专利名称：金属微球成形装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及一种金属微球成形装置，特别是关于一种通过导线连接 至少二静电管以确保所有静电管产生相同静电强度的金属微球成形装置。
背景技术：
现今，半导体封装产业为了满足各种高密度封装的需求，逐渐发展出各种
不同型式的封装构造，其中常见的球形栅格阵列封装构造(ball grid army, BGA) 因制程容易操控，且具有高良率及高I/O密度等优点，因而被广泛使用。在上 述球格数组封装构造中，每一基板的下表面具有许多焊垫，而所述焊垫必需结 合许多微小的锡球(solderball)，以做为输入/输出(I/0)用的电性端子。因此，如 何制造所述锡球并提高其良率，亦成为业界研发改良的重点项目之一。
举例而言，中国台湾公告第M324547号新型专利揭示一种金属球化装置， 其包含 一成形装置及一冷却装置，所述成形装置具有一震动装置、 一加热熔 炉、 一静电单元及一绝缘组件，所述震动装置是设置于所述加热熔炉的上方， 所述静电单元是连接设置于所述加热熔炉的下方，所述绝缘组件是设置于所述 静电单元上，所述加热熔炉是具有一容置空间及至少一穿孔，所述穿孔是设置 于所述加热熔炉的底部。所述冷却装置设置于所述成形装置的下方，所述加热 熔炉是用以容置并加热一熔融金属，通过所述震动装置的震动使所述熔融金属 进入所述穿孔并通过所述静电单元以形成多个金属球，并进入所述冷却装置中 以冷却定形。
在上述成形装置中，所述成形装置是另包含一结合单元，其设置于所述加热熔炉的底部，而所述静电单元是设置于所述加热熔炉及结合单元之间。所述 静电单元包含至少一静电管及一板体。所述静电管是穿设于所述板体上，且分 别延伸出所述板体的相对两侧面。所述绝缘组件则环设于每一所述静电管的外 围，以避免所述静电单元与所述成形装置直接接触，从而防止所述静电单元产 生的静电电荷流失，确保所述静电单元产生的静电效应能使金属球的球化更完 全。
然而，所述金属球化装置在实际使用上仍具有下述问题，例如当所述静 电管的数量为2个或以上时，所述静电管是以所述板体相互连接后，再与一外 部高压电相连接，以便所述静电管能产生静电效应。但是，在制造时，所述静 电管及板体通常是预先分开制造后，再结合成一体。所述板体通常开设多个结 合孔，以便结合所述静电管。惟，每一结合孔与静电管结合的间隙公差可能不 词，因此会影响每一静电管能接收到的高压电的电压值可能出现差异。由于每 一静电管产生的静电强度彼此不相同，可能连带造成通过不同静电管球化的金 属球具有不同的粒径或不足的真圆度，因此导致同一批制造的金属球粒径无法
符合均一性(uniformity)的要求标准，从而降低制造良率。
因此，有必要提供一种金属微球成形装置，以解决现有技术所存在的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种金属微球成形装置，其是利用导线连 接至少二静电管，以确保所有静电管能产生相同的静电强度，从而提高微球真 圆度、粒径均一性及制造良率。
本实用新型的另一 目的在于提供一种金属微球成形装置，其是在供料模块 及静电产生模块的下方设置缓冲定形模块，其具有一惰性气体导流块可提供侧向及向上的涡流，以避免金属微球产生氧化表层并确保金属微球能够固化，从 而提高微球质量及制造良率。
为达上述之目的，本实用新型提供一种金属微球成形装置，其包含一供料 模块、 一静电产生模块、 一缓冲定形模块及一冷却模块。所述供料模块具有一 加热容器、 一振动单元及一支撑单元，所述加热容器用以容置及加热一熔融金 属，且其底部具有至少二成形孔。所述振动单元用以产生振动，促使所述熔融 金属通过所述成形孔。所述静电产生模块设于所述成形孔及支撑单元之间，并 具有至少二静电管、 一导线及至少二绝缘套管。所述静电管是通过所述导线相
