TWI637450B - Mounting device and mounting method - Google Patents

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TWI637450B
TWI637450B TW103141074A TW103141074A TWI637450B TW I637450 B TWI637450 B TW I637450B TW 103141074 A TW103141074 A TW 103141074A TW 103141074 A TW103141074 A TW 103141074A TW I637450 B TWI637450 B TW I637450B
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Abstract

本發明提供一種對設置於基板之複數個安裝區塊之每一個以利用焊料之方法安裝子基板時，縮短安裝週期時間而提昇生產性的安裝裝置及安裝方法。具體而言，提供一種安裝裝置及安裝方法，該安裝裝置具備：加壓機構，其於基板之安裝區塊將子基板加壓；及基板平台，其載置基板；基板平台設置有基板搬入區域與基板搬出區域，且具備將基板自基板搬入區域移動至基板搬出區域之基板移動機構，基板搬入區域與基板搬出區域係以與基板之安裝區塊對應之區劃利用區塊而劃分，各區塊包含具備可加熱至使焊料熔融之溫度之加熱機構的區塊、及保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊，且於基板搬入區域具備至少1個保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊。

Description

安裝裝置及安裝方法
本發明係關於一種於安裝有半導體晶片之基板進而積層子基板的安裝裝置及安裝方法。
近年來，要求安裝有半導體晶片之基板之高密度安裝。作為高密度安裝之其中之一，存在稱為零件內置基板或零件埋設基板、嵌入式基板之基板。將零件埋設基板之一例示於圖7。圖7係零件埋設基板之概略側視圖，於基底基板50覆晶連接有半導體晶片51，於半導體晶片51之周邊，配置有可藉由焊料凸塊53與子基板52連接之電極墊54。將子基板52與基底基板50對準位置之後，利用熱壓接方法將焊料凸塊53與電極墊54焊接。於基底基板50與半導體晶片51之空隙填充樹脂55(例如專利文獻1所示之半導體封裝)。
於圖8中表示基底基板50與子基板52之概略立體圖。於基底基板50，安裝有複數個半導體晶片51。又，以覆蓋複數個半導體晶片51各者之方式，安裝子基板52。例如，於圖8之基底基板50之情形時，並排安裝2片子基板52。以下，將與子基板52對應之基底基板50之安裝區域稱為安裝區塊。於圖8之情形時，於基底基板50設置有第1安裝區塊301與第2安裝區塊302。於安裝子基板52時，基底基板50係吸附保持於基板平台60。將基板平台60之概略俯視圖示於圖9。基板平台60係與子基板52之安裝區塊對應地，如第1區塊61、第2區塊63般以區塊為單位劃分，於各區塊中埋設有第1平台加熱器62、第2平台加熱器 64。
於圖10中表示按照第1安裝區塊301、第2安裝區塊302之順序安裝子基板52之情形時的安裝週期。當於第1安裝區塊301安裝子基板52時，進行第1區塊61之第1平台加熱器62之升溫，以特定之時間進行加壓與加熱。其後，第1平台加熱器62成為關閉狀態而開始自然冷卻。設置於子基板52之焊料凸塊53自熔融溫度逐漸冷卻至固相溫度以下。繼而，開始埋設於與第1區塊61相鄰之第2區塊63的第2平台加熱器64之升溫。與第1安裝區塊301同樣地，於第2安裝區塊302對子基板52進行特定時間之加壓及加熱。其後，第2平台加熱器64成為關閉狀態，開始自然冷卻。