專利名稱：具有焊球測(cè)試的自動(dòng)化球安裝工藝和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。更為具體地，本發(fā)明涉及焊球安裝工藝和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已研發(fā)了快速且準(zhǔn)確將焊球貼附到襯底上的自動(dòng)化焊球安裝系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中最常用的焊球類型為標(biāo)準(zhǔn)焊球。標(biāo)準(zhǔn)焊球由鉛錫合金形成。然而，由于環(huán)境原因，已經(jīng)增加對(duì)使用無(wú)鉛焊球的需求。
制造設(shè)施既能夠貼附標(biāo)準(zhǔn)焊球又能夠貼附無(wú)鉛焊球的需求迫使一些制造設(shè)施購(gòu)買(mǎi)額外的專用球安裝系統(tǒng)來(lái)安裝無(wú)鉛焊球。然而，當(dāng)在同一制造設(shè)施中既使用標(biāo)準(zhǔn)焊球又使用無(wú)鉛焊球時(shí)，工人偶爾會(huì)將錯(cuò)誤類型的焊球放入焊球安裝系統(tǒng)。這會(huì)導(dǎo)致在問(wèn)題發(fā)現(xiàn)之前制造大量有缺陷的產(chǎn)品。
為了最小化由于貼附錯(cuò)誤的焊球類型而引起有缺陷的產(chǎn)品的潛在可能，在生產(chǎn)開(kāi)始之前，制造樣品部件并將其送到實(shí)驗(yàn)室去分析。典型地，這些實(shí)驗(yàn)室利用指示錫含量的x射線熒光設(shè)備來(lái)確定焊球類型。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試延遲了生產(chǎn)的啟動(dòng)，降低了設(shè)備利用率并降低了效率。此外，雖然生產(chǎn)啟動(dòng)之前的測(cè)試確保了生產(chǎn)工藝將以正確的焊球類型開(kāi)始，但是在生產(chǎn)期間工人還是有可能將錯(cuò)誤類型的焊球輸入到球安裝系統(tǒng)中。
因此，需要能最小化或消除由于使用錯(cuò)誤的焊球類型而引起的產(chǎn)品缺陷的自動(dòng)化球安裝工藝和系統(tǒng)。而且，需要滿足上述需要并既能安裝標(biāo)準(zhǔn)焊球又能安裝無(wú)鉛焊球的方法和設(shè)備。本發(fā)明滿足上述需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種自動(dòng)化焊球安裝工藝和系統(tǒng)，其中測(cè)試焊球類型以確保正在使用的焊球?yàn)檎_類型。這減少了停機(jī)時(shí)間并降低了缺陷率。
公開(kāi)了一種自動(dòng)化焊球安裝工藝和自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)，其中測(cè)試焊球以確定焊球的類型。當(dāng)執(zhí)行該測(cè)試并正在使用錯(cuò)誤的焊球類型時(shí)，顯示出錯(cuò)信息并停止焊球安裝工藝。這防止了由于使用錯(cuò)誤的焊球類型而引起的產(chǎn)品缺陷。另外，可以使用單個(gè)焊球安裝系統(tǒng)來(lái)貼附標(biāo)準(zhǔn)焊球和無(wú)鉛焊球，同時(shí)防止由于使用錯(cuò)誤的焊球類型而引起的產(chǎn)品缺陷。使用單個(gè)系統(tǒng)代替兩個(gè)專用系統(tǒng)，與對(duì)標(biāo)準(zhǔn)焊球使用一個(gè)專用系統(tǒng)和對(duì)無(wú)鉛焊球使用第二個(gè)專用系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的工藝相比較，顯著地節(jié)約了成本。
通過(guò)防止貼附錯(cuò)誤的焊球類型，本發(fā)明的方法和設(shè)備減少了產(chǎn)品缺陷。此外，本發(fā)明的方法和設(shè)備允許更快地啟動(dòng)制造工藝，因?yàn)椴恍枰獙⒑盖驑悠匪腿y(cè)試實(shí)驗(yàn)室并等待測(cè)試結(jié)果。
對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在閱讀完下述在各個(gè)附圖中圖示的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明之后，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)無(wú)疑地變得顯而易見(jiàn)。


