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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Positionieren und/oder zum Verbinden der Kontakt- bahnen von elektronischen Schaltungen, beispielsweise Chips, auf einem Träger, wie beispiels- weise einer Leiterplatte, Keramiksubstrat od. dgl., wobei die elektronischen Schaltungen von einer Positioniereinrichtung erfasst und auf dem Träger positioniert werden und die Positioniereinrich- tung mindestens eine Halterung und einen in der Halterung gelagerten Hubteil umfasst, wobei der Hubteil in der Halterung über ein Magnetlager beweglich gelagert ist.
Eine derartige Einrichtung zum Verbinden, im nachstehenden wird der fachspezifische Begriff Bonden verwendet, von Halbleiterchips auf ein Substrat ist beispielsweise aus der JP 10 135250 A2 bekannt. Bei dieser Einrichtung ist ein Positionierungssystem mit einem Bond- kopf vorgesehen, das den Chip von der Versorgungsposition über die Bondstelle bringt und dort durch Absenken des Halters der Chip mit dem Substrat in Kontakt bringt. Die für den Bondvorgang notwendige Bondkraft wird mittels drei in gewissem Abstand übereinander angebrachten Perma- nentmagneten aufgebracht, wobei die äusseren Permanentmagnete mit dem Halter verbunden sind und der mittlere in Verbindung mit dem Hubteil steht.
Die Bondkraft wird durch die magnetischen Abstossungskräfte der zwei gleichsinnig gepolten Magnete bestimmt, die entsprechend ihrer Ab- standsverminderung zunimmt. Über einen Drucksensor, der über einem feststehenden Magneten angeordnet ist, wird die Bondkraft gemessen und die Vertikalposition des Halters entsprechend angepasst. Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass konstante Bondkräfte nur durch präzises Verfahren des Halters in Abhängigkeit des gemessenen Druckes erreicht werden. Bei diesem Verfahren werden allerdings grosse Massen bewegt, was einerseits die Genauigkeit reduziert und andererseits die in der Massenproduktion von Halbleitern geforderte Geschwindigkeit des Bond- vorganges begrenzt.
Weiters ist aus der JP 58 098 937 A2 eine Einrichtung zum Bonden von Halbleiter- Bauelementen bekannt, die einen U-förmigen Permanentmagneten mit einer beweglichen Spule aufweist. Nachteilig dabei ist, dass auf Grund der Magnetfeldtheorie nur eine Kraftregelung möglich ist.
Ferner ist aus der JP 2 222 155 A2 eine weitere Einrichtung zum Bonden von Halbleiter- Bauelementen bekannt, bei der eine Spiralfeder das untere Bondkraftlimit vorgibt. Nachteilig dabei ist, dass nur Bondkräfte mit dem Elektromagneten eingestellt werden können, die die über der Federkraft liegen. Für kleine Bondkräfte im Grammbereich ist diese Einrichtung nicht geeignet.
Nach einem weiteren Stand der Technik erfolgt die Realisierung der Bondkräfte dadurch, dass der Halter eine Saugnadel aufweist, mit der der Chip angesaugt wird und diese Saugnadel beweg- lich im Halter gelagert wird. Die Bondkraft wird durch eine Feder aufgebracht, die die Saugnadel relativ zum Halter vorspannt. Abhängig von der Federkennlinie erhält man eine Kraft, die sich mit dem Einfederweg des Saugtools im Halter ändert. Zur Erreichung konstanter Bondkräfte wird die Feder so ausgelegt, dass die Federkennlinie im verwendeten Einfederbereich möglichst flach ver- läuft, das heisst, die Änderung der Kraft möglichst gering ausfällt. Zur Realisierung anderer Bond- kräfte ist der Tausch der Feder notwendig, wobei meist der gesamte Haltearm Positioniersystem getauscht werden muss.