將基底基板50自基板平台60送出(搬出)。於基底基板50之電極墊54，塗佈有用以於焊接時去除金屬表面之氧化膜而進行良好之焊接的助焊劑56。助焊劑56由於具有揮發性，故而於進行焊接前必須保持為不會揮發之溫度。因此，於基板平台60自然冷卻至助焊劑56不會揮發之溫度以下後，可將新的基底基板50投入(搬入)至基板平台60。如此，對一片基底基板50之安裝週期成為第1安裝區塊301之焊接時間+第2安裝區塊302之焊接時間+基板平台60之冷卻時間(直至成為助焊劑不會揮發之溫度為止之時間)的關係。再者，關閉一度加熱之平台加熱器而自然冷卻直至達到助焊劑不會揮發之溫度以下的時間、與對1個安裝區塊之安裝時間需要大致相同之時間。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2012-9713號公報
因此，在基板平台60成為不使助焊劑揮發之溫度以下之前，無法投入(搬入)下一基底基板，因此存在安裝週期時間變長而生產性無 法提昇之問題。
因此，本發明之課題在於提供一種當對設置於基板之複數個安裝區塊之每一個以利用焊料之方法安裝子基板時，縮短安裝週期時間而生產性提昇的安裝裝置及安裝方法。
為了解決上述問題，技術方案1之發明係一種安裝裝置，其係對設置於基板之複數個安裝區塊之每一個焊接子基板者，且具備：加壓機構，其於基板之安裝區塊將子基板加壓；及基板平台，其載置基板；基板平台設置有基板搬入區域與基板搬出區域，且具備將基板自基板搬入區域移動至基板搬出區域之基板移動機構，基板搬入區域與基板搬出區域係以與基板之安裝區塊對應之區劃利用區塊而劃分，各區塊包含具備可加熱至使焊料熔融之溫度之加熱機構的區塊、及保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊，於基板搬入區域具備至少1個保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊，且上述安裝裝置具備控制機構，該控制機構於將基板投入至基板搬入區域後，對與保持為助焊劑不會揮發之溫度之區塊以外之區塊對應的基板之安裝區塊焊接子基板後，關閉基板搬入區域之所有具備加熱機構之區塊，將基板移動至基板搬出區域，而對未安裝子基板之安裝區塊焊接子基板。
根據技術方案1之發明，於基板平台設置有基板搬入區域與基板搬出區域，且具備將基板自基板搬入區域移動至基板搬出區域之基板 移動機構。由於對與保持為助焊劑不會揮發之溫度之區塊以外之區塊對應的基板之安裝區塊焊接子基板，然後關閉基板搬入區域之所有具備加熱機構之區塊，並將基板移動至基板搬出區域，對未安裝子基板之安裝區塊焊接子基板，故而可將基板搬入區域之各區塊保持為助焊劑不會揮發之溫度。因此，於最後之安裝區塊之焊接後，無須等待至基板平台之區塊冷卻之時間，便可將新的基板投入至基板搬入區域。因此，可縮短安裝週期時間，而提昇生產性。再者，設為當關閉具備加熱機構之區塊時，於一次焊接時間內，冷卻至不使助焊劑揮發之溫度。
技術方案2之發明係如技術方案1之安裝裝置，其中基板搬入區域與基板搬出區域係串聯配置，且於基板搬入區域與基板搬出區域之共用區域具備保持為助焊劑不會揮發之溫度以下之區塊。
根據技術方案2之發明，由於具備基板搬入區域與基板搬出區域之共用區域，故而若於在基板搬出區域對基板之最後之安裝區塊焊接子基板後，進行基板之送出，則基板搬入區域之各區塊可保持為助焊劑不會揮發之溫度，進而可藉由共用化實現設備之省空間化。
技術方案3之發明係如技術方案1之安裝裝置，其中基板搬入區域與基板搬出區域係串聯或並聯配置，且該安裝裝置具備控制機構，該控制機構係控制於基板搬出區域將子基板焊接於基板之過程中將新的基板投入至基板搬入區域。
根據技術方案3之發明，由於當在基板搬出區域焊接子基板時將新的基板搬入至基板搬入區域，故而可縮短對一片基板之安裝週期時間。
