TW202438212A - 氣壓輔助式雷射焊接裝置及半導體元件焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一種氣壓輔助式雷射焊接裝置及半導體元件焊接方法，該半導體元件焊接方法係使用受控於電腦的氣壓輔助式雷射焊接裝置來執行，其中，將電路基板移至氣壓輔助式雷射焊接裝置之吸附載盤上，吸附器移動焊接物件，結合視覺影像判斷使焊接物件對準貼合電路基板上，在吸附器帶動焊接物件之一定工作行程下，於吸附器內之腔室輸入加壓氣體而對焊接物件施以下壓力，藉由氣壓的輔助，克服焊接物件之載板底面的多個半導體元件的高低位差，確保每一半導體元件皆貼合在電路基板上，以雷射源執行焊接物件之半導體元件與電路基板的雷射焊接，再移除焊接物件的載板而完成焊接作業。
Description
本發明係關於一種半導體元件之焊接裝置及焊接方法，尤指一種適用於半導體元件焊接於基板或印刷電路板作業的氣壓輔助式雷射焊接裝置及半導體元件焊接方法。
目前多個半導體元件同步移轉焊接於基板或印刷電路板等電路基板之焊接作業，通常係以一載板貼附多個半導體元件構成一焊接物件，使用受控於電腦的一雷射焊接裝置來執行焊接物件之多個半導體元件同步焊接在電路基板上之作業。
在前述半導體元件之焊接作業中，係利用雷射焊接裝置之載台上的載盤吸附固定一電路基板，以受控於該電腦之移動機構帶動取置器吸取焊接物件移至該電路基板的上方，並結合視覺影像判斷手段，使焊接物件對準貼合電路基板，使焊接物件之每一半導體元件的元件接點皆對位貼抵在電路基板位置對應的電路接點上，再由雷射源發出雷射光，使該焊接物件之每一半導體元件的元件接點分別對位焊接在該電路基板位置對應的電路接點上，之後，取置器帶動焊接物件之載板脫離焊接在電路基板上的每一半導體元件，而完成半導體元件的焊接作業。
惟前述半導體元件之焊接方法及其使用的雷射焊接裝置雖能達到預定技術目的，但是，焊接物件中貼附於載板底面之多個半導體元件的元件接點與元件接點之間存在有些微高低位差，基於雷射焊接裝置之取置器帶動焊接物件的工作行程一定，難以使每一半導體元件皆正確焊接於電路基板上之問題。
本發明之目的在於提供一種氣壓輔助式雷射焊接裝置及半導體元件焊接方法，解決目前多個半導體元件同步移轉焊接於電路基板之焊接方法及雷射焊接裝置，易因焊接物件之載板底面下之多個半導體元件之高低位差，而難以使每一半導體元件皆正確焊接於電路基板上之問題。
為了達成前述目的，本發明所提出之氣壓輔助式雷射焊接裝置包括：
一載台，其包括一吸附載盤；
一吸附器，其能相對於該吸附載盤移動，該吸附器內部具有一腔室以及位於該腔室頂部的一透光窗板，該腔室延伸至該吸附器底部形成一開口，該吸附器的底部具有環繞該開口周圍的一接觸框部，以及設有通過該吸附器內部且延伸至該接觸框部底面之一吸附槽道，該吸附器能由該接觸框部吸附的一焊接物件封閉該腔室底部的開口，並對該腔室輸入加壓氣體而對該焊接物件施以下壓力；
一攝影鏡頭組，係設於該載台上方，並能結合一電腦使該吸附器經由視覺影像判斷對準於該吸附載盤；以及
一雷射源，係設於該載台的外側，且該雷射源發出的雷射光能通過該透光窗板及該腔室向下投射在該焊接物件傳遞熱能。
為了達成前述目的，本發明所提出之半導體元件焊接方法係使用受控於電腦之如上所述的氣壓輔助式雷射焊接裝置來執行，並能將一焊接物件之載板底面貼附的多個半導體元件同步對位焊接於一電路基板上，該半導體元件焊接方法之步驟包括：
將電路基板移至所述氣壓輔助式雷射焊接裝置中之步驟，係以受控於該電腦之輸送機構將所述電路基板移至所述氣壓輔助式雷射焊接裝置之吸附載盤上定位；
移動焊接物件對準電路基板之步驟，係以受控於該電腦之移動機構帶動所述吸附器吸取所述焊接物件移至該電路基板的上方，並通過複數攝影鏡頭結合所述電腦以視覺影像判斷對準該電路基板，使焊接物件之每一所述半導體元件的元件接點皆對準位置在下之所述電路基板中位置對應的電路接點，且藉由被吸取之焊接物件的載板封閉腔室底部的開口而使腔室形成密閉的空間；