Als Federn kommen üblicherweise Spiralfedern zum Einsatz. In Einrichtungen zur Realisierung sehr geringer Bondkräfte ist auch die Verwendung von Blattfedern bekannt. Nachteilig an der Verwendung von mechanischen Federn zur Realisierung der Bondkraft ist, dass die Bondkraft über die Einfederbewegung nicht konstant ist und sich daher unterschiedliche Kräfte ergeben, je nach- dem wie der Hubteil und die Halterung relativ zueinander stehen. Zudem ist die Veränderung der Sollbondkraft in Neutrallage nur durch Austausch der Feder zu realisieren.
Aus der JP11154692 A2 ist es bekannt, Bondkräfte durch Druckdifferenz zu beiden Seiten ei- nes Kolbens in einem Druckzylinder zu realisieren. Bei den Anwendungen mit einem Druckzylinder kann zwar durch Regelung der Druckdifferenz bei der Einfederbewegung die Bondkraft annähernd konstant gehalten werden, allerdings ist die Geschwindigkeit der Regelung durch die endliche Geschwindigkeit des Gastransportes begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einerseits die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet und die anderseits die aus prozesstechni- schen Gründen notwendige einstellbare konstante Kraft oder gegebenenfalls auch Kraftprofile bei der Verarbeitung von Chips ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, mindestens ein regelbarer Elektromagnet und ein relativ zu diesem Elektromagneten angeordneter, beweglicher Ankerteil vorgesehen ist, wobei die Energieversorgung des Elektromagneten über mindestens eine regelba- re und/oder geregelte Strom- bzw. Spannungsquelle, die einen Regler aufweist, erfolgt und dass als Eingangsgrösse für den Regler die durch die Kraftmesseinrichtung gemessene Kraft zwischen Halterung und Hubteil und/oder die mithilfe einer Positionsmesseinrichtung gemessenen Relativ- position von Halterung und Hubteil dient.
Mit dieser Erfindung ist es erstmals möglich, im rationel- len Fertigungsprozess, beispielsweise beim Andrücken des Chip auf das Substrat, immer eine konstante Kraft, insbesondere eine Bondkraft, aufzubringen, trotz unterschiedlicher Relativbewe- gung des Hubteiles in die Halterung aufgrund variierender Chip- oder Substratdicken. Die Grösse dieser konstanten Kraft variiert entsprechend der Charakteristik der verwendeten Verbindungs- technik und kann von einigen mN bis einigen N betragen. Mit der Erfindung kann ohne Werkzeug- tausch die Kraft, beispielsweise zum Bonden, durch Vorgabe der Spannung oder des Stromes durch den/die Elektromagneten verändert werden. Ferner weist die Erfindung den Vorteil auf, dass die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Krafteinstellung den Erfordernissen entspricht.
Die Strom- bzw. Spannungsquelle weist erfindungsgemäss einen Regler auf und als Eingangs- grösse für den Regler dient die durch die Kraftmesseinrichtung gemessene Kraft zwischen Halte- rung und Hubteil. Der Vorteil der Verwendung der Kraft zwischen Hubteil und Halterung als Ein- gangsgrösse für den Regler ist, dass damit direkt die interessierende physikalische Grösse als Soll- Istwert-Vergleich verwendet werden kann. Dadurch ist eine wesentlich genauere Kraftvorgabe erzielbar als wenn beispielsweise indirekte physikalische Grössen wie der Spulenstrom, der magne- tische Fluss oder der Luftspalt unter Anwendung eines Kraftgesetzes für die Kraftregelung verwendet würden.
Zusätzlich oder auch alternativ zu obiger Ausführung weist die Strom- bzw. Spannungsquelle einen Regler auf und als Eingangsgrösse für den Regler dient die mithilfe einer Positionsmessein- richtung gemessene Relativposition von Halterung und Hubteil. Die Verwendung der mit Hilfe eines Wegsensors gemessenen Relativposition zwischen Hubteil und Halter hat den Vorteil, dass damit eine berührungsfreie Lagerung des Ankerteils zwischen den Elektromagneten erzielt werden kann.
