用于填充球栅阵列的设备和方法与流程

本发明一般涉及用于填充球栅阵列模板的设备和方法，并且涉及用于转移多个球的方法。

背景技术：

球栅阵列(bga)为一种用于集成电路的表面安装封装(芯片载体)的类型。bga封装用来永久固定如微处理器的装置。bga能提供比放置在双列直插式封装(dualin-linepackage)或扁平封装(flatpackage)上更多的互连引脚(interconnectionpins)。

一般而言，在填充球栅阵列模板中，通过将模板在第一情况下往一个方向倾斜以及将模板在下一个情况下往相反方向倾斜而将焊球移至模板的模槽中。焊球由于模板的倾斜借助于重力的作用移动到模槽中。例如，美国专利no.6,390,351描述一种方法，其中，通过使平台在一情况下以顺时钟方向倾斜然后在下一情况下以相反方向倾斜来移动焊球。在该过程中，焊球通过与平台的倾斜配合的轮叶而从一个模槽移动到另一个模槽。相似地，在美国专利公开no.us20030127501a1中，槽中的焊球与模板倾斜的配合而在孔洞阵列上移动。该机制多次“摇摆”，以加强焊球到孔洞阵列中的填充。

在上述的实例中，焊球跨越模板表面以不同方向一起连续移动。焊球之间的以及跨越模板的摩擦造成静电的堆积。所堆积的静电可能造成焊球聚集在一起并增加对于模板及轮叶表面的静摩擦力。进一步地，静电的堆积可能经由电火花(sparking)而产生频繁的静电放电。这增加了焊球氧化的速率，造成不良的可焊性及电连接性。因此，运作过程中可能产率较低且也因为在模板上推动“黏性的”球而增加对焊球损坏的风险。损坏的焊球可能造成不平整的焊缝，这通常在集成电路的焊接中无法被接受。

在另一个实例中，如美国专利no.8,387,236b2，一种旋转机构用于以各种可能的途径在模板或型板(stencil)上移动焊球。这些焊球被连续性地刷动、推动及移动，造成焊球之间以及与旋转机构和型板的大量摩擦。静电将造成焊球对刷子及型板表面的静摩擦。这可对焊球造成损坏，特别是具有较小球直径的焊球。由于旋转机构包括多个刷子，焊球在容易物理性或是因此机构中的静摩擦而被捕获。当如半导体制造过程所需要那样，必须频繁地改变不同类型的焊球时，该捕获增加混合焊球的风险。在半导体制造过程中不允许在粒径上或是在合金上混合的焊球，因为这会被认为产率损失。孔洞阵列在模板中的不良填充因需要更多的操作员介入来改正在制造过程中的故障，而可能导致低制造产率。

因此，存在提供一种试图解决部分上述问题的设备的需要。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供一种用于填充球栅阵列模板的设备，该设备包括平坦的底座；安装在底座上且配置成能围绕垂直于底座的第一轴旋转的平板，该平板的上表面包括形成球栅阵列模板的多个孔洞；以及安装至底座的固定式的球供应槽，其中，底座系配置成相对于水平面成角度倾斜；且其中，球供应槽配置成用于在平板围绕第一轴旋转时，将多个球分配到形成球栅阵列模板的对应的多个孔洞上。

平板可包括安装在底座上的第一平板组件及第二平板组件，所述第二平板组件联接至第一平板组件，使得第一平板组件旋转地驱动第二平板组件。

多个孔洞可设置在第二平板组件的上表面上。

相对于水平面的角度可基于球的尺寸及平板的旋转速度调整。

球供应槽包括开放底部，且球供应槽可安装至底座，使得在球供应槽中的球与平板的上表面接触。

球供应槽可进一步包括具有上端及下端的球闸侧壁，且球闸侧壁可围绕邻近于上端的第二轴枢转，第二轴基本上平行于平板。

当平板围绕第一轴旋转时，球闸侧壁可配置成用于检测在分配多个球至对应的多个孔洞期间的不平整。

根据本发明的第二方面，提供一种用于填充球栅阵列模板的方法，该方法包括：将平板安装至相对于水平面成角度倾斜的平坦的底座，其中，平板的上表面包括形成球栅阵列模板的多个孔洞；将固定式的球供应槽安装至底座，使得球供应槽邻近于平板的上表面；以及当使平板围绕垂直于底座的第一轴旋转时，将多个球从球供应槽分配到形成球栅阵列模板的对应的多个孔洞上。

