CH694931A5 - Einrichtung fuer die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat. - Google Patents

Einrichtung fuer die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat. Download PDF

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Description


  



   Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips  auf einem Substrat der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.                                                           



   Solche Montageautomaten sind allgemein als Die Bonder bekannt. Bei  der Montage der Halbleiterchips wird das Substrat von einer Transporteinrichtung  taktweise einer Dispensstation, wo Klebstoff aufgetragen wird, und  dann einer Bondstation zugeführt, wo der nächste Halbleiterchip platziert  wird. Aus dem europäischen Patent EP 330 831 und dem schweizerischen  Patent CH 689 188 sind Transporteinrichtungen bekannt geworden, bei  denen die Ausrichtung des Substrates quer zur Transportrichtung auf  mechanische Weise erfolgt, indem das Substrat gegen einen Anschlag  gezogen wird. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass sich gewisse  Substrate wölben, wenn sie gegen den Anschlag gezogen werden.

   Andererseits  sind Montageautomaten im Handel, bei denen die Lage des Substrates  unmittelbar vor dem Platzieren des nächsten Halbleiterchips mittels  einer Kamera und elektronischer Bildverarbeitung bestimmt und auskorrigiert  wird. Eine solche Lösung ist bekannt aus der europäischen Patentanmeldung  EP 877 544. Diese Lösung hat zwei erhebliche Nachteile: Sie ist zeitintensiv,  was auf Kosten der Zykluszeit geht, und teuer. Von Montageautomaten  werden aber hohe Platzierungsgenauigkeit und kurze Zykluszeiten verlangt.                                                      



   Aus der europäischen Patentanmeldung EP 542 465 ist ein Leadframe-Arbeitsplatz  mit einem beweglichen Indexierungskopf für den Transport des Leadframes  bekannt. Bekannt ist auch, dass ein Leadframe eine krumme Kante aufweisen  kann. Der Indexierungskopf weist einen Sensor auf, mit dem die Lage  der krummen Kante vor dem Ergreifen und Transportieren des Leadframes  detektiert wird. Als Sensor ist eine Lichtschranke vorgesehen. Durch  die Krümmung der Kante des Leadframes bedingte Positionsfehler können  somit teilweise auskompensiert werden. Allerdings wird das Leadframe  nach dem Ergreifen am Indexierungskopf noch mechanisch an diesem  ausgerichtet. Der Indexierungskopf transportiert das Leadframe bis  zum Arbeitsplatz, wo es während der Bearbeitung mit einem Niederhaltesystem  festgeklemmt wird. Die Platzierungsgenauigkeit erreicht bestenfalls  etwa 25  mu m.

   Um die beispielsweise beim Verdrahten eines Halbleiterchips  nötige Genauigkeit zu erreichen, wird das Leadframe nach dem Festklemmen  mit dem Niederhaltesystem mittels einer Kamera vermessen. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Platzierungsgenauigkeit  der montierten Halbleiterchips bei kurzer Zykluszeit zu verbessern.                                                            



   Die Erfindung besteht in den in den Ansprüchen 1 und 6 angegebenen  Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen  Ansprüchen. 



   Eine Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat,  insbesondere einem metallischen Leadframe, enthält einen optischen  Sensor für die Messung der Lage der Längskante des Substrats quer  zur Transportrichtung, der zwei nebeneinander angeordnete Lichtschranken  aufweist. 



     Im Betrieb wird die Lage der Längskante des Substrats mit dem  optischen Sensor erfasst und anschliessend eine Korrekturbewegung  des Substrats quer zur Transportrichtung durchgeführt, um den nächsten  Substratplatz am richtigen Ort bereitzustellen. 



   Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der  Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind nicht massstabsgetreu.                                                             



   Es zeigen:      Fig. 1 Teile einer Einrichtung für die Montage  von Halbleiterchips und ein Leadframe,     Fig. 2 ein weiteres  Leadframe,     Fig. 3 einen Sensor,     Fig. 4 eine elektronische  Schaltung,     Fig. 5 eine Kalibrierungsplatte, und     Fig.  6 eine Einrichtung mit zwei Sensoren.  



   Die Fig. 1 zeigt die für das Verständnis der Erfindung nötigen Teile  einer Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat.  Das Substrat ist ein längliches, metallisches Leadframe 1 mit einer  Anzahl von hintereinander und nebeneinander angeordneten Chipinseln  2, auf denen je ein Halbleiterchip platziert werden soll. Das Leadframe  1 ist nur schematisch dargestellt. Die Einrichtung umfasst ein Transportsystem  für den Transport des Leadframes 1, eine Dispensstation für das Auftragen  von Klebstoff auf das Leadframe 1 und eine Bondstation, an der ein  Pick and Place System einen Halbleiterchip nach dem andern auf dem  Leadframe 1 platziert. 



