專利名稱：旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備(a rotary die bondingapparatus), 該旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備包括豎直運動線性致動器和旋轉(zhuǎn)運動致動器系統(tǒng)，該旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備具有多個拾取頭，這些拾取頭用來將半導體芯片從切割晶片轉(zhuǎn)移到引線框架，以便進行芯片結(jié)合過程，其中所述多個拾取頭在到達其特定位置的同時執(zhí)行其規(guī)定的任務，如拾取、芯片結(jié)合、檢查及其它，并且在每個任務完成時轉(zhuǎn)動到另一個位置，以執(zhí)行下一個規(guī)定的任務。
背景技術(shù)：
通常，在半導體芯片與半導體晶片分離之后，或者換句話說，在晶片切割之后，所述芯片將停留在切割帶處，直到它由芯片處理設(shè)備(如芯片結(jié)合器或芯片分類器)處理或抽取。所述芯片處理設(shè)備執(zhí)行諸如芯片附著之類的任務，由此所述芯片從所述晶片拾取，并且在被安裝和固定到封裝結(jié)構(gòu)或支撐結(jié)構(gòu)之前執(zhí)行必要的任務。使用所述芯片處理設(shè)備可進行的其它任務是，將所述芯片處理為使用環(huán)氧粘合劑將芯片直接膠粘到諸如印刷布線板之類的基片上。環(huán)氧樹脂通常用來將所述芯片結(jié)合到電路板基片上。該任務通常用于低成本和低能耗的應用。可認識到，用于從晶片除去和輸送芯片的方法已經(jīng)使用了多年。傳統(tǒng)地，芯片結(jié)合設(shè)備采用線性臂往復拾取和放置方法，由此半導體器件能夠逐次地借助于線性運動及其反向運動而從第一預定位置拾取并且存放在第二預定位置處。最近，發(fā)明了一種搖擺臂往復拾取和放置方法，以連續(xù)地拾取和放置半導體器件。 這種類型的拾取和放置裝置包括搖擺臂，該搖擺臂逐次地執(zhí)行拾取和放置運動。驅(qū)動機構(gòu)包括轉(zhuǎn)動和回轉(zhuǎn)部件，該轉(zhuǎn)動和回轉(zhuǎn)部件在指定的轉(zhuǎn)動范圍中可正常地和反向地驅(qū)動或轉(zhuǎn)動所述臂。在以上發(fā)明的限制和缺陷中包括了在每個任務執(zhí)行期間在所述設(shè)備上的振動。當前的往復設(shè)計在速度增加時將增加振動，因而影響拾取和放置過程的操作精度。為了克服這個問題，所述設(shè)備的重量可增加，但增加到有限程度。此外，通過增加所述設(shè)備的重量，由于使用較多材料，必定導致較高成本。另外，當將任何新過程添加在將所述芯片從晶片轉(zhuǎn)移到印刷電路板的任務之前、 中間及之后時，當前的往復設(shè)計將增加循環(huán)時間。操作在進行其它任務之前不得不停止。因此，生產(chǎn)能力特性將受影響，并且這將導致低的生產(chǎn)量。所以，如果以上缺點通過具有一種旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備被緩解，則是極為有利的， 該旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備包括豎直運動線性致動器和旋轉(zhuǎn)運動致動器系統(tǒng)，該旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備具有多個拾取頭，這些拾取頭用來將半導體芯片從切割晶片轉(zhuǎn)移到引線框架，以便進行芯片結(jié)合過程，其中所述多個拾取頭在到達其特定位置的同時執(zhí)行其規(guī)定的任務，如拾取、芯片結(jié)合、檢查、芯片結(jié)合、芯片涂敷及其它，并且在每個任務完成時轉(zhuǎn)動到另一個位置，以執(zhí)行下一個規(guī)定的任務。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是，提供一種用來連續(xù)地將芯片從晶片轉(zhuǎn)移到其它形式的承載件的旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種能夠執(zhí)行芯片結(jié)合的旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種具有對稱設(shè)計的旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備，該對稱設(shè)計產(chǎn)生低的振動。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種具有改進的靈活性的旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備，該旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備具有多個臂，由此允許同時執(zhí)行多個任務。