将平板安装至平坦的底座可包括在底座上安装第一平板组件，以及联接第二平板组件至第一平板组件，使得第一平板组件旋转地驱动第二平板组件。

根据第二方面的方法可进一步包括基于球的尺寸和平板的旋转速度调整相对于水平面的角度。

根据第二方面的方法可进一步包括当平板围绕第一轴旋转时，通过球闸侧壁检测在分配多个球至对应的多个孔洞上期间的不平整。

根据第二方面的方法可进一步包括提供真空给多个孔洞，以吸引和固定多个球。

根据本发明的第三方面，提供一种转移多个球的方法，该方法包括：当球栅阵列模板在第一位置时，使用如第二方面所披露的方法用多个球填充球栅阵列模板；旋转平板，以将球栅阵列模板从第一位置移动到第二位置；以及从球栅阵列模板捡取多个球，其中球栅阵列模板在第二位置固定。

根据第三方面的方法可进一步包括倾斜底座使得底座在第二位置平行于水平面。

根据第三方面的方法可进一步包括当球栅阵列模板在第三位置时，从球栅阵列模板的多个孔洞移除杂质。

附图说明

本发明的实施例将根据以下书面描述、仅通过实例及与附图结合而对于本领域普通技术人员更好理解且显而易见，其中：

图1a显示根据例示性实施例的用于填充球栅阵列模板的设备的透视图。

图1b显示图1a的设备的多个孔洞的特写图。

图1c显示根据例示性实施例的图1a的用于填充球栅阵列模板的设备在正常运作期间的放大截面图。

图1d显示根据例示性实施例的图1a的用于填充球栅阵列模板的设备在不平整期间的放大截面图。

图1e显示根据例示性实施例的具有清理工具的图1a的用于填充球栅阵列模板的设备在多个球转移期间的透视图。

图1f显示根据例示性实施例的具有清理工具的图1a的用于填充球栅阵列模板的设备在移除杂质期间的透视图。

图2显示说明根据例示性实施例的用于填充球栅阵列模板的方法的流程图。

图3显示说明根据例示性实施例的用于转移多个球的方法的流程图。

具体实施方式

下述实施方式本质仅为示意性而非意图限制本发明或本发明的应用及用途。此外，其并无意于受任何存在于发明的先前技术或以下实施方式的理论的束缚。在本文中，用于填充球栅阵列模板的设备、制造方法及其操作方法根据具有高制造生产能力及较高产量的优点的本文实施例而呈现。

图1a显示根据例示性实施例的用于填充球栅阵列模板的设备100的透视图。设备100包括平坦的底座102、平板106及固定式的球供应槽108。平板106安装在底座102上，且配置成可围绕垂直于底座102的第一轴122旋转。底座102可通过围绕轴126旋转而相对于水平面成角度124倾斜。平板106的上表面可包括形成球栅阵列模板的多个孔洞120。球供应槽108安装至底座102，且配置成用于当平板106围绕着第一轴122旋转时，分配多个球110到形成球栅阵列模板的对应的多个孔洞120。

平板106进一步包括安装在底座102上的第一平板组件138及联接至第一平板组件138的第二平板组件104，而使第一平板组件138旋转地驱动第二平板组件104。多个孔洞120设置在第二平板组件104的上表面上。平板106可利用具有齿轮传动130的第一马达128围绕第一轴122旋转。第二马达116使底座102围绕轴126旋转，而使底座102相对于水平面倾斜角度124。在此情况下，预定的角度124为约30度。然而，将理解的是，在替换的实施例中角度124可在0和90度之间调整。相对于水平面的角度124可基于例如球110的尺寸以及平板106的旋转速度来调整。