合并入并形成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并與下述說(shuō)明一起用以闡釋本發(fā)明的原理。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的其中測(cè)試焊球以確定它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)焊球還是無(wú)鉛焊球的自動(dòng)化球安裝工藝的流程圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)的圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的焊球測(cè)試組件的部件以及測(cè)試塊的前橫截面視圖的圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖3的測(cè)試塊的頂視圖的圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的沿圖3的截面A-A的測(cè)試塊的側(cè)橫截面視圖的圖。
圖6A和6B是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于測(cè)試焊球以確定焊球類型的工藝的流程圖。
應(yīng)該理解本說(shuō)明書(shū)的附圖并未按比例繪制。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。雖然將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明，但是應(yīng)理解它們并不旨在將本發(fā)明限制于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明旨在覆蓋落入由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的替選方案、修改和等同設(shè)置。此外，在本發(fā)明的下述詳細(xì)描述中，闡述大量的特定細(xì)節(jié)，以提供對(duì)本發(fā)明透徹的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)地，可以不利用這些特定細(xì)節(jié)來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。在其它實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)地描述公知的方法、工序、部件和電路，以便于不必要地使本發(fā)明的諸方面不突出。
標(biāo)準(zhǔn)焊球由大約63％的錫(Sn)和37％的鉛(Pb)的鉛錫合金組成。共熔溫度為在其下兩種材料的混合物將熔化的最低溫度。標(biāo)準(zhǔn)焊球在為180攝氏度的鉛錫的共熔溫度下熔化。該溫度顯著小于只有鉛的熔化溫度(327攝氏度)和只有錫的熔化溫度(231攝氏度)。
無(wú)鉛焊球的熔化溫度典型地比鉛錫的共熔溫度高很多。一種常用類型的無(wú)鉛焊球具有96.5％的Sn、3％的銀(Ag)和5％的銅(Cu)(下文中稱之為Sn/Ag/Cu無(wú)鉛焊球)，其在217至219攝氏度下熔化。另一種常用的無(wú)鉛焊球包括96.5％的Sn、2％的Ag、0.75％的Cu和3％的鉍(Bi)(下文中稱之為Sn/Ag/Cu/Bi無(wú)鉛焊球)，其在210至216攝氏度下熔化。
本發(fā)明的方法和設(shè)備通過(guò)將焊球加熱到大于鉛錫的共熔溫度并小于無(wú)鉛焊球的熔化溫度的溫度來(lái)利用標(biāo)準(zhǔn)焊球的熔化溫度與無(wú)鉛焊球的熔化溫度之間的差。如果焊球熔化，則它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)焊球。如果它們不熔化，則它們?yōu)闊o(wú)鉛焊球。
圖1示出其中確定焊球類型的自動(dòng)化球安裝工藝100?，F(xiàn)在參考步驟101-102，在該自動(dòng)化工藝中接納襯底和焊球。所接納的襯底依次前進(jìn)通過(guò)步驟103-105的工藝，如步驟103所示將焊劑分配到每一襯底上，并如步驟104所示將焊球分配到每一襯底上。然后如步驟105所示將貼附有焊球陣列的襯底輸出。然后可以將這些襯底裝載到烤爐中以使焊球軟熔(reflow)。
現(xiàn)在參考步驟106，測(cè)試被輸入到該自動(dòng)化工藝中的焊球中的一些，以確定所測(cè)試的焊球是否為無(wú)鉛的。該測(cè)試在自動(dòng)化球安裝工藝期間自動(dòng)執(zhí)行并且無(wú)需將待被測(cè)試的焊球從球安裝系統(tǒng)中移走。如步驟107-109所示，當(dāng)工藝需要無(wú)鉛焊球時(shí)且當(dāng)測(cè)試表明所測(cè)試的焊球不是無(wú)鉛的時(shí)，向操作者提供錯(cuò)誤指示，并通過(guò)停止自動(dòng)化球安裝工藝來(lái)中斷生產(chǎn)。