技術方案4之發明係如技術方案2或3之安裝裝置，其中於加壓機構具備加熱子基板之加熱機構。
根據技術方案4之發明，由於在加壓機構具備加熱機構，故而子 基板係由基板平台與加壓機構加熱，而可於短時間內進行子基板之焊接。
技術方案5之發明係如技術方案4之安裝裝置，其中於基板平台之加熱機構具備冷卻機構。
根據技術方案5之發明，由於在基板平台之加熱機構具備冷卻機構，故而可藉由冷卻機構使經加熱之區塊更快地冷卻，從而可縮短一片基板之安裝週期。
技術方案6之發明係一種安裝方法，其係對設置於基板之複數個安裝區塊之每一個焊接子基板者，且使用安裝裝置進行安裝，該安裝裝置具備：加壓機構，其於基板之安裝區塊將子基板加壓；及基板平台，其載置基板；基板平台設置有基板搬入區域與基板搬出區域，且具備將基板自基板搬入區域移動至基板搬出區域之基板移動機構，基板搬入區域與基板搬出區域係以與基板之安裝區塊對應之區劃利用區塊而劃分，各區塊包含具備可加熱至使焊料熔融之溫度之加熱機構的區塊、及保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊，且於基板搬入區域具備至少1個保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊；且該安裝方法包含如下步驟：將基板投入至基板搬入區域；對與保持為助焊劑不會揮發之溫度之區塊以外之區塊對應的基板之安裝區塊焊接子基板；關閉基板搬入區域之所有具備加熱機構之區塊；將基板移動至基板搬出區域； 對未安裝子基板之安裝區塊焊接子基板；及將已於所有安裝區塊焊接子基板之基板自基板搬出區域送出。
根據技術方案6之發明，由於基板搬入區域之各區塊於在基板搬出區域對未安裝之安裝區塊焊接子基板後，可保持為助焊劑不會揮發之溫度，故而可將新的基板投入至基板搬入區域。因此，可縮短將子基板安裝於一片基板之週期時間。
根據本發明，可提供一種當對設置於基板之複數個安裝區塊之每一個以利用焊料之方法安裝子基板時，縮短安裝週期時間而生產性提昇的安裝裝置及安裝方法。
1‧‧‧安裝裝置
8‧‧‧鍵合頭
13‧‧‧雙視野相機
20‧‧‧控制部
25‧‧‧基板移動治具
26‧‧‧臂
27‧‧‧滑塊
30‧‧‧基板搬入區域
40‧‧‧基板搬出區域
50‧‧‧基底基板
51‧‧‧半導體晶片
52‧‧‧子基板
53‧‧‧焊料凸塊
54‧‧‧電極墊
55‧‧‧樹脂
56‧‧‧助焊劑
60‧‧‧基板平台
60A‧‧‧基板搬入區域
60B‧‧‧基板搬出區域
61‧‧‧第1區塊
61A‧‧‧第1區塊
61B‧‧‧第1區塊
62‧‧‧第1平台加熱器
63‧‧‧第2區塊
63A‧‧‧第2區塊
63B‧‧‧第2區塊
64‧‧‧第2平台加熱器
301‧‧‧第1安裝區塊
302‧‧‧第2安裝區塊
X‧‧‧軸
Y‧‧‧軸
Z‧‧‧軸
圖1係本發明之安裝裝置之概略側視圖。
圖2係對安裝區塊為2個之基底基板焊接子基板的基板平台之概略俯視圖。
圖3係安裝裝置之動作流程圖。
圖4係對安裝週期進行說明之圖。
圖5(a)~(c)係基板搬入區域與基板搬出區域之區塊之一部分為共用之區塊的基板平台之概略俯視圖。
圖6(a)~(c)係基板之安裝區塊為n個時所使用之基板平台的概略俯視圖。
圖7係零件埋設基板之概略側視圖。
圖8係基底基板與子基板之概略立體圖。
圖9係基板平台之概略俯視圖。
圖10係對先前之安裝週期進行說明之圖。
參照圖式對本發明之實施形態進行說明。圖1係本發明之安裝裝 置1之概略側視圖。於圖1中，朝向安裝裝置1而將左右方向設為X軸，將前後方向設為Y軸，將與由X軸與Y軸構成之XY平面正交之軸設為Z軸(上下方向)，將繞Z軸之方向設為θ軸。
安裝裝置1包含：基板平台60，其吸附保持基底基板50；鍵合頭8，其吸附保持子基板52；雙視野相機13，其辨識設置於子基板52與基底基板50之位置對準標記；及控制部20，其控制安裝裝置1整體。