   Das Leadframe 1 befindet sich dabei stets in einer horizontalen Transportebene  xy und wird in einer Transportrichtung x bewegt. Das Leadframe 1  liegt auf einer heizbaren Auflageplatte auf, welche eine horizontale  Verschiebebahn für das Leadframe 1 bildet und in der Transportebene  xy liegt, und wird vorzugsweise mittels eines Systems feststehender  und beweglicher Klammern schrittweise in Transportrichtung x der  Dispensstation und der Bondstation zugeführt. Ein solches Transportsystem  ist im europäischen Patent EP 330 831 beschrieben und wird deshalb  hier nicht näher erläutert. Der Transport des Leadframes 1 könnte  auch mittels eines Transportsystems erfolgen, das nur eine einzige,  bewegliche Klammer aufweist.

   Das Leadframe 1 wird von den Klammern  bzw. der Klammer, falls nur eine einzige Klammer vorhanden ist, in  seitlicher Richtung, d.h. in negativer y-Richtung gegen eine parallel  zur Transportrichtung x angeordnete, als Anschlag dienende Führungsschiene  3 gezogen und dadurch an dieser ausgerichtet. Das Leadframe 1 weist  entlang seiner Längskanten 4 und 5 Löcher 6 auf, die von einem nicht  dargestellten optischen Sensor abgetastet und für die genaue Positionierung  des Leadframes 1 in Transportrichtung x benützt werden. 



   Das in der Fig. 1 gezeichnete Leadframe 1 ist gekrümmt, wobei die  Krümmung stark übertrieben dargestellt ist. Daher liegen nur ein  vorderer und ein hinterer Kantenbereich 7 bzw. 8 der Längskante 4  des Leadframes 1 an der Führungsschiene 3 an. Der Abstand D der Längskante  4 des Leadframes 1 von    der Führungsschiene 3 ist nicht konstant,  sondern ortsabhängig. Er kann bis zu 80  mu m betragen. Demzufolge  unterliegt der Abstand der Chipinseln 2 von der Führungsschiene 3  gewissen Schwankungen. Falls das Leadframe 1, wie in der Fig. 2 gezeigt  ist, auf die andere Seite gekrümmt ist, liegt nur ein Kantenbereich  9 an der Führungsschiene 3 an. 



   In der Fig. 1 ist nun mit einem ersten Kreuz 10 die Ist-Position  markiert, an der das Pick and Place System den nächsten Halbleiterchip  platzieren wird, sofern keine Korrekturmassnahmen ergriffen werden.  Wegen der Krümmung des Leadframes 1 ist die Ist-Position nicht in  Übereinstimmung mit der mit einem zweiten Kreuz 11 markierten Soll-Position,  die der Halbleiterchip auf dem Leadframe 1 einnehmen soll: Die Ist-Position  ist gegenüber der Soll-Position um die Distanz a verschoben, wobei  die Distanz a den aktuellen Abstand der Längskante 4 des Lead- frames  1 von der Führungsschiene 3 am Ort der Bondstation bezeichnet.

   Um  vor dem Platzieren des nächsten Halbleiterchips die Ist-Position  mit der Soll-Position in Einklang zu bringen, ist vorgesehen, jeweils  den Abstand a mittels eines Sensors 12 zu messen und anschliessend  die Führungsschiene 3 und die Klammer quer zur Transportrichtung  x, nämlich in negativer Richtung y, um den gemessenen Abstand a zu  verschieben. Dabei wird das von der Klammer gegen die Führungsschiene  3 gezogene Leadframe 1 mitverschoben und die Abweichung zwischen  der Ist-Position und der Soll-Position zum Verschwinden gebracht.                                                              



   Die Fig. 3 zeigt einen für die Messung des Abstandes a geeigneten  Sensor 12 im Querschnitt entlang der y-Richtung. Der Sensor 12 ist  an der Führungsschiene 3 (Fig. 1) befestigt. Im Bereich des Sensors  12 ist die Führungsschiene 3 mit einer Ausnehmung versehen. Der Sensor  12 weist eine Lichtquelle 13 und zwei in y-Richtung (Fig. 1) hintereinander  angeordnete Lichtempfänger 14 und 15 auf, so dass zwei Lichtschranken  gebildet werden. Im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 13 und  den beiden Lichtempfängern 14 und 15 ist vorzugsweise eine Linse  16 so angeordnet, dass sich die Lichtquelle 13 im Brennpunkt der  Linse 16 befindet. Die Linse 16 bündelt das von der Lichtquelle 13  ausgestrahlte Licht in parallele Lichtstrahlen, die im Bereich der  Längskante 4 annähernd senkrecht auf das Lead- frame 1 auftreffen.