Zudem können kommerziell erhältliche, hochgenaue Positionssensoren verwendet werden, wo- durch eine Umsetzung in der Massenproduktion wesentlich vereinfacht wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zusätzlich zum Elektromagnet ein weiterer Elektromagnet vorgesehen, wobei sich der Ankerteil zwischen den beiden Elektromagneten befin- det. Durch die Lagerung des beweglichen Ankerteils zwischen zwei Elektromagnete können zu- sätzliche vorteilhafte Eigenschaften erzielt werden. Beispielsweise ist unter Verwendung eines Positionssensors zur direkten Messung der Position des Ankerteils oder über die Messung indirek- ter Grössen wie beispielsweise dem magnetischen Fluss, der Induktion oder des Spulenstromes eine berührungsfreie und damit reibfreie Lagerung des Ankerteils während seiner Verdrehung in eine bestimmte Winkellage möglich. Durch den Wegfall von Reibeffekten ist eine wesentlich exak- tere Winkelpositionierung möglich.
Weiters können durch diese Anordnung kleinere Bondkräfte erzielt werden, als die durch das Eigengewicht des Ankerteils vorgegeben.
Gemäss einem besonderen Merkmal der Erfindung erfolgt die Energieversorgung des weiteren Elektromagneten ebenfalls über mindestens eine regelbare und/oder geregelte Strom- bzw. Span- nungsquelle, die einen Regler aufweist. Durch Veränderung des Stromes, aber auch der Span- nung, in der Spule des weiteren Elektromagneten kann das Magnetfeld und damit die aktuell wirkenden Kräfte variiert werden. Um einen Maschinenteil auf eine derartige Art und Weise lagern zu können, ist eine regelbare und/oder geregelte Strom- und/oder auch Spannungsquelle erforder- lich, die dafür sorgt, dass die benötigten Bondkräfte zur Verfügung stehen.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung haltet mindestens ein Regler die Kraft zwi- schen Halterung und Hubteil konstant und unabhängig von der Relativposition. Ein wesentliches Qualitätskriterium beim Bonden von Chips ist, dass der mit Kleber ausgefüllte Spalt zwischen Chip und Substrat eine genau definierte Fügespaltdicke aufweist, die auch bei variierenden Substrat- und Chiphöhen den konstanten Wert beibehält. Dies wird gemäss der Erfindung in einer automati- sierten Bondanlage dadurch realisiert, dass der Chip mit der durch diese Erfindung erreichbaren konstanten Bondkraft über einen konstanten Zeitraum auf die Leiterplatte gedrückt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Sollwertvorgabe für eine Kraft
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und/oder die Vorgabe der Relativposition als Konstante oder als Funktion der Zeit möglich. Damit können in einfachster Weise die Parameter für den Fertigungsprozess eingegeben und natürlich auch verändert werden. Über die elektronische Regeleinheit kann die Kraft, insbesondere die Bondkraft, frei gewählt werden, wobei diese Kraft auch unabhängig von der relativen Lage des Ankers zur Halterung ihren vorgegebenen konstanten Wert beibehält.
Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Ankerteil und Halterung oder Ankerteil und den Elektromagneten bzw. deren Verbindung mindestens eine Positionsmess- einrichtung vorgesehen. Insbesondere in Hinblick auf eine Einrichtung zum Verarbeiten von Chips ist eine derartige Anordnung von Vorteil. Dieser Vorteil ist bei der Verwendung von mindestens einem Hubmagneten darin zu sehen, dass dadurch die Masse des Hubteiles von der Masse der Halterung und damit auch von der Masse der Positioniereinrichtung entkoppelt ist. Dadurch ist beim stosshaften Kontakt zwischen Chip und Substrat nur mehr die geringe Masse des Hubteiles wirksam und nicht mehr die gesamte Masse der Positioniereinrichtung.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Halterung und dem Elektromagneten eine statisch bestimmte Kraftmesseinrichtung vorgesehen. Die Elektromagnete sind durch die Verbindung berührungsfrei zur Halterung miteinander verbunden. Die mechanische Anbindung an die Halterung erfolgt ausschliesslich über die Kraftmesseinrichtung.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Ankerteil mit dem Hubteil der Positio- niereinrichtung verbunden und der Elektromagnet in der Halterung vorgesehen. Auch eine derarti- ge Konstruktion ist durchaus denkbar und hat ihre Vorteile.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist in die Positioniereinrichtung ein Bondkopf integriert. Auf diese Weise ist eine immense Verbesserung der Qualität im Fertigungsprozess erreichbar. Durch den Einsatz von mindestens einem Elektromagneten in einem Bondkopf ergeben sich, neben dem bereits aufgezeigten Vorteil der konstanten Kraft, vorzugsweise einer konstanten Bondkraft, noch die Vorteile der Wartungs- und Verschleissfreiheit. Darüber hinaus sind äusserst minimale Lagerverluste und ein minimales Betriebsgeräusch gegeben. Ein derart konstruierter Bondkopf eignet sich vor allem für Diebonder.
