使用连续折叠工具形成折叠型堆叠封装器件

摘要

本发明的实施方案包括：柱塞、加热元件，以及第一和第二臂。柱塞用粘合剂将第一单元贴附到第二单元。第一单元和第二单元在柔性载带的条带上。该条带在折叠基础单元上。折叠基础单元将第一单元折叠到第二单元之上。加热元件被附着在到柱塞上，以固化粘合剂。通过第一和第二铰链，第一和第二臂分别被设置在柱塞的第一和第二侧，以保证使第一和第二单元在柱塞的下方。本发明的另一实施方案包括：第一子组件和第二子组件。第一子组件支持第一单元。当驱动时，第一子组件将第一单元折叠到第二单元之上。第一和第二单元在柔性载带的条带上。第二子组件支持第二单元。

说明书

发明领域

本发明的实施方案涉及封装领域，尤其涉及折叠型堆叠(folded-stack)封装。

背景技术

芯片级(chip scale)技术为电子封装提供了许多优点。在芯片级技术中，一种新兴的封装方法为微型球栅阵列(micro ball grid array)(μBGA)封装。在当前可获得的封装技术中，μBGA具有最小的尺寸、最高的性能以及最好的可靠性。折叠型堆层(fs)μBGA进一步提高了板密度和可靠性。

用于折叠型堆叠封装器件的已有技术是典型的手工技术，从分割(singulation)处理到固化处理，要求舟对舟(boat-to-boat)操作。这些技术有许多缺陷。首先，处理速度慢且烦琐。封装器件单元的处理经过多个独立的操作：锯成单个(saw singulation)、第一次舟处理、折叠与粘附(adhere)、第二次舟处理、折叠与固化、而后装盘。第二，因为需要几个部件(例如夹具(jig))，所以其价格高昂。

附图简要说明

参考用于阐述本发明实施例的下列说明及附图，可更好地理解本发明。附图中：

图1是表示根据本发明一实施方案的微型球栅阵列(μBGA)封装布局的示意图；

图2是表示根据本发明一实施方案的折叠型堆叠μBGA封装器件的示意图；

图3是表示根据本发明一实施方案的工具组件示意图；

图4A是表示根据本发明一实施方案的用于μBGA封装器件的第一折叠阶段示意图；

图4B是表示根据本发明一实施方案的用于μBGA封装器件的第一折叠阶段的后续操作的示意图；

图4C是表示根据本发明一实施方案的用于μBGA封装器件的第二折叠阶段示意图；

图4D是表示根据本发明一实施方案的用于μBGA封装器件的第二折叠阶段的后续操作的示意图；

图5是用来说明根据本发明一实施方案折叠μBGA封装器件的过程的流程图；

图6是表示根据本发明一实施方案的用于折叠型堆叠μBGA封装器件的封装装配线示意图；

图7A是表示根据在本发明一实施方案的图6所示的封装装配线中的第一单元修整台示意图；

图7B是表示根据在本发明一实施方案的在图6所示的封装装配线中的粘合剂施加台示意图；

图7C是表示根据在本发明一实施方案的在图6所示的封装装配线中的第一折叠和第二单元修整台示意图；

图7D是表示根据在本发明一实施方案的在图6所示的封装装配线中的第二折叠台示意图；

图7E是表示根据在本发明一实施方案的在图6所示的载带分割以及拾取和放置台示意图

图8是表示根据本发明一实施方案的用于折叠型堆叠μBGA封装器件的封装装配线的顶视图；

图9是表示根据本发明一实施方案的用于折叠型堆叠μBGA封装器件的装配过程的流程图。

详细说明

本发明的一实施方案包括：柱塞(plunger)、加热元件，以及第一和第二臂。柱塞用粘合剂将第一单元粘贴到第二单元。第一单元和第二单元在柔性载带(tape)的条带(strip)上。该条带在折叠基础单元上。折叠基础单元将第一单元折叠到第二单元之上。加热元件被附着在柱塞上，以固化粘合剂。第一和第二臂分别被设置在柱塞的第一和第二侧，以保证第一和第二单元在柱塞的下方。本发明的另一实施方案包括：第一子组件和第二子组件。第一子组件支持第一单元。当被驱动时，第一子组件将第一单元折叠到第二单元之上。第一和第二单元在柔性载带的条带上。第二子组件支持第二单元。

