专利名称：三维叠层封装器件的自动叠置和焊接设备及其制造方法
技术领域：
本发明一般涉及三维叠层封装器件的制造，特别涉及三维叠层封装器件的自动叠置和焊接设备和三维叠层封装器件的制造方法。
随着现代半导体集成电路器件的集成化的提高以及集成电路器件变得越来越大，有必要提高集成电路器件的装配密度。为了满足这种需要，半导体制造商开发了三维叠置技术并且广泛采用在装配过程中。在三维叠层封装中，或者几个未封装的裸芯片或者已封装的芯片叠置。在本技术中，非常重要的是如何在电子和物理上互连叠置好的芯片。一种焊接互连，特别是一种回流焊接互连被广泛地应用于叠置好的芯片的垂直互连。
回流互连技术使用可溶性金属。先固定待连接的器件，然后加热连接区域以使融熔金属被焊接连接。用于回流焊接的组合物包括锡铅合金(Sn-Pb)和锡铅银(Sn-Pb-Ag)合金，其中的银是精确地添加的。根据向焊接区的热传导机理，回流焊接被划分成气相回流焊接、红外回流焊接和热气回流焊接。
图1A和1B中示出了美国专利5,236,117中所揭示的一种常规回流焊接设备。待焊接的叠置好的封装被涂上焊剂，然后被固定到冲压臂10的左端。最底部的封装的金属引线被加热到一定的温度并被浸入一个熔化焊剂贮液器8。冲压臂10可转动地装配在转动装置6上，该转动装置6使夹持封装器件的冲压臂的左端能上下移动。图1A示出了处于高位处的冲压臂10a和处于低位处的冲压臂10b。当冲压臂10移动到它的低位时，封装的外引线被浸入贮液器8中的融熔的焊剂中。高度止动器2将设定冲压臂的低位。振动装置4使冲压臂10振动，以防焊剂无效或紧密靠在一起的引线缺乏焊剂镀锡。
使用这种浸入技术，能较有效地应用焊剂。但是，当引线间距随着封装器件需要越来越多的输入/输出引脚而变得更细小时，能发生焊剂桥接和由此产生的电路短路行为。为了解决这些问题，冲击重量9加到了冲压臂10另一端的顶部。因此，封装器件和冲压臂迅速回到上位，以便所有剩余的融熔焊剂从引线上被清除掉。冲击重量9的移动由一个汽缸7控制，汽缸7本身由一个程序控制器来控制。
在以上所解释的常规焊接设备中，垂直叠置的单个封装往设备上的装载过程是由手动来执行的。在另一方面，J型引线单个封装，例如SOJ(小轮廓J型引线封装)，TSOJ(薄SOJ)和PLCC(有引线塑料芯片载体)适合用于三维叠层封装器件垂直互连的焊接。这样，如果自动叠置和焊接设备被提供专用于J型引线型封装，就有可能批量生产三维叠层封装器件。
本发明的一个目的在于提供一个叠置和焊接设备，它为了改进生产量能自动地进行三维叠层封装的装配工艺。
本发明的另一个目的在于提供一个自动叠置和焊接设备，它专用于采用J型引线封装的三维叠层封装器件。
本发明的一种自动叠置和焊接设备包括一个用于装载多个待叠置的上单个封装的封装装载机；一个用于装载多个待叠置的下单个封装和用于卸载多个已被叠置和焊接好的三维叠层封装的封装装载/卸载机；一个用于接收上和下单个封装并且用于传输叠置好的上和下单个封装的分档系统，分档系统包括一个以恒定转速旋转的分档板和多个引导爪，每个引导爪都被固定到分档板上并且都拥有装配凹槽，单个封装就被装配在所述装配凹槽中；一个用于把焊剂或焊膏涂到上单个封装的金属引线上的涂敷单元；一个第一传输工具，用于把封装装载/卸载机装载的下单个封装传输到分档系统；一个第二传输工具，用于把封装装载机装载的上单个封装传输到涂敷单元，然后传输到分档系统；一个加热单元，用于加热已叠置好的由分档系统传输的上和下封装，以使上和下封装的金属引线焊接连接。
分档系统还可包括一个装载往复臂，用于把上单个封装安放并叠置在装配于引导爪装配凹槽中的下单个封装上，并且包括一个卸载往复臂，用于把已叠置和焊接好的封装从装配凹槽移开。