相似地，如步驟107和109-110所示，當(dāng)工藝不需要無(wú)鉛焊球且當(dāng)測(cè)試表明焊球?yàn)闊o(wú)鉛焊球時(shí)，產(chǎn)生錯(cuò)誤指示，并通過(guò)停止自動(dòng)化球安裝工藝來(lái)中斷生產(chǎn)。
當(dāng)在啟動(dòng)時(shí)根據(jù)步驟109探測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，決不開(kāi)始步驟103-105的工藝，防止制造有缺陷的產(chǎn)品。當(dāng)在步驟103-105的生產(chǎn)工藝期間根據(jù)步驟109探測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，停止步驟103-105的工藝，并產(chǎn)生錯(cuò)誤指示以防止制造有缺陷的產(chǎn)品。
如步驟107-108和111所示，當(dāng)工藝需要無(wú)鉛焊球且當(dāng)測(cè)試表明所測(cè)試的焊球?yàn)闊o(wú)鉛焊球時(shí)，生產(chǎn)開(kāi)始或繼續(xù)。相似地，如步驟107和110-111所示，當(dāng)工藝需要標(biāo)準(zhǔn)焊球且當(dāng)測(cè)試表明所測(cè)試的焊球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)焊球時(shí)，生產(chǎn)開(kāi)始或繼續(xù)。更為具體地，當(dāng)在開(kāi)始時(shí)根據(jù)步驟111探測(cè)到匹配時(shí)，開(kāi)始步驟103-105的工藝，開(kāi)始生產(chǎn)工藝。當(dāng)在步驟103-105的生產(chǎn)工藝期間根據(jù)步驟111探測(cè)到匹配時(shí)，繼續(xù)步驟103-105的工藝。在本實(shí)施例中，步驟106-111的工藝以全自動(dòng)化的方式執(zhí)行而完全不需要操作者干涉，導(dǎo)致了生產(chǎn)工藝的自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)、啟動(dòng)或繼續(xù)。
現(xiàn)在參考圖2，公開(kāi)了一種可以用于執(zhí)行工藝100的自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20。自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20在輸入料斗1a-d處接納襯底(步驟101)。在本實(shí)施例中，輸入料斗1a-d為可以接納帶狀球柵陣列(BGA)襯底的有槽料斗。BGA襯底可以為陶瓷球柵陣列(CBGA)襯底、塑料球柵陣列(BGA)襯底或者適合于接納焊球陣列的任何其它類型的襯底。BGA襯底從有槽料斗1a-d前進(jìn)到焊劑分配組件2，在其中將焊劑分配到每一BGA襯底上。
然后每一BGA襯底前進(jìn)到球分配組件3，在其中將焊球分配到每一BGA襯底上。在本實(shí)施例中，球分配組件3包括球放置工具和球構(gòu)圖工具，其包括將焊球噴射到每一BGA襯底上以便于形成所需要的BGA圖案的噴射銷?？蛇x擇地，球分配組件3可以使用絲網(wǎng)印刷或用于將焊球分配到BGA襯底上的任何其他方法。
在本實(shí)施例中，球分配組件3包括接納被輸入到自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20中的焊球的焊球罐。焊球罐可以著色以表示其應(yīng)該容納的焊球的類型。在本實(shí)施例中，用于接受無(wú)鉛焊球的焊球罐為綠色的，而用于接受標(biāo)準(zhǔn)焊球的焊球罐為不同的顏色。
在本實(shí)施例中，球分配組件3可快速且容易地從分配一種類型的焊球轉(zhuǎn)換為分配不同類型的焊球。這可以通過(guò)移走焊球罐和球分配組件3中的任何剩余的焊球并用不同類型的焊球罐來(lái)替換該焊球罐來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，從分配無(wú)鉛焊球到分配標(biāo)準(zhǔn)焊球的轉(zhuǎn)換通過(guò)移走無(wú)鉛焊球罐、移走分配組件3中任何剩余的無(wú)鉛焊球并安裝標(biāo)準(zhǔn)焊球罐來(lái)完成。相似地，從分配標(biāo)準(zhǔn)焊球到分配無(wú)鉛焊球的轉(zhuǎn)換通過(guò)移走標(biāo)準(zhǔn)焊球罐、移走分配組件3中的任何剩余的標(biāo)準(zhǔn)焊球并安裝無(wú)鉛焊球罐來(lái)完成。這允許利用同一個(gè)自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20來(lái)貼附無(wú)鉛焊球和標(biāo)準(zhǔn)焊球。
