专利名称：在平面构件上涂覆粘合剂层的方法和装置、组装平面构件的组装设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将粘合剂层涂覆到平面构件尤其是裸片(Bare Die)、倒装片(Flip Chip)和/或球栅格阵列(Ball Grid Array)上的方法和装置。此外，本发明涉及一种用于在一个构件支承体上组装这类构件的组装设备。
背景技术：
电子部件的小型化也就是电子电路在尽可能小的空间上的构造建立在这样的基础上，即，高度集成的电子构件与多个电连接件一起使用，该多个电连接件不仅被布置在构件的侧面还分布在构件的平面的底部上。这就可在较小空间上实现构件与构件支承体之间的多种电触点接通。构件支承体例如是印制电路板或基底。
在下文中，将构件理解为所有可组装的元件，尤其是电子构件、电机构件、用于电的和机械的触点的插头和插接件以及屏蔽板。电子构件的概念自身包括多个不同的构件例如光电构件、表面安装装置构件(Surface MountDevice_Bauelement)以及高度集成的平面构件。例如裸片、倒装片、球栅格阵列以及用于所谓的应答器的RFID构件。
组装构件时的一个问题在于，组装的构件相对于构件支承体必须具有一定的粘接能力，因此构件在构件支承体上不滑动，且在随后的焊接过程中准确地焊接在预定的组装位置上。这样才能保证构件的连接件与构件支承体上的连接面之间进行可靠的电接触。
因此，为了将组装构件空间地固定到一个构件支承体上而使用粘性物质，该粘性物质保证使稳定的空间位置至少一直到焊接过程，从而持续地保证了构件与构件支承体之间的固定连接。
此外，在所谓的倒装片和/或球栅格阵列中需要在构件支承体上构件的这种临时固定。具有粘接能力的材料常由焊膏制成，也可由一种助熔剂制成。
在这种情况下需指出的是，球栅格阵列除了传统的球栅格阵列外还包括所谓的芯片标度组件(Chip Scale Package)或微型球栅格阵列。
通常在所谓的裸片中使用另一种粘合剂。裸片是裸露的构件，该构件不位于外壳中，在Chip on Board技术的范围内粘在构件支承体上，且借助于所谓的引线接合技术与构件支承体接触。在这种技术中，在裸片的表面上设计的连接件通过细导线与构件上的连接面相接触。这种类型的裸露芯片组装(Nacktchip-Bestueckung)通常称为芯片焊接(Die-Bonding)。因此，为了在构件支承体上组装裸片，需要一种粘合剂，它使得裸片长久地与构件支承体粘接。
WO1999/18766公开了一种用于在线路支承体上组装半导体构件的方法，其中，将一种粘合剂以几滴熔滴的形式涂覆在一个线路支承体上，由此使构件在一个或多个位置上与线路支承体粘接。为了产生一个平面粘合剂层，线路支承体这样转动地移动，即，粘合剂熔滴因离心力的作用而径向向外流散。但是，该方法的缺点在于，为了产生平面的粘合剂层，线路支承体必须承受费事且费时的处理，这样制造成本就相应高了。
根据一种已知的方法，粘合剂通过所谓的分配头被涂覆到构件支承体上的芯片安装位置上。但该方法对于较大的表面而言尤其费时间，因为必须要布置多个粘合剂点，或者将所需的粘合剂连续地优选是曲折的或以多角螺旋形式地涂覆。
此外，在倒装片或球栅格阵列的组装方面已知，构件被快速降到由助熔剂或粘合剂制成的一种粘合薄膜上。此时这样选择粘合剂层的层厚，即，仅仅是连接球而非整个构件底侧面由粘合剂浸润。这是通过将粘合剂层的层厚选择为大约是所述连接球直径一半的大小而实现的。在这种情况下，可毫无问题地从粘合薄膜中取出构件，因为仅仅是连接球并因此仅平面构件底侧面的很小一部分由粘合剂浸润。但构件底侧面由粘合剂进行的平面浸润通常会导致不能将构件从粘合剂层上移开，因为保持机构通常借助真空产生的保持力对构件来说不足以克服粘合剂层在构件上的粘合力。
但是，构件快速降到一个由粘合剂和/或助熔剂制成的粘合薄膜上的上述方法并不适用于所谓的圆片水平下方填充组件(Wafer Level UnderfilledPackage)。这是指在其平面底侧面上设有一层具有粘合剂和助熔剂的预硬化层的例如倒装片和/或球栅格阵列的构件。该层用于使构件在通过粘合剂的暂时熔化在熔炉内的焊接过程中与构件支承体固定粘接，这样就减缓尤其基于构件和构件支承体的不同热膨胀系数的机械应力。因为在圆片水平下方填充组件中，连接球几乎不从下方填充的粘合剂层中突出来，所以在这类构件快速降到粘合薄膜上的过程中，整个构件底侧面总由粘合剂浸润，这样保持机构的固定力一般不足以让浸润的平面构件从粘合剂层上移开。