引导爪包括形成装配凹槽的一个顶部件和一个底部件，单个封装被叠置在该凹槽。在底部件中，构成了水平和垂直内壁。下单个封装的金属引线接触到水平内壁。当下单个封装由装载往复臂装载到装配凹槽中时垂直内壁将对准单个封装。
涂敷单元将把融熔的焊剂或焊膏涂到上单个封装的金属引线上。为了涂敷焊剂或焊膏，能使用在贮液器中以恒定速度旋转的一条皮带或一个金属凸轮。为了保持涂敷量均匀，可使用一个控制引导器。
根据本发明的三维叠层封装的制造方法包括以下步骤装载多个待叠置的下单个封装；把多个已装载的下单个封装传输到叠置位置；装载多个待叠置的上单个封装；把焊剂或焊膏涂敷到多个已装载的上单个封装金属引线上；把多个上单个封装传输到叠置位置；对准所传输的下和上单个封装，并把上单个封装放置在下单个封装上以使上和下单个封装的相应金属引线接触在一起；焊接上和下单个封装的相应金属引线；和卸载已叠置和焊接好的封装。
在外引线涂敷工艺期间单个封装的金属引线被涂上85％锡和15％铅的焊剂合金，并且在往金属引线上涂敷焊接材料的步骤中，使用融熔的焊剂或焊膏做焊接材料。
为了把上和下单个封装的金属引线加热到焊接温度，在焊接室中进行焊接步骤。通过使用不含氧的热惰性气体，来保持焊接温度。当焊接室内温度被设置在大约360度并且控制已叠置好的单个封装停留大约100秒时，每小时大约能制造800个三维叠层封装器件。
单个封装的金属引线必须被预热到低于焊接温度，以防焊剂或焊膏被熔蚀并且防止金属引线金属引线由于突然加热而产生不希望有的破坏。
图1A是一幅在美国专利No.5,236,117中揭示的常规焊接设备的示意图；图1B是图1A的详图；图2A～2C是适用于本发明的三维叠层封装的剖视图；图3是一幅本发明的自动叠置和焊接设备的透视图；图4是一幅自动叠置和焊接设备的封装装载机的透视图；图5是一幅自动叠置和焊接设备的分档系统的透视图；图6是一幅局部剖视图，用于说明上和下单个封装的对准和叠置；图7示出了自动叠置和焊接设备的一个示范涂敷机；图8示出了自动叠置和焊接设备的另一个示范涂敷机；
图9是一幅自动叠置和焊接设备加热单元的前剖视图；图10是一幅平面示意图，示出了装载和传输下单个封装的步骤；图11是一幅平面示意图，示出了把下单个封装传输到分档系统的步骤；图12是一幅示意剖视图，示出了装载上单个封装、把融熔的焊剂或焊膏涂敷到上单个封装的金属引线上和传输上单个封装的步骤；图13是一幅示意剖视图，示出了把金属引线上涂有焊剂或焊膏的上单个封装送到分档系统的步骤；图14是一幅示意剖视图，示出了焊接已叠置好的上和下单个封装的步骤；图15是一幅示意剖视图，示出了从分档系统上卸下焊接好的叠层封装的步骤；图16是一幅示意剖视图，示出了传输和卸载已焊接好的叠层封装的步骤。
图2A到图2B是几种三维叠层封装的横剖面图。如图2A所示，通过使上封装的22a和22b的金属引线22a和22b直接与下封装22b和22c的相应金属引线22b和22c的肩部接触，并然后焊接该接触的部分，把标准J型引线封装叠置并焊接在一起。
对标准的J型引线封装可进行改型以适应于三维叠层器件。例如，当一部分封装主体被拆掉以至金属引线32的内引线部分如图2b所示被部分暴露时，金属引线的肩部可容易的得到并且外引线能进一步向封装主体弯曲导致较小的装配密度。
在美国专利申请号08/753,532中揭示了图2C中所示的叠层封装。每个被叠置的封装包括垂直的互连装置45和连接引线部分48，两者均被电连接。连接引线部分48通过焊丝46电连接到半导体芯片44并且部分暴露于封装主体上。垂直互连装置45暴露在封装的背表面上，以便能完成与布置于下面的封装40b和40c的连接引线的焊接。使用这种结构，能省略至上封装40a和40b的引线成型工艺，并且改进上和下封装之间的粘结力。
