本发明公开了一种用于窄间距植球的焊球转移工具和转移方法。所述焊球转移工具是一种实现窄间距植球的辅助工具，其下表面开口与焊盘对应，其上表面开口与植球装置的吸球孔洞对应，上表面开口和下表面开口通过内部通道连接，一部分内部通道的侧壁具有不垂直于焊球转移工具的上表面和下表面的部分，上表面开口的间距大于下表面开口的间距，通过上下表面开口分布的如上设计，将窄间距的焊盘的植球转变为较大间距的植球，使得利用具有较大吸球孔洞间距的植球装置也能对窄间距的焊盘植球，从而扩展了现有植球工艺及植球装置的工程能力。
所述焊球转移工具具有上表面和下表面，在所述上表面上具有多个上表面开口，在所述下表面上具有多个下表面开口，所述多个上表面开口和所述多个下表面开口通过对应的多个内部通道连接，焊球转移时通过所述内部通道，相邻的上表面开口的焊球落入点之间的间距大于相邻的下表面开口的中心之间的间距。
2.根据权利要求1所述的焊球转移工具，其特征在于：所述多个上表面开口与植球装置的吸球孔洞对应，所述多个下表面开口与封装体的全部焊盘或部分焊盘对应。
3.根据权利要求1所述的焊球转移工具，其特征在于：焊球转移工具的下表面开口的间距小于0.4mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：焊球转移工具的上表面平行于植球装置的下表面，焊球转移工具的下表面平行于封装体的上表面。
5.根据权利要求4所述的焊球转移工具，其特征在于：所述多个内部通道中的至少一部分内部通道的侧壁具有不垂直于焊球转移工具的所述上表面和/或所述下表面的表面部分。
6.根据权利要求1-3、5中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：所述多个上表面开口的形状均为圆形，或者所述多个上表面开口中的一部分的形状为椭圆形、跑道形状或多边形。
7.根据权利要求1-3、5中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：各个上表面开口的面积与各自对应的下表面开口的面积和/或形状相同。
8.根据权利要求6所述的焊球转移工具，其特征在于：各个上表面开口的面积与各自对应的下表面开口的面积和/或形状相同。
9.根据权利要求1-3、5中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：所述多个上表面开口中的一部分上表面开口的面积大于对应的下表面开口的面积，或者所述多个上表面开口中的一部分上表面开口的形状与对应的下表面开口的形状不同。
10.根据权利要求6所述的焊球转移工具，其特征在于：所述多个上表面开口中的一部分上表面开口的面积大于对应的下表面开口的面积，或者所述多个上表面开口中的一部分上表面开口的形状与对应的下表面开口的形状不同。
11.根据权利要求1-3、5中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：所有上表面开口的面积均略大于或等于植球装置的吸球孔洞的面积。
12.根据权利要求1-3、5中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：所述多个上表面开口中的一部分上表面开口的面积是对应的吸球孔洞的面积的两倍以上。
13.根据权利要求1-3、5中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：焊球转移工具的下表面开口的数目与封装体的焊盘数目相等或接近。
14.根据权利要求1-3、5中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：焊球转移工具的下表面开口的数目小于封装体的焊盘的数目。
15.根据权利要求14的焊球转移工具，其特征在于：焊球转移工具的下表面开口的数目大约是封装体的焊盘数目的一半。
16.根据权利要求1-3、5中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：焊球转移工具的面积小于封装体的面积。
17.根据权利要求16的焊球转移工具，其特征在于：焊球转移工具的面积大约是封装体面积的一半。
18.根据权利要求1-3、5、14和16中任一项所述的焊球转移工具，其特征在于：焊球转移工具能够旋转，从而能够分多次植入焊球。