Gemäss einem weiteren Ausführungsgedanken der Erfindung ist der Hubteil eine Saugnadel.
Wie bereits mehrfach erwähnt, ist diese erfindungsgemässe Einrichtung unter anderem auch in einem Bondkopf einsetzbar. Üblicherweise umfasst ein derartiger Bondkopf eine Saugnadel zum Ansaugen des Chips und zum Transport desselben. Es ist also eine gravierende Vereinfachung des Werkzeuges, wenn der Hubteil als Saugnadel ausgeführt wird.
Die Positioniereinrichtung kann mindestens drei Bewegungsfreiheiten, in x-, y- und z-Richtung, aufweisen. Damit kann normalerweise der Chip von der Versorgungsposition, also beispielsweise von seiner Lagerung auf einer Folie, zur Verarbeitungsstelle, vorzugsweise zur Bondstelle, ge- bracht werden. Es ist aber durchaus denkbar, dass die Positioniereinrichtung vier Bewegungsfrei- heiten, nämlich die oben aufgezeigten drei Richtungen und ausserdem Drehen, aufweist.
Es ist aber durchaus denkbar, dass die Positioniereinrichtung nur drei Bewegungsfreiheiten, nämlich in y-, z-Richtung und Drehen, aufweist. Die Korrekturbewegung in x-Richtung führt das Substrat.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Hubteil zusätzlich in einem Radialfüh- rungslager, beispielsweise in einem mechanischen Lager oder einem Luftlager, geführt. Der radia- len Lagerung des Hubteiles kommt entscheidender Einfluss auf die erreichbare Genauigkeit zu.
Einerseits muss die Lagerachse exakt mit der vertikalen z-Achse übereinstimmen um bei der Rela- tivbewegung keinen seitlichen Versatz hervorzurufen, andererseits muss die Lagerachse lateral sehr steif sein, um auch bei hohen Kräften ein seitliches Ausweichen des Hubteiles, insbesondere der Saugnadel, zu verhindern.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh- rungsbeispieles näher erläutert.
Die Fig. zeigt eine schematische Darstellung der Einrichtung in einem Bonder.
Einführend sei festgehalten, dass gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bau- teilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offen- barungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeich- nungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich, usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur
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bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen.
Gemäss der Fig. wird mit Hilfe einer Positioniereinrichtung 1 der integrierte Bondkopf in den Ar- beitsbereich bewegt. Die Positioniereinrichtung 1 umfasst mindestens eine Halterung 2 und einen in der Halterung 2 gelagerten Hubteil 3. In der Halterung 2 ist zumindest ein Elektromagnet 4 integ- riert, mit dem über einen Ankerteil 6 eine regelbare Kraft für den Hubteil 3 erzeugt wird. Vorteilhaft- erweise ist in der Halterung 2 zusätzlich ein Elektromagnet 5 und eine Positionsmesseinrichtung 11 integriert. Die Energieversorgung der Elektromagnete und 5 erfolgt über eine - nicht dargestellte - regelbare und/oder geregelte, programmierbare Spannungs- oder Stromquelle.