使用如图3所示的本发明的装置自动地叠置并焊接连接这些J型引线封装。自动叠置和焊接装置大体上包括封装装载机100，封装装载/卸载机200，传输工具300，分档系统400，焊剂或焊膏涂敷机500以及加热单元600。
待叠置的单个封装被包含在托盘120和220上，然后在托盘装置上由封装装载机100和封装装载/卸载机200装载。封装装载机和封装装载/卸载机可以具有同样的构造。但是，封装装载机100仅用于装载待叠置的单个封装，而封装装载/卸载机200同时用于装载单个封装以及在完成叠置和焊接操作后卸载最后的器件。
传输工具300传输单个封装到分档系统400。传输工具300包括一个沿X方向沿轨道350直线移动的主臂310、一个与主臂310相连并且沿Y方向移动的从臂、和一个沿Z方向上下移动的采集臂330。采集臂330与从臂320相连并且具有几个用于采集封装的真空垫340。通过真空管342把真空状态加到真空垫中340。
分档系统400对准待叠置的上和下单个封装并且使所叠置封装的相应金属引线直接接触。分档系统400包括一个拥有多个引导爪440的分档板420、一个装载往复臂460、和一个卸载往复臂480。装载往复臂460的夹持爪462或者从封装装载机100或者从封装装载/卸载机200接收待叠置的单个封装，并且把单个封装叠置到分档板420的引导爪440上。同时，卸载往复臂480的夹持爪482将从引导爪440上卸下最终叠置好并且焊接好的器件。
当上封装被叠置到在分档板420的引导爪440中装载的封装上之前涂敷机500将把焊剂或焊膏涂敷到上封装的金属引线上。涂敷机500设有一个支撑主体530、一个其中含有已融熔焊剂或融熔焊膏的贮液器510、和一个部分浸入涂敷材料并以恒定速度转动的滚筒520。
单个封装的外引线借助外引线涂敷工艺涂上焊接合金，例如锡铅合金，该工艺有助于焊接并且防止暴露在保护封装主体外的外引线的腐蚀。当一个封装器件被平面装配在一个印刷电路板上时，通常使焊接合金的锡和铅的比例接近低共熔点，标称为63％的锡和37％的铅。但是，按本发明中所述当利用涂敷机500涂敷融熔焊膏的融熔剂后接着焊接已叠置的单个封装，直接连接封装器件的金属引线时，在外引线涂敷处理中最好使用85％的锡与15％铅的焊接合金。焊剂将清洗待连接的表面上的氧化物或其他表面腐蚀层并且防止甚至在焊接温升中的金属引线的氧化。焊剂借助焊接还促进金属接触面的浸湿，以便液体焊接能整个散布在待连接的固体金属接触面上。可用松香基焊剂或溶水性焊剂做焊剂。
在另一方面，焊膏包括焊接合金和焊剂。如果在焊膏中的锡的比例增加，在焊接处理中需要较高的温度条件。
现在将描述根据本发明的自动叠置和焊接设备的工作。
单个已装配的封装器件被测试确认电性能、寿命和装置的可靠性，并且把通过测试的装置提供给叠置和焊接设备的托盘装置上。
当托盘220由封装装载/卸载机200送到装载位置222时，第二传输工具300b把包含在托盘220上的单个封装传输到分档系统400的装在往复臂460上。在一次，拥有四个真空垫340的第二传输工具300b传输四个单个封装。所传输的封装被安置在装载往复臂460的夹持爪462上，然后装在引导爪上。装在引导爪440上的单个封装构成三维叠层封装的下部，并由此称做下单个封装。
在另一方面，上单个封装在托盘装置内由封装装载机100送到装载位置122。第一传输工具300a把装载位置122上的上单个封装传输到分档系统400的装载往复臂460上。在上单个封装传输期间，封装的金属引线被涂敷上焊剂或焊膏。吸附并固定到第一传输工具300a的真空垫340上的上单个封装接触涂敷机500的滚筒520，并且由转动的滚筒520把融熔的焊剂或焊膏涂敷到金属引线上。