发明内容
本发明的目的在于提供用于将粘合剂层涂覆到平面构件上的一种方法和一种装置，其适用于多个电子构件，尤其是裸片、设有预硬化粘合剂层的倒装片和/或球栅格阵列。此外，本发明的目的在于提供一种组装设备，通过它可有效地实施根据本发明的方法。
涉及到方法的目的是通过一种具有独立权利要求1特征的用于将粘合剂层涂覆到平面构件上的方法实现的。
本发明基于以下知识，即，通过设置一个提升机构来阻止一个构件在一层粘合剂层上的固定粘接，该提升机构优选从下方将构件从粘合剂层中压出。此时，构件由粘合剂层浸润的底部仅接触提升机构的几个部位，这样就保证了粘合剂层的层厚尽可能均匀。此外，确保了对构件的保护处理，即，在将构件从粘合剂层中压出时，减小了保持机构在对准支承元件方向上的压力。
需指出的是，粘合剂应理解为各种胶糊状材料，其在组装于一个构件支承体上的构件与构件支承体之间实现一定的粘合力，由此即便在偶尔突然操纵组装的构件支承体时也能使构件准确地保持在其组装位置上。因此根据本发明，粘合剂层例如可具有焊膏、助熔剂、导电粘合剂、电绝缘粘合剂、导热粘合剂和/或绝热粘合剂。
本发明适用于任何平面构件，尤其适用于所谓的圆片水平下方填充组件和裸片，其具有尽可能呈平面的底侧面，由此构件在组装于构件支承体上时通过该底侧面位于所述支承体上。需指出的是，所谓的下方填充粘合剂层利用本发明的方法能以简单的方式涂覆到所设置的构件上。
根据权利要求2的方法的优点在于，在压出构件时能阻止构件的倾斜。尤其是在构件较大时是有利的，即，构件通过一个提升机构从粘合剂层中压出，该提升机构作用在构件底侧面的两个以上例如是四个的部分区域上。因此，在该部分区域适宜地分布在构件的平面底侧面上时，很可靠地消除了构件倾斜的可能性。
根据权利要求3的方法的优点在于，在位于支承元件上的粘合剂的层厚均匀时，涂覆到构件上的粘合剂的层厚也均匀。
根据权利要求4，粘合剂层位于固定的支承元件上。构件尤其是通过提升机构的上升从粘合剂层中压出。此时，固定构件的、弹性支承在组装头上的一个保持机构借助提升机构的上升相对于组装头有弹性。保持机构同样可与提升机构一起向上移动，这样保持机构和提升机构之间不存在相对移动，或者仅存在非常小的相对移动。在更新的构件与粘合剂层接触之前，提升机构相对于支承元件这样定位，即，在支承元件的顶侧面上形成一个平面，其上具有粘合剂层。
根据权利要求5，构件在静止不动的保持机构和提升机构中通过位移、尤其通过支承元件的下降而从粘合剂层上移开。因此，如果在构件移开之后支承元件再次位于确保在其顶侧面上具有一个平面的位置中，对于一个随后的构件来说，就可在支承元件上再次形成厚度均匀的粘合剂层，根据权利要求6的方法尤其用于裸片。
根据权利要求7的方法尤其用于倒装片和/或球栅格阵列。在圆片级未填充组件中，该方法尤其有利，因为它有效地以简单的方式可以阻止构件在一层粘合剂薄膜上的固定粘接。
本发明涉及到装置的目的是通过具有独立权利要求8的特征的用于将粘合剂层涂覆到一个平面构件上的装置实现的。
采用根据权利要求9的一个支承板可以以简单方式提供呈一层平面的粘合剂层的粘合剂。
需指出的是，支承板的平面也可比一个构件的平面大得多，这样就可在不同的部位上将构件装到支承板上。由此带来的优点是，通过一次提供一层大平面的粘合剂层，可将粘合剂涂覆到多个构件上。
此外，在这一方面需指出的是，粘合剂层也可形成在多块并排布置的支承板上。在这种情况下有利的是，每块支承板都精确地配置有一个提升元件，这样就有效地形成多个单个装置，其操作与单件较大的装置相比要简单得多。在一个小的单个装置中，提升元件相对于支承板可通过简单的线性支承进行精确地导向，这样就减少了不希望发生的提升元件相对于支承板倾斜的危险。因此，也相应减小了由支承板内部的推顶销的错误夹紧而造成机械损坏的风险。
根据权利要求10的装置可以将粘合剂提供到层厚均匀的一层粘合剂层的内部。