在下列说明中，阐述了许多具体的细节。但是，应该明白，没有这些具体的细节，仍可以实施本发明的这些实施方案。在其他情况下，众所周知的电路、结构和技术没有示出，以免模糊对本说明的理解。

本发明的一种实施方案可以被描述为过程，该过程通常以流程图、作业图、结构图，或方框图来描述。尽管流程图可将操作描述为一种有顺的过程，但是有许多操作是可以并行或同时执行的。此外，操作顺序可以重新安排。当操作完成时过程即终止。过程可以对应方法、程序、步骤等等。

图1是表示根据本发明一实施方案的微型球栅阵列(μBGA)封装布局100的框图。布局100包括载带载体(tape carrier)120，以及柔性载带130。

载带载体120一般为金属框架，用于承载贴附(affix)在柔性载带130上的多个封装器件。柔性载带130为可柔性折叠的矩形带。柔性载带130可以为厚约10微米到75微米的双面聚酰亚胺带(例如Kapton或Upilex)。封装器件以多行多列的方式贴附在柔性载带130上。在一个实施方案中为三行N列。典型地，N为16、20、24、32等。

每列对应为柔性载带130的一个条带，包括三个单元：第一单元140₁、第二单元140₂和第三单元140₃。每个单元包括贴附在柔性载带130的对应部分的管芯(die)。例如，第一单元140₁、第二单元140₂和第三单元140₃分别包括第一管芯、第二管芯、和第三管芯，其分别被贴附在条带的第一部分135₁、第二部分135₂和第三部分135₃。柔性载带130的每一侧可以有一金属层，该金属层具有管芯之间的导线和/或互连。管芯可以是任意半导体芯片或器件，比如存储器件、闪存、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、逻辑器件、处理元件等等。管芯经基于硅或环氧树脂的管芯附着材料贴附到柔性载带130上。管芯也可以是导线结合和密封(encapsulated)的。管芯通过焊球附着在条带上。

依据传统的封装技术，对柔性载带130上的封装器件加以封装和处理。在一种实施方案中，封装技术为μBGA。每个条带或每列上的封装器件以堆叠方式进行折叠，以形成折叠型堆叠μBGA。在以下说明中，出于阐述的目的，将封装器件称为折叠型堆叠μBGA。可以预期到，该封装器件可使用任意合适的封装技术。

图2是表示根据本发明一个实施方案的折叠型堆叠μBGA封装器件200的示意图。

折叠型堆叠器件200分别包括第一管芯210₁、第二管芯210₂、和第三管芯210₃，及柔性载带130。如上所述，用焊球210把第一管芯210₁、第二管芯210₂、和第三管芯210₃附着在柔性载带130上。焊球210为附着在柔性载带130的盘(pad)上的焊接材料的微型栅格阵列。柔性载带130被折叠为两折。在第一折中，第一管芯210₁如此设置，即其表面用粘合剂贴附到第二管芯210₂的表面。已贴附的第一管芯210₁和第二管芯210₂形成部分(panially)折叠单元。在第二折中，与第三管芯210₃附着的柔性载带130的第三部分被折叠到上述部分折叠单元之上。第三管芯210₃的表面用粘合剂贴附到柔性载带130的第一部分的底面上。

如此形成的折叠型堆叠μBGA封装器件200是紧凑的并且在印刷电路板上提供了高密度和高可靠性。折叠μBGA封装器件200的工序是用连续(progressive)方式在包含几个工作台的装配线上完成的。折叠工序可通过使用用于折叠、贴附、及固化的工具组件有效地进行。

图3是表示根据本发明一实施方案的工具组件300的示意图。工具组件300包括柱塞组件310和折叠基础单元360。工具组件300对柔性载带130的条带(图1所示)进行操作，所述条带分别承载第一单元140₁、第二单元140₂和第三单元140₃。

柱塞组件310包括板315，柱塞320，加热元件330，和两个臂342、344。板315为合适材料诸如金属的矩形或方形平板。板315的中间有一个孔，允许柱塞上下移动。柱塞320是一足够长度的杆，由合适材料诸如金属制成。杆可以是任意合适的形状，比如圆柱形。在最初或原始位置，柱塞320向上缩回。图3所示位置是当柱塞大约向下一半处，或向上一半处。在驱动单元(未示出)的作用下，柱塞320可以沿板315上的孔上下移动。当用力向下移动时，柱塞320用粘合剂将第一单元140₁贴附到第二单元140₂。通过折叠基础单元360，第一单元140₁被折叠到第二单元140₂的顶部。