在本實(shí)施例中，自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20包括耦合到控制單元6的傳送系統(tǒng)7。傳送系統(tǒng)7可操作為將BGA襯底移動(dòng)到球安裝系統(tǒng)20內(nèi)的不同站。在本實(shí)施例中，傳送系統(tǒng)7包括一個(gè)或多個(gè)傳送帶，該傳送帶將BGA襯底從輸入料斗1a-d移動(dòng)到焊劑分配組件2、球分配組件3并輸出貼附有焊球陣列的襯底。
自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20包括電耦合到控制單元6的成像系統(tǒng)8。成像系統(tǒng)8在球安裝系統(tǒng)20內(nèi)的各個(gè)位置處產(chǎn)生傳送到控制單元6的圖像?？刂茊卧?可操作為控制自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20的一些或全部部件的操作。在本實(shí)施例中，控制單元6為包括處理器、存儲(chǔ)器、一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)輸入器件和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)輸出器件的計(jì)算裝置。
通過(guò)控制單元6的操作，操作者可以控制自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20的每一個(gè)部件的操作。在本實(shí)施例中，控制單元6可操作為一旦從成像系統(tǒng)8中接收到圖像就分析所接收的圖像?？刂茊卧?中的控制邏輯利用圖像的分析和來(lái)自部件1a-d、2-3、5和7-8的輸入來(lái)控制自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20的操作。
焊球測(cè)試組件5可操作用于確定球分配組件3中的焊球類型。在圖3-5中示出的實(shí)施例中，焊球測(cè)試組件5包括拾取和放置機(jī)構(gòu)56，該機(jī)構(gòu)可操作為將待測(cè)試的焊球從球分配組件3移動(dòng)到測(cè)試塊40。在本實(shí)施例中，拾取和放置機(jī)構(gòu)56將焊球直接從安裝于球分配組件3中的焊球罐中移走并將它們移動(dòng)到測(cè)試塊40上。
現(xiàn)在參考圖3-5，焊球測(cè)試組件5包括板41，在板41的頂表面內(nèi)有用于接納焊球的凹槽43。開(kāi)口42在每一凹槽42的下方貫穿板41。托盤(pán)49在開(kāi)口42的下方延伸以保留熔化的焊球材料。在圖3-5示出的實(shí)施例中，板41為扁平金屬片。然而，可選擇地，板41可以為可以容納一個(gè)或多個(gè)焊球且可以允許從其中移走熔化的焊球材料和未熔化的焊球的任何類型的容器。
通過(guò)加熱器塊45將加熱裝置46熱耦合到板41。在本實(shí)施例中，板41和加熱器塊45由導(dǎo)熱材料形成，使得來(lái)自加熱裝置46的熱量被傳送通過(guò)加熱器塊45并通過(guò)板41以便加熱放置在凹槽43中的任何焊球。加熱器塊45可以為金屬或任何其它容易傳送熱量的材料。陶瓷塊48貼附到加熱器塊45以便將加熱器塊45與球安裝系統(tǒng)20的其它部件熱絕緣。
熱電偶47可操作為確定加熱塊45內(nèi)的溫度。在本實(shí)施例中，熱電偶47和加熱器46電耦合到控制單元6?？刂茊卧?內(nèi)的控制邏輯可操作為按照需要接通和關(guān)斷加熱裝置46以將板41的溫度維持在給定溫度范圍內(nèi)。
在本實(shí)施例中，將板41維持在鉛錫的共熔溫度(180攝氏度)與無(wú)鉛焊球的熔化溫度之間的溫度。術(shù)語(yǔ)“無(wú)鉛焊球的熔化溫度”可以為單種類型的無(wú)鉛焊球的熔化溫度，或者可以為兩種或更多不同類型的無(wú)鉛焊球的最低熔化溫度。更為具體地，當(dāng)制造工藝僅使用一種類型的無(wú)鉛焊球時(shí)，所使用的溫度將為該特定類型的焊球的熔化溫度。例如，Sn/Ag/Cu無(wú)鉛焊球的熔化溫度為217攝氏度。Sn/Ag/Cu/Bi無(wú)鉛焊球的熔化溫度為210攝氏度。當(dāng)工藝使用多種不同類型的無(wú)鉛焊球時(shí)，無(wú)鉛焊球的熔化溫度將為所使用的任何不同類型的無(wú)鉛焊球的最低熔化溫度。當(dāng)無(wú)鉛焊球可為Sn/Ag/Cu無(wú)鉛焊球或者Sn/Ag/Cu/Bi焊球時(shí)，熔化溫度將為210攝氏度。
