专利名称：用以包装具不同厚度的bga基材的bga模具总成的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及半导体包装技术领域，尤其涉及可包封各种不同厚度的BGA基材、而不会损害基材、且不需对总成作任何调整的BGA模具总成。
本发明的技术背景球格阵列封装(BGAs)是一相当新的半导体装置，其使用一与其他类似装置例如金属导线封装(QFPs)与薄金属导线封装(TQFPs)不一样的制造工艺。BGAs使用含有多涂层工艺的PCB技术生产。在多涂层工艺中控制最终产品厚度的问题是与生俱来的。因此，不似QEPs，例如，其厚度可以控制在±0.01mm误差范围内，BFA规范一般要求高达0.1mm的误差。所以在要求误差范围内的最薄的BGA基材与要求误差范围内的最厚的BGA基材间的最大差距可能高达0.2mm。
此种厚度上的变化在夹紧操作期间会对现有的BGA模具产生各种问题。一典型的BGA模具总成具有一与BGA基材直接接触的上下槽条。在夹紧操作期间，上下槽条与位于槽条之间的BGA基材被结合在一起。在输送树脂混合物前为了固定基材，这种夹紧操作对BGA制造是重要的。为了确保基材在夹紧操作期间未被刮伤或者损伤、及在封装程序的模制作业期间施加足够的夹紧力以使树脂的泄漏最少，整个夹紧操作的良好控制是非常重要的。因为上下槽条的密封联结是重要的，所以现有的BGA模具总成被设计成可用具有一有限厚度范围的基材。这是因为当基材太厚时，泄漏可能因上下槽条的不适当夹紧而产生。此外，如果为使槽条完全接合而施加一过度的力，则可能使基材受到不可弥补的伤害。
目前，差不多每个BAG模具系统都使用一种两组BGA基材同时包封的双列直插式封装系统。这需要两组必须互相并排置放的相同的槽条。两个槽条藉由一个驱动机构(例如液压)进行控制，所以每一个槽条无法独立于另外一个而工作。当两个被包封的基材是不同厚度时这个限制尤其成问题。因为对不同厚度这压力无法计算，所以企图对两个施加相同的力。这样，其中一个基材会被过度夹紧而发生损坏。
为了防止发生过度夹紧，在槽条上加上弹簧使每个槽条施加不同的力给各基材。如
图1所示，加于基材上的力完全依据弹簧的压缩，弹簧的压缩依次根据基材的厚度。所以当两个基材具有不同的厚度时，每一个基材被施加不同的力。注意左侧模具总成中的弹簧比右侧模具总成中的弹簧受到更大的压缩。
在其它的情况，两个基材可以有相同的厚度。然而，它们的厚度可随一对来自不同批号的基材厚度而变，如图2A及2B所示。注意图2B中的基材比图2A所示的基材要薄，因此，图2B中相对应的弹簧的压缩较图2A中的弹簧小。因此，图2A中的基材比图2B中的基材受到更大的夹紧力。
从这些范例中可以看出，在目前的BGA模具总成中无法控制整个夹紧力，且这力随各基材而变。结果是在许多情况中，夹紧力过度；而在其它的情况下，夹紧力不足。当有一过度的夹紧力时，基材受损；当施加的夹紧力不足时，树脂材料会泄漏出来。
尽管有这些问题，差不多全部目前的BGA模具系统中的弹簧缓冲槽条仍是标准的，虽然许多BGAs无法符合性能规范，业界仍无法提供可以消除或有效降低这些问题的BGA模具系统。确实，就发明人所知，目前没有一种BGA模具总成可全然一致地适用于具有一较大范围厚度的BGA基材，同时处理具有不同厚度的两个BGA基材，及可精确地控制施加于每一个基材上的力。显然地，在业界中需要一可克服这些缺点的BGA模制总成，以提供一可控制施加于每一个基材上的夹紧力的模具总成。
本发明的目的因此本发明的主要目的是克服前面所述的缺点，提供一种可全然适用于具有较大范围厚度的BGA基材的模具，它可同时处理两个具有不同厚度的基材，并可精确地控制施加于每一个基材上的夹紧力。
本发明的简要说明本发明是一完整的模具系统中的上部BGA模具总成，它能使各种厚度的BGA基材容易处理。本BGA模具总成仍然使用在背景技术部分所描述的旧有的BGA模具系统中的双列直插式封装结构。然而，它使用独立的驱动机构来夹紧各BGA基材。它与任何旧有的BGA模具不同，即仅用单一驱动装置(通常为液压)来夹住两个BGA基材。利用独立的驱动装置，本BGA模具总成能够较好地控制施加于每一个BGA基材上的夹紧力。
