第一压板50时，将4条导轨52分为两组，第一组2条导轨52的轨道521沿Y向装设于基板54的一侧。第一安装架53装设于2条Y向安装的导轨52的滑块522上。第二组2条导轨52的轨道521沿X向装设于第一安装架53。连接组件51的摩擦块513容置于连接块512的容置孔，旋钮511旋入连接块512的螺纹孔。连接组件51的连接块512的一端分别固定于X向安装的导轨52的滑块522上。连接组件51的连接板514的一端固定于第二安装架55，另一端分别固定于连接组件51的连接块512的另一端。定位组件56的X向定位架562及Y向定位架563分别沿X向和Y向，藉由其旋钮和螺母装设于框架561 ;定位组件56的框架561固定于第二安装架55。 松开定位组件56的X向定位架562或者Y向定位架563的旋钮可使X向定位架562或者Y向定位架563沿框架561滑动。第一安装架53可带动第二安装架55及定位组件56相对于基板54沿Y向滑动，连接组件51可带动第二安装架55及定位组件56相对于第一安装架53和基板54沿X向滑动。旋紧连接组件51的旋钮511，将该摩擦块513压紧在基板54上，使得第一安装架53及第二安装架55相对于基板54固定。
第二压板60的结构与该第一压板50的结构相同，仅第一压板50的连接组件51沿Y向布置在第一压板50上，而第二压板60的连接组件沿X向布置。这样，便于同时对第一压板50和第二压板60进行调整。 如图5 图9所示，组装该热压装置时，第一往复机构40固定于机架30的第一固定板31。 4个导向轴34的一端分别固定于轴座32，轴座32固定于第一固定板31 ;第一压板50的基板54四角的通孔541及第二压板60基板四角的通孔分 固定装设有直线轴承33。第一压板50藉由安装在其上的直线轴承33滑动装设于机架30的4个导向轴34上， 且第一压板50的第一安装架53朝向机架30的第一固定板31 ;第一往复机构40的连接件 41穿过第一压板50的第一安装架53中部，固定于第一压板50。第二压板60亦藉由安装 在其上的直线轴承33滑动装设于机架30的4个导向轴34上，且第二压板60的定位组件 朝向第一压板50的定位组件56。机架30的4个导向轴34的另一端固定于机架30的第二 固定板35。第二往复机构70固定装设于机架30的第二固定板35的中部，且第二往复机构 70的活塞杆固定于第二压板60。 IO个热压头IO的安装组件II同时穿过第一压板50的定 位组件56的X向定位架562及Y向定位架563的通槽，10个热压头10的安装组件11的磁 铁111吸附于第一压板50的基板54 ;10个下压头20以同样的方式装设于第二压板60。
调节第一压板50的定位组件56的X向定位架562及Y向定位架563，可调整10 个热压头10之间的间距；这些下压头20的间距也同样可以被调整。沿X向或者Y向拉动 第一压板50的连接组件51可调整这些热压头10相对于第一压板50的基板54的位置；下 压头20相对于第二压板60的位置也同样可以被调整。如上所述，调整这些热压头10及下 压头20的位置和间距，直到每一个热压头10和相对应的下压头20沿机架30的导向轴34 的方向相互对齐。如图IO所示，为了调整热压的压力，该热压装置还包括压力控制系统，压力控制 系统包括依次通过管路连接的气源81、分水滤气器82、减压阀83及油雾器84;油雾器84的 一端通过气管接减压阀83的输出端，油雾器另一端并联连接热压头10的汽缸12。
如图5、9、10所示，该热压装置工作时，先调节该压力控制系统的减压阀83的输出 气压的压力，使热压头10的汽缸12的活塞杆122带动热压头10的加热组件16伸出一段 距离。减压阀83的输出气压的压力为定值，又由于热压头10为并联，多个热压头10的汽 缸12的活塞两端的气体压力差都相等。这样，只需一次设定就可以将多个热压头10的输 出压力调整到需要值。显而易见，如果热压头10使用的汽缸12精度较低，那么热压头10 的输出压力会因为汽缸12的加工精度而有所不同，这时，如果要严格保证各热压头10的输 出压力均匀，则可以分别在每个热压头IO和压力控制系统之间增加一个压力控制器件(如 减压阀或者节流阀等)。 工件(如已经完成芯片放置的，载有天线基板的薄膜)被放置于这些热压头IO及 下压头20之间。第一往复机构40及第二往复机构70分别驱动第一压板50及第二压板 60朝向对方运动，直至这些热压头IO和下压头20压住工件；这个过程中，热压头10的加 热组件16受压，推动热压头10的汽缸12的活塞杆122往回运动一端距离；由于压力控制 系统的减压阀83的输出气压的压力不变，这个过程中热压的压力也保持不变。保压一段时 间之后，第一往复机构40及第二往复机构70向回运动，一个热压周期结束。热压装置的 第一往复机构40及第二往复机构70在工作过程中基本上同时接触和离开工件，可以便于 自动化作业(如加工成巻的载有天线基板的薄膜，由于薄膜在进给过程中一般高度保持不 变，故需要完成热压之后两块压板都需要反向运动一段距离，保证薄膜能够继续进给)。任 何能够控制汽缸内活塞两端压力差的压力控制系统均可替换前述之压力控制系统。由于液 压系统与气压系统的相似性，将前述实施例中的所有气动元器件使用相对应的液压元器件 替换，或者使用气液混合控制的方式，同样可以实现本发明之目的。