由于無(wú)鉛焊球可以由不同的材料制成且可以使用不同百分比的各種合金，所以在一個(gè)實(shí)施例中，使用180-210攝氏度的溫度范圍。這會(huì)從熔化溫度大于210攝氏度的Sn/Ag/Cu無(wú)鉛焊球、Sn/Ag/Cu/Bi焊球以及任何其它類型的無(wú)鉛焊球中區(qū)分出標(biāo)準(zhǔn)焊球。
在另一實(shí)施例中，使用180-200攝氏度的溫度范圍。這會(huì)從熔化溫度大于200攝氏度的Sn/Ag/Cu無(wú)鉛焊球、Sn/Ag/Cu/Bi焊球以及任何其它類型的無(wú)鉛焊球中區(qū)分出標(biāo)準(zhǔn)焊球。
在一個(gè)特定實(shí)施例中，使用185-195攝氏度的溫度范圍。這會(huì)從熔化溫度大于195攝氏度的任何無(wú)鉛焊球中區(qū)分出標(biāo)準(zhǔn)焊球。
雖然本實(shí)施例使用熱耦合到板41的加熱裝置46，但是可選擇地，可以使用位置靠近板41的加熱裝置來(lái)加熱放置在板41上的焊球。例如，可以使用位于板41上方的加熱裝置，其提供輻射熱以便于直接加熱放置在板41上的任意焊球。此外，應(yīng)理解加熱裝置46可以利用電、天然氣或者任何其他燃料源來(lái)產(chǎn)生熱量，并且能夠通過(guò)包括熱或微波輻射的直接或間接輻射、直接接觸來(lái)傳送該熱量。
真空系統(tǒng)52耦合到板41以將熔化的焊球從板41移走。在本實(shí)施例中，真空系統(tǒng)41通過(guò)軟管51耦合到板41下的腔50使得真空系統(tǒng)52可以向開(kāi)口42施加吸力。
拾取和放置機(jī)構(gòu)56的位置靠近板41且靠近球分配組件3。在本實(shí)施例中，拾取和放置機(jī)構(gòu)56可操作為從安裝于球分配組件3中的焊球罐中拾取焊球并將它們放置到凹槽43中。而且，拾取和放置機(jī)構(gòu)56可操作為移走未熔化的焊球并將它們放置到垃圾容器中。
相機(jī)54可操作為產(chǎn)生板41頂部的圖像。在本實(shí)施例中，相機(jī)54電耦合到控制單元6，使得相機(jī)54的操作產(chǎn)生被控制單元6解釋的圖像以確定在凹槽43中是否存在焊球。在本實(shí)施例中，相機(jī)54和控制單元6構(gòu)成探測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可操作為確定在凹槽43中是否存在焊球。然而，可選擇地，附加的計(jì)算裝置可以包含在焊球測(cè)試組件5中，用于分析來(lái)自相機(jī)54的圖像以確定是否存在焊球。
圖6示出用于測(cè)試焊球以確定焊球類型的工藝200，其中使用圖3-5的測(cè)試塊40來(lái)確定焊球類型。首先，如步驟201所示，加熱板41。更為具體地，接通加熱裝置46，并監(jiān)視熱電偶47以確定板41是否已經(jīng)達(dá)到所需要的溫度范圍。參考步驟202-203，如果板41的溫度在所需要的操作范圍內(nèi)，則工藝前進(jìn)到步驟203。如果板41的溫度不在所需要的溫度范圍內(nèi)，則如步驟202和216所示，已發(fā)生系統(tǒng)故障并向操作者提供錯(cuò)誤指示。
如步驟203所示，一旦板41已達(dá)到所需要的溫度范圍，就清潔板41。更為具體地，如果熱電偶47指示已達(dá)到正確的工作溫度，則啟動(dòng)相機(jī)53以產(chǎn)生板41頂部的圖像。通過(guò)控制單元6來(lái)分析這些圖像以確定未熔化的焊球位于板41上何處。如果探測(cè)到任何未熔化的焊球，則用拾取和放置機(jī)構(gòu)56將它們移走。
現(xiàn)在參考步驟204，系統(tǒng)然后檢查以確定板41的頂部是否清潔。在本實(shí)施例中，從相機(jī)54中產(chǎn)生顯示出板41頂部的圖像?？刂茊卧?分析圖像以確定在板41的頂表面上是否存在任何焊球。如果板41頂部清潔(不存在焊球)，則將待測(cè)試的焊球移動(dòng)到板41上，如步驟205所示。在本實(shí)施例中，將焊球從球分配組件3移動(dòng)到凹槽43。在一個(gè)實(shí)施例中，所有的凹槽43填充有焊球?？蛇x擇地，僅凹槽43中的一些填充有焊球。在本實(shí)施例中，控制單元6可編程，使得可以根據(jù)具體的工藝調(diào)度和質(zhì)量控制需求來(lái)改變待測(cè)試的焊球數(shù)量。