本发明的较佳的驱动机构是含有一伺服电动机、一利用一传动滑轮耦合至伺服电动机的线性转换机构、驱动滑轮、及一同步皮带的楔形块冲压机。线性转换机构将伺服电动机产生的旋转运动转换为一线性运动。线性转换机构包含有一滚珠丝杠，一连接至滚珠丝杠一端的推力轴承，一装于一螺帽套中的螺帽，此螺帽旋接于滚珠丝杠上，一用来导引螺帽套的凸轮随动件，及一接于螺帽套的拉杆，由此使滚珠丝杠的一旋转运动引起螺帽与螺帽套的线性运动。
一具有一顶部及底部的输入楔形块藉由一输入摇杆耦合至线性转换机构。输入摇杆的一端可旋转地接至拉杆，另一端可旋转地接在一位于一滑杆上的枢轴上，而中间可旋转地接在一推杆上。推杆固定连接于输入楔形块。一输出楔形块耦合至槽条，且被配置成使因输入楔形块移动造成的输出楔形块在某一方向上的移动大体上正比于输入楔形块的移动。在输入楔形块的顶部及底部设置滚轮盒，用以在输入楔形块移动时减少摩擦力。当输入楔形块水平移动时，底部沿垂直方向移动。输出楔形块被耦接至随输出楔形块移动的槽条。
本发明的楔形块冲压机有助于对BGA基材夹紧力的高度控制。当输出力与输入力具有一线性关系时，楔形块冲压机特别适用于半导体封装工艺，以便对输出力进行高水平控制，这是半导体封装作业中的一个必要条件。此外，与液压机构不同，本发明不使用任何流体来增强力量。因此，对在无尘室中进行的半导体封装作业是很适合的，因为不用担心漏油或与流体有关的污染环境的问题。而且，因为本发明可以使用许多易于制造的标准元件及自订元件，所以它几乎可无维护作业，快速生产，及较不昂贵的安装。
附图的简要说明图1(现有技术)说明与一旧有的BGA模具总成有关的问题。
图2A和2B(现有技术)说明与旧有的BGA模具总成有关的问题。
图3是本发明的BGA模具总成的正视图。
图4是本发明的BGA模具总成的侧视图。
本发明的详细说明本发明是可处理不同厚度BGA基材的BGA模具总成。图3及4显示了本发明的最佳实施例，其是一成套的BGA模具系统中的上部模具总成。参考图3，本BGA模具总成仍然使用如背景技术部分所述的旧有BGA模具系统中的双列直插式封装系统。然而，本发明采用独立的驱动机构夹紧每一个BGA基材。它与任何一种仅使用单一驱动装置(通常是液压的)夹紧BGA基材的旧有BGA模具系统不同。藉由独立的驱动装置，本BGA模具总成能够适当地控制施加于每一个BGA基材上的夹紧力。
各种类型的驱动机构在理论上皆可协助双列夹紧操作的独立控制。然而，将现有的系统(例如液压系统)使用于BGA模具总成并不理想，因为其体积庞大，昂贵，且/或不适合于夹紧操作执行的环境。因此，本发明使用一楔形块冲压机作为它的驱动机构。该楔形块冲压机的细节显示在图4中。楔形块冲压机由一伺服电动机10驱动。因为所希望的运动是线性的，所以需要一机构将伺服电动机10的旋转运动转换为线性运动。这个转换是通过把一同步皮带15缠绕在伺服电动机10的传动滑轮12及线性转换机构18的驱动滑轮14上来实现的。滑轮14与滑轮12的各自直径可策略性地择取，以达到力的增强，如果这种增强是期望的。虽然为实现必要的控制，在本发明中使用同步皮带15是较好的，但也可使用其它的连接装置，例如链条或齿轮。
图4中的线性转换机构包含一滚珠丝杆19及一装于螺帽套20中的螺帽(未显示)。滚珠丝杆19经由一推力轴承总成25连接到驱动滑轮14上，而丝杠19相对于皮带15的运动而转动。当丝杆19转动时，螺帽套20中的螺帽是不转动的，因此它与螺帽套20随着它与丝杆19螺纹的相互作用而平移。一固定在螺帽套20上的凸轮随动器21导引螺帽套的移动。螺帽套20坚固地连接在拉杆22的一端上，拉杆22与螺帽套20一起直线移动。在拉杆22的另一端，经由一旋转接头24可旋转地连接一输入摇杆23。输入摇杆23环绕一在滑杆27上的枢轴26转动。在滑杆27的左端上一预载弹簧37，而在相反端是一测力传感器35。滑杆27置于在上模平台80的一延伸部分82的凹槽中。预载弹簧37推压滑杆27以提供一预载力给测力传感器35。