球供应槽108可包括开放底部，且可被安装至底座102，而使在球供应槽108中的球110系与平板106的上表面接触。球供应槽108可进一步包括具有下端以及上端的球闸侧壁114。球闸侧壁114可围绕邻近于上端的第二轴枢转，其中第二轴实质上平行于平板106。球供应槽108的侧面可环状封闭，而使具有三个刚性侧112以及第四侧包括球闸侧壁114。

球闸侧壁114配置成检测不正常的状况(如在球填充过程期间，球从孔洞中突出)。例如，球闸侧壁114可与传感器联接以检测其位移。图1c及图1d显示根据例示性实施例的图1a的用于填充球栅阵列模板的设备100分别在正常运作期间以及不平整期间的放大截面图。如图1c所显示，在设备100的正常运作期间，球闸侧壁114实质上平行于球供应槽108的刚性侧壁112。多个孔洞120中的每一个以来自球供应槽108的一个球填充。在图1d所显示的不正常情况期间，由于在孔洞120中存在脏污或杂质142，球110从孔洞120突出。球闸侧壁114接触突出的球110，且从其正常位置有角度地位移。传感器可以检测该位移并产生错误信号或警告，使得运作暂停用以修正。有利地，这可确保每个孔洞120用球准确地填充。

在运作之前，平板106的第一平板组件138安装至底座102。底座102可附接到旋转机器。旋转机器可具有马达116，以使底座102围绕轴126旋转，使得底座102相对于水平面以角度124倾斜。第二平板组件104可被联接至第一平板组件138，而使第一平板组件138旋转地驱动第二平板组件104。第二平板组件104的上表面可以抗摩擦或抗静电涂层包覆，所述涂层在设备100运作期间提供对球110的磨损及静电保护。含有多个球110的球供应槽108安装至底座102，而使球供应槽108相邻于平板106的上表面。球供应槽108安装至底座102，而使球闸侧壁114围绕平行于平板106的第二轴枢转。

第二平板组件104及第一平板组件138可通过一个或多个扣件固定在一起。替换地，一个或多个引脚可被用来将第一平板组件138定位至底座102，而使其在设备100运作的期间牢固地固定。进一步地，这些引脚还可被配置使得可容易地通过扣件固定。相似地，一个或多个扣件可用于定位球供应槽108，而使其牢固地固定至底座102。

在运作期间，底座102通过马达116围绕轴126旋转至相对于水平面的预定的角度124。预定的角度124可基于多个球110中每一个的尺寸计算。预定的角度124小于各个球的较大直径，并大于各球的较小直径。本领域普通技术人员可理解的是，预定的角度124可至多为90度，以利于球110放置到平板106的孔洞120之中。预定的角度124还可基于平板106的旋转速度来计算。预定的角度124小于平板106的较高的旋转速度，且大于平板106的较低的旋转速度。有利地，在整个循环中，进行旋转机器的旋转到此位置一次，以减少对球110搅动量。在该位置处，多个球110全部静置在球供应槽108的刚性侧壁112上。

下文中，第一平板组件104与第二平板组件138一起通过第一马达128及围绕垂直于底座102的第一轴122的齿轮传动130旋转。第二平板组件138可包括齿轮传动以与第一平板组件104一起旋转。在另一个实施例中，皮带传动、带轮传动或直接传动可被用于取代齿轮传动130或第二平板组件138的齿轮传动。如图1a所显示，平板106以逆时针方向136旋转。附接至底座102的球供应槽108在平板106旋转时保持固定。在平板106的第一旋转位置处，多个孔洞120定位在球供应槽108的下方。当平板106围绕垂直于底座102的第一轴122旋转时，来自球供应槽108的多个球110分配至形成球栅阵列模板的对应的多个孔洞120。在一个实施例中，真空140(如图1c所示)可被提供至多个孔洞120，以用于吸引及固定多个球110，以确保球110系完全地分配到孔洞120中。图1b显示放置至设备100的多个孔洞120中的各个球134的特写图。

在一些实例中，当平板106围绕第一轴122旋转时，球闸侧壁114的下端可接触没有填充到多个孔洞120之内的任何突出的球。球闸侧壁114被枢转至位移的位置，以检测在多个球110分配到对应的多个孔洞120中的不平整。这可确保当平板106旋转且孔洞120从球供应槽108移开时多个孔洞120中的每一个被一个球填充。