采用根据权利要求11的一个或多个所谓的推顶销的优点在于，构件仅与提升机构的整个小作用面接触。但此时推顶销的正面应大到消除由于局部压力作用过大而损坏构件的可能性。根据构件的大小采用一个或多个推顶销。在很小的棱长为1mm的数量级的构件中，仅采用一个唯一的中央销，以便将构件从粘合剂层中压出。
根据权利要求12的多个推顶销的网格形布置的优点在于，在将构件从粘合剂层中压出时阻止了构件的错误倾斜。
根据本发明涉及到装置的第二目的是通过具有独立权利要求13的特征的，在构件支承体上组装平面构件的一种组装设备实现的。
根据权利要求14的实施方式的优点在于，可将一层粘合剂层涂覆到组装头方法中的构件上。因此在自动组装构件支承体时缩短了时间。
根据权利要求15，构件由一个转塔头的一个所谓的处理站内的一层粘合剂层浸润。
需指出的是，本发明可尤其有利地用于多个裸片的重叠组装(所谓的芯片叠加)。此时为了使电子成品的堆积密度上升，通过多个裸片的层状排列也采用了垂直于一个构件支承体的表面的方向。也可由在两个相对的平侧面处具有电连接件的其它构件应用于第三维空间。
下面优选实施方式的示范性说明阐述了本发明的其它优点和特征。附图中示例性地示出图1a、1b和1c裸片构件的平面底部由一个粘合剂层浸润的情况的示意图；图2a、2b和2c圆片水平下方填充构件的平面底部由一个粘合剂层浸润的情况的示意图；图3a和3b裸片构件由一个粘合剂层浸润、随后在构件支承体上或在已组装好的裸片上组装由粘合剂层浸润的裸片的示意图。
具体实施例方式
在此要说明的是，附图中相应部件的附图标记仅在其第一数字上有所不同。
图1a示出了一个裸片构件100，该裸片构件100在其表面上具有两个连接件101a和101b。构件100由一个保持机构110固定着。保持机构110例如是一个所谓的吸移管。裸片100的下方存在一块支承板120，该支承板120上具有粘合剂130，该粘合剂130以一层粘合剂层的形式被涂覆在支承板120上。此外，设置有一个提升元件140，其上形成有推顶销141。提升元件140相对于支承板120这样定位，即，推顶销141的正面位于一个具有支承板120的平的表面的平面内，其中推顶销141通过支承板120中相应成形的孔穿过支承板120。推顶销141在支承板120的表面上规则地分布。位于支承板120上的粘合剂借助未示出的平整机构得以平整，这样粘合剂就以一层层厚均匀的粘合剂层130的形式存在。
为使粘合剂浸润构件100的底侧面，保持机构110沿着移动方向115这样向下移动，即，构件100被一个限定的作用力压到粘合剂层130中。这在图1b中示出。此后，将裸片构件100压在粘合膜130上的作用力减小，保持机构110与提升元件140一起向上移动。因此，其上具有保持机构110的构件100在升高保持机构110时通过保持机构110和提升元件140的均匀移动由推顶销141从粘合剂层130中压出。
如图1c所示，构件100随后仅与几个推顶销141的前端保持接触。因此，推顶销141与构件100之间的粘合作用不会强到使得在保持机构110进一步单独地升高时构件100因保持机构110有限的固定力而与保持机构110松开。这样，由粘合剂层浸润的构件100就可由一个未示出的布置有保持机构110的组装头传送，以将构件100组装到一个构件支承体上一个相应的组装位置上。
在从推顶销141上移开构件100之后，使提升元件140下降(未示出)，这样推顶销141的尖端就与支承板120的表面形成一个光滑的面。此后在需要时，通过一个未示出的分配机构将新的粘合剂涂覆到支承板120上，并且将位于支承板120上的粘合剂通过一个同样未示出的平整机构整平，这样重新出现厚度均匀的粘合剂层。用于将一个粘合剂层涂覆到平面构件上的装置再次处于一种一个更新的构件可以在其底侧面上通过粘合剂进行浸润的状态中。
图2a、2b和2c示出了一个所谓圆片水平下方填充构件200的平的底侧面由粘合剂浸润的情况。构件200的底侧面上具有电连接件202和一层预硬化的下方填充的粘合剂层203。构件200下降到粘合剂层230上的过程和随后构件200通过一个保持机构210和在其上形成有推顶销241的提升元件240均匀移动而上升的过程与图1a、1b和1c中所示的相同。因此，在下文中不再对图2a、2b和2c作详细描述，相关文字参见图1a、1b、1c说明中相应的段落。