由于测力传感器35的位置，所以其不经受由楔形块冲压机产生的总的力量增强，因此由测力传感器35所测得的力小于由楔形块冲压机所施加的实际输出力。然而，测力传感器所经受的力线性地正比于输出力，因此实际力是利用一连接至测力传感器35的微控制器(未显示)所得到的、考虑到由楔形块冲压机所完成的力量增强的测力传感器测量结果读数而计算出来的。
一输入楔形块50固接在推杆30的一端，而推杆30的另一端可旋转地连接在输入摇杆23的接头24与枢轴26的中间。虽然拉杆22可直接连接于输入楔形块50，但是最好使用图4所示的输入摇杆23。输入摇杆23有三个主要功能。第一，通过杠杆作用达到力量增强。第二，在会产生产不需要的热量的伺服电动机10与BGA模制区域间形成间隔。第三，允许冲压机以一有效空间方式垂直堆叠。当空间非常有限时，空间的有效利用对一BGA模具总成总是重要的。
输入楔形块50包含有一顶部51，一倾斜底部52，一宽端53，及一窄端54。虽然在这里，推杆30最好连接于楔形块50的宽端53，但是连接于窄端54也是可以的，尽管这将需要对输出楔形块60的结构作一些调整。一上滚轮盒75被置于楔形块50的顶部51，而下滚轮盒70被置于楔形块50的底部52。滚轮盒的功能是降低楔形块50转换运动时的摩擦。滚轮盒是一可买到的商业性产品，其包含一组配置在一空心支承物中的滚轮。在最佳实施例中，它在两个部分之间是浮动的，尽管它可固定在输入楔形块、输出楔形块或者是阻塞体77上。应该了解，虽然预先制造的盒装滚轮因其容易使用和安装而较好，但其他类型的滚轮或减少摩擦的装置也可用来代替滚轮盒。
在下滚轮盒70之下的是一具有一倾斜顶部66、一底部67、一宽端68和一窄端69的输出楔形块60。输入楔形块50及输出楔形块60具有互补的形状，从而使输出楔形块60的倾斜顶部66与上楔形块50的倾斜底部52近似相互平行。因此，上楔形块顶部51与输出楔形块底部67大体上亦互相平行。当输入楔形块50水平运动时输出楔形块60垂直运动。
固接于楔形块底部67的是一主要防止下楔形块60磨损及撕裂的移动块85。因此，浮动块85应由一防磨损的材料制成且应易于替换。利用一球窝接头接到浮动块上的是一连接于加压墩95的输出摇杆90。在加压墩95的另一端上的是一分散加压墩95的力、使其遍及一较大表面积、从而防止直接与BGA基材接触的上槽条120受损的支承块115。弹簧125(显示在图3中)配置在槽条120与支承块115之间，以便在一夹紧操作后取代在原来位置上的槽条120。在本发明中弹簧125没有在现有技术中用作防止过度夹紧以避免损伤BGA基材的弹簧的相同或类似的功能。
浮动块85、输出摇杆90、加压墩95、支承块115及槽条120与输出楔形块60在同一直线上运动。因为通过楔形块总成达到力量增加，所以输出力可以大于输入力的好几倍。
给楔形块冲压机提供框架支承的是阻塞体77、上模平台80和挠度块100。在槽条120附近提供一顶部加热平台110，用以在夹紧操作期间提供热给BGA基材。因为楔形块机构不希望有这种热，所以一上绝缘平板105使楔形块机构与顶部加热平台110热隔离。
本发明的楔形块冲压机有助于对BGA基材上的夹紧力进行高度控制。当输出力与输入力呈线性关系时楔形块冲压机尤其适用于半导体封装工艺，以便允许对输出力进行高度控制，这是半导体封装作业中的一必要的情况。此外，与液压机构不同，本发明不使用任何液体来增强力量。因而对于在净室环境中进行的半导体封装非常适合，因为不用担心泄漏或其他会污染环境的与液体有关的问题。再则，因为本发明可使用许多易于制造的标准元件及客户元件，所以事实上有助于无维护作业和较不昂贵的安装。
本技术领域的技术人员应该了解这里所述的较佳实施例完全揭露了本发明的制造与使用方法，对于不偏离如揭露于附后的权利要求书中的本发明的精神与范围的各种修改、附加与替换皆是可能的。
权利要求
