CH695405A5 - Die Bonder und Wire Bonder mit einer Ansaugvorrichtung zum Flachziehen und Niederhalten eines gewölbten Substrats. - Google Patents

Die Bonder und Wire Bonder mit einer Ansaugvorrichtung zum Flachziehen und Niederhalten eines gewölbten Substrats. Download PDF

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CH695405A5
CH695405A5 CH02222/00A CH22222000A CH695405A5 CH 695405 A5 CH695405 A5 CH 695405A5 CH 02222/00 A CH02222/00 A CH 02222/00A CH 22222000 A CH22222000 A CH 22222000A CH 695405 A5 CH695405 A5 CH 695405A5
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Description

CH 695 405 A5
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft einen Die Bonder und einen Wire Bonder mit einer Ansaugvorrichtung zum Flachziehen und Niederhalten eines gewölbten Substrats.
[0002] Bei der Montage von Halbleiterchips auf einem Substrat mittels eines sogenannten Die Bonders wird das Substrat auf einer Auflagefläche taktweise um eine vorbestimmte Distanz transportiert, damit ein Halbleiterchip an der dafür vorgesehenen Stelle montiert werden kann. Damit das Substrat plan auf der Auflagefläche aufliegt, weist die Auflagefläche eine mit einer Vakuumquelle verbindbare Bohrung zum Ansaugen und Niederhalten des Substrates auf.
[0003] Einige Substrate, beispielsweise bereits mit Halbleiterchips bestückte BGA^s (Ball Grid Array), die zunächst mit Klebstoff zu beschichten und danach mit einem zweiten Halbleiterchip zu bestücken sind oder die zur Herstellung von Drahtverbindungen der Bondstation eines Wire Bonders zugeführt werden, sind unter Umständen derart stark gewölbt, dass das Ansaugen des Substrates nicht gelingt.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Die Bonder und einen Wire Bonder anzugeben, der auch stark gewölbte Substrate verarbeiten kann.
[0005] Die Erfindung besteht in den in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
[0006] Die Erfindung besteht darin, in der Auflagefläche des Bonders Kavitäten mit heb- und senkbaren Sauggreifern aus elastischem und formstabilem Material anzuordnen. Bei einem Die Bonder wird das Substrat jeweils taktweise zur Dispensstation, wo Klebstoff aufgetragen wird, und dann zur Bondstation vorgeschoben, wo der nächste Halbleiterchip montiert wird. Bei einem Wire Bonder wird das Substrat jeweils taktweise zur Bondstation vorgeschoben, wo die Drähte zwischen dem Halbleiterchip und dem Substrat angebracht werden. Während des Vorschubs des gewölbten Substrates sind die Sauggreifer versenkt in den Kavitäten. Sobald das Substrat seine Lage erreicht hat, werden die Sauggreifer mittels eines Hubzylinders um eine vorbestimmte Distanz angehoben und mit Vakuum beaufschlagt. Dabei ragen die Sauggreifer über die Ebene der Auflagefläche hinaus. Sobald der Sauggreifer die Unterseite des gewölbten Substrates berührt, entsteht ein mehr oder weniger gut abgedichteter Hohlraum. Die Druckdifferenz zwischen dem Druck auf der Oberseite des Substrates (Atmosphärendruck) und dem Druck im Hohlraum auf der Unterseite (Vakuum) bewirkt dann, dass das Substrat flach gegen die Auflagefläche gedrückt wird, wobei der elastische Sauggreifer zusammengedrückt wird. Sobald der Prozess - Klebstoff auftragen oder Halbleiterchip montieren oder Verdrahten - abgeschlossen ist, wird das Vakuum gelöst und der Hubzylinder abgesenkt. Die erfindungsgemässe Lösung hat den Vorteil, dass sich die Sauggreifer beim Vorschub des Substrates abgesenkt unterhalb der Auflagefläche befinden und den Vorschub des Substrates somit nicht stören können.
[0007] Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der nicht massstäblichen Zeichnung näher erläutert.
