专利名称：用于焊料结合中焊料扩散控制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子工业中的模片结合技术。特别是涉及用液体焊料进行模片固定的方法和装置。
在现有技术的方法中，通过在引导架上将模片下压一定长的时间后，放置设备执行模片放置所必需的移动。下压运动可以由相伴的x和/或y运动(“擦洗”)进行，也可以没有相伴的x和/或y运动。
根据使用的焊料分配方法和引导架的材料，液体焊料将以下述几种方式中的一种动作。对于矩形预定液体焊料图案，在用一定冲击将模片放置到焊料分布的顶部的模片固定过程中，如果选择了对于将液体焊料保持在边缘之内足够大的图案，焊料将保留在这个图案之内。边缘的尺寸取决于湿润角度，也就是其中包含的材料，以及用于固定过程的焊料的总量。根据使用的材料，将焊料保持在图案之内(所谓的“扩散”控制)非常关键，并且不可能进行可靠的扩散控制。因此，引导架的环绕区域通常被当作扩散边缘。扩散边缘的宽度经常相对较大，但是在部件和模片尺寸减小的情况下，一个宽的边缘变得越来越不能接受。因此需要在放置和结合过程中减小焊料液体的扩散。一种假想的“没有冲击”的模片固定过程是不可能的，因为需要冲击破坏焊料分布的顶部的氧化层，如果不这样的话将导致在模片固定层的中心出现一个非常大的空隙，从而引起设备故障。
在较佳实施例中，中心定位单元连接到框架和校正机构，用于相对于引导架进行适当校正。框架的侧壁从中心定位单元的开口的下侧延伸，这样当中心定位单元降低到包含引导架的炉内时，底部可以在引导架的指定表面上形成液体焊料紧固密封。在最佳实施例中，框架弹性安装在中心定位单元上，以允许进行自适应调整。
在另一方面，本发明提供了用于在使用上述装置的模片固定和结合过程中进行扩散控制的方法。该方法包含将焊料分配到加热的引导架的指定表面上。然后将基底传递到结合位置，在这个位置框架然后被降低到带有被包围在框架的周围侧壁之内的液体焊料的指定表面上，这样侧壁和指定表面形成了一个焊料液体紧固密封。接下来使用带有冲击的处理将模片放置在所包围的区域内。放置单元然后释放模片，焊料在模片下面局部流动，以形成最终的模片固定层，然后结合架在不干扰液体焊料的情况下被抬起，基底然后被传送到下一个位置，在这个位置开始冷却。
图2A至图2C是根据本发明的一个实施例的框架的顶视图和透视图。
图3A和图3B分别是根据本发明的较佳实施例的中心定位单元和框架以及炉和引导架的一部分的分解图和装配图。
图4A显示了根据本发明的另一个实施例的框架。
图4B显示了根据本发明的液体焊料和模片之间以及引导架和又一种框架的底部之间的相互作用。
首先参考
图1，通过对系统进行简单修改从而形成一个改进系统，根据本发明的用于扩散控制的框架可以安装到现有的模片固定系统中。这个改进系统包括一个带有用来将引导架(未示出)加热到高于焊料的熔化温度的温度，并用来将引导架传送到不同位置的引导器的炉22。在分配位置，提供有用于焊料分配器(为了展示的方便未示出)进入，以将焊料点或图案分配到各个引导架的指定表面上的开口24。然后，引导架被传送到结合位置，在这里设置了模片放置和结合装置。该装置包括一个中心定位单元26和一个模片放置设备28。模片放置设备28包含连接到基座32的结合臂30。包括校正机构和吸收传感机构的结合头34连接到结合臂，用于将模片36传送到引导架的指定表面。模片可以是从放置在晶片台40上的半导体晶片38转化而来的集成电路芯片。中心定位单元位于炉中的一个开口(未示出)的上方，并且包含结合头34通过其得到进入炉内的入口的窗41(见图3A)。结合架42固定到窗的边缘，下面将对此进行详细说明。校正机构(未示出)连接到中心定位单元，以将结合架校正到引导架表面上的预定位置。