然后由装载往复臂460把上单个封装装配到分档板420的引导爪440上。因为下单个封装已经被安置在引导爪440上，因此当往引导爪440上装配时重要的因素是精确地使上封装与下封装对准，以使上和下单个封装的相应金属引线能精确地相互接触。
以上所给出的描述是装载和叠置单个封装的步骤。根据这些描述，了解到除把已测试单个封装运送到托盘和把托盘送到封装装载机100及送到封装装载/卸载机200以外的所有操作都是自动进行的。
在引导爪440上的已叠置好的上和下封装借助旋转分档板420进入加热装置600的焊接室610。在焊接室610内，已叠置好的上和下封装的金属引线被加热和焊接连接。
焊接好的叠置器件借助卸载往复臂480从引导爪440上卸载下来，然后由第二传输工具300b运送到在装载位置处的封装装载/卸载机200上的托盘。最终叠置和焊接好的器件被送到随后的工艺中，例如测试工艺。
图4是一幅用在本发明自动叠置和焊接设备中的封装装载机的透视图。在一个封装装载机100的运载器提升单元105中，一个运载器106由一个运载器支撑杆114连接到一个运载器进给部件112上，其中一个托盘120从托盘盒102被送到运载器106上，所述运载器进给部件112如图所示沿AB方向移动。运载器进给部件112由一个进给杆110连接到支撑部件108上以便进给部件112能沿进给杆110呈直线运动。
同时，一个运载器夹持结构118包括一个运载器夹持器用于夹持运载器106的两个相对的侧面，并且沿一个引导轨128沿CD方向移动。运载器夹持结构118最初由引导部件116支撑。当运载器夹持结构118沿C方向升高时，它由两个垂直引导轴126支撑，这两个垂直引导轴126通过引导部件116连接到支撑部件108上。
当托盘120被布置在装载位置122上时，采集臂330运送含在托盘120凹槽12中的单个封装150。如果采集臂330如图4所示拥有四个真空垫340，四个单个封装就被同时运送并且被装载到装载往复臂460上。当含在托盘120中的所有封装被运送走时，空托盘由一个传送带144沿E方向沿引导轨152被运送，其中传送带144由一个电动马达142驱动。在引导轨152端部处的空托盘由一个沿FG方向移动的空托盘下降单元175卸下。此处未给出空托盘下降单元175的详细描述，因为它具有与托盘提升单元105同样的结构。
尽管以上是对封装装载机100的描述，但封装装载/卸载机200具有同样的结构和操作，只是如前所述，封装装载卸载机200具有装载下单个封装和卸载已叠置和焊接好封装的功能，这些封装在传送单元140运送托盘220之前被送到位于装载位置222处的托盘220上。
图5是一幅用在本发明的自动叠置和焊接设备中的示范分档系统的透视图。分档系统400包括一个引导爪440连接到其上的分档板420、一个装载往复臂460和一个卸载往复臂480。一个推进曲柄470能用于帮助对准装配在引导爪440中已叠置好的上和下单个封装。但是，如果已叠置好的封装的对准通过使用装载往复臂460和引导爪440就能达到可接受的精确度，就可不用推进曲柄470。
当单个封装由传输工具300传输到装载往复臂460时，它们由夹持爪462固定。夹持爪462包括与一个第一夹持板464相连的第一夹持爪462a和与一个第二夹持板466相连的第二夹持爪462b。两个夹持板464和466都被固定到一个接合部件468上并且进行直线运动。接合部件468被连接到一个基板469上，而基板469被连接到一个旋转轴467上，这使装载往复臂460能直线和旋转地移动。
在第一夹持爪462a和第二夹持爪462b之间有一个弹性部件，例如一个弹簧(未示出)，它使第一和第二夹持爪462a和462b之间的间隙能打开。最初两个夹持爪是处于合拢状态，当单个封装由传输工具300传输到其处时，第一和第二夹持板464和466松开夹持爪以便借助弹簧的弹性力打开第一和第二夹持爪并夹住所传输的单个封装。此时，为了防止封装的擦伤或破坏，最好在单个封装直接接触的地方把一个缓冲件，例如硅树脂贴附到夹持爪上。