9
权利要求
一种热压头，用于芯片封装的热压装置，包括加热组件和安装组件，所述加热组件相对于安装组件往复运动，其特征在于所述加热组件和安装组件之间具有活塞缸，所述安装组件装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，所述加热组件装设于活塞缸另一端的活塞杆或缸体上；所述活塞缸为汽缸或者液压缸；所述加热组件用于加热产品；所述安装组件用于将热压头连接到热压装置上。
2. 如权利要求1所述的热压头，其特征在于所述加热组件通过轴承组件连接所述活塞缸另一端的活塞杆或缸体；所述轴承组件包括轴承座、直线轴承、滑杆及挡止件，所述轴承座装设于所述活塞缸的缸体上，轴承座为截面呈T形的圆筒，直线轴承装设于所述圆筒的内孔，圆筒的内孔侧壁开设轴向的导向槽，所述滑杆穿过直线轴承，滑杆一端固定于活塞杆末端，滑杆另一端固定于所述加热组件，挡止件固定于滑杆上并位于所述导向槽内。
3. 如权利要求1或2所述的热压头，其特征在于所述加热组件包括压头和电热元件，所述电热元件紧靠在所述压头上或者设置在所述压头附近。
4. 如权利要求1或2所述的热压头，所述的热压头，其特征在于所述安装组件为下述情况中的一种；A. 所述安装组件由磁铁及容置体组成，所述容置体装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，所述磁铁固定于容置体；B. 所述安装组件为安装座，安装座装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，和热压装置通过螺栓连接；C. 所述安装组件为夹持机构；夹持机构装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，和热压装置连接时夹持热压装置相应部位；D. 所述安装组件为安装座，安装座上具有配合孔或配合轴，安装座装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，安装座的配合孔或配合轴与热压装置上对应的配合轴或配合孔形成过盈配合。
5. 如权利要求3所述的热压头，所述的热压头，其特征在于所述安装组件为下述情况中的一种；A. 所述安装组件由磁铁及容置体组成，所述容置体装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，所述磁铁固定于容置体；B. 所述安装组件为安装座，安装座装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，和热压装置通过螺栓连接；C. 所述安装组件为夹持机构；夹持机构装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，和热压装置连接时夹持热压装置相应部位；D. 所述安装组件为安装座，安装座上具有配合孔或配合轴，安装座装设于活塞缸一端的缸体或活塞杆上，安装座的配合孔或配合轴与热压装置上对应的配合轴或配合孔形成过盈配合。
6. —种由权利要求1所述热压头构成的热压装置，包括机架和机架内的第一压板、第二压板、第一往复机构以及热压头，第二压板固定或者滑动连接在机架上，第一往复机构固定在机架上，第一压板与第一往复机构连接并与第二压板平行设置，所述第一往复机构驱动第一压板相对于第二压板往复运动；多个热压头分别通过它们的安装组件固定安装于第一压板或者第二压板上，按被加工产品的特点排列；其特征在于所述各热压头的活塞缸并联接入压力控制系统，所述压力控制系统提供同样的气压或者液压，控制活塞缸的活塞两端压力差。
7.如权利要求6所述的热压装置，其特征在于还具有装设于所述机架的第二往复机构，所述第二压板与第二往复机构连接，所述第二往复机构驱动第二压板相对于第一压板往复运动。
全文摘要
一种热压头及由其组成的热压装置，属于热压头及热压装置，解决现有热压头压力调整繁琐、现有热压装置各热压头压力不够均衡的问题。本发明的热压头，加热组件和安装组件之间具有活塞缸，加热组件通过活塞缸相对于安装组件往复运动。所述热压头构成的热压装置，包括机架、第一压板、第二压板、第一往复机构以及热压头，各热压头的活塞缸并联接入压力控制系统，压力控制系统控制活塞缸的活塞两端压力差。本发明通过调节活塞缸内工作流体压力控制热压头的输出压力，压力调节过程便于控制；通过压力控制系统对热压装置的热压头进行多路控制，可以统一调节各热压头的输出压力，避免了逐个调节的不便，适用电子芯片封装过程中使用。
文档编号H01L21/02GK101697345SQ200910272540
公开日2010年4月21日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者孙虎, 尹周平, 熊有伦, 王瑜辉, 陈显才 申请人:华中科技大学;