互连接，所述绝缘管则套设于所述静电管外，并定位于所述支撑单元上。所述 静电管的内部产生静电，以促使通过其内的熔融金属球化成为金属微球。所述 缓冲定形模块设于所述供料模块及静电产生模块的下方，并包含一防氧化区及 一落料冷却区。所述防氧化区具有至少一惰性气体入口及至少一惰性气体导流 块，以导入惰性气体形成涡流，从而导引所述金属微球进入所述落料冷却区。 所述冷却模块用以冷却通过其内的金属微球，以确保其完全球化固化。
相较于现有技术，本实用新型利用一导线通过至少二绝缘管的连接口连接 至少二静电管，可确保所有静电管产生相同的静电强度，其确实可以有效提高 金属微球的真圆度、粒径均一性及制造良率。再者，在一供料模块及一静电产 生模块的下方设置一缓冲定形模块，亦可以避免金属微球产生氧化表层并确保 金属微球能够固化，其亦可有效提高微球质量及制造良率。
图l:本实用新型第一实施例的金属微球成形装置的组合图。
图2:本实用新型第一实施例的供料模块、静电产生模块及缓冲定形模块
的纵向剖视图。图3:本实用新型第一实施例的供料模块及静电产生模块的分解图。 图4:本实用新型图2的局部放大图。
图5:本实用新型第一实施例的供料模块及静电产生模块的使用示意图。
图6:本实用新型第一实施例的缓冲定形模块的横向剖视图。
图7:本实用新型第二实施例的供料模块及静电产生模块的局部放大图。
具体实施方式
为让本实用新型上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本实用新型
较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下
请参照图1及2所示，本实用新型第一实施例的金属微球成形装置由上而 上依序包含一供料模块1、 一静电产生模块2、 一缓冲定形模块3及一冷却模 块4，所述冷却模块4的下方则连接适当的集料装置(未标示)，以收集所述金 属微球成形装置形成的多个金属微球5，其中所述金属微球5优选是指应用于 球形栅格阵列封装构造(ball grid array, BGA)的锡球(solder ball),但亦可形成 其它种类的微球。
请参照图1、 2及3所示，本实用新型第一实施例的供料模块1具有一加 热容器11、 一振动单元12及一支撑单元13。在本实施例中，所述加热容器11 是一耐高温的容器，并具有加热器(未绘示)可加热一金属材料(例如锡或其合 金)，使其成为熔融金属。所述加热容器11的底部开设有一组装口 111，用以 组装结合一成形孔定位座112，所述成形孔定位座112开设有至少二成形孔 113。本实用新型可选择所述成形孔定位座112的成形孔113的孔径规格，以 决定所述金属微球5的粒径。在另一实施例中，所述成形孔113亦可直接开设 于所述加热容器11的底部，此时所述成形孔113的规格是为固定。再者，所
7述振动单元12具有一能量转换系统121、 一振动连杆122及一振动板123。所 述能量转换系统121是设于所述加热容器11上方，用以将外部导入的波能转 换成高频振动。所述振动连杆122连接于所述能量转换系统121及所述振动板 123之间，因此可带动所述振动板123上下往复振动。所述振动板123的位置 紧密对应邻接于所述成形孔定位座112的成形孔113的上方。另外，所述支撑 单元13是一板状构造，其结合于所述加热容器ll的外底部，并位于所述成形 孔定位座112的下方。所述支撑单元13具有一容置槽131及至少二出料孔132。 所述容置槽131选择体成型凹设于所述支撑单元13的适当位置，或是分开 制造后再螺固于所述支撑单元13的适当位置。所述出料孔132开设于所述容 置槽131的底部。在本实施例中，每一所述出料孔131内分别具有一阶状部133， 使所述出料孔131的内部区分成一大径部及一小径部(未标示)，所述大径部相 对位于所述小径部之上。