Die Elektromagnete 4 und 5 sind durch die Verbindung 8 berührungsfrei zur Halterung 2 mit- einander verbunden. Die mechanische Anbindung an die Halterung erfolgt ausschliesslich über die Kraftmesseinrichtung 7. Oberhalb des Elektromagneten 4 bzw. zwischen den Elektromagneten 4 und 5 ist der Ankerteil 6, beispielsweise ein Permanentmagnetanker eingebracht, der wiederum starr an den als Saugnadel ausgeführten Hubteil 3 angekoppelt ist. Mit Hilfe der Saugnadel, die evakuierbar ist, wird ein Chip 9 gehalten. Die Saugnadel wird durch ein Radialführungslager 10 geführt. Das Radialführungslager 10 kann beispielsweise als Luftlager ausgebildet sein, wodurch vorteilhafterweise keine Haftreibung auftritt, die die Genauigkeit der Krafteinbringung herabsetzt.
Beim Bondvorgang wird der Chip 9 mittels der Positioniereinrichtung 1 über die Bondstelle und dort mit einer vertikalen Bewegung in Kontakt mit dem Substrat gebracht. Sobald ein Kontakt zwischen Substrat und Kleber auftritt, vergrössert sich der Abstand zwischen dem Elektromagneten 4 und der mit dem Ankerteil 6 fest verbundenen Saugnadel im Magnetlager. Die resultierende Magnetkraft, die vom Elektromagneten 4 bzw. von den Elektromagneten 4 und 5 auf den Ankerteil 6 wirkt, bestimmt zusammen mit dem Eigengewicht des Hubteils die mit der Kraftmesseinrichtung gemessenen Kraft. Bei Verwendung von nur einem Elektromagneten 4 definiert das Eigengewicht des Hubteils die minimal erreichbare Bondkraft des Chips 9 auf das Substrat. Bei Verwendung von zwei Elektromagneten können auch geringere statische Bondkräfte, als durch das Eigengewicht vorgegeben ist, erzielt werden.
Dies kann dadurch erreicht werden, indem der Differenzbetrag zwischen gewünschter Bondkraft und bekanntem Eigengewicht des Hubteils als Kraft-Sollwert vorgegeben wird.
Die Magnetkraft und damit die Bondkraft kann durch die in die Spulen der Elektromagnete 4 bzw. 5 eingeprägten Ströme verändert werden. Die Ströme sind daher in Abhängigkeit von der gewünschten Sollkraft und der vertikalen Position des Ankerteiles 6 relativ zu den Elektromagneten 4 bzw. 5 zu wählen. Durch geeignete Regelalgorithmen kann dabei beispielsweise eine konstante Bondkraft unabhängig von der Relativbewegung erreicht werden, wobei der Absolutwert der Bond- kraft frei wählbar ist. Auch andere Kraftprofile in Abhängigkeit von der Relativbewegung sind denk- bar und durch entsprechende Regelalgorithmen oder zeitliche Sollwertvorgaben zu realisieren.
Die Eigenschaften des magnetischen Kraftfeldes zwischen Ankerteil 6 und Elektromagnete 4,5 wie beispielsweise die Steifigkeit und Dämpfung, können durch Abändern der Reglerparameter verändert werden. Auch die Position der Saugnadel, als Hubteil 3, kann durch eine Sollwertvorga- be in einen grossen Bereich vorgegeben werden.
Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus die Teile bzw. deren Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
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The invention relates to a device for positioning and / or for connecting the contact paths of electronic circuits, for example chips, on a carrier, such as for example a printed circuit board, ceramic substrate or the like, the electronic circuits being detected and applied by a positioning device be positioned on the carrier and the positioning device comprises at least one holder and a lifting part mounted in the holder, the lifting part being movably mounted in the holder via a magnetic bearing.
