TWI414495B - 射出成型焊接製程用之降低摩擦模 - Google Patents

Description

射出成型焊接製程用之降低摩擦模

本發明關於降低射出成型焊接製程用之模所遭遇到的摩擦之製程。

在模板的製作中，一般使用蝕刻製程來製造一般玻璃材料模板，而蝕刻製程會產生具有模坑(mold pits)或凹槽的模板表面，模板係用於射出成型焊接製程，尤其是用來產生半導體晶片接合製程，如控制覆晶接合新製程(controlled collapse chip connection new process，C4NP)。模板表面中的這些經蝕刻模坑常常碰到尖銳邊緣，而尖銳邊緣容易磨損模具裝置的模具填充頭O輪(O－Ring)。這可能造成O輪的碎片落在模板上或嵌於其中，而與坑或凹槽配置一起，坑或凹槽將被焊料填充以產生焊接。因此，尖銳坑邊緣的存在可能會造成模具裝置的組件及操作缺陷，且因為在其使用期間過度磨損，造成減少O環的使用壽命。

再者，因為模板表面中經蝕刻的坑之尖銳邊緣的存在造成磨損現象，也可能會導致在模具裝置的操作期間，與模板運行相反的摩擦增加，潛在造成當應填滿於坑的焊料分散於坑中，填充頭扭轉造成操作極限或效率減少。再者，摩擦增加也可能會產生位在模板表面上來自裝置的填充頭膠的碎片，因此，使得模填充製程變得相當困難。

一般來說，如於此所指出，模板可由如玻璃的材料所組成， 在此技術中，這種材料的性質可被認為在組成一種”固狀液體(solid liquid)”，在許多例子中這種材料昇溫時有像其他液體般的行為，具有因表面張力、黏度及與包含決定其性質及特徵的相鄰材料相互作用之力。

在這個例子中，表面張力傾向於軟化已經形成在玻璃模板表面的坑中的任何尖銳邊緣，且藉此增加溫度到這些力可以在昇溫時克服黏度一段時間的階段，以容易平滑化或圓化模坑的尖銳邊緣。

因此，為了減輕在模板表面上模坑的尖銳邊緣存在所造成的問題，模坑的邊緣弧化(radiused)或被平滑化及最終圓化，係透過以足夠高的溫度及超過足夠的期間，對於玻璃模板施加熱處理的媒介，致能玻璃材料的表面張力接近”近熔化”或降低黏度的狀態，以軟化模邊緣坑的尖銳邊緣，而不會實質影響模的整體形狀或體積。可能會遭遇到較小程度改變形狀且/或體積，但是可於整個模坑的蝕刻期間預先補償。

或者，一些附有順應性烘烤及研磨化合物的機械研磨製程的類型，也使另一種可伴隨平滑坑邊緣來施行的方法，但是，相較於本發明提出熱處理玻璃模板的製程，可能會有些稍難控制且可能實施起來更為昂貴。再者，可能有機會於一表面上使用，而不是對於整體或遍及的熱處理，就功效而言可只在模板的表面處理而不是對於整構厚度，但是，這可能涉及控制坑邊緣平滑化或弧 化製程的應力及困難度增加。因此，整體熱處理製程可對於降低玻璃模板的表面結構更具有優勢，因此，更降低對於玻璃模板材料的平坦區域所造成之摩擦。

為了達到前述坑邊緣平滑化效應，較佳是增加玻璃模板的溫度至約760℃的程度，本質上來說，低於玻璃的”軟化”溫度60℃，且之後降低溫度超過一段時間，藉此最大溫度層級高於玻璃的”回火”溫度，就其本身而言可稱為”熱處理”，而非玻璃的回火。

再者，其他可考量的面向在於辯識給予玻璃模板的最佳熱處理時間及溫度變化機制(temperature profile)，以大致軟化模板坑邊緣，藉此可有兩種基材塗佈，如石墨及耐火窯泥於基材上，在基材上設置玻璃板，這兩種基材塗佈可被認為用來處理經熱處理之基材的黏模(mold sticking)問題。

特別是在使用石墨基材時，可能需要控制熱處理環境，以限制氧的存在。另一方法可為將犧牲層或永久層塗佈於基材上或模板的後表面，以防止組件之間的黏結。也可使用具有足夠溫度穩定性的氧化物或氮化物，使得當塗層本質上為永久性，處理後並非需要犧牲移除時，塗層也可塗佈在模板的後面而非基材上。