[0008] Es zeigen:
Fig. 1 A, B im Querschnitt und in Aufsicht eine Ansaugvorrichtung zur Aufnahme eines Substrates, und Fig. 2 eine weitere Ansaugvorrichtung.
[0009] Die Fig. 1A und 1B zeigen im Querschnitt und in Aufsicht eine Ansaugvorrichtung mit einer Platte 1 mit einer ebenen Auflagefläche 2 zur Aufnahme eines Substrates 3. Das Substrat 3 wird von einer nicht dargestellten Transporteinrichtung taktweise in einer Transportrichtung 4 zu einer Prozessstation vorgeschoben, wo Klebstoff aufgebracht wird oder wo es mit einem Halbleiterchip bestückt wird oder wo Drahtverbindungen zwischen einem montierten Halbleiterchip und dem Substrat 3 hergestellt werden. Die Platte 1 weist eine mit einer ein- und ausschaltbaren Vakuumquelle verbindbare Bohrung 5 und eine in die Auflagefläche 2 eingelassene Nut 6 auf. Die Nut 6 befindet sich am Ort der Prozessstation. Die Platte 1 enthält vier matrixförmig angeordnete, gegen die Auflagefläche 2 offene Kavitäten 7, in denen je ein flexibler Sauggreifer 8.1 bis 8.4 versenkt angeordnet ist. Die Sauggreifer 8.1 bis 8.4 sind vorzugsweise sogenannte Faltenbalgsauggreifer, die sich dank den Falten in ihrer Längsrichtung zusammendrücken lassen. Die vier Sauggreifer 8.1 bis 8.4 sind auf einer Trägerplatte 9 montiert, die von einem pneumatisch angetriebenen Hubzylinder 10 zwischen einer unteren Endlage und einer oberen Endlage auf und ab bewegt wird. Die untere Endlage und die obere Endlage sind durch Anschläge definiert. Die obere Endlage wird z.B. durch in der Trägerplatte 9 angeordnete Schrauben 11 definiert, deren Kopf beim Anheben des Hubzylinders 10 an der Platte 1 zum Anschlag kommt. Über die Schrauben 11 kann genau eingestellt werden, um welche Distanz D die Sauggreifer 8.1 bis 8.4 in der oberen Endlage über das Niveau der Auflagefläche 2 vorstehen. In der oberen Endlage stehen die Sauggreifer 8.1 bis 8.4 um eine Distanz D von typisch etwa 2 mm über die Auflagefläche 2 vor. Die Distanz D hängt ab von der maximalen Wölbung des Substrates 3. In der unteren Endlage befinden sich die Sauggreifer 8.1 bis 8.4 abgesenkt vollständig innerhalb der zugehörigen Kavität 7, so dass der Vorschub des Substrates 3 ungehindert erfolgen kann.
[0010] Mit zunehmendem Durchmesser der Ansaugöffnung der Faltenbalgsauggreifer erhöht sich einerseits die auf das Substrat 3 einwirkende Kraft, wenn das Vakuum angelegt wird, andererseits erhöht sich die Steifigkeit des Faltenbalgs-auggreifers, die dem Ansaugen des Substrates 3 mechanisch Widerstand leistet. Bewährt haben sich Faltenbalgsauggreifer des Typs FG 9 der Firma Schmalz.
[0011] Die beiden Sauggreifer 8.1 und 8.2, die in Transportrichtung 4 gesehen auf gleicher Höhe angeordnet sind, sind
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CH 695405 A5
über ein erstes Ventil 12 mit einer nicht dargestellten Vakuumquelle verbunden. Die beiden Sauggreifer 8.3 und 8.4, die in Transportrichtung 4 gesehen ebenfalls auf gleicher Höhe angeordnet sind, sind über ein zweites Ventil 13 mit der Vakuumquelle verbunden. Die Bohrung 5 ist über ein drittes Ventil 14 mit der Vakuumquelle verbunden.
