激光回流焊装置及激光回流焊方法制造方法及图纸

本发明专利技术的激光回流焊装置包括：激光加压头部模块，通过透光性加压部件对焊接对象加压并通过上述加压部件照射激光束来向基板焊接电子元件，上述焊接对象由排列在基板上的多个电子元件组成；以及焊接对象移送模块，用于移送上述焊接对象，使得从上述激光加压头部模块的一侧运入的焊接对象经过激光加压头部模块的回流焊处理并朝向另一侧运出。回流焊处理并朝向另一侧运出。回流焊处理并朝向另一侧运出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光回流焊装置及激光回流焊方法


[0001]本专利技术涉及激光回流焊装置及激光回流焊方法，更详细地，涉及如下加压方式的激光回流焊装置及利用上述装置的激光回流焊方法，即，以透光性加压部件按压排列在基板上的多个电子元件的状态照射激光的同时焊接电子元件。

技术介绍

[0002]在工业激光加工中，具有微米(μm)级精度的应用领域有微激光加工，广泛应用于半导体产业、显示器产业、印刷电路板(PCB)产业及智能手机产业等。在用于所有电子设备的存储芯片中，以往通过最大限度地缩小电路间距的技术来实现集成化、性能及超高速通信速度，然而，因当前仅以缩小电路线宽与线宽间隔难以达成所需的技术水平而处于将多个存储芯片沿着垂直方向层叠的水平。TSMC公司已开发出128层的层叠技术，三星电子及SK海力士等已将72层的堆叠技术应用于批量生产。
[0003]并且，正在积极研究开发将存储芯片、微处理器芯片、图形处理器芯片、无线处理器芯片、传感处理器芯片等装载于一个封装的技术，相当水平的技术已经在实践中得到应用。
[0004]但是，在以上技术的开发过程中，随着越来越多的电子干涉超高速/超大容量半导体芯片内部的信号处理流程，因电力消费量的增加而产生发热的冷却处理问题。并且，为了达成对于更多信号进行超高速信号处理及超高频信号处理的要求事项而产生需高速传输大量电信号的技术问题。并且，随着信号线的增加，由于对朝向半导体芯片外部的信号接口线无法进一步使用一维的引线方式进行处理，因此，采用对半导体芯片下部进行二维处理的球栅阵列(BGA)方式(扇入型球栅阵列封装(Fan
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In BGA)或扇入型晶圆级封装(FIWLP，Fan
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in Wafer
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Level
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Package))及在芯片下部的超微细BGA层下方形成信号配线重分布层(Signal Layout Redistribution Layer)并在其下部形成第二个微细BGA层的方式(扇出型球栅阵列封装(Fan
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Out BGA)或扇出型晶圆级封装(FOWLP，Fan
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Out Wafer
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Level
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Package)或扇出型面板级封装(Fan
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Out Panel
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Level
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Package))等。
[0005]最近，作为半导体芯片，开发了包括环氧树脂模塑料(EMC，Epoxy
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Mold Compound)层在内的厚度为200μm以下的产品。为了将这种厚度只有几百微米的微米级超薄半导体芯片附着于超薄印刷电路板，若应用作为现有的表面组装技术(SMT)标准工序的质量回流(MR)工序，例如，热回流焊炉(Thermal Reflow Oven)技术，则随着半导体芯片在100℃至300℃的空气温度环境中暴露数百秒的时间，因热膨胀系数(CTE，Coefficient of Thermal Expansion)的差异而有可能产生多种类型的锡焊粘结不良，例如，芯片边缘弯曲(Chip
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Boundary Warpage)、PCB边缘弯曲(PCB
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Boundary Warpage)、热冲击性随机焊接不良(Random
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Bonding Failure by Thermal Shock)等。
[0006]因此，在最近备受瞩目的激光回流焊焊装置中，其结构为通过激光头部模块按压数秒焊接对象(半导体芯片或集成电路IC)并照射激光来实现焊接的方式，因此，通过照射对应于半导体芯片尺寸或集成电路尺寸的面光源形态的激光来进行焊接。
[0007]作为这种加压方式的激光回流焊装置相关参照有韩国授权专利第0662820号(以下，称为“现有文献1”)，其结构通过向倒装芯片的背面照射激光来加热上述倒装芯片，另一方面，公开了用于将上述倒装芯片压接于上述载体基板的倒装芯片加热压接模块。
[0008]但是，在上述现有文献1公开的现有加压方式的激光回流焊装置中，由于用于吸附芯片并移动到焊接位置的单元与通过激光加热上述芯片的背面并向载体基板压接上述芯片的单元相互分离，因此，在焊接半导体条等多个半导体芯片的情况下，因需要按照半导体芯片的数量反复执行在对一个半导体芯片加压的同时照射激光的动作而存在工作时间增加的问题。
[0009]另一方面，参照韩国公开专利2017
‑
0077721(以下，称为“现有文献2”)，其公开的激光回流焊装置结构通过在加压头部同时对多个倒装芯片加压的状态下以沿着水平方向移送激光头部并依次向各个倒装芯片照射一个激光或以单个激光头部同时向多个倒装芯片照射激光的方式来进行焊接处理。
[0010]但是，上述现有文献2的现有激光回流焊装置结构利用单个激光源，因此，在以多种角度向配置在基板上的多个倒装芯片照射激光束的过程中，存在难以照射均质化的激光束，并且，在技术层面上，具有在未发生不良的前提下无法均匀地对多个倒装芯片进行回流焊处理的问题。
[0011]因此，上述现有文献1及上述现有文献2所公开的现有激光回流焊装置对单个倒装芯片逐个依次加压并照射激光，因此，整体工作时间将不可避免地增加，即使为了实现多处理而将单个激光束照射到水平配置在多种基板尺寸上的多个倒装芯片，实际上也难以将均匀的热能传递到各个倒装芯片，因此，为了改善焊接不良率，当前需要进行大量的研究开发。