用來支撐玻璃模板的後面之基材，可能必需是平坦的，且適於在整個對模板實施的溫度循環中是穩定的，因此，在其他適當材料之中材料的選擇可為石英材料。也可提供穩定的基材材料，在昇溫時，玻璃模板不會與之黏著，且進一步，在較低的熱處理 之溫度之較長時間間隔下，可減輕基材及玻璃模板之間的黏著，而維持符合期待的模板坑邊緣修飾。

本質上來說，在模板的熱處理期間，下層基材必需是實質上完全地或精確地平坦或平面結構，因為當基材不為可接受的平坦或平面，實施處理時將可能產生不可接受的變形模坑結構。

必要的是，在超大溫度坡度循環下，基材的機械及化學特性必須是穩定的，因此，如所述，如石英的材料對於基材是可接受的選擇。

溫度上昇時會使液體的其他態樣成為必需考慮的因素，或是執行特別如”濕化(wetting)”或與與其相當的問題的初步實驗，其位於石英基材上模板會造成模板黏結基材，且可能損害模板及基材兩者，因此，需要進一步調查溫度上坡及下坡製程與循環可能未良好控制方面的問題，處理溫度的精確時間可顯著變化，以利用此方法跨越一大型表面化模板之對均質性、溫度及持續時間之各種考量提出研究。

參考圖1A及1B，其以光譜說明蝕刻玻璃模板14的上表面12的一典型坑或凹槽10，且其顯示坑的周圍邊緣16，在與板表面的相接位置具有相對尖銳的結構，會很容易地經由裝置的O環造成不當的損壞，且對模具裝置的操作有不良的影響，如模板表面的碎片及特定污染物沉積且存留在模凹槽中。再者，模坑10的尖 銳邊緣16可能縮短O環的使用壽命，且也會對於模具裝置的填充頭之功能有不良的影響。

如圖的圖2A及2B所示，其中玻璃模板14已由如約740℃至約800℃的溫度，以較佳如約1分鐘至約20分鐘內的預定時間週期熱處理之。在此例中，玻璃模板14的表面12中模坑10的周圍邊緣16被弧化(radiused)，且顯示為較平滑圓化的結構，因此減少或消除邊緣的尖銳，因此，對於實施玻璃模板14的射出成型焊接製程之不良影響有降低的趨勢。進一步的實驗顯示在一有用的例子中，硼矽酸鹽玻璃模板被加熱至760℃，且在將之冷卻之前保持10分鐘。

十分明顯的是，熱處理玻璃模板14會順利增加在其邊緣16的坑之平滑性，而不會使模坑或凹槽體積有明顯改變。再者，對於其上設置玻璃模板14的平坦或平面基材20，使用適當材料也會致能熱處理的實施而不會對上模板表面12的平坦度及品質有任何不良影響。除了石英以外的其他基材，如石墨板，也可以順利實施，也可以不同溫度及時間循環來熱處理。再者，可使用材料塗佈，如也經過研究的石墨粉末及其他材料。這可提供解決模板及基材之間的”黏著(sticking)”問題，此問題在前述製程已遭遇到某個程度。使用如”AMACO窯泥(Kiln Wash)”的耐火窯泥可以得到最佳的結果。

參考圖3所示，其顯示黏度對攝氏溫度的圖式，其中為降低模坑的邊緣之尖銳，在玻璃模板的處理中可提供具有一經控制放 置時間週期的低溫處理，以供作一更好用的製程運作窗，此方面乃取決於各種因素，其係與所使用的的材料類型有關。

雖然已經根據本發明較佳實施例予以特定顯示及描述本發明，但是可以為熟此技藝人士所了解的是在不脫離本發明之精神及範圍內，可以在形式上及詳細內容有其他改變。因此，本發明並非意圖將本發明限制在說明及描述的特定形式及詳細內容中，而是落入申請專利範圍之精神及範圍內。

10‧‧‧模坑

12‧‧‧上表面

14‧‧‧玻璃模板

16‧‧‧尖銳邊緣

20‧‧‧基材

現在參考的元件符號依據以下本發明之較佳實施例的詳細描述產生，其中，本發明為有效熱處理具有於其中經蝕刻的模坑或凹槽之玻璃模板，其中：圖1A及1B分別說明在起始未處理狀態的模板坑之平面及側面光譜圖；圖2A及2B分別說明在後熱處理階段的模板坑之平面及側面光譜圖；以及圖3顯示運作中的製程窗的圖式說明。

10‧‧‧模坑

12‧‧‧上表面

14‧‧‧玻璃模板

16‧‧‧邊緣

Claims (31)