基板平台60連接有未圖示之抽吸泵等抽吸機構與配管，從而可吸附保持基板平台60上之基底基板50。又，基板平台60可沿水平方向(XY方向)移動。
於圖2中表示基板平台60之概略俯視圖。基板平台60分為基板搬入區域60A與基板搬出區域60B。未安裝子基板52之基底基板50係搬入至基板搬入區域60A。基底基板50自基板搬入區域60A向基板搬出區域60B之移動係使用基板移動治具25。基板移動治具25例如包含：臂26，其固持基底基板50之兩側；及滑塊27，其使臂26水平移動。基板移動治具25與本發明之基板移動機構對應。
基板搬入區域60A與基板搬出區域60B係與基底基板50之安裝區塊對應地劃分區塊。圖2表示基底基板50之安裝區塊為2個之情形時之基板平台60之例。將基板搬入區域60A側之區塊分別設為第1區塊61A、第2區塊63A。又，將基板搬出區域60B側之安裝區塊分別設為第1區塊61B、第2區塊63B。加熱安裝區塊之平台加熱器係配置於2個部位，分別於第1區塊60A埋設有第1平台加熱器62，於第2區塊63B埋設有第2平台加熱器64。第1平台加熱器62與第2平台加熱器64於對基底基板50焊接子基板52時，能夠加熱至可使焊料熔融之溫度。於基板搬入區域60A側之第2區塊63A、與基板搬出區域60B側之第1區塊61B未埋設平台加熱器，而保持為塗佈於基底基板50之電極墊54之助焊劑56不會揮發之溫度以下。
鍵合頭8可沿Z軸方向及θ軸方向移動，且可吸附保持子基板52並於基底基板50之安裝區塊進行加壓及加熱。又，鍵合頭8連接有未圖示之抽吸泵等抽吸機構與配管而可吸附保持子基板52。鍵合頭8與本發明之加壓機構對應。
基底基板50與子基板52係如圖7所示，成為將轉印有助焊劑56之焊料凸塊53焊接於設置於基底基板50之電極墊54的構成。又，於基底基板50，如圖8所示，安裝區塊係設置有第1安裝區塊301、第2安裝區塊302。基底基板50與本發明之基板對應。
利用圖3之動作流程圖於下文對使用以此方式構成之安裝裝置1對未安裝子基板52之基底基板50安裝子基板52並投入(搬入)新的基底基板50的次序進行說明。
首先，將基底基板50投入(搬入)至基板平台60之基板搬入區域60A(步驟SP01)。
繼而，以使第1區塊61A位於鍵合頭8之下側之方式使基板平台60移動(步驟SP02)。
繼而，於吸附保持有子基板52之鍵合頭8與基底基板50之間，***雙視野相機13而進行基底基板50之第1安裝區塊301與子基板52之位置對準(步驟SP03)。
繼而，使埋設於第1區塊61A之第1平台加熱器62升溫(步驟SP04)。
繼而，使鍵合頭8下降，於基底基板50之第1安裝區塊301將子基板52加壓。藉由來自第1平台加熱器62之加熱，子基板52之焊料凸塊53開始熔融(步驟SP05)。
繼而，於對基底基板50進行特定時間之加壓後，解除子基板52之吸附保持，使鍵合頭8上升，並關閉第1區塊61A之第1平台加熱器62。開始焊料凸塊53之固相及第1區塊61A之自然冷卻(步驟SP06)。
繼而，使用基板移動治具25使基底基板50自基板搬入區域60A移動至基板搬出區域60B。由於基板搬出區域60B之第1區塊61B保持為助焊劑56不會揮發之溫度以下，故而基底基板50之焊接有子基板52之第1安裝區塊301繼續冷卻(步驟SP07)。
繼而，使基板平台60水平移動而使基板搬出區域60B之第2區塊63B來到鍵合頭8之下側(步驟SP08)。
繼而，於吸附保持有子基板52之鍵合頭8與基底基板50之間，***雙視野相機13而進行基底基板50之第2安裝區塊302與子基板52之位置對準(步驟SP09)。
繼而，將埋設於第2區塊63B之第2平台加熱器64升溫(步驟SP10)。
繼而，使鍵合頭8下降，於基底基板50之第2安裝區塊302將子基板52加壓。藉由來自第2平台加熱器64之加熱，而使子基板52之焊料凸塊53開始熔融(步驟SP11)。