    Die Ebene der Führungsschiene 3, an der die Kantenbereiche 7 und  8 des in der Fig. 1 dargestellten Leadframes 1 anliegen, ist mit  einer gestrichelten Linie 17 eingezeichnet. Die beiden Lichtempfänger  14 und 15 weisen typischerweise Abmessungen von je 1 mm  x  1 mm  auf. Der Sensor 12 und die Führungsschiene 3 sind so aufeinander  ausgerichtet, dass das Leadframe 1 nur Strahlen unterbricht, die  von der Linse 16 zum ersten Lichtempfänger 14 verlaufen, nicht aber  Strahlen, die von der Linse 16 zum zweiten Lichtempfänger 15 verlaufen.  D.h. der Schatten des mit der Lichtquelle 13 beleuchteten Leadframes  1 fällt immer auf den ersten Lichtempfänger 14, während der zweite  Lichtempfänger 15 nicht beschattet wird. 



   Die entlang der Längskanten 4, 5 des Leadframes 1 angebrachten Löcher  6 sind nur 0.4 mm vom Rand entfernt. Im Strahlengang zwischen der  Linse 16 und dem Lichtempfänger 14 sind vorzugsweise eine oder mehrere  Blenden 18 angeordnet, damit entweder kein von der Lichtquelle 13  abgestrahltes Licht durch ein solches Loch 6 gelangen kann oder dass  allenfalls durch ein solches Loch 6 gelangtes Licht    nicht auf  den Lichtempfänger 14 fällt. Im Strahlengang können fakultativ weitere  optische Elemente vorgesehen sein. 



   Der zweite Lichtempfänger 15 dient als Referenz, so dass Schwankungen  der Helligkeit der Lichtquelle 13 und Schwankungen der Empfindlichkeit  des Lichtempfängers 14 kompensiert werden können. Die -beiden Lichtempfänger  14 und 15 befinden sich -bevorzugt auf demselben Halbleiterchip,  damit sie möglichst die gleiche Licht- und die gleiche Temperaturempfindlichkeit  aufweisen. Die beiden Lichtschranken werden mit der Lock-In-technik  betrieben, wobei die Amplitude des die Lichtquelle 13 speisenden  Stromes beispielsweise mit einer Frequenz von 200 kHz moduliert wird.  Bevorzugt wird als Lichtquelle 13 eine Leuchtdiode verwendet, da  die Amplitude einer Leuchtdiode zu 100% moduliert werden kann, während  bei einer Laserdiode nur eine Modulation der Amplitude von wenigen  Prozent möglich ist.

   Zudem werden die Signale der beiden Lichtempfänger  14 und 15, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, bevorzugt einem Multiplexer  19 zugeführt, dann in einem gemeinsamen Verstärker 20 verstärkt,  in einem Demultiplexer 21 wieder getrennt und schliesslich einem  A/D-Wandler 22 zugeführt, so dass sich Schwankungen im Verstärkerkreis  auf beide Signale gleicher- massen auswirken. Die Steuerleitung für  den Multi-plexer 19 und den Demultiplexer 21 ist mit dem Bezugszeichen  23 bezeichnet. Das Verhältnis des Signals des ersten Lichtempfängers  14 zum Signal des zweiten, als Referenz dienenden Lichtempfängers  15 bildet das Ausgangssignal U A  des Sensors 12, das ein Mass für  den Grad der Abdeckung des ersten Lichtempfängers 14 durch das Leadframe  1 darstellt. 



   Die Kennlinie U A (a), die die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal  Ua des Sensors 12 (Fig. 1) und dem Abstand a der Längskante 4 des  Lead-frames 1 von der Führungsschiene 3 darstellt, kann beispielsweise  mittels einer einem Leadframe ähnlichen Kalibrierungsplatte 24 erfolgen,  die, wie in der Fig. 5 gezeigt ist, eine gerade Längskante 25 mit  um vorbestimmte Werte zurückversetzten geraden Kantenabschnitten  26 aufweist. Bei der Aufnahme der Kennlinie U A (a) wird die Kalibrierungsplatte  24 an der Führungsschiene 3 zum Anschlag gebracht, und das Ausgangssignal  U A  für mindestens zwei verschiedene Kantenabschnitte 26 gemessen  und gespeichert. 