植球装置，所述植球装置具有多个吸球孔洞，所述多个吸球孔洞与焊球转移工具的所述多个上表面开口对应。
20.根据权利要求19所述的植球系统，还包括：托盘，用于盛放焊球，托盘由超声振动，使得其中盛放的焊球呈部分悬浮状态。
21.根据权利要求19或20所述的植球系统，还包括：植球装置的吸球孔洞内设置有顶针，植球装置利用真空将焊球吸附到植球装置的各个吸球孔洞内，所述顶针能够推出焊球。
22.一种利用权利要求1-18所述的焊球转移工具或者权利要求19-21所述的植球系统进行植球的方法，包括以下步骤：利用植球装置吸取焊球；
将焊球转移工具放置在封装体的焊盘上方，并使焊球转移工具与封装体的全部或者一部分对准；
焊球通过焊球转移工具的内部通道而贴附在封装体的焊盘上。
23.根据权利要求22所述的植球方法，还包括：移动植球装置再次吸取焊球，植球装置将焊球移动到焊球转移工具上方并对准，旋转封装体或者旋转焊球转移工具和植球装置，使得焊球转移工具与封装体的另一部分对准，植球装置排出焊球，焊球通过焊球转移工具的内部通道而贴附在封装体的焊盘上。
24.根据权利要求22或23所述的植球方法，其中植球装置排出焊球的步骤和焊球通过焊球转移工具的内部通道而贴附在封装体的焊盘上的步骤具体为：植球装置将焊球放置在焊球转移工具的上表面开口里，然后通过植球装置的顶针及吹气推动焊球穿过焊球转移工具到达焊球转移工具的下表面开口，从而使焊球最终被放置在封装体焊盘上。
一种用于窄间距植球的焊球转移工具和转移方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种半导体封装工艺中的植球工艺(solder ball attach)和植球系统，特别是涉及一种用于将焊球从植球装置转移到窄间距封装体焊盘的焊球转移工具和转移方法。
背景技术
[0002] 随着电子产品技术的发展，电子产品向着模块化的方向发展，布局密度已越来越满足不了电子产品高密度布局发展的要求。
[0003] 自从出现球栅阵列封装(BGA)以来，此种封装技术得到了极快的发展，对于IC封装来说，因为BGA封装具有较高的封装密度、较小的占用面积、高的可组装性和较高的可靠性等，BGA封装已成为封装技术的主流技术，并有不断扩大的趋势。在BGA封装技术中，植球技术占据重要的地位，植球技术主要是在器件基板的对应焊盘上采用某种技术形成用于互连的焊球。
[0004] 参照图1、图2和图3，韩国专利KR100735517B1公开了一种现有的植球系统和植球工艺，其利用嵌套在吸球孔洞里的顶针108向外排出球，该植球系统包括植球装置101、盛放焊球107的托盘102和植球对象，植球对象是封装体103，特别是封装体上的焊盘104。图1是示出植球装置101吸取焊球的工作示意图，如图1所示，托盘102由超声振动，引起其中盛放的焊球跳跃，呈部分悬浮状态。植球装置101利用真空将焊球107吸附到植球装置101的各个吸球孔洞内。然后如图2所示，植球装置101移动到封装体103上方，然后向下移动直至焊球107接触到焊盘104，之后吸球孔洞内置的顶针108(参见图3)推出焊球
107，同时将吸球孔洞内的真空转换为吹气，共同作用使焊球转移到焊盘104上，这种方法称为转移植球。
[0005] 植球装置101的吸球孔洞和封装体103上的焊盘104的分布是一一对应的，现行采用转移植球方法的植球装置101的吸球孔洞间距最小设计极限为0.4mm，因为如果吸球孔洞间距小于0.4mm，在吸取焊球时产生“一个孔吸取了两个球”(double ball)和“没吸到球”(missing ball)的概率就会大大增加，不适于量产使用；另外吸球孔洞内的顶针108也会随着吸球孔洞变小而变细，容易弯折，导致植球装置在量产使用时的高返修率。综上，目前的植球装置101的吸球孔洞间距极限为0.4mm。因此，对于焊盘间距小于0.4mm的封装体的植球需求，现有植球装置和植球方法无法满足。
发明内容
[0006] 本发明的目的是改善现有植球工艺对窄间距焊盘(特别是0.4mm以下)植球工程的能力的局限性。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种焊球转移工具，其中，所述焊球转移工具具有上表面和下表面，在所述上表面上具有多个上表面开口，在所述下表面上具有多个下表面开口，所述多个上表面开口和所述多个下表面开口通过对应的多个内部通道连接，焊球转移时通过所述内部通道，相邻的上表面开口的焊球落入点之间的间距大于相邻的下表面开口的中心之间的间距。
