專利名稱：在基體上排列和連接焊料柱的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將多個焊料柱排列、放置和連接到一個陶瓷基體上的電接點(diǎn)或?qū)щ娖臉?gòu)圖陣列上的方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著集成電路上的電子元件密度的不斷增加，電子芯片所需的引線數(shù)量也隨之增加。為了處理增加了的密度，現(xiàn)已發(fā)明出球狀網(wǎng)格陣列封裝(BGA)，其中一個或多個芯片被安裝到基體的上表面上。球狀網(wǎng)格陣列封裝采用了焊料球形式的陣列，以在基體和印刷電路板之間提供電連接。這種類型的封裝的一個問題在于，基體和印刷電路板兩者的熱膨脹系數(shù)之間可能存在著很大的差異，熱膨脹系數(shù)的這種差異會造成焊料球的塑性變形。
陶瓷柱狀網(wǎng)格陣列封裝(CCGAceramic column grid array)可以減輕這一問題。柱狀網(wǎng)格陣列封裝采用了焊料柱形式的陣列，以在陶瓷基體和印刷電路板之間提供電連接。焊料柱通常具有大約2.55毫米的高度和0.50毫米的直徑。較高的焊料柱結(jié)構(gòu)提供了順應(yīng)性，以便更好地吸收陶瓷柱狀網(wǎng)格陣列封裝和印刷電路板之間不同的熱膨脹率。為了將焊料柱固定到基體上，將低熔點(diǎn)焊料膏放在位于陶瓷基體一個表面上的導(dǎo)電接觸片上。焊料柱被垂直地安置在相應(yīng)的接觸片上，這些焊料柱通常由高熔點(diǎn)的、額定比為90/10的鉛-錫合金所構(gòu)成。然后在回熔爐中對整個組合體進(jìn)行加熱，于是焊料膏回熔，在焊料柱和接觸片之間形成機(jī)械的和電的連接。
在球狀網(wǎng)格陣列封裝的制造過程中，通常用一種真空拾取工具按所需構(gòu)圖來將多重焊料球拾取和放置到半導(dǎo)體基體上。球形的焊料球令到易于將一完整的焊料球陣列拾取和放置在基體上。而另一方面，焊料柱具有圓柱形的形狀，因此，在將焊料柱安置到陶瓷基體上相應(yīng)的導(dǎo)電片上時(shí)，必須安放在豎直位置。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種在基體上排列和連接焊料柱陣列的方法和裝置，它能夠快速地和同時(shí)地將焊料柱放置在對應(yīng)基體上的導(dǎo)電片上的直立位置。
按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于將多個焊料柱排列和連接到一個陶瓷基體上相應(yīng)電接點(diǎn)的構(gòu)圖陣列上的裝置。該裝置包括一個基本上平的排列板，它具有一些能夠使焊料柱垂直穿過的通孔，通孔的排列構(gòu)圖與電接點(diǎn)的相同。至少一個保持件從排列板上懸垂下來，它能夠?qū)⑴帕邪灞３衷谔沾苫w上方的一個固定位置使得通孔與相應(yīng)的電接點(diǎn)垂直對準(zhǔn)。在一個實(shí)施例中，四個保持件分別連接到矩形排列板的四側(cè)。排列板最好由耐熱材料制成，例如鈦。
可以使用一個真空拾取工具來向排列板輸送焊料柱陣列。在一個實(shí)施例中，真空拾取工具包括一個真空頭和一個從真空頭的底部延伸出的承接凸部。在承接凸部中設(shè)有一系列腔，每個腔都具有與真空源相通的真空口。腔之間彼此間隔的距離相同于排列板上相鄰?fù)字g的距離。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于將多個焊料柱排列和連接到一個基體上相應(yīng)電接點(diǎn)構(gòu)圖陣列上的方法。該方法的步驟包括提供一個基本上平的排列板，板上設(shè)有構(gòu)成與電接點(diǎn)構(gòu)圖相同的多個通孔。將焊料膏網(wǎng)板印刷或用其他方法施加在電接點(diǎn)上。將排列板保持在基體上方的、使得通孔與相應(yīng)的電接觸片垂直對準(zhǔn)的一個固定位置上。將焊料柱穿過排列板的通孔，這樣就能夠?qū)⒑噶现绷⒌匕仓玫诫娊狱c(diǎn)上。使排列板和基體穿過回熔爐，以便焊料膏回熔或熔化。然后使焊料膏重新固化，以在焊料柱和相應(yīng)的電接點(diǎn)之間形成結(jié)合。當(dāng)焊料柱固定到陶瓷基體的所有電接點(diǎn)上之后，從基體上拆下排列板。
通過下面對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明上述的以及其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