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備，該旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備根據(jù)分度運動而發(fā)揮作用，由此改進拾取和放置的速度。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備，該旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備通過同時完成拾取和放置動作而實現(xiàn)生產(chǎn)能力的改進。本發(fā)明的另一個目的是，提供一種旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備，豎直運動致動器104具有直接驅(qū)動的機構(gòu)，該直接驅(qū)動的機構(gòu)不需要凸輪，并因此使豎直運動操作更容易、更快以及更準確。借助于本發(fā)明如下詳細描述的理解或基于本發(fā)明在實際中的應用，本發(fā)明的其它和另外的目的將是顯而易見的。這些和其它目的由本發(fā)明實現(xiàn)，本發(fā)明在其優(yōu)選實施例中提供一種旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備，它包括多個拾取頭，其特征在于其還包括直接驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)電機分度器；旋轉(zhuǎn)盤；豎直運動致動器，以將沿Z-軸線安裝在旋轉(zhuǎn)盤上的拾取頭推動到初始位置或目標位置，或者從所述初始位置或目標位置釋放拾取頭；真空轉(zhuǎn)換器，以將真空從主真空管線分配到全部拾取頭，而沒有直接管連接；所述多個拾取頭附接到所述旋轉(zhuǎn)盤的圓周上；所述多個拾取頭布置成離所述旋轉(zhuǎn)盤的中心點的距離相同。


在參照附圖研究具體實施方式
之后，將理解本發(fā)明的其它方面和它們的優(yōu)點，在附圖中圖1示出了與圖像捕獲設(shè)備和環(huán)氧注射器一起的旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備的立體圖。圖2示出了旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備的俯視圖。圖3示出了與豎直運動線性致動器一起的拾取頭模塊的側(cè)視圖。
具體實施例方式在如下的詳細描述中敘述了多個具體細節(jié)，以便提供本發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員或普通技術(shù)人員將理解到，可以在沒有這些細節(jié)的情況下實施本發(fā)明。在其它實例中，為使本發(fā)明清晰，沒有詳細地描述已知的方法、過程及/或元件。
本發(fā)明將從其實施例的如下描述中更清楚地理解，這些實施例參照附圖僅作為例子給出，這些附圖沒有按比例畫出。參照圖1，示出了與圖像捕獲設(shè)備124、環(huán)氧注射器106、芯片晶片環(huán)108以及引線框架112、114在一起的旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備102的立體圖；進一步由圖2具體化，該圖2示出了旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備102的俯視圖。所述旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備102包括旋轉(zhuǎn)盤120 ； 在所述旋轉(zhuǎn)盤120上的多個拾取頭116;多個豎直運動致動器，如直接驅(qū)動的線性伺服電機 104，所述多個豎直運動致動器附接到具有大體平底部的板上，以致動所述拾取頭116 ；以及直接驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)馬達118，其中，所述直接驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)馬達118用來在徑向運動中按照要求的位置精度、力以及速度連續(xù)地驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)盤120。所述旋轉(zhuǎn)盤120也稱作旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤頭。多個拾取頭116被放置在所述旋轉(zhuǎn)盤120的圓周處，并且在每個相鄰拾取頭116 之間的距離在所述旋轉(zhuǎn)盤120的整個圓周上恒定，以便實現(xiàn)所述設(shè)備的最佳穩(wěn)定性。此外， 所述多個拾取頭116布置成離所述旋轉(zhuǎn)盤120的中心點的距離相同。所述直接驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)電機118通過所述旋轉(zhuǎn)盤120來控制所述多個拾取頭116，以瞬間停止在特定位置126、 1觀、132、130處。