繼而，於對基底基板50進行特定時間之加壓後，解除子基板52之吸附保持，使鍵合頭8上升，並關閉第2區塊63B之第2平台加熱器64。開始焊料凸塊53之固相與第2區塊63B之自然冷卻(步驟SP12)。
繼而，對基板搬入區域60A投入(搬入)新的基底基板50。基板搬入區域60A之第1區塊61A及第2區塊63A於步驟SP10至步驟SP12之期間，成為不使助焊劑56揮發之溫度以下。因此，即便投入(搬入)新的基底基板50，塗佈於電極墊54之助焊劑56亦不會揮發。因此，無須等待至第2區塊63B為不使助焊劑56揮發之溫度以下便可投入(搬入)新的基底基板50，故而可縮短一片基底基板50之安裝週期(步驟SP13)。
繼而，自基板搬出區域60B送出(搬出)焊接有子基板52之基底基板50(步驟SP14)。
之後，返回至步驟SP02，繼續將子基板52焊接於新的基底基板 50。
將進行此種安裝次序之情形時之安裝週期示於圖4。圖4於橫軸表示將子基板52安裝於基底基板50之時間，於縱軸表示各平台加熱器之升溫及冷卻之溫度分佈。一片基板之安裝時間成為第1安裝區塊301、第2安裝區塊302之總合。其原因在於，子基板52對新的基底基板50之安裝作業在上述第2安裝區塊302中之焊接結束時立即開始，因此，與先前之安裝週期相比可縮短安裝時間。
圖5(a)表示基板搬入區域60A與基板搬出區域60B串聯配置且保持為助焊劑56不會揮發之溫度以下之區塊設置於基板搬入區域60A與基板搬出區域60B之共用區域的情形時之基板平台60(以一點鏈線表示基板搬入區域60A，以二點鏈線表示基板搬出區域60B)。若將與圖2中所使用之基板平台60對應之符號表示於圖5(a)，則共用區域係第2區塊63A與第1區塊61B成為同一區塊。再者，於圖5(a)中，與圖2同樣地標註設置於第1區塊61A之第1平台加熱器62、及設置於第2區塊63B之第2平台加熱器64。
於圖5(a)之基板平台60之情形時，於將基底基板50投入(搬入)至基板搬入區域60A後，對第1安裝區塊301焊接子基板52(圖5(b)所示之狀態，基底基板50係重疊於圖5(a)記載)。其後，使基底基板50移動至基板搬出區域60B，並且關閉第1區塊61A之第1平台加熱器62。於基板搬出區域60B，進行子基板52對第2安裝區塊302之焊接(圖5(c)所示之狀態，基底基板係重疊於圖5(a)記載)。於該期間，基板搬入區域60A之第1區塊61A係冷卻至不使助焊劑56揮發之溫度以下。由於基板搬入區域60A之第1區塊61A與第2區塊60B成為不使助焊劑56揮發之溫度以下，故而藉由在基板搬出區域60B焊接子基板52後送出(搬出)基底基板50，便可立即將新的基底基板50投入(搬入)至基板搬入區域60A。因此，可獲得圖4所示之每片基底基板50之安裝週期。進而， 由於在基板平台60設置基板搬入區域60A與基板搬出區域60B之共用區域，故而亦可實現裝置之省空間化。
圖6(a)係基底基板50之安裝區塊為n個(n>2)時所使用之基板平台60之一例。於基板平台60，設置有區塊數為n個之基板搬入區域60A及基板搬出區域60B。於基板搬入區域60A之區塊，於n-1個部位埋設有可加熱至使焊料熔融之溫度的平台加熱器，而僅於1個部位設置有保持為助焊劑56不會揮發之溫度以下的區塊。於基板搬出區域60B之區塊，在與基板搬入區域60A中保持為助焊劑56不會揮發之溫度以下之區塊對應的區塊，埋設有可加熱至使焊料熔融之溫度的平台加熱器，其他區塊係保持為助焊劑56不會揮發之溫度以下。
基底基板50在被投入(搬入)至基板搬入區域60A後，被依序焊接子基板52。已進行焊接之區塊之平台加熱器被關閉而進行冷卻(圖6(b)所示之狀態)。使用埋設有平台加熱器之區塊，焊接子基板52至基底基板50之總安裝區塊數-1後，將基底基板50移動至基板搬出區域60B，對最後之安裝區塊焊接子基板52(圖6(c)所示之狀態)。於該期間，基板搬入區域60A之所有區塊係冷卻至不使助焊劑56揮發之溫度以下。然後，可將新的基底基板50投入(搬入)至基板搬入區域60A，因此，可獲得圖4所示之每片基底基板50之安裝週期。