请参照图l、 2、 3及4所示，本实用新型第一实施例的静电产生模块2位 于所述具有成形孔113的成形孔定位座112及所述具有出料孔132的支撑单元 13之间，并受所述支撑单元13所支撑。所述静电产生模块2具有至少二静电 管21、 一导线22及至少二绝缘套管23。所述静电管21是由导电材质制成的 中空管体，例如金属管。在本实施例中，所述静电管21的数量优选为3个， 但并不限于此。所述导线22是由导电材质制成的线材，例如铜线等，其用以 相互连接所述静电管21，以便将外部高压电导引至所述静电管21，使所述静 电管21于内部产生静电。所述绝缘管23是由绝缘材质制成的中空管体，例如 电木管或泡棉管等。所述绝缘管23是分别套设于所述静电管21的外周面，且 所述静电管21是紧配合或黏结于所述绝缘管23的内部。在本实施例中，所述 绝缘管23的长度优选大于所述静电管21的长度，以便使每一所述静电管21的顶端及底端分别内縮于每一所述绝缘管23的顶端及底端之内，以避免所述 静电管21接触所述支撑单元13或成形孔定位座112，从而降低静电流失的机 率。再者，所述绝缘管23的外径是实质等于或微小于所述出料孔131的大径 部的内径，使每一所述绝缘管23的底端分别插设结合于所述支撑单元13的出 料孔131的阶状部133上。同时，每一所述绝缘管23的顶端则对位于所述成 形孔定位座112的成形孔113。在本实施例中，每一所述绝缘管23的外壁适当 开设至少一连接口 231，以方便所述导线22通过所述连接口 231电性连接所述 静电管21，并相对减少所述绝缘管23的配置数量，同时亦有利于减少所述静 电管21曝露的面积，以降低静电流失的机率。
请参照图1、 2及6所示，本实用新型第一实施例的缓冲定形模块3设于 所述供料模块1及静电产生模块2的下方，所述缓冲定形模块3包含一防氧化 区31及一落料冷却区32。所述防氧化区31是一中空容器，其具有至少一惰性 气体入口311及至少一惰性气体导流块312。在本实施例中，所述惰性气体入 口 311的数量优选为2个，及所述惰性气体导流块312的数量优选为1个，但 并不限于此。所述惰性气体入口 311设于所述防氧化区31的侧壁适当位置， 以供导入惰性气体，所述惰性气体可选自氮气等。所述惰性气体导流块312是 一锥状体，其嵌设于所述防氧化区31的内底部，并对位于所述惰性气体入口 311，所述惰性气体导流块312具有一锥状表面，可导引惰性气体形成侧向及 向上的涡流，以便吹拂通过所述防氧化区31的金属微球5，其作用在于避免所 述金属微球5产生氧化表层。所述惰性气体导流块312的中央开设一落料通道 313，其连通至所述落料冷却区32。再者，所述落料冷却区32位于所述防氧化 区31的下方，所述落料冷却区32的垂直长度大于所述防氧化区31的垂直长 度，以提供一缓冲距离，这样可确保所述金属微球5在因重力掉落而通过所述落料冷却区32时，具有足够时间能通过本身的表面张力及内聚力保持球状并 逐渐固化。同时，亦使所述金属微球5在进入所述冷却模块4之前尽可能先降 低部份温度。再者，所述落料冷却区32的侧壁可选择设置一检测窗口321，所 述检测窗口 321是可方便操作员或监控仪器(例如数字摄影镜头)进行监控所述 金属微球5的固化过程。