   Im Normalbetrieb wird aus dem gemessenen Ausgangssignal U A  und  der gespeicherten Kennlinie U A (a) durch Interpolation der aktuelle  Abstand a berechnet und die Verschiebung der Führungsschiene 3, der  Klammer und des Leadframes 1 um den ermittelten Abstand a in y-Richtung  durchgeführt. Sobald diese Korrekturbewegung abgeschlossen ist, kann  der Halbleiterchip am richtigen Ort auf dem Leadframe 1 plaziert  werden. 



   Die Fig. 6 zeigt eine Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips  auf einem Leadframe 1, die zwei ortsfest angeordnete Sensoren 12.1  und 12.2 für die Messung des Abstandes der der Führungsschiene 3  zugewandten Längskante 4 des Leadframes 1 aufweist. Die Einrichtung  weist eine Dispensstation auf mit einem in der Horizontalebene beweglich  geführten Schreibkopf 27, um auf die Chipinsel 2 Klebstoff gemäss  einem vorbestimmten Muster aufzutragen, und die Bondstation. Eine  solche Dispensstation ist    z.B. in der europäischen Patentanmeldung  EP 901 155 beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Der  Sensor 12.1 befindet sich am Ort der Dispensstation, um dort den  Abstand c der Längskante 4 des Leadframes 1 von der Führungsschiene  3 zu messen.

   Der Sensor 12.2 dient, wie oben beschrieben, zur Messung  des Abstandes a der Längskante 4 des Leadframes 1 von der Führungsschiene  3 am Ort der Bondstation. 



   Wenn nun in einem Bondzyklus der Abstand a gemessen wurde, dann wird  die Führungsschiene 3 in y-Richtung quer zur Transportrichtung x  des Lead- frames 1 verschoben. Dabei ändert sich natürlich die relative  Lage des Schreibkopfs 27 der Dispensstation bezüglich der Chipinsel  2. Beim Auftragen des Klebstoffs auf die Chipinsel 2 wird der Schreibkopf  27 unter Berücksichtigung sowohl des mit dem Sensor 12.1 gemessenen  Abstandes c der Chipinsel 2 von der Führungsschiene 3 als auch der  den Abstand a kompensierenden Korrekturbewegung der Führungsschiene  3 in y-Richtüng gesteuert. 



   Dank der Erfindung können gekrümmte, oder z.B. vom Schliessen und  Öffnen der Transportklammern in ihrer Lage leicht verschobene Leadframes  bei kurzer Zykluszeit mikrometergenau am Bondort bereitgestellt werden.

Claims (6)

1. Einrichtung für die Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat, insbesondere einem metallischen Leadframe (1), bei der das Substrat taktweise in einer ersten Richtung (x) zu einer Bondstation vorgeschoben wird zur Bereitstellung eines nächsten Substratplatzes (2), wobei ein optischer Sensor (12) vorhanden ist für die Ermittlung der Lage einer Längskante (4) des Substrates (1) bezüglich einer zweiten, zur ersten Richtung orthogonalen Richtung (y), dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (12) eine aus einer Lichtquelle (13) und einem ersten Lichtempfänger (14) gebildete erste Lichtschranke und eine aus der Lichtquelle (13) und einem zweiten Lichtempfänger (15) gebildete zweite, als Referenz dienende Lichtschranke aufweist, und dass der optische Sensor (12) so angeordnet ist, dass das Substrat im Betrieb die erste Lichtschranke teilweise,
die zweite Lichtschranke nicht abdeckt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Lichtempfänger (14, 15) auf demselben Halbleiterchip integriert sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linse (16) vorhanden ist, die so angeordnet ist, dass sich die Lichtquelle (13) im Brennpunkt der Linse (16) befindet.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des ersten Lichtempfängers (14) und das Signal des zweiten Lichtempfängers (15) einem Multiplexer (19) zugeführt sind, und dass dem Multiplexer (19) ein gemeinsamer Verstärker (20) nachgeschaltet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (13) eine Leuchtdiode ist.
6.
Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Längskante (4) des Substrates (1) bezüglich der zweiten Richtung (y) mit dem optischen Sensor (12) erfasst und anschliessend eine Korrekturbewegung des Substrats in der zweiten Richtung (y) durchgeführt wird, um den nächsten Substratplatz (2) am richtigen Ort bereitzustellen.
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