技术实现思路

[0012]技术问题
[0013]对此，为了解决如上所述的问题，本专利技术的目的在于，提供如下的激光回流焊装置的激光加压头部模块，即，通过更换透光性加压部件来轻易调节经过一次加工处理的加压及激光透光面积的尺寸以对应于多种基板的尺寸。由此，可通过加压及激光回流焊同时批量处理多个电子元件并大幅改善不良率。
[0014]并且，本专利技术的再一目的在于，提供如下的激光回流焊装置的激光加压头部模块，即，可通过同时对多个电子元件加压并照射均质化的激光束来在实现批量处理的同时大幅改善不良率。
[0015]并且，本专利技术的还有一目的在于，提供如下的激光回流焊装置的激光加压头部模块，即，使得安装有透光性加压部件的板状的支架单元的各个边角部能够分别独立地设定并调节压力。由此，可通过同时对多个电子元件加压并照射激光束进行一次性回流焊处理来在实现批量处理的同时大幅改善不良率。
[0016]并且，本专利技术的另一目的在于，提供如下的激光回流焊装置的激光加压头部模块，即，可通过传送机系统使得基板上放置有多个电子元件的焊接对象对于回流焊处理区域的运入及运出变得简单，而无需考虑尺寸，在运入的移送过程中，可通过将焊接对象持续预热至规定温度来使得激光回流焊处理时的温度在未发生不良的前提下稳定上升至焊料熔融
温度。由此，可通过同时对多个电子元件加压并照射激光束进行一次性回流焊处理来在实现批量处理的同时大幅改善不良率。
[0017]并且，本专利技术的又一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光回流焊装置，其特征在于，包括：激光加压头部模块，通过透光性加压部件对焊接对象加压并通过上述加压部件照射激光束来向基板焊接电子元件，上述焊接对象由排列在基板上的多个电子元件组成；以及焊接对象移送模块，用于移送上述焊接对象，使得从上述激光加压头部模块的一侧运入的焊接对象经过激光加压头部模块的回流焊处理并朝向另一侧运出。2.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光加压头部模块包括：支架单元，用于以能够更换的方式安装上述透光性加压部件；以及探针单元，设置在上述支架单元的上方，用于检测安装在支架单元的加压部件的平整度。3.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光束为由光束整形器实现均质化的方形激光束。4.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光束为两个以上的激光模块重叠照射的激光束。5.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述支架单元包括下部板，在中心部形成有用于插入卡止并放置透光性加压部件的通孔。6.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述透光性加压部件由石英、蓝宝石、熔融石英玻璃或金刚石中的一种制成。7.根据权利要求5所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述支架单元还包括掩膜板，在中心部形成有使得激光束能够通过的通孔，使得上述透光性加压部件以放置在下部板的状态与下部板上部相结合。8.根据权利要求7所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述掩膜板的通孔为面积比透光性加压部件的加压面大或与透光性加压部件的加压面相同的方形。9.根据权利要求5所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述下部板的底面使左右两侧边角部部分呈圆弧形状。10.根据权利要求5所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述下部板的各个边角部还设置有沿着垂直方向微细移动上述下部板的边角来对透光性加压部件的平整度进行调节的平整度调节单元。11.根据权利要求10所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述平整度调节单元包括：冲压托架，设置在透光性加压部件及支架单元的各个边角部；以及垂直驱动部，设置在上述冲压托架的一侧，通过马达的驱动来沿着垂直方向移送冲压托架。12.根据权利要求11所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述垂直驱动部包括：滚珠丝杠和马达，用于垂直移送冲压托架；以及引导部件，用于引导上述冲压托架的直线运动。13.根据权利要求2所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述探针单元包括：探针，通过刺穿透光性加压部件的上表面中的一个以上位置来测定平整度；移动单元，用于水平移动或垂直移动上述探针；以及探针托架，用于固定上述探针及移动单元。14.根据权利要求13所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述探针刺穿包括透光性加
压部件上表面的方形的各个边角位置在内的四个以上位置。15.根据权利要求2所述的激光回流焊装置，其特征在于，还包括保护膜，形成在上述透光性加压部件的下部，用于防止激光焊接时产生的气体附着在透光性加压部件的底面。16.根据权利要求15所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述保护膜由聚四氟乙烯树脂或可溶性聚四氟乙烯树脂制成。17.根据权利要求15所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述保护膜由通过展开卷绕成卷状的保护膜来向一侧移送的卷对卷式保护膜移送部供给。18.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述透光性加压部件包括：基材，整体呈方形板状；以及加压面，突出形成于上述基材的底面，形成底面与多个电子元件相对应的平面状。19.根据权利要求18所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述基材与加压面之间还包括以使得加压面的面积小于基材的面积的方式向内侧凹入而成的一个以上的台阶部。