現(xiàn)在參考步驟206，系統(tǒng)檢查以確定焊球位于板41上何處。如果板41上不存在焊球，則出現(xiàn)故障，如步驟206和216所示，并向操作者提供錯(cuò)誤指示。在一個(gè)實(shí)施例中，在將焊球放置到凹槽43中之后并在焊球有機(jī)會(huì)熔化之前從相機(jī)54中產(chǎn)生圖像。該圖像可以在將每一焊球放置到凹槽43中之后即刻產(chǎn)生。然而，可選擇地，在已放置所有焊球之后產(chǎn)生單個(gè)圖像?？刂茊卧?可操作為分析圖像以便確定在每一凹槽43中是否存在焊球。該步驟防止如果落下或錯(cuò)放焊球而引起的錯(cuò)誤。
一旦所有的焊球被移動(dòng)并且被確定存在于板41上，就起動(dòng)計(jì)時(shí)器。參考步驟207-208，在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間段之后，啟動(dòng)真空系統(tǒng)52以便向每一個(gè)開(kāi)口42施加真空。如果焊球熔化，則吸力將通過(guò)開(kāi)口42抽取焊球材料，且其將落入托盤(pán)49中。在本實(shí)施例中，該時(shí)間段可編程并且是足以使標(biāo)準(zhǔn)焊球熔化的時(shí)間。
現(xiàn)在參考步驟209，圖像從相機(jī)54中產(chǎn)生并被分析以確定在步驟206中被確定存在的焊球是否已熔化。如果圖像指示焊球仍存在于板41上，則焊球?yàn)闊o(wú)鉛的，如步驟209和213所示。如步驟209-210所示，如果圖像指示在步驟206被確定存在的焊球不再存在于板41上，則該焊球?yàn)槿刍臉?biāo)準(zhǔn)焊球。如果焊球保留在板上，則可以啟動(dòng)焊球移動(dòng)工序以便移走板41上所有剩余的焊球?？蛇x擇地，焊球可以留在板41上并且可以在下述測(cè)試的步驟203中被清除。
現(xiàn)在參考步驟211和214，當(dāng)焊球的類型與工藝所需要的焊球類型不匹配時(shí)，則產(chǎn)生錯(cuò)誤指示，如步驟215所示，并停止生產(chǎn)。更為具體地，如果工藝需要無(wú)鉛焊球而測(cè)試表明焊球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)焊球，則產(chǎn)生錯(cuò)誤指示，如步驟210-211和215所示，并停止生產(chǎn)工藝。錯(cuò)誤指示可以為可由操作者感知到的任何可視或可聽(tīng)的輸出，諸如鈴聲、報(bào)警聲或其它聲音和/或在顯示器上可視的錯(cuò)誤消息。
相似地，當(dāng)工藝需要標(biāo)準(zhǔn)焊球而測(cè)試表明焊球?yàn)闊o(wú)鉛時(shí)，產(chǎn)生錯(cuò)誤指示，如步驟215所示，并停止生產(chǎn)工藝。參考步驟210-212，如果工藝需要無(wú)鉛焊球，且測(cè)試表明焊球?yàn)闊o(wú)鉛的，則在所測(cè)試的焊球與工藝需求之間存在匹配，且生產(chǎn)將開(kāi)始(如果在生產(chǎn)起動(dòng)時(shí)執(zhí)行測(cè)試)或者繼續(xù)(如果在生產(chǎn)期間執(zhí)行測(cè)試)。相似地，如步驟212-214中所示，當(dāng)工藝需要標(biāo)準(zhǔn)焊球且測(cè)試表明焊球?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)焊球時(shí)，在所測(cè)試的焊球之間存在匹配，且生產(chǎn)將開(kāi)始(如果在生產(chǎn)起動(dòng)時(shí)執(zhí)行測(cè)試)或者繼續(xù)(如果在生產(chǎn)期間執(zhí)行測(cè)試)。
在本實(shí)施例中，焊球測(cè)試組件5的操作為全自動(dòng)的，使得焊球測(cè)試組件5按照需求通過(guò)其編程自動(dòng)地執(zhí)行測(cè)試。而且，控制單元6內(nèi)的控制邏輯可操作為自動(dòng)地起動(dòng)測(cè)試工序。在本實(shí)施例中，系統(tǒng)20為完全可編程的并且使得測(cè)試的時(shí)序可改變以適應(yīng)調(diào)度和質(zhì)量控制需要。在本實(shí)施例中，每次起動(dòng)焊球貼附工藝，自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試，以便于確保在制造任何產(chǎn)品之前使用正確類型的焊球。而且，在整個(gè)焊球貼附工藝期間，定時(shí)性地執(zhí)行測(cè)試。在本實(shí)施例中，在起動(dòng)焊球貼附工藝之后以預(yù)定的時(shí)間間隔來(lái)執(zhí)行測(cè)試。在一個(gè)實(shí)施例中，球分配組件3包括探測(cè)焊球罐何時(shí)為低的傳感器，且測(cè)試還在每次傳感器指示罐已被填充時(shí)執(zhí)行。