[0008] 所述多个上表面开口与植球装置的吸球孔洞对应，所述多个下表面开口与封装体的焊盘对应。
[0009] 焊球转移工具的下表面开口的间距小于0.4mm。
[0010] 焊球转移工具的上表面平行于植球装置的下表面，焊球转移工具的下表面平行于封装体的上表面。
[0011] 所述多个内部通道中的至少一部分内部通道的侧壁具有不垂直于焊球转移工具的所述上表面和/或所述下表面的表面部分。
[0012] 各个上表面开口的面积可以与各自对应的下表面开口的面积均相同。
[0013] 所述多个上表面开口中的一部分上表面开口的面积可以大于对应的下表面开口的面积。
[0014] 所有上表面开口的面积均可以略大于或等于植球装置的吸球孔洞的面积。
[0015] 所述多个上表面开口中的一部分上表面开口的面积可以是对应的吸球孔洞的面积的两倍以上。
[0016] 焊球转移工具的下表面开口的数目可以与封装体的焊盘数目相等或接近。
[0017] 焊球转移工具的下表面开口的数目可以小于封装体的焊盘的数目。
[0018] 焊球转移工具的下表面开口的数目可以是封装体的焊盘数目的大约一半。
[0019] 焊球转移工具的面积可以小于封装体的面积，例如，焊球转移工具的面积可以大约是封装体面积的一半。
[0020] 焊球转移工具能够旋转，从而能够分多次植入焊球。
[0021] 为了实现上述目的，本发明提供一种植球系统，包括：前面所述的焊球转移工具；植球装置，所述植球装置具有多个吸球孔洞，所述多个吸球孔洞与焊球转移工具的所述多个上表面开口对应。
[0022] 所述植球系统还可包括：托盘，用于盛放焊球，托盘由超声振动，使得其中盛放的焊球呈部分悬浮状态。
[0023] 植球装置的吸球孔洞内设置有顶针，植球装置利用真空将焊球吸附到植球装置的各个吸球孔洞内，所述顶针能够推出焊球。
[0024] 为了实现上述目的，本发明提供一种植球方法，包括以下步骤：利用植球装置吸取焊球；将焊球转移工具放置在封装体的焊盘上方，并使焊球转移工具与封装体的全部或者一部分对准；植球装置将焊球移动到焊球转移工具上方并对准；植球装置排出焊球；焊球通过焊球转移工具的内部通道而贴附在封装体的焊盘上。
[0025] 所述植球方法还包括：移动植球装置再次吸取焊球，植球装置将焊球移动到焊球转移工具上方并对准，旋转焊球转移工具和植球装置，使得焊球转移工具与封装体的另一部分对准，植球装置排出焊球，焊球通过焊球转移工具的内部通道而贴附在封装体的焊盘上。
[0026] 所述植球方法还包括：移动植球装置再次吸取焊球，植球装置将焊球移动到焊球转移工具上方并对准，旋转封装体，使得封装体的另一部分与焊球转移工具对准，植球装置排出焊球，焊球通过焊球转移工具的内部通道而贴附在封装体的焊盘上。
[0027] 在所述植球方法中，植球装置排出焊球的步骤和焊球通过焊球转移工具的内部通道而贴附在封装体的焊盘上的步骤具体为：植球装置将焊球放置在焊球转移工具的上表面开口里，然后通过植球装置的顶针及吹气推动焊球穿过焊球转移工具到达焊球转移工具的下表面开口，从而使焊球最终被放置在封装体焊盘上。
[0028] 本发明实现了下述效果：扩展了现行植球工艺及植球装置的工程能力，在对现有设备最小变动的情况下，利用较大吸球孔洞间距的植球装置就可完成窄间距的植球。
附图说明
[0029] 通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
[0030] 图1是示出植球装置吸取焊球的工作示意图；
[0031] 图2是示出植球装置转移焊球的工作状态图；
[0032] 图3是示出图1的植球装置的内置顶针的吸球孔洞部分A的放大细节图；
[0033] 图4是焊球转移工具的工作原理示意图；
[0034] 图5A是根据本发明的实施例的焊球转移工具的总视图；
[0035] 图5B是沿图5A的线A-B截取的剖视图；
[0036] 图5C是根据本发明的实施例的焊球转移工具的上表面(植球装置侧)的开口分布图；
[0037] 图5D是根据本发明的实施例的焊球转移工具的下表面(焊盘侧)的开口分布图；
[0038] 图5E是根据本发明的实施例的植球装置的吸球孔洞分布图；
[0039] 图6A是根据本发明的另一实施例的焊球转移工具的总视图；