随后，平板106围绕第一轴122旋转直到填充的模板位在捡取位置(pick-upposition)中，在该位置，通过配置成在垂直于平板106的上表面的方向上移动的球吸取工具118捡取填充的球。通常地，球吸取工具118下降至填充的球栅阵列模板上，且球110可通过真空或本领域普通技术人员所理解的其他吸取手段来移除。之后球吸取工具118从平板106移开，并且重复整个运作，同时底座102维持在相同倾斜的角度。

在替代的实施例中，底座102可被倾斜而使底座102平行于水平面，即，图1a的角度124在球被捡取之前处于0度。这种情况在设备可被整合至现有的机器中或球吸取工具118可仅在垂直方向上移动以自球栅阵列模板捡取焊球134时出现。在这样的实施例中，多个球11系直接位在于捡取位置的球吸取工具118的下方。球吸取工具118下降至平板106，以使球吸取工具118及分配在孔洞120中的球110接着通过球吸取工具118捡取。

在替代的实施例中，球110被捡取之后，孔洞120可被清洗以移除脏污或杂质。这可避免如图1d所显示的不正常情况，且可允许设备100持续地运作。图1e及图1f显示根据例示性实施例的图1a的用于填充球栅阵列模板的设备100分别在球的转移期间及移除杂质期间的透视图。如图1e及图1f所显示，设备100可进一步包括在球110通过球吸取工具118捡取之后，用于从孔洞120移除杂质的清理工具144。

例如，在图1e显示的位置，通过球供应槽108将多个孔洞120以球110填充之后，球110通过球吸取工具118捡取。此后，在图1f中，平板106旋转直到空模板处于清理工具144从空孔洞120移除杂质的位置。平板106进一步旋转到用于将球110分配到干净的孔洞120的位置，并重复整个运作。

图2显示说明根据例示性实施例的用于填充球栅阵列模板的方法的流程图200。在步骤202，该方法包括将平板安装至相对于水平面成角度倾斜的平坦的底座，其中平板的上表面包括形成球栅阵列模板的多个孔洞。在步骤204，该方法包括安装固定式的球供应槽至底座，而使球供应槽邻近于平板的上表面。在步骤206，该方法包括在使平板围绕垂直于底座的第一轴旋转时，将多个球从球供应槽分配到形成球栅阵列模板的对应的多个孔洞上。

图3显示说明根据例示性实施例的转移多个球的方法的流程图300。在步骤302，该方法包括当球栅阵列模板在第一位置时，用多个球填充球栅阵列模板。在步骤304，该方法包括旋转平板，以将球栅阵列模板从第一位置移动至第二位置。在步骤306，该方法包括从球栅阵列模板捡取多个球，其中球栅阵列模板在第二位置固定。

如所述，例示性实施例使用固定式的球供应槽及沿着斜面移动的球栅阵列模板，以用焊球填充球栅阵列模板。如本实施例中所述的焊球不会跨越平板表面在不同方向上连续性地移动。因此，各焊球之间的以及跨越平板的摩擦可最小化，且可不造成静电的堆积。因此，可以看到根据本实施例的设备具有高制造生产力、高产量、更好的可焊性及电连接性以及低产量损失的优势。尽管在本发明的以上详细描述中呈现例示性实施例，但应理解的是存在许多的变化。

应该进一步理解的是例示性实施例仅作为范例，其不旨在以任何方式限制本发明之范围、应用性、操作或配置。更确切地说，前面的详细描述将为本领域普通技术人员提供用于实现本发明的例示性实施例的便利蓝图，将理解的是在不背离所附权利要求书所阐述的本发明的范围下，例示性实施例所述的组件的功能及配置与运作方法均可进行各种改变。

本领域普通技术人员将理解的是，在不背离广义描述的本发明的精神或范畴下，可对如特定实施例所示的本发明进行多种变化及/或修改。因此，本实施例在所有方面应被认为例示性，而不是限制性。