[0012] Die Ansaugvorrichtung arbeitet im Betrieb in Übereinstimmung mit dem Arbeitszyklus der Maschine wie folgt: Der Hubzylinder 10 befindet sich zunächst in seiner unteren Endlage: die Sauggreifer 8.1 bis 8.4 sind in den Kavitäten 7 versenkt. Die Ventile 12, 13 und 14 sind geschlossen: An der Bohrung 5 und an den Sauggreifern 8.1 bis 8.4 liegt kein Vakuum an. Das Substrat 3 wird vorgeschoben. Nachdem das Substrat 3 seine vorgesehene Lage erreicht hat, wird der Hubzylinder 10 in seine obere Endlage gebracht. Zudem werden die drei Ventile 12, 13 und 14 geöffnet, so dass die Bohrung 5 und die Sauggreifer 8.1 bis 8.4 mit Vakuum beaufschlagt werden. Sobald ein Sauggreifer die Unterseite des Substrates 3 berührt, entsteht ein mehr oder weniger gut abgedichteter Hohlraum. Die Druckdifferenz zwischen dem Druck auf der Oberseite des Substrates 3 (Atmosphärendruck) und dem Druck im Hohlraum auf der Unterseite (Vakuum) bewirkt dann, dass das Substrat 3 flach gegen die Auflagefläche 2 gedrückt wird, wobei der Sauggreifer zusammengedrückt wird. Sobald das Substrat 3 flach auf der Auflagefläche 2 aufliegt, wird auch der zwischen der Nut 6 und dem Substrat 3 gebildete Hohlraum mit Vakuum gefüllt. Das Substrat 3 wird wegen der Nut 6 einerseits am Prozessort angesogen und andererseits auf der die Nut 6 umgebenden Fläche der Auflagefläche 2 abgestützt. Sobald der Pro-zess - Klebstoff auftragen oder Halbleiterchip montieren oder Verdrahten - abgeschlossen ist, werden die drei Ventile 12,13 und 14 geschlossen und der Hubzylinder 10 abgesenkt. Der Arbeitszyklus ist abgeschlossen und der nächste Arbeitszyklus beginnt.
[0013] Es kommt im Betrieb immer wieder vor, dass nur die beiden Sauggreifer 8.1 und 8.2 oder nur die beiden Sauggreifer 8.3 und 8.4 vom Substrat 3 abgedeckt sind. Zwischen dem Substrat 3 und den abgedeckten Sauggreifern kann dennoch ein zum Flachdrücken des Substrates 3 genügend grosses Vakuum aufgebaut werden, wenn der innere Strömungswiderstand der Ventile 12, 13 und 14 genügend gross ist. Die nicht abgedeckten Sauggreifer bilden dann zwar ein Leck, aber der Durchsatz der einströmenden Luft bleibt klein genug und vermag das Vakuum nicht abzubauen.
[0014] Bevorzugt werden die drei Ventile 12, 13 und 14 gleichzeitig ein- und ausgeschaltet. Es ist aber auch möglich, das Ventil 14, das die Bohrung 5 mit Vakuum beaufschlagt, leicht verzögert zu öffnen.
[0015] Fakultativ ist eine zweite, in die Nut 6 einmündende Bohrung 15 vorhanden, an deren anderem Ende ein nicht dargestellter Sensor zur Messung des Vakuums angeordnet ist. Jeweils nach dem Öffnen der drei Ventile 12,13 und 14 prüft der Sensor, ob das Vakuum in der Bohrung 15 bzw. in der Nut 6 einen vorbestimmten Wert erreicht oder nicht. Falls das Substrat 3 plan auf der Auflagefläche 2 aufliegt, bildet sich das Vakuum in der Bohrung 15 bzw. in der Nut 6 aus, der Sensor spricht an und der Prozessschritt wird durchgeführt. Wenn das gewünschte Vakuum nicht erreicht wird, dann wird eine Fehlermeldung erzeugt.