所述直接驅(qū)動的線性電機104被放置在所述拾取頭116的上方，并且豎直地對準所述拾取頭116，以便為了進行拾取和放置而將所述拾取頭116致動成豎直地運動。 所述拾取頭116能夠拾取具有平表面的小物體，如芯片122。所述直接驅(qū)動的線性電機104 只布置在需要拾取和放置動作的工位處，如芯片拾取工位1 和芯片結(jié)合工位132。在拾取頭116在每個任務中轉(zhuǎn)動的同時，所述直接驅(qū)動的線性電機104將在所需的拾取和放置工位上保持靜止。所述旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備102還包括至少一個真空轉(zhuǎn)換器，以將真空從主真空管線分配到全部拾取頭116，而沒有直接管連接。真空被供給到拾取頭，使得當所述拾取頭與所述芯片相接觸時，在所述拾取頭中形成抽吸力，以拾取所述芯片。如果拾取頭需要釋放所述芯片，則所述真空轉(zhuǎn)換器停機，以取消到所述拾取頭的任何真空。在所述旋轉(zhuǎn)盤120上的拾取頭116的數(shù)目取決于對于應用所需的任務的數(shù)目。需要由所述旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備102執(zhí)行的任務數(shù)目越多，則需要拾取頭116的數(shù)目越多。所述拾取頭116用來在芯片拾取工位1 中拾取半導體芯片122，在其它工位中保持所述芯片 122同時執(zhí)行某些任務，以及在任一個弓I線框架112、114處釋放所述芯片。所述旋轉(zhuǎn)盤120具有對稱設(shè)計，該對稱設(shè)計允許只產(chǎn)生低的振動。此外，可增大旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備102的分度速度(indexing speed)，而不增加振動。分度速度是指特定拾取頭116從一個工位到隨后的工位所用的時間。工位的數(shù)量取決于在所述旋轉(zhuǎn)盤120上拾取頭116的數(shù)量。所述工位可包括但不限于芯片拾取工位126，具有或者沒有來自芯片晶片環(huán)108的升降裝置；倒置觀測檢查工位128，使用芯片背面或芯片封裝(die back or die package)觀測檢查照相機(visioninspection camera) 124 ；芯片結(jié)合工位132 ；以及清除工位130。包括多個拾取頭116的旋轉(zhuǎn)盤120的連續(xù)轉(zhuǎn)動允許同時執(zhí)行多個任務，因而改進了旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備102的效率。旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備102的完整循環(huán)的例子在芯片拾取工位1 處開始，并且在芯片結(jié)合工位132處結(jié)束。在所述芯片拾取工位1 處，直接驅(qū)動的線性電機104致動拾取頭116，該拾取頭116將借助于由真空轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的抽吸力，從晶片環(huán)108拾取至少一個芯片122，然后所述拾取頭通過使所述豎直運動致動器縮回或拉動而豎直地向上運動。所
6述拾取頭116的使用取決于其用途和需要。在此之后，旋轉(zhuǎn)盤120將由直接驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)電機118旋轉(zhuǎn)，以將所述芯片122從芯片拾取工位126轉(zhuǎn)移到倒置觀測檢查工位128，借此芯片表面122將由豎直地對準或大體垂直地對準所述拾取頭的2D/3D芯片表面觀測檢查系統(tǒng) (優(yōu)選芯片背面觀測檢查照相機124)來檢查結(jié)合墊、突起或生球質(zhì)量(ball quality)及外觀缺陷。所述旋轉(zhuǎn)盤120又將轉(zhuǎn)動到清除工位130，由觀測檢查系統(tǒng)確定的不合格的芯片被釋放到某一料斗，以便處置或再加工。在芯片結(jié)合工位132處，所述豎直運動致動器104 推動拾取頭，以將所述芯片122結(jié)合到引線框架112、114，該引線框架112、114已經(jīng)通過環(huán)氧涂層110的環(huán)氧分配工位。在芯片結(jié)合步驟之后，所述旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備102 使通向所述拾取頭116的真空壓力停止，以取消在所述拾取頭116與半導體芯片122之間的真空壓力。在取消真空壓力之后，將芯片122與拾取頭116分開，該豎直運動致動器104 將縮回，以使拾取頭116能夠豎直地向上運動。最后，直接驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)電機118再次將旋轉(zhuǎn)盤120轉(zhuǎn)回芯片拾取工位126，以便進行芯片結(jié)合過程的另一個循環(huán)。