圖1是在安裝之前的、用于將焊料柱排列和固定到基體上的裝置立體圖；圖2～圖6依次表示了將一焊料柱陣列排列和固定到陶瓷基體上相應(yīng)的電接點(diǎn)陣列上的方法；圖7是真空拾取工具的立體圖，該工具設(shè)置用來依次獲取由焊料柱分配器所提供的焊料柱陣列；圖8～圖10依次表示了通過真空將焊料柱陣列吸持到一系列相應(yīng)腔中的方式；圖11是真空拾取工具的立體圖，其中的焊料柱被保持在水平方向。
具體實(shí)施方式首先參見圖1，圖中表示了一個整體標(biāo)記為10的、用于將一焊料柱陣列排列和固定到基體上的裝置。裝置10包括一個基本上平的排列板12，板上具有形成一構(gòu)圖陣列的多個通孔14。排列板12是正方形或矩形的并且有四個側(cè)面16，它的厚度至少為0.5毫米。排列板12最好由金屬鈦制成，以提供良好的耐熱性?；蛘?，排列板12也可以由其它任何適當(dāng)?shù)哪蜔岵牧现瞥桑玮伜辖稹⑻沾?、不銹鋼、工程塑料、碳、碳化物以及氮化物。在圖示的實(shí)施例中，四個保持件18分別從排列板12的四個側(cè)面16的中部懸垂下來。保持件18各自有一個臺階20。如圖3和圖4中更清楚地所示的，臺階20的尺寸和形狀設(shè)置成能夠與基體22的上部邊緣相貼合。盡管沒有表示出來，但也可以將前者替換為四個有角度的保持件，將它們安裝在排列板12的四個角上。排列板12的尺寸大致與基體的尺寸相同?；w22通常由陶瓷制成。陶瓷基體22有多個導(dǎo)電片或接觸點(diǎn)24，它們設(shè)置成構(gòu)圖與排列板12上通孔14的相同。導(dǎo)電片24的數(shù)量與通孔14的數(shù)量相同。
圖2至圖6依次表示了將一焊料柱26的陣列固定到陶瓷基體22的導(dǎo)電片24上的方法。具體參見圖2，在所有的導(dǎo)電片24上都網(wǎng)板印刷焊料膏28。然后如圖3所示，將排列板12安裝到陶瓷基體24上方。保持件18使排列板12保持在陶瓷基體22上方的一個固定位置上。排列板12與陶瓷基體22垂直隔開一段距離，因此它們都不與焊料膏28相接觸，因而保持件18同時(shí)起著定位件和隔離件的作用。隨著排列板12安裝到陶瓷基體22的上方，通孔14便與相應(yīng)的導(dǎo)電片24垂直對準(zhǔn)。
如圖7所示，采用一個整體標(biāo)記為30的真空拾取工具來向排列板12輸送焊料柱陣列。在圖示的實(shí)施例中，真空拾取工具30包括一個真空塊或稱真空頭32，它由適當(dāng)?shù)?未示出的)驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動而在焊料柱分配器34和排列板12之間運(yùn)動。承接凸部36在鄰近真空頭32的前端處從真空頭32的底部向下凸出，并且在真空頭32的兩個相對的側(cè)面之間延伸。如圖11清楚所示的，承接凸部36的寬度或者深度最好明顯地小于焊料柱26的長度。在承接凸部36中設(shè)置了一系列的矩形腔38，矩形腔38也可以替換為半圓形或其它任何適當(dāng)形狀的橫截面。腔38的寬度略大于焊料柱26的直徑，腔38的深度大致等于焊料柱26直徑的二分之一。相鄰腔38之間的距離相同于排列板12上相鄰?fù)?4之間的距離。真空頭32具有與真空源42(圖11)相連的內(nèi)部真空通道40。一系列的真空口44設(shè)置在承接凸部36中并且與公共的真空通道40相通。
參見圖8，真空拾取工具30移動到焊料柱分配器34下游端的上方，于是腔38便與各個焊料柱26對齊。如圖9所示，真空拾取工具30下降，直到承接凸部36的底部與焊料柱分配器34的上表面相接觸。然后對整個真空通道40和諸個真空口44抽真空，以便將焊料柱26吸到真空拾取工具30的各個腔38中。然后如圖10所示，真空拾取工具30上升，離開焊料柱分配器34。此時(shí)，焊料柱26如圖11所示保持在水平狀態(tài)。
隨著焊料柱26保持在腔38中，真空拾取工具30移動到排列板12的上方。盡管沒有示出，但真空拾取工具30被轉(zhuǎn)動90°，以此將焊料柱26轉(zhuǎn)到垂直方向。再返回圖4，隨著焊料柱26與各個通孔14軸向?qū)R，真空被解除，以使得焊料柱26落入到通孔14中。為此，通孔14的直徑略大于焊料柱26的直徑。焊料柱26最終被安置在各個導(dǎo)電片24上。