加热元件330被附着在在柱塞320的末端。加热元件330也可以与柱塞320形成一体。加热元件330由热导材料诸如金属或合金制成。热是通过内部的电线向加热元件330施加电压而产生的。加热元件330使第一单元140₁和第二单元140₂之间的粘合剂热固化。

第一和第二臂342、344经第一和第二铰链322、324被分别设置在板315周围、柱塞320的第一和第二侧。它们用于在将第一单元140₁折叠到第二单元140₂之上和将第三单元140₃折叠到已折叠的第一单元140₁之上时对准第一单元140₁。第一和第二臂342、344分别绕第一和第二铰链322、324转动。图3所示位置为打开位置。在最初，或原始位置，第一和第二臂342、344处于闭合位置，此时它们近似垂直且彼此直接相对。一凸轮机构用于机械地连接柱塞320的垂直移动，及第一和第二臂342、344的摆动。当柱塞320向下伸展时，第一和第二臂342、344摆开。当柱塞320向上缩回时，它们又收拢。当它们向内朝着彼此移动时，它们将第一和第二单元140₁、140₂固定在柱塞320的下方。典型地，这个过程是在当柱塞320向下移动压在已折叠的第一单元140₁和第二单元140₂上时完成。第一和第二臂342、344分别绕第一和第二铰链322、324向外伸展，以释放第一和第二单元140₁、140₂，以便将它们传送或移动到下一区域。这个过程能够在贴附以及固化第一和第二单元140₁、140₂之后当柱塞向上移动时完成。。第一和第二臂342、344可以在一些弹簧的作用下伸展，所述弹簧是在柱塞320向上移动时被驱动的。

第一和第二臂342、344还分别有第一和第二止动块352、354，它们向内面向柱塞320。第一和第二止动块352、354用作导向槽，以将这些单元固定在被折叠和贴附位置。出于说明的目的，将第二止动块354显示在第一止动块352的上方，恰好足够压住柔性载带侧面上的已折叠单元，又不会接触模型单元。第一和第二臂342、344上的止动块352、354的准确位置分别取决于被折叠和贴附的单元的厚度。

折叠基础单元360用于支持柔性载带130和第一、第二和第三单元140₁、140₂和140₃。柱塞组件310典型地设置在中间行或第二单元140₂的正上方。折叠基础单元360还将第一单元140₁折叠在第二单元140₂的上部，以在第一折叠阶段形成一部分折叠单元。在第二折叠阶段中，折叠基础单元360将第三单元140₃折叠在所述部分折叠单元的上部。注意，当用于两个独立的阶段时，可以有两个独立的工具组件200，一个用于第一折叠阶段，一个用于第二折叠阶段。用于两个阶段的工具组件200几乎相同。其区别可以包括尺寸，止动块352、354的位置，柱塞320的移动长度(其为可调的)，和折叠基础单元360的方位，等等。因此，在概念上，折叠基础单元360可以看作将“第一单元”折叠在“第二单元”之上的单元。在第一折叠阶段，所述“第一单元”是指第一单元140₁，所述“第二单元”是指第二单元140₂。在第二折叠阶段，所述“第一单元”是指第三单元140₃，所述“第二单元”是指包括贴附到第二单元140₂的第一单元140₁的部分折叠单元。

折叠基础单元360包括第一子组件370、第二子组件380和第三子组件390，分别用于支持第一单元140₁、第二单元140₂和第三单元140₃。这些子组件可以通过一些互连机构互相连接在一起。作为选择，它们也可以一起集成在一个单独的单元里。