同時地進行芯片拾取126、芯片背面檢查128、芯片清除130以及芯片結(jié)合132的全部過程。在過程循環(huán)完成之后，它可重復。 以上示出的例子是對于在每個循環(huán)中有四個工位126、128、132、130而言。所述半導體芯片結(jié)合方法和設(shè)備102能夠被修改，由此所述工位可添加或減少，以便適應需要由所述旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備102執(zhí)行的任務的數(shù)目。此外，拾取頭116的數(shù)量需要與用于單次循環(huán)的任務或階段的數(shù)量相對應。如果另外的任務需要由同一設(shè)備執(zhí)行，則之前的線性型(Iineartyped)芯片結(jié)合設(shè)備需要額外的循環(huán)時間。連續(xù)拾取和放置過程被同時進行，因而改進拾取和放置過程的生產(chǎn)能力。除此之外，當添加新過程時，循環(huán)時間將不會增大。其它任務(如芯片背面觀測)可由所述旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備102通過將拾取頭116添加到所述旋轉(zhuǎn)盤120并調(diào)節(jié)分度角度來執(zhí)行。參照圖3，示出了與直接驅(qū)動的線性電機104—起的拾取頭模塊166的側(cè)視圖。所述拾取頭116被附接到旋轉(zhuǎn)盤120的圓周上，以在需要拾取和放置動作的特定工位處、在直接驅(qū)動的線性電機104靜止的同時被轉(zhuǎn)動而執(zhí)行不同的任務。直接驅(qū)動的線性電機104布置成它可向下致動，以進一步致動拾取頭向下運動。當所述直接驅(qū)動的線性電機104縮回時，所述拾取頭116將自動地向上運動。所述拾取頭模塊116包括吸盤204，在拾取動作完成之后，該吸盤204使芯片122能夠附著到所述拾取頭116上。盡管在以上具體實施方式
中已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例和它們的優(yōu)點，但本發(fā)明不限于此，而是由所附權(quán)利要求書的精神和范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，該旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備包括多個拾取頭(116)，其特征在于其還包括直接驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)馬達分度器(118)；旋轉(zhuǎn)盤(120)；所述多個拾取頭(116)附接到所述旋轉(zhuǎn)盤(120)的圓周上；所述多個拾取頭(116)布置成離所述旋轉(zhuǎn)盤(120)的中心點的距離相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，還包括至少一個真空轉(zhuǎn)換器，以將真空從主真空管線分配到全部拾取頭(116)，而沒有直接管連接。
3.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，所述旋轉(zhuǎn)盤(120)控制所述多個拾取頭(116)，以便瞬間停止在被稱作工位(126、128、132、130)的特定位置處。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，至少一個豎直運動致動器(104)位于所述工位的至少一個處，并且豎直地對準所述拾取頭(116)， 以便將所述拾取頭(116)推動到所述半導體芯片(122)，從而借助于致動的真空轉(zhuǎn)換器拾取所述半導體芯片(122)。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，所述旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備能夠進行芯片背面或芯片封裝觀測檢查。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，至少一個照相機(124)位于所述工位的至少一個處，并且豎直地或大體垂直地對準所述拾取頭 (116)，以便為了進行檢查而捕獲所述半導體芯片(122)的圖像。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，至少一個豎直運動致動器(104)位于所述工位的至少一個處，并且豎直地對準所述拾取頭(116)， 以便在真空轉(zhuǎn)換器停止的情況下推動所述拾取頭(116)從而將所述半導體芯片(122)放置到特定位置。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，所述多個工位(126、128、132、130)用來進一步執(zhí)行諸如芯片拾取(126)、倒置觀測檢查(128)、芯片結(jié)合(132)以及芯片清除(130)之類的任務。