多个引导爪440被连接到分档板上，每个拥有四个装配凹槽448用于装配单个封装。引导爪440包括顶部件442和底部件446。当上和下单个封装由装载往复臂460装配到装配凹槽448上时，顶和底部件442和446被合拢，固定单个封装。此时，重要的是对准单个封装以便上和下单个封装的相应金属引线正确地接触在一起。
例如，当单个封装被装配到装配凹槽448上时，如图6所示通过使封装150的一端紧密地依附到底部件446的垂直内壁447上，使由装载往复臂460同时装配的四个单个封装沿长度方向对准。并且，沿高度方向的对准变的精确了，因为封装150的金属引线151被放在底部件446的水平内壁449上。为了使单个封装沿宽度方向排整齐，装载往复臂460的夹持爪462的一端与底部件446的一个侧端对准，然后单个封装150被装配到装配凹槽448上。
当单个封装150对准和叠置之后，夹持爪462合拢，并且装载往复臂460退出装配凹槽488。推进板470推动顶部件442以支撑已对准和叠置的封装。
应注意，尽管结合图5举例描述了带有装载往复臂460、卸载往复臂480和推进板470的分档系统400，但单个封装能由传输工具300从装载位置122和222处的托盘直接传输到夹持爪440的装配凹槽448处。当然，单个封装的相应金属引线的精确对准必须能达到。
图7是一幅适合用在本发明自动叠置和焊接设备中的焊剂或焊膏涂敷机500的示意剖视图。已融熔的焊剂或焊膏540被装在贮液器510中，一个滚筒520以恒定的速度旋转涂敷皮带550，使融熔的涂敷材料涂到涂敷皮带550上。一个基本上与皮带550接触的控制引导器570将调节涂到旋转涂敷皮带550上的涂敷材料的量。支撑主体530被连接到贮液器510上，以使涂敷机500被固定在一定的位置上，例如在如图3所示的装载位置122与装载往复臂460之间。
当固定到采集臂330的真空垫340上的上单个封装150被放置到涂敷皮带550上时，封装的金属引线151接触橡胶涂敷皮带550，它使融熔的焊剂或焊膏能涂到金属引线151上。此时，旋转滚筒暂时停止，并且在涂敷后滚筒520又旋转。
图8是一幅适合用在本发明自动叠置和焊接设备中的另一个示范焊剂或焊膏涂敷机500的示意剖视图。与图7所示装置相比，图8的涂敷机包括一个代替滚筒和涂敷皮带处的金属凸轮560。使用金属凸轮560能克服由于长时间使用而使涂敷皮带变松，难于恒定地调节涂敷材料量缺点，并且能克服融熔的焊剂或焊膏进入滚筒的旋转轴或进入滚筒与皮带之间从而可能导致涂敷机故障的缺点。如图8所示由于金属凸轮560具有椭圆形横剖面，因此控制引导器570根据金属凸轮560的旋转而移动，以便恒定地调节涂在金属凸轮表面上的融熔焊剂或焊膏的量。
要求图7和8所示的涂敷机控制滚筒520和金属凸轮560并且拥有一个预热器，用于防止装在贮液器510中的融熔焊剂或焊膏硬化。
由此被涂上融熔的焊剂或焊膏的上单个封装150由分档板420的引导爪440叠置到下单个封装上。已叠置好的上和下单个封装在经过加热单元600时被焊接上。
图9是一幅用在本发明自动叠置和焊接设备中的加热单元600的示意剖视图。由引导爪的顶部件442和底部件446固定的已叠置好的单个封装650被加热板620预热到稍低于焊接温度的温度。预热已叠置好的封装650是为了防止涂在上单个封装金属引线上的焊剂或焊膏硬化，同时降低突然加热金属引线所引起的破坏。
当加热板620和分档板420转动时，装在装配引导爪440的凹槽448中的已叠置好的封装650进入焊接室610。焊接室610是一个由外壳612确定的空间，其中有热空气流动以加热单个封装的金属引线。在设计焊接室610中，重要的是防止一些连接区过热，即通过在焊接室内维持恒定的温度分布来防止接触的金属引线过热。