20.根据权利要求18所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述基材的侧面和台阶部的底面及侧面形成有激光阻隔层。21.根据权利要求18所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述加压面被具有规定深度的格槽分割成两个以上。22.根据权利要求21所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述格槽的内侧面和底面还形成有激光阻隔层。23.根据权利要求20或22所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光阻隔层为铬镍铁合金涂层、散射处理层或高反射涂层中的一种或由两种以上组成的复合层。24.根据权利要求18所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述加压面为方形。25.根据权利要求24所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述加压面的两侧边角经倒角处理或圆弧处理而成。26.根据权利要求18所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述加压面还设置有弹性阻尼层。27.根据权利要求26所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述弹性阻尼层由硅材料制成。28.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光加压头部模块还包括：支架单元，呈矩形，用于以能够更换的方式安装上述透光性加压部件；压力平衡器，通过支撑上述支架单元的各个边角的下端并向相反方向施加相当于支架单元重量程度及透光性加压部件重量程度的压力来使得支架单元和透光性加压部件的重量被初始化为零；以及冲压单元，以非接触状态设置在上述支架单元的各个边角的上方，以预设压力分别独立按压支架单元的各个边角。29.根据权利要求28所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述压力平衡器为空气气缸。30.根据权利要求28所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述压力平衡器为弹簧。31.根据权利要求28所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述冲压单元在各个边角分
别隔开配置有一个，使得上述冲压单元以预设压力分别独立按压支架单元的各个边角。32.根据权利要求31所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述冲压单元包括：冲压托架，以非接触方式固定支架单元的各个边角部分；以及加压气缸，安装在上述冲压托架的上端，以预设压力分别向下按压上述支架单元。33.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述激光加压头部模块包括：支架单元，呈圆形或多边形，用于以能够更换的方式安装上述透光性加压部件；以及冲压单元，分别与上述支架单元的边缘周围三个位置实现轴结合，当通过虚线连接上述轴结合的位置时，形成三角形。34.根据权利要求33所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述冲压单元包括：冲压托架；加压气缸，安装在上述冲压托架的上端，以预设压力向下按压上述支架单元；以及轴承接头，一端与上述加压气缸的气缸杆相结合，另一端以能够转动的方式分别与支架单元的三个位置中的一个相结合。35.根据权利要求34所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述支架单元的三个位置分别还设置有接头紧固部，上述接头紧固部以能够转动的方式分别与轴承接头相结合。36.根据权利要求35所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述冲压托架的下端还设置有挡止部，接头紧固部的一端挂置在上述挡止部。37.根据权利要求34所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述冲压托架的一侧还设置有垂直移送部，用于沿着垂直方向升降上述冲压托架。38.根据权利要求37所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述垂直移送部包括滚珠丝杠及马达。39.根据权利要求33所述的激光回流焊装置，其特征在于，在经过规定周期或更换透光性加压部件后，将上述支架单元的平整度初始化为零，以重新设定平整度。40.根据权利要求33所述的激光回流焊装置，其特征在于，连接上述支架单元的三个位置形成的虚拟三角形为等边三角形，虚拟三角形的重心与透光性加压部件的重心相同。41.根据权利要求32或34所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述加压气缸为精密空压气缸，能够以kgf为单位实现压力的微细设定及调节。42.根据权利要求41所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述加压气缸还设置有加压时测定压力并持续进行反馈的压力传感器。43.根据权利要求28或33所述的激光回流焊装置，其特征在于，在上述支架单元的上方还设置有从静电对尘土造成的灰尘吸附所带来的影响中保持透光性加压部件的上表面清洁的电离器单元。44.根据权利要求1所述的激光回流焊装置，其特征在于，上述焊接对象移送模块包括：输入传送机，用于运入焊接对象，上述焊接对象由排列在基板上的多个电子元件组成；真空吸盘单元，通过真空吸附来固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔在浚，金秉禄，金在九，陈起哲，
申请(专利权)人：镭射希股份有限公司，
类型：发明
国别省市：