现在参考图2A至图2C，根据本发明的较佳实施例的结合架包含具有一个近端44a和一个远端44b的周边侧壁44。近端44a形成为一个促进和中心定位单元的相互作用的轮缘44c。侧壁44形成了用于框架窗46的周边。侧壁的远端终止于底部44d，底部44d具有在操作中进行适当校正时和引导架形成焊料液体紧固密封的直边。侧壁的底部还限定了其尺寸大于模片尺寸的被包围和预先确定的区域。例如，4×4mm的正方形预定区域可以用于3×3mm的模片。如果预定区域是四边形，其尺寸由长L和宽W限定。预定区域的精确尺寸和形状取决于用户的需要，典型地是基于可以容许的最大扩散区域，并且可以通过制造不同的结合架很容易地进行调整。在图2A至图2C所示的实施例中，在侧壁的临近部分还提供了多个可选的通风孔44f，并且远端形成为用于在模片放置过程中保持液体焊料的相同的直边壁。
图3A和图3B显示了根据本发明的一个实施例如何将结合架装配到中心定位单元上的一个示例。在该实施例中，一对弓形金属片50被用作弹性连接机构，以将结合架连接到中心定位单元上。侧壁的边缘和凸缘41a配合，这样侧壁的剩余部分悬在中心定位单元的窗41的边缘上方，而片50限制了结合架的任何向上的移动。中心定位单元的校正机构包括从中心定位单元的下端并在窗41的附近延伸的中心定位针52，并且适合和引导架的指定表面最近的中心定位孔54配合。本发明还提供了现有的x，y和z执行机构用作中心定位单元的校正机构。
在操作过程中，在炉内加热的引导架48首先被传送到分配位置(未示出)，在这个位置焊料点或图案被放置在引导架的指定表面上。然后通过将指定的引导架表面直接引导到中心定位单元的窗41和结合架的框架窗46的下方，引导架被传送到放置和结合位置。中心定位针52和中心定位孔54用作X/Y校正机构，中心定位单元的Z执行机构将中心定位单元和结合架降低到引导架的指定表面上。结合头然后将从晶片台上的晶片拾取的模片，放置在由周边侧壁包围的引导架的指定表面上的液体焊料点上。可以根据用户的需要预先确定用于模片放置过程的冲击。液体焊料点上的模片的冲击造成扩散的出现，但是扩散被限制在框架的侧壁之内。一旦模片被放置在引导架上，结合头释放模片并移开。在释放后，液体焊料边缘的一部分在模片下向回渗漏。然后框架被抬起。在指定表面被结合后，将框架传送到用来进行冷却的位置。所有的移动由电机控制器和校正机构控制。
在较佳实施例中，结合架是弹性固定在中心定位单元上的，金属片50充任弹簧的作用。这样的弹性固定机构允许框架有一个小的枢轴移动，这样由向下移动的中心定位单元形成的轻微超程将自动保证底部44d的每一个部分紧密地排列在指定表面上。这样取消了结合架相对于中心定位单元的预操作校正步骤的必要性。由于自校正机构，底部的整个周边自动形成了围绕引导架的预定区域的液体焊料密封，并在执行模片放置和固定步骤的任何时候都限制了扩散。以在结合架被固定到引导架之前中心定位单元能使基底首先居中的方式设计和安装结合架。这样保证了基底总是居中，并且保证了框架底部总是能围绕指定区域形成焊料液体密封边界，从而防止了焊料材料的扩散。
图4A显示了其中侧壁为倾斜状态的结合架的另一个实施例。为了说明的方便，侧壁的底部可以看作是定义了由线A-A所示平面横截面的平面。在这个实施例中，位于远端的侧壁的内壁62a形成了相对于线A-A大于90度的角度，也就是宽W3小于宽W4。
图4B显示了结合架的又一个实施例，其中侧壁的远端70为凸面形状。图4B显示了弹性放置在引导架的指定表面上的远端70，以及在模片76下压在引导架72上时落入由侧壁定义的预定区域内的液体焊料材料74。侧壁的向外弯曲的形状实现了更大的湿润角α，并在模片放置过程中使液体焊料的任何飞溅最小。当在模片放置过程中使用相对较大的冲击时，这一点特别有用。
在特别参考前述图说明本发明时，应当理解图仅仅用于对发明进行展示，而不用作对发明的限制。另外，很清楚，本发明的方法和装置可以用在需要模片固定的多种应用中。可以预期本领域的普通技术人员在不背离所叙述的发明的精神和范围的情况下，可以进行多种改变和修正。例如，弹性连接机构是以一对金属片来说明的。很清楚诸如螺旋弹簧的其他机构也可以适于使用。
在较佳实施例中叙述的校正机构是带有中心定位针并由X，Y校正机构控制的中心定位单元。Z执行机构用于向下移动。很清楚还可以使用其他方法。例如，可以提供光学系统用于视觉校正，此时X和Y移动由连接到炉的校正机构执行(例如一个X，Y台)，将控制Z执行机构的降低机构连接到框架，用于框架的向下移动。