图3a和3b示出了裸片构件300由粘合剂浸润的情况及随后构件300在一个构件支承体360上的组装的情况。组装是通过所谓的转塔头311进行的，该转塔头311具有多个星形排列的保持机构310，该保持机构310可沿着转动方向313绕旋转轴线312转动。相对于转轴312这样布置一台照相机350，即，可光学检测到位于照相机350能视范围内的构件300。此时，例如可识别出有缺陷的构件300并将其从组装过程中移开。此外，照相机350用于测定所分别检测的构件300的位置。因此，可例如通过相应保持机构310的转动来改变构件300的角位置。
转塔头311通过一个未示出的定位机构这样定位，即，在转塔头311绕着旋转轴线312以相应节奏转动的过程中，全部由保持机构310固定的构件300都依序被传送到一个装置380的处理区域中，粘合剂层借助于该装置380被涂覆到构件300的底侧面上。装置380包括一块支承板320，粘合剂层330位于该支承板320上。此外，装置380还包括一个提升元件340，多个推顶销341位于其上，该推顶销341通过相应的穿孔穿过支承板320。构件300由粘合剂浸润的情况与上面已经通过图1a、1b和1c所描述的完全一样，在此不再赘述。
在多个构件300由粘合剂依次浸润之后，转塔头311这样进行处理，即，在转塔头311的有节奏地转动和保持机构310相应的向上和向下运动的过程中，由粘合剂浸润的构件300被放置到构件支承体360上。此时，也可采用裸片300的堆垛370的形式上下叠加地组装构件300。
必须指出，构件300的浸润不一定必须在转塔头311处于相应的保持机构垂直向下对准的角位置中进行。例如可这样布置用于涂覆一层粘合剂层的装置380，即，这些正好由一个水平对准的保持机构310固定的构件由粘合剂浸润。此时应注意到，使用的是具有一定粘度的粘合剂。这样才可防止粘合剂层330因重力的影响而侧向延伸，并导致厚度不均。
在一个不同于图3a中所示位置的位置中来布置将一层粘合剂层涂覆到平面构件上的装置380，具有的优点在于，装置380同照相机350一样可布置在一个相对于旋转轴线312固定不动的位置中。在这种情况下，用于涂覆粘合剂层的装置380同照相机350一样具有一个所谓的处理站，构件300通过该处理站在转塔头311相应的转动中往复循环。此时可这样布置装置380，即，要组装的构件300可在刚放到构件支承体330上之前由粘合剂浸润。其优点在于，减小了将粘合剂层涂覆到构件300上与将构件300安放到构件支承体360或一个已经组装好的构件上之间的时间间隔。
总而言之，本发明提供了一种用于将一层粘合剂层涂覆到平面构件100上尤其是裸片、倒装片和/或球栅格阵列上的一种方法和一个装置，其中由一个保持机构110固定的构件100的一个底侧面浸入一层粘合剂层130中。通过使用一个提升机构确保了构件100在保持机构110上升时不与保持机构110脱开，因为粘合剂130的粘合力大于保持机构110的固定力。此时，构件100从粘合剂层130中压出，其中提升机构仅部分地作用在构件100的底侧面上。此外，本发明提供了一种用于快速组装平面构件300的组装设备，其中构件300首先由一个用于涂覆一层粘合剂层的装置380用粘合剂330浸润，随后被放置在构件支承体360上或已经组装好的构件上。
权利要求
1.用于将一层粘合剂层涂覆到平面构件尤其是裸片、倒装片和/或球栅格阵列上的方法，其中由一个保持机构(110、210)所固定的构件(100、200)的一个底侧面与粘合剂(130、230)接触，该粘合剂(130、230)位于一个支承元件(120、220)上；该构件(100、200)从支承元件(120、220)处移开，其中使用一个提升机构，该提升机构至少作用在构件(100、200)的底侧面的一个部分区域上，且从粘合剂(130、230)中压出该构件(100、200)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该提升机构(140、141、240、241)作用在构件(100、200)的底侧面的至少两个部分区域上。