[0040] 图6B是根据本发明的另一实施例的焊球转移工具的上表面(植球装置侧)的开口分布图；
[0041] 图6C是根据本发明的另一实施例的焊球转移工具的下表面(焊盘侧)的开口分布图；
[0042] 图6D是根据本发明的另一实施例的植球装置的吸球孔洞分布图；
[0043] 图6E是根据本发明的另一实施例的焊球转移工具的工作原理图。
具体实施方式
[0044] 以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
[0045] 本发明的植球系统和植球工艺的工作原理如图4所示，焊球转移工具201包括上、下两个表面，分别具有多个上表面开口和多个下表面开口。在植球过程中，焊球从上表面开口进入，从下表面开口移出。下表面的开口的分布紧凑，下表面的开口与封装体103的各个焊盘104的分布一致对应，而上表面的开口可以接纳从植球装置101的各吸球孔洞落下的焊球，上表面开口的面积可比吸球孔洞的面积大得多(例如，可以为吸球孔洞的面积的两倍以上)，也可以与吸球孔洞的面积接近或相等。上表面开口比照下表面开口进行了延伸和扩展，使得上表面开口的间距比下表面开口的间距增加。更具体地说，相邻的上表面开口的焊球落入点之间的间距大于相邻的下表面开口的中心之间的间距。所述焊球落入点指的是焊球下落过程中刚开始与焊球转移工具的上表面接触的点。相邻的下表面开口的中心之间的间距可以设置为小于0.4mm，例如0.2mm。
[0046] 另外，上表面的多个开口中一部分开口的面积可以比下表面上的对应开口的面积大。一部分上表面开口的形状可以为圆形，另一部分上表面开口的形状可以为跑道形状(由两个直径相等的半圆形和一个至少一边与所述直径相等的矩形组成的形状，类似跑道)、椭圆形、多边形，等等。当然，所有上表面开口的面积均可以等于与其对应的下表面开口的面积。所有上表面开口的形状均可以为圆形。所述多个上表面开口通过多个内部通道与所述多个下表面开口一一对应。优选的是，焊球转移工具的上表面平行于植球装置的下表面，焊球转移工具的下表面平行于封装体的上表面。如果上述四个表面互相平行，则多个内部通道中至少有一部分内部通道的侧壁可具有倾斜的表面部分，即通道侧壁表面的至少一部分表面并非垂直于焊球转移工具的上表面和/或焊球转移工具的下表面。
[0047] 在植球过程中，采用具有较大吸球孔洞间距的植球装置101吸取焊球并移动到焊球转移工具201上方，然后将焊球排出到焊球转移工具201的上表面开口，焊球由于重力作用沿内部通道下落并通过焊球转移工具201的具有较小间距的下表面开口排出，并与焊盘104接触，从而可将窄间距的焊盘的植球转变为较大间距的植球，使得现有的具有较大吸球孔洞间距的植球装置101的植球能力也能够满足窄间距(小于0.4mm)焊盘的植球需求。
[0048] 本发明包括焊球转移工具的两种设计方式、具有对应的两种吸球孔洞分布的植球装置以及采用该工具进行植球的工艺，分别如图5A-图5E和图6A-图6E所示。
[0049] 图5A是根据本发明的第一实施例的焊球转移工具的总视图，图5B是沿图5A的线A-B截取的剖视图。
[0050] 如图5A和图5B所示，该焊球转移工具201包括上表面202，下表面203，两面的开口通过内部通道一一对应的连接。下表面203的开口分布与封装体103的焊盘分布一致，上表面202的开口比照下表面203的开口进行了延伸和扩展，使得植球装置101的吸球孔洞分布204不用受限于焊盘分布，而是采用了较大间距的分散分布。
[0051] 图5C是根据本发明的第一实施例的焊球转移工具的上表面(植球装置侧)的开口分布图；图5D是根据本发明的第一实施例的焊球转移工具的下表面(焊盘侧)的开口分布图；图5E是根据本发明的第一实施例的植球装置的吸球孔洞分布图。
[0052] 参照图4和图5A-图5E，该焊球转移工具201首先放置在封装体103上方，下表面203与焊盘104对齐。植球装置101的所有吸球孔洞均吸取焊球，然后将焊球放置到焊球转移工具201的上表面202上，通过植球装置的顶针和吹气，推动焊球沿着工具内的通道转移到下表面203，并与焊盘贴合，完成植球。