[0016] Die Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere Ansaugvorrichtung, bei der die vier Sauggreifer 8.1 bis 8.4 und die Bohrung 5 mit einem einzigen Ventil 12 verbunden sind. Die beiden Sauggreifer 8.1 und 8.2, die in Transportrichtung 4 gesehen nebeneinander angeordnet sind, sind über einen gemeinsamen Strömungswiderstand 16 mit dem Ventil 12 verbunden. Die beiden Sauggreifer 8.3 und 8.4, die in Transportrichtung 4 gesehen ebenfalls nebeneinander angeordnet sind, sind über einen gemeinsamen Strömungswiderstand 17 mit dem Ventil 12 verbunden. Die Bohrung 5 ist über einen dritten Strömungswiderstand 18 mit dem Ventil 12 verbunden. Die Aufgabe der Strömungswiderstände 16 bis 18 besteht darin, die Leckrate zu begrenzen, wenn die zugehörigen Sauggreifer bzw. die Bohrung 5 nicht abgedeckt sind, damit die anderen, abgedeckten Sauggreifer das Substrat 3 dennoch anzusaugen vermögen. Ein solcher Strömungswiderstand besteht beispielsweise aus einer in der Leitung zwischen dem Sauggreifer und dem Ventil angebrachten Verengung, deren Querschnitt und Länge den gewünschten Strömungswiderstand ergibt.
[0017] Die Ausbildung der Ansaugvorrichtung mit vier Sauggreifern gewährleistet das einwandfreie Festhalten des Substrates bei optimaler Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fläche und optimaler Anpassung an die Art und Weise, wie die Substrate transportiert werden: Zu berücksichtigen ist nämlich, dass die Substrate eines nach dem andern der Prozessstation zugeführt und dort plan auf der Auflagefläche festgehalten werden müssen. Anstelle der kreisrunden Faltenbalgsauggreifer sind allerdings auch Sauggreifer mit einer anderen Form, z.B. einer rechteckigen, quadratischen oder elliptischen Form, verwendbar.

Claims (6)

Patentansprüche
1. Die Bonder mit einer Ansaugvorrichtung zum Flachziehen und Niederhalten eines gewölbten, mit einem Halbleiterchip zu bestückenden oder bestückten Substrats (3) auf einer Auflagefläche (2) einer Platte (1), die eine mit einer Vakuumquelle verbindbare Bohrung (5) zum Ansaugen des Substrats (3) an einer Prozessstation aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1) mindestens eine gegen die Auflagefläche (2) offene Kavität (7) enthält, in der ein Sauggreifer (8.1; 8.2; 8.3; 8.4) aus elastischem Material vorhanden ist, wobei der Sauggreifer (8.1; 8.2; 8.3; 8.4) während des Transports des Substrats (3) in der Kavität (7) versenkbar und zum Ansaugen des Substrats (3) über das Niveau der Auflagefläche (2) hinaus anhebbar ist.
2. Die Bonder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauggreifer (8.1; 8.2; 8.3; 8.4) einen Faltenbalg aufweist.
3. Die Bonder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor vorhanden ist zur Messung des Vakuums an der Prozessstation.
4. Wire Bonder mit einer Ansaugvorrichtung zum Flachziehen und Niederhalten eines gewölbten, mit einem Halbleiter-
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CH 695 405 A5
chip zu bestückenden oder bestückten Substrats (3) auf einer Auflagefläche (2) einer Platte (1), die eine mit einer Vakuumquelle verbindbare Bohrung (5) zum Ansaugen des Substrats (3) an einer Prozessstation aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (1) mindestens eine gegen die Auflagefläche (2) offene Kavität (7) enthält, in der ein Sauggreifer (8.1; 8.2; 8.3; 8.4) aus elastischem Material vorhanden ist, wobei der Sauggreifer (8.1; 8.2; 8.3; 8.4) während des Transports des Substrats (3) in der Kavität (7) versenkbar und zum Ansaugen des Substrats (3) über das Niveau der Auflagefläche (2) hinaus anhebbar ist.
5. Wire Bonder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauggreifer (8.1; 8.2; 8.3; 8.4) einen Faltenbalg aufweist.
6. Wire Bonder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor vorhanden ist zur Messung des Vakuums an der Prozessstation.
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