通过一个气体供应管644供应的气体借助风扇的作用经过通气口642，然后到达加热器630。加热器630有一个设有许多通孔634的金属板632。当气体经过金属板632的孔634时，气体被加热到某一高温。热气体进到焊接室610并把热量加到已叠置好的单个封装650的金属引线上，以使金属引线达到焊接温度，从而使涂在金属引线上的焊接合金融熔并回流以便焊接连接相应的的金属引线。为了防止金属引线氧化，特别是在高焊接温度下的氧化，气体必须是一种不含氧的惰性气体，例如氮气和氩气。
在焊接室610内的温度根据涂在或沉积在上和下单个封装上的锡铅合金的比例来控制。如果锡的比例增大，锡铅合金的熔点增高，从而焊接温度将升高。
当焊接室610内的温度被控制在360℃并且分档板420为使已叠置好的单个封装在焊接室650内保持大约100秒而转动时，在一个小时内大约800个已叠置好的封装被焊接连接。此时，已叠置好的单个封装的封装主体被加热直到大约250℃的温度，而且金属引线被加热至大约340℃的温度。
现在将参照图10-16解释三维叠层封装器件的制造方法，并且集中在单个封装的移动上。
参见图10，在步骤S1中装配好的单个封装从托盘盒102中的托盘220装载。在步骤S1中装载的单个封装构成了三维叠层封装的下部，并且在步骤S2中下单个封装由第二传输工具300b传输到装载往复臂460处。在步骤S2中几个，例如四个单个封装被同时传输。
在装载往复臂中的下单个封装被送到分档板420的引导爪440处，如图11所示的步骤S3。在引导爪440中，下单个封装被布置在例如由底部件的垂直和水平内壁所确定的位置上，如前文所述。
在图12中，示出了上单个封装的装载、融熔焊剂或焊膏往上单个封装金属引线上的涂敷和上单个封装到装载往复臂460的传输。首先在步骤S4中，上单个封装从托盘盒102中托盘120装载。然后在步骤S5中，采集臂330的第一传输工具300a把四个上单个封装传输到涂敷机500以便把融熔的焊剂或焊膏涂敷到上单个封装的金属引线上。在步骤S6中，涂有融熔焊剂或焊膏的上单个封装被送到装载往复臂460。
如图13所示的步骤S7中，上单个封装被传输到引导爪440。此时，装载往复臂460和引导爪440把上单个封装与下单个封装对准，以使相应的金属引线精确地接触。当在分档板420的引导爪440中完成了上和下单个封装的对准和叠置时，进行图14所示的步骤S8中的焊接操作。通过旋转分档板420，其中含有已叠置好的单个封装的引导爪440进入到加热单元600的焊接室中。
在如图15所示的步骤S9中，焊接叠置好的封装由卸载往复臂480从引导爪440上卸下。
在图16的步骤S10中，叠置并焊接好的三维封装由第二传输工具300b的采集臂330从卸载往复臂480上卸到托盘220。
最后的器件在测试了电特性并确定了器件可靠性之后，以三维叠层封装器件的形式交给顾客。
根据至此所做的解释，使用本发明因为具有特定引线形状的单个封装被自动叠置并焊接连接，能批量生产三维叠层封装。
尽管已参照所示实施例描述了本发明，但本描述不是用来作为限定的。所示实施例的各种改进和组合以及本发明的其它实施例参照本描述对于本领的技术的人员来说是显而易见的。因此意图是所附权利要求包括任何这种改进或实施例。
权利要求