Such a device for connecting, in the following the specialist term bonding is used, from semiconductor chips to a substrate is known for example from JP 10 135250 A2. In this device, a positioning system with a bonding head is provided, which brings the chip from the supply position over the bonding point and brings the chip into contact with the substrate there by lowering the holder. The bonding force required for the bonding process is applied by means of three permanent magnets which are arranged at a certain distance above one another, the outer permanent magnets being connected to the holder and the middle one being connected to the lifting part.
The bonding force is determined by the magnetic repulsive forces of the two magnets with the same polarity, which increases according to their reduction in distance. The bonding force is measured and the vertical position of the holder is adjusted accordingly via a pressure sensor, which is arranged above a fixed magnet. A disadvantage of this arrangement is that constant bonding forces can only be achieved by precisely moving the holder as a function of the measured pressure. In this method, however, large masses are moved, which on the one hand reduces the accuracy and on the other hand limits the speed of the bonding process required in the mass production of semiconductors.
Furthermore, a device for bonding semiconductor components is known from JP 58 098 937 A2, which has a U-shaped permanent magnet with a movable coil. The disadvantage here is that, based on the magnetic field theory, only force control is possible.
Furthermore, a further device for bonding semiconductor components is known from JP 2 222 155 A2, in which a spiral spring specifies the lower bond force limit. The disadvantage here is that only bonding forces that are above the spring force can be set with the electromagnet. This device is not suitable for small bond forces in the gram range.
According to a further state of the art, the bonding forces are realized in that the holder has a suction needle with which the chip is sucked in and this suction needle is movably mounted in the holder. The bonding force is applied by a spring that biases the suction needle relative to the holder. Depending on the spring characteristic, a force is obtained that changes with the deflection of the suction tool in the holder. In order to achieve constant bond forces, the spring is designed so that the spring characteristic curve is as flat as possible in the spring range used, that is, the change in force is as small as possible. The spring must be replaced in order to realize other bonding forces, although the entire holding arm positioning system usually has to be replaced.
Spiral springs are usually used as springs. The use of leaf springs is also known in devices for realizing very low bonding forces. A disadvantage of the use of mechanical springs for realizing the bonding force is that the bonding force is not constant via the spring movement and therefore different forces result, depending on how the lifting part and the holder are relative to one another. In addition, the change in the nominal bond force in the neutral position can only be achieved by replacing the spring.
From JP11154692 A2 it is known to realize bonding forces by pressure difference on both sides of a piston in a pressure cylinder. In the case of applications with a pressure cylinder, the bonding force can be kept approximately constant by regulating the pressure difference during the spring movement, but the speed of the regulation is limited by the finite speed of the gas transport.
It is therefore the object of the invention to create a device of the type mentioned at the outset which on the one hand avoids the disadvantages indicated above and on the other hand enables the adjustable constant force required for process reasons or, if appropriate, also force profiles when processing chips.
The object is achieved by the invention.
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The device according to the invention is characterized in that at least one controllable electromagnet and a movable armature part arranged relative to this electromagnet are provided, the energy supply of the electromagnet being provided by at least one controllable and / or regulated current or voltage source which has a regulator, and that the force measured between the holder and the lifting part and / or the relative position of the holder and lifting part measured by means of a position measuring device serves as the input variable for the controller.
With this invention, it is possible for the first time in the rational manufacturing process, for example when pressing the chip onto the substrate, to always apply a constant force, in particular a bonding force, despite different relative movements of the lifting part in the holder due to varying chip or substrate thicknesses , The size of this constant force varies according to the characteristics of the connection technology used and can range from a few mN to a few N. With the invention, the force, for example for bonding, can be changed by specifying the voltage or the current through the electromagnet (s) without changing tools. Furthermore, the invention has the advantage that the accuracy and speed of the force adjustment corresponds to the requirements.
According to the invention, the current or voltage source has a controller and the force measured by the force measuring device between the holder and the lifting part serves as the input variable for the controller. The advantage of using the force between the lifting part and bracket as the input variable for the controller is that the physical quantity of interest can be used directly as a comparison of the setpoint and actual value. As a result, a much more precise force specification can be achieved than if, for example, indirect physical variables such as the coil current, the magnetic flow or the air gap were used for force control using a force law.