当被驱动时，第一子组件370将第一单元折叠在第二单元之上。如上所指，当折叠基础单元360用于第一折叠阶段时，将要被折叠的第一个单元为第一单元140₁，第二个单元为第二单元140₂。当折叠基础单元360用于第二折叠阶段时，其将第三单元140₃折叠在部分折叠单元之上。还应当注意，在第一折叠阶段，子组件与柔性载带130上单元之间的对应关系与在第二折叠阶段时的相反。在第一折叠阶段，第一、第二、和第三子组件370、380、390分别支持第一、第二和第三单元140₁、140₂、140₃。在第二折叠阶段，第一和第二子组件370、380支持第三单元140₃和部分折叠单元(其是通过将第一单元140₁贴附到第二单元140₂上形成的)。正常情况下，在第二折叠阶段，不需要第三子组件390。

第一子组件370包括台架(block)372和摇摆机构(rocking mechanism)375。台架372是具有倾斜表面的角形台架，用来为在第一折叠阶段的第一单元140₁(或在第二折叠阶段的第三单元140₃)提供一静止位置。在以下论述中，为清晰起见，不用附图标记，只用第一单元和第二单元来表示。应当明白，当用于第一折叠阶段时，术语“第一单元”是指第一单元140₁，术语“第二单元”是指第二单元140₂。当用于第二折叠阶段时，术语“第一单元”是指第三单元140₃，术语“第二单元”是指部分折叠单元。倾斜表面的斜度或坡度取决于第一单元140₁的尺寸和摇摆机构375的机械特征。一般，倾斜表面的坡度便于摇摆机构执行折叠动作。坡度越大，摇摆机构375施加在第一单元上的力就越小。台架372的倾斜表面之下具有一中空或真空的空间，用于容纳摇摆机构375。摇摆机构375包括摇杆365和凸轮367。当被驱动时，摇杆365带动凸轮367移动或转动，以从静止位置推动第一单元，从而把第一单元折叠在第二单元之上。

图4A是表示根据本发明一实施方案的用于μBGA封装器件的第一折叠阶段的示意图。第一折叠阶段包括第一步(act)410，第二步420，第三步430，第四步440，和第五步450。

在第一步410，具有三个单元140₁、140₂、140₃的柔性载带130的条带在折叠基础单元360上。另外，第一单元140₁已经被冲出(punch out)。柱塞组件310置于第二子组件380的正上方。第一粘合剂425和第二粘合剂427分别分配在第二单元140₂的表面和第三单元140₃的表面。

在第二步420，驱动摇杆365以转动凸轮367。凸轮367推动将要被折叠在第二单元140₂之上的第一单元140₁离开静止位置。第一和第二臂342、344有助于保持正在被弯曲或折叠的第一单元140₁对准第二单元140₂。然后，柱塞组件310向下移动。

在第三步430，柱塞组件310用其两个臂来保护部分折叠单元。第一单元140₁的表面与第二单元140₂的表面接触。第一粘合剂425用来将这两个单元粘贴到一起从而形成部分折叠单元435。然后，驱动柱塞组件310的柱塞320向下移动，以便在第一单元140₁上施加足够的力，从而将第一单元140₁贴附到第二单元140₂。而后，加热元件330产生热以使粘合剂425热固化。

图4B是表示根据本发明一实施方案的用于μBGA封装器件的第一折叠阶段的后续操作的示意图。所述后续操作包括第四步440和第五步450。在第四步440，柱塞组件310向上移动，同时柱塞320仍然向下。在第五步440，柱塞320向上缩回到原始位置。这样便结束了第一折叠阶段。

图4C是表示根据本发明一实施方案的用于μBGA封装器件的第二折叠阶段455的示意图。第二折叠阶段455包括第一步460，第二步470，第三步480，第四步490，和第五步495。注意，在第二折叠阶段，具有第三单元140₃和部分折叠单元435的条带已经从第一折叠阶段传送到折叠基础单元，以使第三单元140₃静止在第一子组件370的倾斜表面上，使部分折叠单元435在第二子组件380之上。第三单元140₃已经被冲出。

在第一步460，柱塞组件310置于第二子组件380的正上方。第二粘合剂427保留在第三单元140₃的表面上。在第二步470，驱动摇杆365以转动凸轮367，从而将第三单元140₃推向部分折叠单元435，以使第三单元140₃被折叠在条带的第二部分的底面上，以形成一个全折叠单元475。柱塞组件310朝向部分折叠单元435移动。在第三步480，柱塞组件310用其两个臂来固定全折叠单元。然后，柱塞320向下移动以便在第三单元140₃上施加足够的力，从而用第二粘合剂427将第三单元140₃贴附到部分折叠单元。而后，加热元件330产生热以热固化第二粘合剂427和整个折叠单元。在第三步480之后，柱塞组件310向上移动，其两个臂伸展以释放出全折叠单元。