焊接物件貼合電路基板之步驟，以移動機構帶動之吸附器帶動焊接物件之每一所述半導體元件貼合於所述電路基板上，對該吸附器密閉的腔室輸入加壓氣體，藉由加壓氣體對焊接物件的半導體元件分布範圍施以下壓力，使該焊接物件之每一半導體元件的元件接點皆對位貼抵在該電路基板位置對應的電路接點；
雷射焊接之步驟，由受控於電腦的雷射源發出雷射光，並使該雷射光能通過該吸附器之透光窗板及腔室向下投射在焊接物件的半導體元件分布範圍而傳遞熱能，使該焊接物件之每一半導體元件的元件接點分別對位焊接在該電路基板位置對應的電路接點上；以及
移除載板之步驟，以移動機構帶動之吸附器帶動焊接物件之載板位移，使焊接在該電路基板上的每一所述半導體元件脫離該載板。
藉由前述氣壓輔助式雷射焊接裝置與使用該氣壓輔助式雷射裝置的半導體元件焊接方法之發明，其利用吸附器中設置開口朝下的腔室，腔室頂部具有透光窗板，吸附器能在吸附焊接物件後，焊接物件之底面貼附有多個半導體元件的載板封閉吸附器的腔室的開口，再藉由腔室輸入加壓氣體而對焊接物件施以下壓力，藉以在吸附器帶動焊接物件下降的工作行程一定的條件下，利用氣壓的輔助，克服焊接物件之載板底面的多個半導體元件的高低位差，確保每一半導體元件皆貼合在電路基板上，以利雷射源對焊接物件之半導體元件與電路基板的雷射焊接作業。
本發明包括一種氣壓輔助式雷射焊接裝置及半導體元件焊接方法。以下分別結合圖式說明本發明之氣壓輔助式雷射焊接裝置及半導體元件焊接方法之具體技術內容。
如圖1所示，其揭示本發明氣壓輔助式雷射焊接裝置之一實施例，該氣壓輔助式雷射焊接裝置係能受控於一電腦執行雷射焊接作業，並包括一載台10、一吸附器20、一攝影鏡頭組30以及一雷射源40。
如圖1所示，該載台10包括一吸附載盤11，所述吸附載盤11為能外接抽氣機組之真空吸附式載盤，如圖2所示，用以吸附固定一電路基板50。於本實施例中，該載台10包括一驅動機構12，該驅動機構12連接該吸附載盤11且能驅動該吸附載盤11於三維空間位移，該驅動機構12具備驅動吸附載盤11於一水平參考平面的一Ｘ軸向與一Ｙ軸向位移，並能旋轉該吸附載盤11，該驅動機構12可以選用現有驅動組件，其具體構造不再贅述。
如圖1所示，該吸附器20係能相對於該載台10移動，並能取置附一焊接物件60，該吸附器20內部具有一腔室21以及位於該腔室21頂部的一透光窗板22，該腔室21延伸至該吸附器20底部形成一開口211，該吸附器20中設有連通腔室21的輸氣通道212，該透光窗板22的面積和該開口211的面積皆與焊接物件60之有效焊接區相匹配，所述有效焊接區係為一焊接物件之多個半導體元件分布範圍，位於有效焊接區外圍的範圍為吸附區，該吸附器20的底部具有環繞開口211周圍的一接觸框部23，以及設有通過該吸附器20內部且延伸至該接觸框部23底面之一吸附槽道24，該接觸框部23能抵接焊接物件之吸附區，並能藉由對所述吸附槽道24的抽氣作用，如圖2所示，使該吸附器20能真空吸附焊接物件60，並藉由焊接物件60封閉腔室21底部的開口211，而使腔室21形成密閉的空間，該吸附器20能外接加壓氣源通過該輸氣通道212對腔室21輸入加壓氣體，藉由加壓氣體對吸附器20所吸附的焊接物件的有效焊接區（即多個所述半導體元件分布範圍）施以下壓力。
如圖1所示，該攝影鏡頭組30係設於該載台10的上方，並能結合所述電腦以視覺影像判斷方式使該吸附器20對準吸附載盤11，該攝影鏡頭組30包括複數個攝影鏡頭31，該複數個鏡頭分布設置在該吸附載盤11的上方。
如圖1所示，該雷射源40係設於該載台10的外側並能被驅動位移，且該雷射源40發出的雷射光能通過位置在下之吸附器20之該透光窗板22及腔室21向下投射在焊接物件的半導體元件分布範圍而傳遞熱能。