请参照图1所示，本实用新型第一实施例的冷却模块4是设于所述缓冲定 形模块3的落料冷却区32的下方。所述冷却模块4由上而下依序具有一第一 冷却区41及一第二冷却区42。所述第一冷却区41是一具有夹层的中空环体， 其位于所述落料冷却区32及第二冷却区42之间，所述第一冷却区41是可将 冷却液导入其夹层内，以便初步冷却通过所述第一冷却区41内的金属微球5， 所述冷却液优选自冷却水。所述第二冷却区42是为一具有夹层的中空柱体， 其是可将冷却气体导入其夹层内，以便进一步利用更低的温度来冷却通过所述 第二冷却区42内的金属微球5，所述冷却气体优选自低温惰性气体，例如低温 氮气或液态氮等。所述第二冷却区42的下方另连接适当的集料装置(未标示)， 以收集所述金属微球5。
请参照图1至6所示，当使用本实用新型第一实施例的金属微球成形装置 制造所述金属微球5时，首先将适当金属材料(例如锡或其合金)置入所述供料 模块1的加热容器11进行加热，使其成为熔融金属。同时，由所述振动单元 12的能量转换系统121产生高频振动，以通过所述振动连杆122带动所述振动 板123上下往复振动，因而所述振动板123不断推挤熔融金属，使熔融金属通 过所述成形孔定位座112的成形孔113，而形成数条金属液。所述金属液分别 流入每一所述静电管21内。此时，由于本实用新型是利用同一所述导线22连 接所述静电管21，因此可确保所有静电管21都能产生相同的静电强度。因此，当每一所述静电管21内的金属液逐渐变成所述金属微球5时，本实用新型可 提高所述金属微球5的真圆度，并确保每一所述静电管21内都能形成粒径相 同的金属微球5，因此可增加产品的均一性及制造良率。再者，通过所述绝缘 管23，可避免所述静电管21直接接触所述成形孔定位座112或支撑单元13，
以降低静电流失的机率。
接着，如图1、 2及6所示，所述金属微球5进一步掉落到所述缓冲定形 模块3的防氧化区31内，所述防氧化区31的惰性气体入口 311及惰性气体导 流块312的锥状表面提供惰性气体并产生侧向及向上的涡流，以驱赶所述防氧 化区31内酌含氧量，使得惰性气体在吹拂通过所述防氧化区31的金属微球5 时，能彻底隔绝球化凝固瞬间的氧化现象，有效避免所述金属微球5产生氧化 表层，这样可使所述金属微球5的圆度及球径都集中，以提升集中度及增加微 球成形的CPK值(Complex Process Capability index)。此后，所述金属微球5再 通过所述落料通道313掉落到所述落料冷却区32内，由所述落料冷却区32提 供缓冲距离，使所述金属微球5具有足够时间能通过本身的表面张力及内聚力 保持球状并逐渐固化。接着，所述金属微球5再依序通过所述冷却模块4的第 一冷却区41及第二冷却区42进行二阶段冷却，以确保所述金属微球5完全球 化固化。最后，即可利用所述第二冷却区42下方的集料装置(未标示)收集所述. 金属微球5。
请参照图7所示，本实用新型第二实施例的金属微球成形装置是相似于本 实用新型第一实施例，因此第二实施例的组件是沿用第一实施例的对应组件的 图号，但两者间差异的特征在于根据第二实施例的金属微球成形装置，所述 支撑单元13具有一容置槽131、至少二出料孔132及一绝缘板134。所述出料 孔132开设于所述容置槽131的底部。所述绝缘板134可拆式的结合于所述容置槽131的外底部，且所述绝缘板134开设有至少二开口 135，每一所述开口 135对位于每一所述出料孔132。在本实施例中，所述绝缘管23的外径是实质 等于或微小于所述出料孔131的内径，但大于所述开口 135的内径。再者，所 述静电管21的外径是实质等于或微大于所述开口 135的内径。藉此，所述绝 缘板134的上表面可支撑所述绝缘管23及静电管21的底端，并避免所述静电 管21接触所述支撑单元13的容置槽131。同时，亦可防止所述静电管21的底 端曝露于外，以尽可能降低静电流失的机率。