权利要求
1.一种用于将模片固定到引导架的模片放置和结合装置，所述装置适于将模片引入炉内，所述炉用于加热其中的引导架，所述引导架进一步具有在其上的指定表面上提供的液体焊料，所述装置包括一个具有和底部一起定义了其中的预定区域的周边侧壁的框架，所述预定区域的尺寸大于所述模片的尺寸，当被放置在所述引导架的所述指定表面上时，所述侧壁适于形成液体焊料紧固密封；一个连接到所述框架的校正机构，用来在指定引导架的指定表面上校正所述框架并在其上降低所述框架，这样所述液体焊料被限制在所述预定区域之内；和一个模片放置机构，用来将模片传送和放置在所述预定区域内的所述指定表面上的所述液体焊料上。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括一个具有固定在其上并位于其下方的中心定位元件的中心定位单元，用来将对应定位元件配合连接在所述引导架上，所述框架连接到所述中心定位单元中的一个开口。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述校正机构连接到所述中心定位单元，并控制所述中心定位元件和所述定位元件的校正。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述框架通过一个弹性连接机构连接到所述中心定位单元。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述弹性连接机构是多个弹性金属片。
6.根据上述权利要求中任何一项所述的装置，其中所述周边侧壁包括至少一个在其上提供的通风孔，以使将所述框架引入所述炉而引起的气流紊乱最小。
7.根据权利要求2所述的装置，其中所述周边侧壁包含一个在其上提供的通风孔，以使将所述框架引入所述炉时产生的气流紊乱最小；所述周边侧壁进一步包含一个远端和一个近端，所述近端临近所述中心定位单元，所述远端适于在分配过程中和所述引导架直接接触，所述通风孔临近所述周边侧壁的所述远端部分。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述框架的所述周边侧壁的所述底部定义了一个平面表面，所述侧壁的内表面进一步形成了相对于所述平面表面大于90度的角度。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述周边侧壁进一步为凸面形状。
10.一种使用液体焊料将模片固定到加热的引导架的方法，包括提供一个引导架的一个指定表面，所述表面具有在其上提供的液体焊料；将框架降低到所述指定表面上，所述框架具有定义了其中的预定区域的周边侧壁，所述预定区域的尺寸大于所述模片的尺寸，所述液体焊料包围在所述侧壁之内；将所述模片降低并放置到所述侧壁的周边区域内的所述指定表面上；从所述指定表面移开所述框架；和冷却所述引导架和放置在其上的所述模片。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述降低和放置步骤由一个模片放置机构执行，并进一步包括收回指定模片；以预定冲击将所述模片降低和放置在所述引导架上；释放所述模片；和从所述指定模片移开所述模片放置机构。
全文摘要
一种改进的模片放置和结合装置，带有用于将模片固定到引导架的指定表面上的扩散控制。装置包含一个带有校正机构的结合架和一个模片放置机构。框架具有和底部一起定义了其中预定区域的周边侧壁，预定区域的尺寸大于模片的尺寸。侧壁用来在它被放置在引导架的指定表面上时提供焊料液体紧固密封。校正机构连接到框架，并允许框架在被降低到指定表面上之前相对于引导架进行适当校正。模片放置机构用来将模片传送和放置在引导架上的侧壁之内的液体焊料上。
文档编号H01L23/495GK1432193SQ01809906
公开日2003年7月23日 申请日期2001年5月23日 优先权日2000年5月26日
发明者施蒂芬·伊丽莎白·安娜·雷德克, 弗朗兹·迈克·安娜斯塔休斯·哥特斯 申请人:卡森(亚洲)有限公司