3.如权利要求1至2之一所述的方法，其中，在所述的底侧面与粘合剂(130、230)接触之前，粘合剂(130、230)的面对构件(100、200)的表面被平整。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中，构件(100、200)通过一种运动尤其是通过提升机构相对于支承元件(120、220)的上升而从支承元件(120、220)上移开。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其中，构件(100、200)通过一种位移运动尤其是支承元件(120、220)的下降而从支承元件(120、220)上移开。
6.如权利要求1或5所述的方法，其中，该粘合剂层被涂覆到构件(100)的背对电连接件(101a、101b)的侧面上。
7.如权利要求1或5所述的方法，其中，该粘合剂层被涂覆到构件(200)的设有电连接件(202)的侧面上。
8.一种用于将一层粘合剂层涂覆到平面构件尤其是裸片、倒装片和/或球栅格阵列上的装置，它包括一个保持机构(110、210)，其用于暂时固定构件(100、200)；一个支承元件(120、220)，其上具有粘合剂(130、230)；一个升降机构，通过该升降机构使保持机构(110、210)和支承元件这样相对彼此移动，即，一个固定在保持机构(110、210)上的构件(100、200)的底侧面可与粘合剂(130、230)接触；且这样形成一个提升机构(140、141、240、241)，即，构件(100、200)可通过在该构件(100、200)的底侧面上施加压力而从粘合剂(130、230)中压出。
9.如权利要求8所述的装置，其中，该支承元件(120、220)是一块支承板。
10.如权利要求8至9之一所述的装置，附加地包括一个平整机构，通过该平整机构可平整位于支承元件(120、220)上的粘合剂(130、230)的表面。
11.如权利要求8至10之一所述的装置，其中，该提升机构(140、141、240、241)具有一个相对于支承元件(120、220)可移动的提升元件(140、240)，在该提升元件(140、240)上设置有至少一个推顶销(141、241)，该推顶销(141、241)在提升元件(140、240)与支承元件(120、220)之间相应的相对运动中穿过支承元件(120、220)和粘合剂(130、230)，并从粘合剂(130、230)中压出构件(100、200)。
12.如权利要求11所述的装置，其中，在该提升元件(140、240)上设置有多个推顶销(141、241)，该推顶销(141、241)以一种网格的形式相对彼此排列。
13.一种用于在构件支承体上组装平面构件、尤其是裸片、倒装片和/或球栅格阵列的组装设备，该设备包括一个组装头(311)，利用该组装头(311)可将构件(300)从一个构件导向机构的一个取出位置传送到构件支承体(360)上的一个装配位置；一个如权利要求8至12之一所述的装置。
14.如权利要求13所述的组装设备，其中，该设备相对于组装头(311)布置在一个固定的空间位置中，或可相对于该固定的空间位置位于其周围。
15.如权利要求13至14之一所述的组装设备，其中，该组装头具有多个保持机构(310)，该保持机构(310)呈星形布置且可绕着轴线(312)转动。
全文摘要
本发明提供了用于将粘合剂层涂覆到平面构件(100)尤其是裸片、倒装片和/或球栅格阵列上的一种方法和一种装置，其中由一个保持机构(110)固定的构件(100)的底侧面被浸入一粘合剂层(130)中。通过使用一个提升机构确保了构件(100)在保持机构(110)上升时不与其松开，因为粘合剂(130)的粘合力大于保持机构(110)的保持力。此时，构件(100)从粘合剂层(130)中压出，其中提升机构仅部分地作用在构件(100)的底侧面上。此外，本发明还提供了一种用于快速组装平面构件(300)的组装设备，其中构件(300)首先由一个用于涂覆粘合剂层的装置(380)用粘合剂(330)浸润并随后放置到一个构件支承体(360)上或一个已经组装好的构件上。
文档编号H05K13/04GK1543307SQ20031012479
公开日2004年11月3日 申请日期2003年12月16日 优先权日2002年12月16日
发明者G·施贝尔, G 施贝尔 申请人:西门子公司