图4D是表示根据本发明一实施方案的用于μBGA封装器件的第二折叠阶段的后续操作的示意图。所述后续操作包括第四步490和第五步495。在第四步490，柱塞组件310向上移动，同时柱塞320仍然向下。在第五步495，柱塞320向上缩回到原始位置。这样便结束了第二折叠阶段。

图5是用来说明根据本发明一实施方案的折叠μBGA封装器件的过程500的流程图。注意该过程500既适用于第一折叠阶段，也适用于第二折叠阶段。又，术语“第一单元”和“第二单元”的解释如上所述。

一旦开始(START)，过程500将三个单元的条带放置在折叠基础单元上，通过在具有用于焊球的空腔间隙的第二单元之下的真空来固定(框510)。接下来，过程500将柱塞组件310设置在条带的第二单元的正上方，并使柱塞组件向下移动到正好在第二单元的上方(框520)。然后，过程500将摇杆伸长以推动-折叠(push-fold)位于倾斜或角形台架上的第一单元进入到柱塞组件(框530)。第一单元将被折叠在第二单元之上。

然后，过程500用两个臂来使第一单元保持折叠状态、且与第二单元对准(框550)。接着，过程500通过向下伸展柱塞，用粘合剂将第一单元贴附到第二单元(框560)。柱塞持续对第一单元的折叠动作，直到确保第一单元在第二单元之上。

然后，过程500用附着在柱塞末端的加热元件固化粘合剂及第一和第二单元(框570)。接着，过程500向上移动柱塞组件以释放已固化单元(框580)。已折叠的第一和第二单元此时已准备好被转送或移动到其他区域。然后，过程500将柱塞组件向上移动回到原始位置(框590)。然后，过程500结束。

图6是表示根据本发明一实施方案的用于折叠型堆叠μBGA封装器件的封装装配线600的示意图。装配线600包括第一单元修整(trim station)台620，粘合剂施加台630，预折、固化及第二修整台640，最终折叠及固化台650，以及柔性载带(flex tape)分割以及拾取和放置台660，传送组件670，及升降组件680。

传送组件670卷动载带载体120经过处理台。载带载体120承载多个如图1中所示的柔性载带的条带。该过程是连续的或流水线性的，以致当一个条带由一个台处理时，另一条带同时在另一台上处理。装配线在加载(ONLOAD)区开始，在这里，柔性载带上的封装器件被加载到载带载体120上。当载带载体120前进经过台时，封装器件便被处理，最终变成折叠型堆叠μBGA器件，所述器件被传输或运送到在卸载(OFF LOAD)区的托盘。该过程是高效率的，因为载带载体120全部进入台内，所有台都忙于处理该过程的每个阶段。

传送组件670包括转子672，导杆674，导轨675，传送臂676，及传送爪678。转子672转动以推动螺纹式的导杆674沿导轨线性前进，移动载带载体120通过各个处理台。升降组件680上下移动载带载体120，允许冲出的条带放置在折叠基础单元360上。升降组件680有两排沿台放置的升降杆/圆柱体682和684和两排导销686和688。每排的升降杆/圆柱体和导销的数量视加工厂的空间和处理要求而定。当升降杆/圆柱体682和684在伸展，或载上位置时，载带载体120经传送爪678一次一个单元间隔地被传送到下一个台。当升降杆/圆柱体682和684在原始，或下位置时，载带载体120不被传送。在这期间，所有的处理台都同时进行预切、粘合剂分配、折叠、及单元分割。

载带载体上的封装器件可排列成3×N，其中N为列数或条带数。行数并不局限于3行。根据折叠结构，图3所示的工具组件可加以修改以容纳不同的排列。

各台之间的准确间隔由装配线的特定设置决定。不管各台之间的间隔或距离如何，载带载体上的每个条带都要通过全部6个台。典型地，各台的处理时间大体相等，所以载带载体可以以有规律的或均匀的速度移动。但是，正如本领域的普通技术人员所知，传送组件670可被控制成具有不均匀的速度。