在本實(shí)施例中，自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20為全自動(dòng)的且由控制單元6來(lái)控制以自動(dòng)執(zhí)行根據(jù)產(chǎn)品需求安裝焊球和測(cè)試焊球所需的所有步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20的所有部件容納在單個(gè)集成單元中，該單元包括封裝了自動(dòng)化球安裝系統(tǒng)20的所有部件的外殼。
本發(fā)明的工藝和設(shè)備允許自動(dòng)且快速地確定焊球類型，防止可能由于使用錯(cuò)誤的焊球類型而引起的產(chǎn)品缺陷。另外，可以使用單個(gè)焊球安裝系統(tǒng)來(lái)貼附標(biāo)準(zhǔn)焊球和無(wú)鉛焊球，同時(shí)防止可能由于使用錯(cuò)誤的焊球類型而引起的產(chǎn)品缺陷。使用單個(gè)系統(tǒng)取代兩個(gè)專用系統(tǒng)，與對(duì)標(biāo)準(zhǔn)焊球使用一個(gè)專用系統(tǒng)和對(duì)無(wú)鉛焊球使用第二個(gè)專用系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)工藝相比較，顯著地節(jié)約成本。另外，本發(fā)明的工藝和設(shè)備允許更快地啟動(dòng)制造工藝，因?yàn)椴恍枰獙⒑盖驑悠匪腿y(cè)試實(shí)驗(yàn)室并等待測(cè)試結(jié)果。
寬泛概括地說(shuō)，本文公開(kāi)了一種自動(dòng)化球安裝工藝和系統(tǒng)，其中通過(guò)將焊球加熱到鉛錫的共熔溫度與無(wú)鉛焊球的熔化溫度之間的溫度來(lái)測(cè)試焊球。如果被加熱的焊球熔化，則它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)焊球。如果它們不熔化，則它們?yōu)闊o(wú)鉛焊球。輸入到自動(dòng)化球安裝工藝的焊球被自動(dòng)測(cè)試以確定焊球類型。當(dāng)測(cè)試表明使用錯(cuò)誤類型的焊球時(shí)，指示錯(cuò)誤信息并停止焊球安裝工藝。
簡(jiǎn)要概括地說(shuō)，本文公開(kāi)了下述內(nèi)容。公開(kāi)了自動(dòng)化球安裝工藝和系統(tǒng)，其中通過(guò)將焊球加熱到鉛錫的共熔溫度與無(wú)鉛焊球的熔化溫度之間的溫度來(lái)測(cè)試焊球。如果被加熱的焊球熔化，則它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)焊球。如果它們不熔化，則它們?yōu)闊o(wú)鉛焊球。輸入到自動(dòng)化球安裝工藝的焊球被自動(dòng)測(cè)試以確定焊球類型。當(dāng)測(cè)試表明使用錯(cuò)誤類型的焊球時(shí)，指示錯(cuò)誤信息并停止焊球安裝工藝。
由此描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。雖然已經(jīng)在具體的實(shí)施例中描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該意識(shí)到本發(fā)明不應(yīng)解釋為受這些實(shí)施例限制，而是根據(jù)下述權(quán)利要求來(lái)解釋。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)化球安裝工藝，包括將焊劑分配到襯底上；將焊球分配到所述襯底上；測(cè)試所述焊球中的至少一些以確定所述焊球是否為無(wú)鉛的；和當(dāng)所述工藝需要無(wú)鉛焊球且當(dāng)所述測(cè)試表明所述焊球不是無(wú)鉛的時(shí)，產(chǎn)生錯(cuò)誤指示。
2.權(quán)利要求1的工藝，其中所述測(cè)試所述焊球中的至少一些還包括加熱待被測(cè)試的所述焊球到鉛錫的共熔溫度與無(wú)鉛焊球的熔化溫度之間的溫度；和確定待被測(cè)試的所述焊球是否已熔化。
3.權(quán)利要求2的工藝，其中所述測(cè)試所述焊球中的至少一些還包括將待被測(cè)試的所述焊球放置在包括耦合到真空系統(tǒng)的開(kāi)口的加熱板上，且其中向所述開(kāi)口施加真空以移走熔化的焊球。
4.權(quán)利要求3的工藝，其中所述確定待被測(cè)試的所述焊球是否已熔化還包括產(chǎn)生所述板的圖像；和分析所述圖像以確定是否存在焊球。