若如此般於基板平台60設置基板搬入區域60A與基板搬出區域60B，並於基板搬入區域60A設置至少1個保持為不使助焊劑56揮發之溫度以下的區塊，於焊接子基板52至總安裝區塊數-1個部位後，移動至基板搬出區域60B，對最後之安裝區塊(未安裝區塊)焊接子基板52，則於對所有安裝區塊焊接子基板52後，無須等待基板平台60之冷卻時間(至成為不使助焊劑56揮發之溫度以下之時間)，便可將新的基底基板50投入(搬入)至基板平台60，因此可縮短安裝週期時間。
又，若於鍵合頭8具備陶瓷加熱器等作為加熱子基板52之加熱機 構，則可進一步縮短焊接之時間而有助於縮短安裝週期時間。
又，若於基板平台60之埋設有平台加熱器之區塊埋設冷卻水循環之冷水管等冷卻機構，則在焊接子基板52後，可迅速將區塊冷卻至助焊劑56不會揮發之溫度以下，因此可進一步實現安裝週期時間之縮短。

Claims (6)

  1. 一種安裝裝置，其係對設置於基板之複數個安裝區塊之每一個焊接子基板者，且具備：加壓機構，其於基板之安裝區塊將子基板加壓；及基板平台，其載置基板；基板平台設置有基板搬入區域與基板搬出區域，且具備將基板自基板搬入區域移動至基板搬出區域之基板移動機構，基板搬入區域與基板搬出區域係以與基板之安裝區塊對應之區劃利用區塊而劃分，各區塊包含具備可加熱至使焊料熔融之溫度之加熱機構的區塊、及保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊，且於基板搬入區域具備至少1個保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊，且上述安裝裝置具備控制機構，該控制機構於將基板投入至基板搬入區域後，對與保持為助焊劑不會揮發之溫度之區塊以外之區塊對應的基板之安裝區塊焊接子基板後，關閉基板搬入區域之所有具備加熱機構之區塊，將基板移動至基板搬出區域，而對未安裝子基板之安裝區塊焊接子基板。
  2. 如請求項1之安裝裝置，其中基板搬入區域與基板搬出區域係串聯配置，且於基板搬入區域與基板搬出區域之共用區域具備保持為助焊劑不會揮發之溫度以下之區塊。
  3. 如請求項1之安裝裝置，其中基板搬入區域與基板搬出區域係串聯或並聯配置，且該安裝 裝置具備控制機構，該控制機構係控制於基板搬出區域將子基板焊接於基板之過程中將新的基板投入至基板搬入區域。
  4. 如請求項2或3之安裝裝置，其中於加壓機構具備加熱子基板之加熱機構。
  5. 如請求項4之安裝裝置，其中於基板平台之加熱機構具備冷卻機構。
  6. 一種安裝方法，其係對設置於基板之複數個安裝區塊之每一個焊接子基板者，且使用安裝裝置進行安裝，該安裝裝置具備：加壓機構，其於基板之安裝區塊將子基板加壓；及基板平台，其載置基板；基板平台設置有基板搬入區域與基板搬出區域，且具備將基板自基板搬入區域移動至基板搬出區域之基板移動機構，基板搬入區域與基板搬出區域係以與基板之安裝區塊對應之區劃利用區塊而劃分，各區塊包含具備可加熱至使焊料熔融之溫度之加熱機構的區塊、及保持為助焊劑不會揮發之溫度以下的區塊，且於基板搬入區域具備至少1個保持為助焊劑不會揮發之溫度以下之區塊；且該安裝方法包含如下步驟：將基板投入至基板搬入區域；對與保持為助焊劑不會揮發之溫度之區塊以外之區塊對應的基板之安裝區塊焊接子基板；關閉基板搬入區域之所有具備加熱機構之區塊；將基板移動至基板搬出區域；對未安裝子基板之安裝區塊焊接子基板；及將已於所有安裝區塊焊接子基板之基板自基板搬出區域送出。
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