1. 一種修改模板的方法，該模板具有在該模板的上表面經蝕刻而成的模坑(mold pits)，該模板用在實施射出成型焊接製程，該方法包含：平滑每該模坑的該周圍邊緣，從起始尖銳狀態變為一圓化或平滑弧化(radiused)結構。
2. 如請求項1所述之方法，其中該模板在該模板的至少該上表面區域會經一熱處理，使得每該模坑的該起始尖銳周圍邊緣變形成為該圓化或平滑弧化結構延伸至該模板的該上表面之。
3. 如請求項2所述之方法，其中該模板的該熱處理係實施遍及每該模板的厚度。
4. 如請求項1所述之方法，其中該模板由一玻璃材料所組成，且該熱處理包含加熱該玻璃材料模板至接近該玻璃材料的該軟化溫度之下的一溫度。
5. 如請求項4所述之方法，其中該玻璃材料模板被加熱至接近該玻璃材料的該軟化溫度之下約60℃的一溫度。
6. 如請求項4所述之方法，其中該熱處理包含加熱該玻璃材料模板至約760℃的一溫度。
7. 如請求項4所述之方法，其中該玻璃材料的該熱處理係維持在 一預定時間期間多於至少一溫度循環。
8. 如請求項6所述之方法，其中該熱處理的該至少一溫度循環之一預定時間期間係在約10分鐘的一期間。
9. 如請求項4所述之方法，其中該模坑邊緣從該起始尖銳邊緣變形成為該圓化邊緣結構係藉由該玻璃材料在熱處理期間被軟化。
10. 如請求項4所述之方法，其中該模板具有其後表面支撐於一基材上，該基材具有在該玻璃材料模板的熱處理期間與其接觸的一平坦表面。
11. 如請求項10所述之方法，其中該基材係由石英所組成。
12. 如請求項10所述之方法，其中該基材由石墨板所組成。
13. 如請求項10所述之方法，其中該基材的該表面區域與該模板的該後表面***一材料塗層，以抑制該模板與該基材之間的黏結(sticking)。
14. 如請求項13所述之方法，其中該塗層係選自石墨、耐火粉末或窯泥(kiln wash)之材料所組成之群組。
15. 如請求項13所述之方法，其中該塗層係永久塗佈在該模板的該下表面。
16. 如請求項13所述之方法，其中該塗層包含之一犧牲材料層，在該模板的該熱處理期間係暫時塗佈在該基材的該表面上。
17. 一種具有在其上表面經蝕刻的模坑(mold pits)之模板，其中該模板用在射出成型焊接製程，其中該模板在該模板的至少該上表面區域會經一熱處理，使得每該模坑的起始尖銳周圍邊緣變形成為一圓化或平滑弧化結構延伸至該模板的該上表面。
18. 如請求項17所述之模板，其中該模板的該熱處理係實施遍及每該模板的厚度。
19. 如請求項17所述之模板，其中該模板由一玻璃材料所組成，且該熱處理包含加熱該玻璃材料模板至接近該玻璃材料的該軟化溫度之下的一溫度。
20. 如請求項19所述之模板，其中該玻璃材料模板被加熱至接近該玻璃材料的該軟化溫度之下約60℃的一溫度。
21. 如請求項19所述之模板，其中該熱處理包含加熱該玻璃材料模板至約760℃的一溫度。
22. 如請求項19所述之模板，其中該玻璃材料的該熱處理係維持在一預定時間期間多於至少一溫度循環。
23. 如請求項22所述之模板，其中該熱處理的該至少一溫度循環 之一預定時間期間係在約10分鐘的一期間。
24. 如請求項19所述之模板，其中該模坑邊緣從該起始尖銳邊緣變形成為該圓化邊緣結構係藉由該玻璃材料在熱處理期間被軟化。
25. 如請求項19所述之模板，其中該模板具有其後表面支撐於一基材上，該基材具有在該玻璃材料模板的熱處理期間與其接觸的一平坦表面。
26. 如請求項25所述之模板，其中該基材由石英所組成。
27. 如請求項25所述之模板，其中該基材由石墨板所組成。
28. 如請求項25所述之模板，其中該基材的該表面區域與該模板的該後表面***一材料塗層，以抑制該模板與該基材之間的黏結。
29. 如請求項28所述之模板，其中該塗層係選自石墨、耐火粉末或窯泥之材料所組成之群組。
30. 如請求項28所述之模板，其中該塗層係永久塗佈在該模板的該下表面。
31. 如請求項28所述之模板，其中該塗層包含一犧牲材料層，在該模板的該熱處理期間係暫時塗佈在該基材的該表面上。