图7A是表示根据在本发明一实施方案的图6所示的封装装配线中的第一单元修整台620的示意图。

在第一单元修整台620上，列或条带的第一单元被加以修整，切割，或冲出。第一单元对应于第一行。当第一单元被修整好并冲出时，将它相对于水平方向向下弯曲。然后，将该条带移动到粘合剂施加台630。

图7B是表示根据在本发明一实施方案的在图6所示的封装装配线中的粘合剂施加台630的示意图。

在粘合剂施加台630上，粘合剂被分配到第二单元140₂和第三单元140₃的表面上。第一单元140₁向下弯曲。粘合剂可用位于单元上方的粘合剂分配器进行分配。然后，载带载体120把条带移动到第一折叠和第二单元修整台640。

图7C是表示根据在本发明一实施方案的在图6所示的封装装配线中的第一折叠和第二单元修整台640的示意图。注意，术语“预折”和“最终折叠”折叠阶段可以用“第一折叠阶段”或“第二折叠阶段”替换。

在第一折叠和第二单元修整台640上，用图4A所示工具组件对条带进行处理。第一单元140₁被折叠在第二单元140₂之上。柱塞单元用分配在第二单元140₂的表面上的粘合剂将第一单元140贴附到第二单元140₂上。然后，柱塞单元使粘合剂固化。已贴附的第一和第二单元140₁、140₂形成部分折叠单元435。同时，第三单元加以修整、切割并冲出。然后，将该条带移动到第二折叠台650。

图7D是表示根据在本发明一实施方案的在图6所示的封装装配线中的第二折叠台650的示意图。

在第二折叠台650上，用图4B所示工具组件对条带进行处理。然后，第三单元140₃被折叠在部分折叠单元之上。然后，柱塞组件用分配在第三单元140₃的表面上的粘合剂将第三单元140₃贴附到部分折叠单元435上。然后，柱塞组件使粘合剂固化。已贴附的第三单元140₃和部分折叠单元形成一全折叠单元710。然后将该具有全折叠单元710的条带移到柔性载带分割以及拾取和放置台660上。

图7E是表示根据在本发明一实施方案的在图6所示的柔性带分割以及拾取和放置台660的示意图。

柔性载带分割以及拾取和放置台660从全折叠单元中移开或分离柔性载带，形成一折叠型堆叠封装器件。然后拾取和放置台拾取该折叠型堆叠封装器件并将其输送到卸载区的托盘。

图8是表示根据本发明一实施方案的用于折叠型堆叠μBGA封装器件的封装装配线的顶视图。

从上方看，在任意时刻，六个台处理在载带载体上的柔性载带上的六个条带或列810、820、830、840、850、860。条带810由图7A所示的第一单元修整台620处理。条带820由图7B所示的粘合剂施加台630处理。条带830由图7C所示的第一折叠和第二单元修整台640处理。条带840由图7D所示的第二折叠台650处理。条带850由图7E所示的柔性载带分割以及拾取和放置台660处理。在装配线终端，位于第二行的最终的折叠型堆叠封装器件被移开并传送到卸载区。

图9是表示根据本发明一实施方案的用于折叠形堆叠μBGA封装器件的装配过程900的流程图。

一旦开始(START)，过程900从柔性载带上切割并冲出第一单元(框910)。接着，过程900向第二和第三单元施加粘合剂(框920)。然后，过程900把第一单元折叠到第二单元之上，用粘合剂把第一单元贴附到第二单元，并使粘合剂及第一和第二单元热固化(框930)。贴附的第一和第二单元形成一部分折叠单元。

接着，过程900从条带中切割并冲出第三单元(框940)。然后，过程900把第三单元折叠到部分折叠单元之上，用粘合剂把第三单元贴附到部分折叠单元，并使第三单元和部分折叠单元热固化。固化的第三单元和部分折叠单元形成一全折叠单元(框950)。接着，过程900使用分割冲击从柔性载带上把全折叠单元分离出来，驱动拾取和放置机构以便把折叠型堆层封装器件运送到在卸载区的托盘中(框960)。然后，过程900结束。

尽管本发明已经用几种实施方案加以说明，但本领域的普通技术人员将会认识到，本发明并非仅限定为上述实施方案，而是在所附权利要求书的精神和范围内，可以加以修改或替换来实施。因而该说明只是用于示例性的，而并不起限定作用。