如圖5所示，通過一個輸送鏈52使排列板12和陶瓷基體22穿過一個回熔爐50。此時(shí)，保持件18阻止了排列板12和陶瓷基體22之間的相對運(yùn)動。在輸送鏈52的上方和下方分別布置了上方加熱器54和下方加熱器56，以便向排列板12和陶瓷基體22施加充分的熱量，這使得低熔點(diǎn)的焊料膏28熔化。其結(jié)果是，焊料膏28焊接到焊料柱26和導(dǎo)電片24上?；厝蹱t50中在加熱器54，56的下游處設(shè)有上風(fēng)扇58和下風(fēng)扇60，以便使焊料膏28重新固化，在焊料柱26和相應(yīng)的導(dǎo)電片24之間形成冶金結(jié)合。如圖6所示，當(dāng)排列板12和陶瓷基體22從回熔爐50中被送出后，從陶瓷基體22上拆下排列板12。重復(fù)進(jìn)行上述過程，直到焊料柱26固定到所有的導(dǎo)電片24上，以形成一個陶瓷柱狀網(wǎng)格陣列封裝。
雖然上面以較佳實(shí)施例的方式對本發(fā)明作了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，在由所附權(quán)利要求書所確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以有各種的改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種將多個焊料柱排列和連接到一個陶瓷基體上相應(yīng)電接點(diǎn)上的構(gòu)圖陣列上的裝置，該裝置包括一個基本上平的排列板，它具有多個能夠使焊料柱垂直穿過的通孔，該多個通孔形成的構(gòu)圖與電接點(diǎn)的構(gòu)圖相同；以及至少一個從排列板上懸垂下來的保持件，它能夠?qū)⑺雠帕邪灞３衷谒龌w上方的、使得通孔與相應(yīng)的電接點(diǎn)垂直對準(zhǔn)的一個固定位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，基體具有周邊；所述的至少一個保持件具有一臺階，臺階的尺寸和形狀使其能夠與基體的周邊相貼合。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述排列板基本上是矩形的，具有四個側(cè)面；所述排列板還包括分別從排列板的四個相應(yīng)側(cè)面上懸垂下來的四個保持件。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述排列板由鈦、鈦合金、陶瓷、不銹鋼、工程塑料、碳、碳化物或氮化物構(gòu)成的組之中選出的一種耐熱材料所制成。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述排列板的厚度至少為0.5毫米。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括真空拾取工具，它與所述排列板配合工作并能夠向排列板輸送焊料柱；所述的真空拾取工具包括一個帶有底部的真空頭、一個從所述真空頭的底部延伸出來的承接凸部、以及設(shè)置在所述承接凸部中的一系列腔，每一腔具有與真空源相通的真空口，所述腔彼此隔開，隔開的距離與排列板上各相鄰?fù)字g的距離相等。
7.一種將多個焊料柱排列和連接到一個陶瓷基體上相應(yīng)電接點(diǎn)的構(gòu)圖陣列上的方法，該方法包括提供一個基本上平的排列板，板上設(shè)有多個通孔，所述多個通孔的構(gòu)圖與與電接點(diǎn)的構(gòu)圖相同；將焊料膏施加在所述電接點(diǎn)上；將排列板保持在基體上方的、使得通孔與電接片垂直對準(zhǔn)的一個固定位置上；使焊料柱穿過排列板的通孔，以便將焊料柱直立地安置到諸電接點(diǎn)上；使焊料膏熔化；使焊料膏重新固化，以在焊料柱和相應(yīng)的電接點(diǎn)之間形成結(jié)合；當(dāng)焊料柱連接到所有電接點(diǎn)上之后，從基體上拆下排列板。
全文摘要
一種用于將多個焊料柱排列和連接到一個陶瓷基體上相應(yīng)電接點(diǎn)的構(gòu)圖陣列上的裝置和方法。該裝置包括一個平的矩形排列板，板上設(shè)有多個通孔，該多個通孔的構(gòu)圖與電接點(diǎn)的構(gòu)圖相同。四個保持件分別從排列板的四個側(cè)面上懸垂下來。這些保持件將排列板保持在陶瓷基體上方的、使得諸通孔與相應(yīng)的電接點(diǎn)垂直對準(zhǔn)的一個固定位置上。使焊料柱穿過通孔，從而將焊料柱放在相應(yīng)接觸片上的一個直立位置上。將焊料膏施加在電接點(diǎn)上。對排列板和基體進(jìn)行加熱，從而使焊料膏回熔并且浸到焊料柱和電接點(diǎn)上。然后使焊料膏重新固化，以在焊料柱和電接點(diǎn)之間形成冶金結(jié)合。
文檔編號H01L21/48GK1518084SQ200410005899
公開日2004年8月4日 申請日期2004年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月15日
發(fā)明者埜本信一, 本信一, 名內(nèi)孝 申請人:千住金屬工業(yè)株式會社