综上所述，相较于现有的金属微球成形装置的静电管是以所述板体相互连 接，但每一静电管能接收到的高压电的电压值可能出现差异，因而影响金属球 粒径的均一性等缺点，图1至7的本实用新型利用所述导线22通过所述绝缘 管23的连接口 231连接所述静电管21，可确保所有静电管21产生相同的静电 强度，其确实可以有效提高所述金属微球5的真圆度、粒径均一性及制造良率。 再者，在所述供料模块1及静电产生模块2的下方设置所述缓冲定形模块3， 亦可以避免所述金属微球5产生氧化表层并确保所述金属微球能够固化，其亦 可有效提高微球质量及制造良率。
权利要求1、一种金属微球成形装置，其特征在于其包含一供料模块，其具有一加热容器、一振动单元及一支撑单元，所述加热容器容置及加热一熔融金属，且其底部具有至少二成形孔，所述振动单元产生振动，以促使所述熔融金属通过所述成形孔；一静电产生模块，其设于所述成形孔及支撑单元之间，并具有至少二静电管、一导线及至少二绝缘套管，所述静电管通过所述导线相互连接，所述绝缘管套设于所述静电管外，并定位于所述支撑单元上；及一缓冲定形模块，其设于所述供料模块及静电产生模块的下方，并包含一防氧化区及一落料冷却区，所述防氧化区具有至少一惰性气体入口及至少一惰性气体导流块，以导入惰性气体形成涡流导引所述金属微球进入所述落料冷却区。
2、 如权利要求1所述的金属微球成形装置，其特征在于所述绝缘管的外 壁开设至少一连接口 ，以便所述导线通过所述连接口电性连接所述静电 管。
3、 如权利要求1所述的金属微球成形装置，其特征在于所述绝缘管的长 度大于所述静电管的长度，且所述静电管的顶端及底端分别内縮于所述 绝缘管的顶端及底端内。
4、 如权利要求1或3所述的金属微球成形装置，其特征在于所述支撑单 元具有至少二出料孔，每一所述出料孔内具有一阶状部，以支撑每一所述绝缘管的底端。
5、 如权利要求4所述的金属微球成形装置，其特征在于所述支撑单元具 有一容置槽，所述出料孔是形成于所述容置槽的底部。
6、 如权利要求1所述的金属微球成形装置，其特征在于所述支撑单元具 有至少二出料孔，且所述支撑单元的下表面设有一绝缘板，所述绝缘板 具有至少二开口，其分别对应于所述出料孔，所述开口的孔径小于所述 出料孔，使所述绝缘板的上表面支撑每一所述绝缘管的底端。
7、 如权利要求1所述的金属微球成形装置，其特征在于所述加热容器的 底部开设一组装口，以组装结合一成形孔定位座，所述成形孔是形成于 所述成形孔定位座上。
8、 如权利要求1所述的金属微球成形装置，其特征在于所述金属微球成 形装置另包含一冷却模块，其设于所述缓冲定形模块的落料冷却区的下 方，以冷却通过其内的金属微球。
9、 如权利要求8所述的金属微球成形装置，其特征在于所述冷却模块依 序具有一第一冷却区及一第二冷却区，所述第一冷却区利用冷却液初步 冷却所述金属微球，及所述第二冷却区利用冷却气体进一步冷却所述金 属微球。
10、 如权利要求1所述的金属微球成形装置，其特征在于所述惰性气体导 流块是一锥状体，其具有一锥状表面，以导引惰性气体形成侧向及向上 的涡流。
专利摘要本实用新型公开一种金属微球成形装置，其包含一供料模块、一静电产生模块、一缓冲定形模块及一冷却模块。所述供料模块具有一加热容器、一振动单元及一支撑单元，所述加热容器用以容置及加热一熔融金属，且其底部具有至少二成形孔。所述振动单元用以产生振动，促使所述熔融金属通过所述成形孔。所述静电产生模块设于所述成形孔及支撑单元之间，并具有至少二静电管、一导线及至少二绝缘套管。所述静电管是通过所述导线相互连接，所述绝缘管则套设于所述静电管外，并定位于所述支撑单元上。所述缓冲定形模块及冷却模块用以确保通过其内的金属微球能完全球化固化。
文档编号H01L21/60GK201348989SQ20092000131
公开日2009年11月18日 申请日期2009年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者毛麒舜 申请人:重庆群崴电子材料有限公司