1.一个用于三维叠层封装器件的自动叠置和焊接设备，所述设备包括一个封装装载装置，用于装载多个待叠置的上单个封装；一个封装装载/卸载装置，用于装载多个待叠置的下单个封装并且用于卸载多个叠置和焊接好的三维叠层封装；一个索引装置，用于接收预定数量的上和下单个封装以及用于传输叠置好的上和下封装，所述索引装置包括一个以恒定转速旋转的分档板和多个引导爪，每个所述引导爪都固定到分档板上并且拥有所述预定数量的其中装有所述单个封装的装配凹槽；一个涂敷单元，用于把焊剂或焊膏涂到所述多个上单个封装的的金属引线上；一个第一传输装置，用于把由封装装载/卸载装置装载的下单个封装传输到索引装置；一个第二传输装置，用于把由封装装载装置装载的上单个封装传输到涂敷单元，然后传输到索引装置；以及一个加热装置，用于加热由索引装置传输的叠置好的上和下封装，以使上和下封装的金属引线被焊接连接起来。
2.一个用于三维叠层封装器件的自动叠置和焊接设备，所述设备包括一个封装装载装置，用于装载多个待叠置的上单个封装；一个封装装载/卸载装置，用于装载多个待叠置的下单个封装并且用于卸载多个叠置和焊接好的三维叠层封装；一个索引装置，用于接收预定数量的上和下单个封装以及用于传输叠置好的上和下封装，所述索引装置包括一个以恒定转速旋转的分档板，多个引导爪，每个所述引导爪都固定到分档板上并且拥有所述预定数量的其中装有所述单个封装的装配凹槽，一个装载往复臂，用于把所述预定数量的上单个封装布置并叠置到装配在引导爪的装配凹槽上的所述预定数量的下单个封装，和一个卸载往复臂，用于从引导爪的装配凹槽中卸下叠置和焊接好的上和下单个封装；一个涂敷单元，用于把焊剂或焊膏涂到所述多个上单个封装的的金属引线上；一个第一传输装置，用于把由封装装载/卸载装置装载的所述预定数量的下单个封装传输到索引装置的装载往复臂；一个第二传输装置，用于把由封装装载装置装载的上单个封装传输到涂敷单元，然后传输到索引装置的装载往复臂；一个加热装置，用于加热由装载往复臂传输的叠置好的上和下封装，以便上和下封装的金属引线被焊接连接起来。
3.如权利要求2所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于装载往复臂和卸载往复臂进行直线和旋转两种运动，并且拥有用于采集单个封装和焊接好的叠置器件的夹持爪。
4.如权利要求3所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于夹持爪包括第一钩爪和第二钩爪，它们由弹性材料连接并且在与单个封装的接触面上带有一个缓冲装置。
5.如权利要求2所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于引导爪包括确定了装配凹槽的顶部件和底部件，所述底部件包括垂直内壁和水平内壁，由装载往复臂装载的单个封装的端部与所述垂直内壁接触，下单个封装的金属引线与所述水平内壁接触。
6.如权利要求5所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于一个推进曲柄用于当上和下单个封装被装配在装配凹槽中时推进顶部件，以使上和下单个封装接触的相应金属引线被进一步构成。
7.如权利要求2所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于所述涂敷单元包括一个其中装有融熔的焊剂或焊膏的贮液器，一个融熔的焊剂或焊膏被涂到其上的旋转皮带，一个转动旋转皮带的旋转滚筒，和一个用于保持恒定量融熔焊剂或焊膏涂到旋转皮带上的控制引导器。
8.如权利要求2所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于所述涂敷单元包括一个其中装有融熔的焊剂或焊膏的贮液器，一个融熔的焊剂或焊膏被涂到其上的旋转金属凸轮，和一个用于保持恒定量融熔焊剂或焊膏涂到旋转金属凸轮上的控制引导器。