In addition or alternatively to the above embodiment, the current or voltage source has a controller and the relative position of the holder and the lifting part, which is measured with the aid of a position measuring device, serves as the input variable for the controller. The use of the relative position between the lifting part and holder measured with the aid of a displacement sensor has the advantage that contactless mounting of the armature part between the electromagnets can be achieved.
In addition, commercially available, high-precision position sensors can be used, which considerably simplifies implementation in mass production.
According to a further feature of the invention, a further electromagnet is provided in addition to the electromagnet, the armature part being located between the two electromagnets. By mounting the movable armature part between two electromagnets, additional advantageous properties can be achieved. For example, using a position sensor for direct measurement of the position of the armature part or by measuring indirect variables such as the magnetic flux, induction or the coil current, a contact-free and thus friction-free mounting of the armature part is possible during its rotation into a certain angular position. By eliminating friction effects, a much more precise angular positioning is possible.
In addition, this arrangement can achieve bonding forces that are smaller than those specified by the weight of the anchor part.
According to a special feature of the invention, the further electromagnet is also supplied with energy via at least one controllable and / or regulated current or voltage source which has a regulator. By changing the current, but also the voltage, in the coil of the further electromagnet, the magnetic field and thus the currently acting forces can be varied. In order to be able to store a machine part in such a manner, a controllable and / or regulated current and / or voltage source is required, which ensures that the required bonding forces are available.
According to a special feature of the invention, at least one controller keeps the force between the holder and the lifting part constant and independent of the relative position. An important quality criterion when bonding chips is that the gap between the chip and the substrate filled with adhesive has a precisely defined joining gap thickness, which maintains the constant value even with varying substrate and chip heights. According to the invention, this is implemented in an automated bond system in that the chip is pressed onto the printed circuit board over a constant period of time with the constant bonding force that can be achieved by this invention.
According to a further embodiment of the invention, the setpoint is for a force
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and / or the specification of the relative position as a constant or as a function of time is possible. This allows the parameters for the manufacturing process to be entered and, of course, changed in the simplest way. The force, in particular the bonding force, can be freely selected via the electronic control unit, this force also maintaining its predetermined constant value regardless of the relative position of the armature relative to the holder.
According to a special embodiment of the invention, at least one position measuring device is provided between the armature part and the holder or armature part and the electromagnets or their connection. Such an arrangement is particularly advantageous with regard to a device for processing chips. This advantage can be seen when using at least one lifting magnet in that the mass of the lifting part is decoupled from the mass of the holder and thus also from the mass of the positioning device. As a result, only the small mass of the lifting part is effective in the case of abrupt contact between the chip and the substrate and no longer the entire mass of the positioning device.
According to one embodiment of the invention, a statically determined force measuring device is provided between the holder and the electromagnet. The electromagnets are connected to each other by the connection to the holder without contact. The mechanical connection to the bracket takes place exclusively via the force measuring device.
According to a further feature of the invention, the armature part is connected to the lifting part of the positioning device and the electromagnet is provided in the holder. Such a construction is also conceivable and has its advantages.
According to a special feature of the invention, a bonding head is integrated in the positioning device. In this way, an immense improvement in quality in the manufacturing process can be achieved. By using at least one electromagnet in a bonding head, in addition to the advantage of constant force, preferably a constant bonding force, the advantages of freedom from maintenance and wear also result. In addition, there are extremely minimal storage losses and minimal operating noise. A bondhead constructed in this way is particularly suitable for thievers.
According to a further embodiment of the invention, the lifting part is a suction needle.
As already mentioned several times, this device according to the invention can also be used in a bonding head, among other things. Such a bonding head usually comprises a suction needle for sucking in the chip and for transporting it. It is a serious simplification of the tool if the lifting part is designed as a suction needle.