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，所述拾取頭(116)能夠拾取具有平表面的小物體。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，所述豎直運動致動器(104)是直接驅(qū)動的致動器。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，所述豎直運動致動器(104)由線性伺服馬達直接地驅(qū)動。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項所述的旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)，其中，所述豎直運動致動器(104)附接到具有大體平底部的板上，以控制拾取頭(116)的上和下位置。
13.一種半導體芯片結(jié)合的方法，其包括如下階段在第一階段中在第一工位處，采取如下步驟在第一工位處的豎直運動致動器(104)將所述第一拾取頭(116)推動到半導體芯片(122)；旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)致動通向第一拾取頭(116)的真空壓力，以將真空壓力施加在所述第一拾取頭(116)與所述半導體芯片 (122)之間；在第一工位處的豎直運動致動器(104)拉動所述第一拾取頭(116)，以拾取所述半導體芯片(122)；在第二工位處，在第二工位處的照相機(124)捕獲由第二拾取頭(116)之前在第一工位處拾取的半導體芯片(122)的圖像，以便進行檢查；在第三工位處，第三拾取頭(116)清除或釋放不合格的芯片；在第四工位處，采取如下步驟在第四工位處的豎直運動致動器(104)將第四拾取頭 (116)推動到用于芯片結(jié)合的特定位置；旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)停止通向第四拾取頭(116)的真空壓力，以取消在所述第四拾取頭與半導體芯片(122)之間的真空壓力； 在第四工位處的豎直運動致動器(104)拉動所述第四拾取頭(116)，在第二階段中，轉(zhuǎn)動在旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)處的旋轉(zhuǎn)盤(120)，以將如下各拾取頭(116)轉(zhuǎn)移到如下各工位 第一拾取頭(116)到第二工位； 第二拾取頭(116)到第三工位； 第三拾取頭(116)到第四工位； 第四拾取頭(116)到第一工位，在第三階段中，轉(zhuǎn)動在旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)處的旋轉(zhuǎn)盤(120)，以將如下各拾取頭(116)轉(zhuǎn)移到如下各工位 第一拾取頭(116)到第三工位； 第二拾取頭(116)到第四工位； 第三拾取頭(116)到第一工位； 第四拾取頭(116)到第二工位，在第四階段中，轉(zhuǎn)動在旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)處的旋轉(zhuǎn)盤(120)，以將如下各拾取頭(116)轉(zhuǎn)移到如下各工位 第一拾取頭(116)到第四工位； 第二拾取頭(116)到第一工位； 第三拾取頭(116)到第二工位； 第四拾取頭(116)到第三工位， 其中，重復全部所述階段。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導體芯片結(jié)合的方法，其中，所述階段的數(shù)量與在所述旋轉(zhuǎn)盤上所述拾取頭(116)的數(shù)量相同。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的半導體芯片結(jié)合的方法，其中，所述工位的數(shù)量能夠添加或減少，以適應由所述旋轉(zhuǎn)式半導體芯片結(jié)合設(shè)備(102)需要執(zhí)行的任務的數(shù)目。
全文摘要
本發(fā)明總體涉及一種旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備(102)，該旋轉(zhuǎn)式芯片結(jié)合設(shè)備(102)包括豎直運動線性致動器和旋轉(zhuǎn)運動致動器，該旋轉(zhuǎn)運動致動器具有多個拾取頭(116)，這些拾取頭(116)用來將半導體芯片(122)從切割晶片轉(zhuǎn)移到引線框架，以便進行芯片結(jié)合過程，其中所述多個拾取頭(116)在到達其特定位置的同時執(zhí)行其規(guī)定的任務，如拾取(126)、芯片結(jié)合(132)、檢查(128)及其它，并且在每個任務完成時轉(zhuǎn)動到另一個位置，以執(zhí)行下一個規(guī)定的任務。
文檔編號H01L21/50GK102194710SQ201010509628
公開日2011年9月21日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者沈亞容 申請人:沈亞容