如圖2及圖7所示，本發明所提出之半導體元件焊接方法係用於將一焊接物件60中的多個半導體元件62對位焊接於一電路基板50上，所述焊接物件60包括一載板61以及貼附於該載板61底面之多個半導體元件62，如圖2及圖7所示所述載板61、61A可以選用硬質板體或軟質板體，所述半導體元件62能脫離該載板61、61A，每一所述半導體元件62的底面各具有複數元件接點63，所述電路基板50為具有電子線路的基板或印刷電路板等，所述電路基板50上表面具有多個元件焊接區，該多個元件焊接區與所述焊接物件60中設於載板61底部的多個半導體元件62的空間配置型態相匹配，每一所述元件焊接區各具有複數電路接點51。
如圖2至圖6所示，該半導體元件焊接方法係使用受控於電腦之所述氣壓輔助式雷射焊接裝置來執行，並包括以下步驟：
將電路基板50移至所述氣壓輔助式雷射焊接裝置中之步驟，係以受控於該電腦之輸送機構將所述電路基板50移至所述氣壓輔助式雷射焊接裝置之吸附載盤11上定位；
移動焊接物件60對準電路基板50之步驟，係以受控於該電腦之移動機構帶動所述吸附器20吸取所述焊接物件60移至該電路基板50的上方，並通過複數攝影鏡頭31結合電腦以視覺影像判斷對準該電路基板50，使焊接物件60之每一所述半導體元件62的元件接點63皆對準位置在下之所述電路基板50中位置對應的電路接點51，且藉由被吸取之焊接物件60的載板61封閉腔室21底部的開口211而使腔室21形成密閉的空間；
焊接物件60貼合電路基板50之步驟，以移動機構帶動之吸附器20帶動焊接物件60之每一所述半導體元件62貼合於所述電路基板50上，對該吸附器20密閉的腔室21輸入加壓氣體，藉由加壓氣體對焊接物件60的半導體元件62分布範圍施以下壓力，使該焊接物件60之每一半導體元件62的元件接點63皆對位貼抵在該電路基板50位置對應的電路接點51；
雷射焊接之步驟，係在腔室21輸入加壓氣壓對焊接物件60之加壓狀態下，由受控於電腦的雷射源40發出雷射光，並使該雷射光能通過該吸附器20之透光窗板22及腔室21向下投射在焊接物件60的半導體元件62分布範圍而傳遞熱能，使該焊接物件60之每一半導體元件62的元件接點63分別對位焊接在該電路基板50位置對應的電路接點51上；以及
移除載板61之步驟，以移動機構帶動之吸附器20帶動焊接物件60之載板61位移，使載板61與焊接在電路基板50上的每一半導體元件62分離。
由以上說明可知，本發明所提供的氣壓輔助式雷射焊接裝置與使用該氣壓輔助式雷射裝置的半導體元件焊接方法，其係利用氣壓輔助式雷射焊接裝置之吸附器20中設置開口211朝下的腔室21，腔室21的頂部設置可供雷射光通過的透光窗板22，吸附器20能在吸附焊接物件60後，焊接物件60之載板61封閉吸附器20的腔室21的開口211，再對腔室21輸入加壓氣體，藉以在吸附器20帶動焊接物件60下降的工作行程一定的條件下，利用輔助性之氣壓對焊接物件60施以下壓力，克服焊接物件60之載板61底面的多個半導體元件62的高低位差，確保每一半導體元件62皆貼合在電路基板50上，以利雷射源40對焊接物件60之半導體元件62與電路基板50的雷射焊接作業。
10:載台
11:吸附載盤
12:驅動機構
20:吸附器
21:腔室
211:開口
212:輸氣通道
22:透光窗板
23:接觸框部
24:吸附槽道
30:攝影鏡頭組
31:攝影鏡頭
40:雷射源
50:電路基板
51:電路接點
60:焊接物件
61:載板
61A:載板
62:半導體元件
63:元件接點
圖1係本發明氣壓輔助式雷射焊接裝置之一較佳實施例的平面示意圖。
圖2係本發明半導體元件焊接方法的執行步驟示意圖(一)。
圖3係本發明半導體元件焊接方法的執行步驟示意圖(二)。
圖4係本發明半導體元件焊接方法的執行步驟示意圖(三)。