The positioning device can have at least three freedom of movement, in the x, y and z directions. The chip can thus normally be brought from the supply position, that is to say for example from its storage on a film, to the processing point, preferably to the bonding point. However, it is quite conceivable that the positioning device has four freedom of movement, namely the three directions shown above and also rotating.
However, it is entirely conceivable that the positioning device has only three freedom of movement, namely in the y, z direction and rotation. The correction movement in the x direction guides the substrate.
According to a further feature of the invention, the lifting part is additionally guided in a radial guide bearing, for example in a mechanical bearing or an air bearing. The radial mounting of the lifting part has a decisive influence on the accuracy that can be achieved.
On the one hand, the bearing axis must coincide exactly with the vertical z-axis in order not to cause any lateral misalignment during the relative movement, on the other hand the bearing axis must be very rigid laterally in order to prevent the lifting part, especially the suction needle, from evading laterally even under high forces.
The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing.
The figure shows a schematic representation of the device in a bonder.
In the introduction, it should be noted that the same parts are provided with the same reference numerals or the same component designations, and the disclosures contained in the entire description can be applied analogously to the same parts with the same reference numerals or the same component designations. The location information selected in the description, such as. B. top, bottom, side, etc. on the immediately described and illustrated figure
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and are to be transferred to the new location if there is a change in location.
According to the figure, the integrated bonding head is moved into the working area with the aid of a positioning device 1. The positioning device 1 comprises at least one holder 2 and a lifting part 3 mounted in the holder 2. At least one electromagnet 4 is integrated in the holder 2, with which an adjustable force for the lifting part 3 is generated via an armature part 6. An electromagnet 5 and a position measuring device 11 are also advantageously integrated in the holder 2. The electromagnets 5 and 5 are supplied with energy via a - not shown - adjustable and / or regulated, programmable voltage or current source.
The electromagnets 4 and 5 are connected by the connection 8 to the holder 2 without contact. The mechanical connection to the holder takes place exclusively via the force measuring device 7. Above the electromagnet 4 or between the electromagnets 4 and 5, the armature part 6, for example a permanent magnet armature, is inserted, which in turn is rigidly coupled to the lifting part 3 designed as a suction needle. A chip 9 is held with the aid of the suction needle, which can be evacuated. The suction needle is guided through a radial guide bearing 10. The radial guide bearing 10 can be designed, for example, as an air bearing, as a result of which advantageously no static friction occurs which reduces the accuracy of the force application.
During the bonding process, the chip 9 is brought into contact with the substrate by means of the positioning device 1 via the bonding point and there with a vertical movement. As soon as there is contact between the substrate and the adhesive, the distance between the electromagnet 4 and the suction needle firmly connected to the armature part 6 increases in the magnetic bearing. The resulting magnetic force, which acts on the armature part 6 from the electromagnet 4 or from the electromagnets 4 and 5, together with the dead weight of the lifting part, determines the force measured with the force measuring device. When using only one electromagnet 4, the dead weight of the lifting part defines the minimum achievable bond force of the chip 9 on the substrate. If two electromagnets are used, lower static bonding forces than those specified by the dead weight can also be achieved.
This can be achieved by specifying the difference between the desired bonding force and the known weight of the lifting part as the desired force value.
The magnetic force and thus the bonding force can be changed by the currents impressed into the coils of the electromagnets 4 and 5. The currents are therefore to be selected as a function of the desired target force and the vertical position of the armature part 6 relative to the electromagnets 4 and 5. Suitable control algorithms can be used, for example, to achieve a constant bond force independent of the relative movement, the absolute value of the bond force being freely selectable. Other force profiles depending on the relative movement are also conceivable and can be implemented by means of appropriate control algorithms or time setpoint values.
The properties of the magnetic force field between armature part 6 and electromagnet 4, 5, such as the rigidity and damping, can be changed by changing the controller parameters. The position of the suction needle, as the lifting part 3, can also be specified in a large range by specifying a setpoint.
For the sake of order, it should finally be pointed out that, for a better understanding of the structure, the parts or their components have been partially shown to scale and / or enlarged and / or reduced.
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