[0053] 如图5A所示，图中的虚线圈R1代表与植球装置101的吸球孔洞对应的区域，也即焊球从上表面202开始落下的位置，R1的分布与图5E完全一致，较大的开口R2代表上表面202上的开口形状，R2的分布还可参见完全一致的图5C，而R3则代表下表面203上的开口形状，R3的分布还可参见完全一致的图5D，图5D中的下表面开口分布与焊盘完全对应。因此，对比图5E的植球装置吸球孔洞分布和图5D的焊球转移工具的下表面开口分布(对应于焊盘分布)，或者参照图5A，可以看出任意相邻两个吸球孔洞之间的间距均大于下表面开口之间的间距(也即焊盘之间的间距)，因此可将窄间距焊盘的植球转变为较大间距的植球，使得现有的具有较大吸球孔洞间距分布105的植球装置101的植球能力也能够满足窄间距焊盘的植球需求。
[0054] 图5A-图5E所示的是对应单个封装体的设计结构。实际使用中，封装体是以阵列组合为条状进行封装工艺作业的，因此对应的工具设计也应为阵列排布的条状。
[0055] 图6A是根据本发明的第二实施例的焊球转移工具的总视图。图6B是根据本发明的第二实施例的焊球转移工具的上表面(植球装置侧)的开口分布图。图6C是根据本发明的第二实施例的焊球转移工具的下表面(焊盘侧)的开口分布图。图6D是根据本发明的第二实施例的植球装置的吸球孔洞分布图。图6E是根据本发明的第二实施例的焊球转移工具的工作原理图。
[0056] 其工作方式与第一实施例类似，不同点在于对封装体的植球通过两次完成，焊球转移工具的面积大约为第一实施例的焊球转移工具的面积的一半，也可以大约为封装体103的面积的一半，植球装置的的吸球孔洞和焊球转移工具的开口分布与第一实施例不同，吸球孔洞和焊球转移工具的开口的数目均比第一实施例少，例如，可以为大约一半。第一次先完成一半的植球，然后将植球装置和焊球转移工具均旋转90度(或者也可以使封装体旋转90度)，使得另一半的焊盘与焊球转移工具和植球装置对应，再完成另一半植球。参照图5A和图6E，由于焊盘具有内外两圈的分布，所以焊球转移工具也具有内外两圈的开口，由于第二实施例的图6E示出的焊球转移工具的开口数目只有第一实施例(如图5A所示)的焊球转移工具的开口数目的大约一半，因此，第二实施例的焊球转移工具的内圈中与内边角处的开口(例如，O5)相邻的开口数目减少，例如，如图6B和图6E所示，与焊球转移工具的开口O5相邻的开口仅仅只有在其右方的O6，而在第一实施例的图5A示出的焊球转移工具的内圈中与O5相邻的开口显然会有两个，分别在其右方(O6)和下方。因此，第一实施例的O5下方的开口只能离O5和O6较远(参照图5A)，而第二实施例可以允许开口延伸的空间增加，特别是焊球转移工具的上表面(植球装置侧)的开口，这就解决了对于内边角处密排分布的焊盘相对应的焊球转移工具的开口因空间不足无法设计的问题。对比图5A和图6E就可以知道，对应于内外两圈的焊盘分布，焊球转移工具也具有内外两圈的开口，第一实施例的内圈焊盘和焊球转移工具的开口不是完整的一圈，而是在四个内边角处各减少一个，即，缺少图6E所示的O1、O2、O3和O4，导致最后的植球结果为内圈焊球在四个内边角处各少了一个；第二实施例通过两次植球，实现了内圈焊球的完整分布。
[0057] 另外，除了实现内圈焊球的完整分布外，采用第二实施例的小面积的焊球转移工具还可以进一步增加另一部分开口之间的间距，例如，对比图5A和图6A可以知道，第二实施例的边角处的吸球孔洞间距d2大于第一实施例的边角处的吸球孔洞间距d1。
[0058] 本发明不限于上述实施例，例如，焊盘转移工具的面积可以更小或者其中所含的开口数目可以更少，从而通过旋转三次、四次或更多次来实现植球。另外，焊盘转移工具的形状也不限于本发明所示出的具体形状。
[0059] 另外，本发明两个实施例中的焊球转移工具的上表面开口和下表面开口的形状不限于图中所示的圆形和跑道形状，也可以是正方形、多边形、椭圆形等等。本发明的所有上表面开口的面积均可以略大于或等于植球装置的吸球孔洞的面积，并非一定如第一实施例的图5A或第二实施例的图6A所示出的那样；类似地，本发明的所有上表面开口的形状和/或面积均可以与对应的下表面开口的形状和/或面积相同；在上述两种情况下，只要保证上表面开口的分布恰好与吸球孔洞的分布完全对应即可，这样也能实现较大的间距到较小间距的转变。
[0060] 虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出并描述了根据本发明的焊球转移工具和焊球转移方法，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。