1．一种用以包封各种不同厚度的BGA基材的BGA模具总成，该总成具有一在一包封程序期间夹紧BGA基材的双列直插式槽条，其特征在于，该模具总成包含有一用以控制施加于第一槽条的夹紧力的第一驱动机构；一用以控制施加于第二槽条的夹紧力的第二驱动机构；因此该第一与第二驱动机构可互相独立地控制第一槽条与第二槽条。
2．如权利要求1所述的BGA模具总成，其特征在于，第一与第二驱动机构中的至少一个包含有一伺服电动机；一耦合至伺服电动机、用以将由伺服电动机产生的旋转运动转换为一线性运动的线性转换机构；一耦合至线性转换机构、使其本身与线性转换机构产生的线性运动一起移动的、具有一顶部及底部的输入楔形块；一耦合至槽条的输出楔形块；该输出楔形块被配置成使因输入楔形块的移动造成的输出楔形块移动的方向基本上与输入楔形块的移动方向垂直；一配置在输入楔形块的顶部及底部上的、用以在输入楔形块移动时减少摩擦力的降低摩擦机构；以及一驱动机构的支承框架。
3．如权利要求2所述的模具总成，其特征在于，还包含有一用来测量一与驱动机构的输出力成正比的力的测力传感器。
4．如权利要求2所述的模具总成，其特征在于，还包含有一配置于槽条之上的顶部加热平台；以及一位于顶部加热平台之上的、用以热隔离顶部加热平台与驱动机构的上绝缘平板。
5．如权利要求2所述的模具总成，其特征在于，伺服电动机经由一传动滑轮、一驱动滑轮和一同步皮带耦接至线性转换机构。
6．如权利要求2所述的模具总成，其特征在于，该线性转换机构包含有一滚珠丝杠；一连接于滚珠丝杠一端的推力轴承；一包封于一螺帽套中的螺帽，该螺帽旋接在滚珠丝杆上；一用以导引螺帽套的凸轮随动器；以及一连接于螺帽套的拉杆，由此，滚珠丝杠的回旋运动引起螺帽及螺帽套的线性运动。
7．如权利要求6所述的模具总成，其特征在于，输入楔形块经由一输入摇杆耦接于线性转换机构，该输入摇杆的一端可旋转地连接于拉杆，另一端可旋转地连接于一枢轴，且在中间可旋转地连接一推杆，该推杆也固接于输入楔形块。
8．如权利要求2所述的模具总成，其特征在于，输出楔形块经由一固接于输出楔形块的浮动块耦接于槽条，一输出摇杆经由一球窝接头连接于浮动块，输出摇杆被连接至加压墩的一端，及一支承块被连接至加压墩的另一端。
9．如权利要求2所述的模具总成，其特征在于，降低摩擦机构是滚轮盒。
10．如权利要求1所述的BGA模具总成，其特征在于，第一与第二驱动机构中的至少一个包含有一伺服电动机；一经由传动滑轮、驱动滑轮和一同步皮带耦接至伺服电动机、用以将由伺服电动机产生的旋转运动转换为一线性运动的线性转换机构，该线性转换机构包含有一滚珠丝杠；一连接于滚珠丝杠一端的推力轴承；一包封于一螺帽套中的螺帽，该螺帽旋接在滚珠丝杠上；一用以导引螺帽套的凸轮随动器；以及一连接于螺帽套的拉杆；由此滚珠丝杠的回旋运动引起螺帽及螺帽套的线性运动；一经由一输入摇杆耦接于线性转换机构的、具有一顶部及底部的输入楔形块，该输入摇杆的一端可旋转地连接于拉杆，另一端可旋转地连接于一位于滑杆上的枢轴，且在中间可旋转地连接一推杆，该推杆也固接于输入楔形块；一耦接于槽条的输出楔形块；该输出楔形块被配置成使因输入楔形块的移动造成的输入楔形块移动的方向基本上与输入楔形块的移动方向垂直；一配置在输入楔形块的顶部及底部上的、用以在输入楔形块移动时减少摩擦力的降低摩擦机构；以及一驱动机构的支承框架。
11．如权利要求10所述的BGA模具总成，其特征在于，还包含有一配置在滑杆上、用以测量一正比于驱动机构输出力的力的测力传感器。
全文摘要
一种可对施加于不同厚度BGA基材上的夹紧力进行高度控制的BGA模具总成。对每一个夹紧基材用的双列直插式槽条提供一独立驱动机构。驱动机构是一楔形块冲压机,它包含有一伺服电动机,及一将电动机的旋转运动转换为一线性运动的线性转换机构。一输入楔形块被耦接于线性转换机构,一输出楔形块被耦接于槽条,且被设置成使输入楔形块的水平移动引起输出楔形块的上下移动。在输入楔形块的顶部及底部使用一滚轮盒以减少摩擦力。
文档编号H01L21/00GK1226340SQ9719675
公开日1999年8月18日 申请日期1997年6月18日 优先权日1996年7月25日
发明者连天祥, 连顺才, 何振华 申请人:先进自动化体系有限公司