5.權(quán)利要求2的工藝，其中在所述自動(dòng)化球安裝工藝期間自動(dòng)執(zhí)行所述測(cè)試所述焊球中的至少一些。
6.權(quán)利要求1的工藝，還包括當(dāng)所述工藝需要無(wú)鉛焊球且當(dāng)所述測(cè)試表明所述焊球不是無(wú)鉛的時(shí)，停止所述自動(dòng)化球安裝工藝。
7.權(quán)利要求6的工藝，其中所述測(cè)試所述焊球中的至少一些還包括加熱待被測(cè)試的所述焊球到180攝氏度與210攝氏度之間的溫度；和確定待被測(cè)試的所述焊球是否已熔化。
8.權(quán)利要求1的工藝，其中所述測(cè)試所述焊球中的至少一些還包括加熱待被測(cè)試的所述焊球到185攝氏度與195攝氏度之間的溫度；和確定待被測(cè)試的所述焊球是否已熔化。
9.權(quán)利要求1的工藝，其中所述測(cè)試所述焊球中的至少一些還包括將待被測(cè)試的所述焊球放置在包括耦合到真空系統(tǒng)的開(kāi)口的板上，所述板被加熱到180攝氏度與200攝氏度之間的溫度；等待預(yù)定的時(shí)間段；向所述開(kāi)口施加真空以便移走已熔化的任何待被測(cè)試的所述焊球；和確定在所述板上是否仍存在任何待被測(cè)試的所述焊球。
10.一種測(cè)試組件，包括板，具有一個(gè)或多個(gè)貫穿其的開(kāi)口；加熱裝置，位置靠近所述板，用于加熱放置在所述板上的焊球；真空系統(tǒng)，耦合到所述板，用于從所述板上移走熔化的焊球；和探測(cè)系統(tǒng)，用于確定所述板上是否存在焊球。
11.權(quán)利要求10的測(cè)試組件，其中所述加熱裝置熱耦合到所述板，所述加熱裝置可操作為將所述板加熱到鉛錫的共熔溫度與無(wú)鉛焊球的熔化溫度之間的溫度。
12.權(quán)利要求10的測(cè)試組件，其中所述加熱裝置熱耦合到所述板，所述加熱裝置可操作為將所述板加熱到180攝氏度與210攝氏度之間的溫度。
13.權(quán)利要求10的測(cè)試組件，其中所述板還包括多個(gè)適合于接納所述焊球的凹槽，所述開(kāi)口在所述凹槽的下方延伸。
14.權(quán)利要求10的測(cè)試組件，還包括拾取和放置機(jī)構(gòu)，用于將焊球移動(dòng)到所述板上并用于從所述板上移走未熔化的焊球。
15.一種自動(dòng)化焊球安裝系統(tǒng)，包括焊劑分配組件；球分配組件，位置靠近所述焊劑分配組件；和測(cè)試組件，位置靠近所述球分配組件，所述測(cè)試組件可操作為自動(dòng)測(cè)試輸入到所述球分配組件中的焊球。
16.權(quán)利要求15的自動(dòng)化焊球安裝系統(tǒng)，其中所述測(cè)試組件還包括板，具有一個(gè)或多個(gè)貫穿其的開(kāi)口；加熱裝置，位置靠近所述板，用于加熱放置在所述板上的焊球；真空系統(tǒng)，耦合到所述板，用于從所述板上移走熔化的焊球；和探測(cè)系統(tǒng)，用于確定所述板上是否存在焊球。
17.權(quán)利要求16的自動(dòng)化焊球安裝系統(tǒng)，其中所述加熱裝置熱耦合到所述板，所述加熱裝置可操作為將所述板加熱到鉛錫的共熔溫度與無(wú)鉛焊球的熔化溫度之間的溫度。
18.權(quán)利要求16的自動(dòng)化焊球安裝系統(tǒng)，其中所述加熱裝置熱耦合到所述板，所述加熱裝置可操作為將所述板加熱到180攝氏度與210攝氏度之間的溫度。
19.權(quán)利要求17的自動(dòng)化焊球安裝系統(tǒng)，其中所述探測(cè)系統(tǒng)包括電耦合到相機(jī)的控制單元，所述相機(jī)可操作為產(chǎn)生由所述控制單元解釋的圖像。
20.權(quán)利要求18的自動(dòng)化焊球安裝系統(tǒng)，還包括傳送組件；拾取和放置機(jī)構(gòu)；和控制單元，電耦合到所述焊劑分配組件、所述球分配組件、所述傳送組件和所述拾取和放置機(jī)構(gòu)，所述控制單元可操作為當(dāng)所確定的焊球類型與所需要的焊球類型不匹配時(shí)自動(dòng)停止自動(dòng)化焊球安裝工藝。
21.權(quán)利要求15的自動(dòng)化焊球安裝系統(tǒng)，其中所述球分配組件適合于容納無(wú)鉛焊球罐和標(biāo)準(zhǔn)焊球罐。
全文摘要
一種自動(dòng)化球安裝設(shè)備(20)，通過(guò)焊球加熱。
文檔編號(hào)B23K31/02GK1972777SQ200580019402
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月18日
發(fā)明者宋廣林, 曹炳祥, 蒂克·梅迪納 申請(qǐng)人:集成裝置技術(shù)有限公司