圖5係本發明半導體元件焊接方法的執行步驟示意圖(四)。
圖6係本發明半導體元件焊接方法的執行步驟示意圖(五)。
圖7係本發明半導體元件焊接方法用於執行具有軟質載板之焊接物件焊接之使用狀態參考圖。
10:載台
11:吸附載盤
12:驅動機構
20:吸附器
21:腔室
22:透光窗板
23:接觸框部
24:吸附槽道
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60:焊接物件
61:載板
62:半導體元件
63:元件接點
Claims (7)
- 一種氣壓輔助式雷射焊接裝置，其包括： 一載台，其包括一吸附載盤； 一吸附器，其能相對於該吸附載盤移動，該吸附器內部具有一腔室以及位於該腔室頂部的一透光窗板，該腔室延伸至該吸附器底部形成一開口，該吸附器的底部具有環繞該開口周圍的一接觸框部，以及設有通過該吸附器內部且延伸至該接觸框部底面之一吸附槽道，該吸附器能由該接觸框部吸附的一焊接物件封閉該腔室底部的開口，並對該腔室輸入加壓氣體而對該焊接物件施以下壓力； 一攝影鏡頭組，係設於該載台上方，並能結合一電腦使該吸附器經由視覺影像判斷對準於該吸附載盤；以及 一雷射源，係設於該載台的外側，且該雷射源發出的雷射光能通過該透光窗板及該腔室向下投射在該焊接物件傳遞熱能。
- 如請求項1所述之氣壓輔助式雷射焊接裝置，其中，該載台包括一驅動機構，該驅動機構連接該吸附載盤且能驅動該吸附載盤於三維空間位移，該驅動機構具備驅動該吸附載盤於一水平參考平面的一Ｘ軸向與一Ｙ軸向位移，並能旋轉該吸附載盤。
- 如請求項1或2所述之氣壓輔助式雷射焊接裝置，其中，該透光窗板的面積和該開口的面積皆與該焊接物件之所述導體元件分布範圍相匹配。
- 如請求項1或2所述之氣壓輔助式雷射焊接裝置，其中，該攝影鏡頭組包括複數個攝影鏡頭，該複數個鏡頭分布設置在該吸附器的上方。
- 如請求項3所述之氣壓輔助式雷射焊接裝置，其中，該攝影鏡頭組包括複數個攝影鏡頭，該複數個鏡頭分布設置在該吸附器的上方。
- 一種半導體元件焊接方法，係使用受控於電腦之如請求項1至5中任一項所述的氣壓輔助式雷射焊接裝置來執行，並能將一焊接物件之載板底面貼附的多個半導體元件同步對位焊接於一電路基板上，該半導體元件焊接方法之步驟包括： 將電路基板移至所述氣壓輔助式雷射焊接裝置中之步驟，係以受控於該電腦之輸送機構將所述電路基板移至所述氣壓輔助式雷射焊接裝置之吸附載盤上定位； 移動焊接物件對準電路基板之步驟，係以受控於該電腦之移動機構帶動所述吸附器吸取所述焊接物件移至該電路基板的上方，並通過複數攝影鏡頭結合所述電腦以視覺影像判斷對準該電路基板，使焊接物件之每一所述半導體元件的元件接點皆對準位置在下之所述電路基板中位置對應的電路接點，且藉由被吸取之焊接物件的載板封閉腔室底部的開口而使腔室形成密閉的空間； 焊接物件貼合電路基板之步驟，以移動機構帶動之吸附器帶動焊接物件之每一所述半導體元件貼合於所述電路基板上，對該吸附器密閉的腔室輸入加壓氣體，藉由加壓氣體對焊接物件的半導體元件分布範圍施以下壓力，使該焊接物件之每一半導體元件的元件接點皆對位貼抵在該電路基板位置對應的電路接點； 雷射焊接之步驟，係在腔室輸入加壓氣壓對焊接物件之加壓狀態下，由受控於電腦的雷射源發出雷射光，並使該雷射光能通過該吸附器之透光窗板及腔室向下投射在焊接物件的半導體元件分布範圍而傳遞熱能，使該焊接物件之每一半導體元件的元件接點分別對位焊接在該電路基板位置對應的電路接點上；以及 移除載板之步驟，以移動機構帶動之吸附器帶動焊接物件之載板位移，使焊接在該電路基板上的每一所述半導體元件脫離該載板。
- 如請求項6所述之半導體元件焊接方法，其中，所述焊接物件之載板選用硬質板體或軟質板體。
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