9.如权利要求7所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于当上单个封装的金属引线由第二传输装置涂上融熔的焊剂或焊膏时所述旋转滚筒暂时停止。
10.如权利要求7所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于涂敷单元进一步包括一个用于加热贮液器的预热器，以便融熔的焊剂或焊膏保持其融熔状态。
11.如权利要求8所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于当上单个封装的金属引线由第二传输装置涂上融熔的焊剂或焊膏时所述旋转金属凸轮暂时停止。
12.如权利要求8所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于涂敷单元进一步包括一个用于加热贮液器的预热器，以使融熔的焊剂或焊膏保持其融熔状态。
13.如权利要求2所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于每个所述的第一和第二传输装置包括所述预定数量的真空垫，用于采集所述预定数量的单个封装。
14.如权利要求2所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于每个所述封装装载装置和所述的封装装载/卸载装置包括一个用于运送其中装有待叠置的单个封装的托盘的运载器，和一个用于把运载器分别送到所述第一和第二传输装置处的运载器提升装置。
15.如权利要求2所述的自动叠置和焊接设备，其特征在于加热装置包括一个用于供应惰性气体的通气口，一个加热由通气口进来的惰性气体的加热器，和一个焊接室，其中已加热的惰性气体被加在所述焊接室中并且带有已叠置好的单个封装的引导爪经过所述焊接室。
16.一种用于制造三维叠层封装器件的方法，所述方法包括以下步骤装载多个待叠置的下单个封装；传输多个所装载的下单个封装到叠置位置；装载多个待叠置的上单个封装；把焊接材料涂敷到多个所装载的上单个封装的金属引线上；传输多个上单个封装到叠置位置；对准所传输的下和上单个封装，并且把上单个封装布置在下单个封装上以使上和下单个封装的相应金属引线接触；焊接上和下单个封装的相应金属引线；和卸载已叠置和焊接好的封装。
17.如权利要求16所述的制造三维叠层封装器件的方法，其特征在于焊接相应金属引线的步骤包括，把上和下单个封装的金属引线预热到焊接温度以下，以及把金属引线加热到焊接温度。
18.如权利要求17所述的制造三维叠层封装器件的方法，其特征在于在把金属引线加热到焊接温度的步骤中使用不含氧的热惰性气体。
19.如权利要求16所述的制造三维叠层封装器件的方法，其特征在于所述焊接材料是一种焊剂，并且上和下单个封装的金属引线被涂上一种85％锡和15％铅的焊接合金。
20.如权利要求16所述的制造三维叠层封装器件的方法，其特征在于所述焊接材料是一种焊膏，并且上和下单个封装的金属引线被涂上一种85％锡和15％铅的焊接合金。
21.如权利要求16所述的制造三维叠层封装器件的方法，其特征在于在涂敷焊接材料的步骤中焊接材料处于融熔状态。
全文摘要
一个用于三维叠层封装器件的自动设备包括:一个封装装载机;一个封装装载/卸载机;分档系统,分档系统包括一个以恒定转速旋转的分档板和多个引导爪,每个引导爪都被固定到分档板上并且都拥有装配凹槽,单个封装就被装配在所述装配凹槽中;一个涂敷单元;一个第一传输工具;一个第二传输工具;一个加热装置。分档系统另外可包括一个装载往复臂,和一个卸载往复臂。
文档编号H01L25/10GK1191388SQ97115078
公开日1998年8月26日 申请日期1997年8月4日 优先权日1997年2月17日
发明者金在俊 申请人:三星电子株式会社