CH707308A1

CH707308A1 - Method for determining height of adhesive dispensing nozzle over reference surface, involves checking image of plate until image dark area meets preset criterion, and setting detected corresponding height of nozzle as reference height

Info

Publication number: CH707308A1
Application number: CH02718/12A
Authority: CH
Inventors: Daniel Kellenberger
Original assignee: Esec Ag
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-13
Also published as: CH707308B1

Abstract

The method involves placing a plate (6) made of spring steel and curved in the unloaded state on reference surface, and positioning a nozzle (4) above the plate. The plate is illuminated with light which is perpendicularly incident on reference surface. The height of nozzle is reduced, and the image of the plate is captured while detecting the current height of nozzle. The image is checked until the image dark area meets a predetermined criterion, and the detected height of nozzle is set as the reference height, corresponding to last image or second last image.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Höhe einer Dispensdüse über einer Referenzfläche. The invention relates to a method for determining the height of a Dispensdüse over a reference surface.

[0002] Bei der Montage von Halbleiterchips werden sehr häufig Klebstoffe auf Epoxy-Basis verwendet, um den Halbleiterchip auf einem Substrat zu befestigen. Der Klebstoff muss so auf das Substrat aufgetragen werden, dass beim nachfolgenden Aufsetzen des Halbleiterchips eine möglichst gleichmässig über die ganze Chipfläche verteilte, von Lufteinschlüssen freie Klebstoffschicht entsteht. Im Idealfall erstreckt sich die Klebstoffschicht seitlich bis über die Kanten des Halbleiterchips hinaus und umschliesst auch die Ecken des Halbleiterchips vollständig. Zudem darf kein Klebstoff auf die Oberfläche des Halbleiterchips mit den elektronischen Schaltkreisen gelangen. Um dies zu erreichen, kommen je nach Chipformat, Klebstoffsorte und weiteren Parametern verschiedene «figürliche» Auftragsmuster zur Anwendung, die vom einfachen Diagonalenkreuz bis zu mehrfach verzweigten Strichfiguren reichen. In the assembly of semiconductor chips, epoxy-based adhesives are very often used to attach the semiconductor chip to a substrate. The adhesive must be applied to the substrate in such a way that, during the subsequent placement of the semiconductor chip, an adhesive layer which is distributed as evenly as possible over the entire chip area and which is free of air inclusions is formed. Ideally, the adhesive layer extends laterally beyond the edges of the semiconductor chip and also completely encloses the corners of the semiconductor chip. In addition, no adhesive may reach the surface of the semiconductor chip with the electronic circuits. In order to achieve this, various "figurative" patterns are used, depending on the chip format, type of adhesive and other parameters, ranging from simple diagonal crosses to multi-branched stick figures.

[0003] Um solche figürliche Muster aufzutragen, sind grundsätzlich zwei Verfahren bekannt. Beim ersten, z.B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 928 637 bekannten Verfahren erfolgt das Auftragen mittels einer mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen ausgebildeten Düse. Die Austrittsöffnungen der Düse befinden sich auf einer vorbestimmten Höhe über dem Substrat. Die benötigte Klebstoffmenge wird mittels eines Druckpulses ausgestossen. Dabei hängt die Form der ausgestossenen Klebstoffmenge vom Abstand zwischen der Düse und dem Substrat ab. Beim zweiten, z.B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 901 155 bekannten Verfahren erfolgt das Auftragen mittels einer an einem Schreibkopf befestigten Einzeldüse. Der Schreibkopf wird in einer entsprechend dem gewünschten Klebstoffmuster programmierten Bewegung über das Substrat geführt und «zeichnet» dabei das Klebstoffmuster. In order to apply such figurative patterns, basically two methods are known. At the first, e.g. From the European patent application EP 928 637 known methods, the application is carried out by means of a nozzle formed with a plurality of outlet openings. The orifices of the nozzle are at a predetermined height above the substrate. The required amount of adhesive is expelled by means of a pressure pulse. The shape of the ejected amount of adhesive depends on the distance between the nozzle and the substrate. At the second, e.g. From the European patent application EP 901 155 known methods, the application is carried out by means of a single nozzle attached to a write head. The write head is guided over the substrate in a movement programmed according to the desired adhesive pattern and "draws" the adhesive pattern.

[0004] Das Auftragen des Klebstoffes auf das Substrat ist ein heikler Prozess. Ein wichtiger Parameter, der mit grosser Genauigkeit einzuhalten ist, ist der Abstand der Düse vom Substrat. Bevor der Produktionsprozess beginnt, muss die Höhe der Substratplätze gemessen werden. Dies erfolgt, indem die in der Höhe verstellbare Düse abgesenkt wird, bis sie den Substratplatz berührt. Diese Berührung wird detektiert und als Substrathöhe gespeichert. Diese Messmethode hat mehrere Nachteile: – Die Düse hinterlässt meistens Klebstoff auf dem Substrat. – Die Messung ist langsam, weil die Berührung mechanisch detektiert wird. – Bei Anwendungen, bei denen mehrere Halbleiterchips übereinander montiert werden (sogenannte «stacked dies» Anwendungen), muss jeweils die Höhe der Oberfläche des Halbleiterchips bestimmt werden, auf dem der nächste Halbleiterchip zu platzieren ist. Hier besteht ein erhebliches Risiko, dass der Halbleiterchip bei der Messung beschädigt wird. Applying the adhesive to the substrate is a delicate process. An important parameter to be met with great accuracy is the distance of the nozzle from the substrate. Before the production process begins, the height of the substrate locations must be measured. This is done by lowering the height-adjustable nozzle until it touches the substrate site. This contact is detected and stored as substrate height. This measurement method has several disadvantages: - The nozzle usually leaves adhesive on the substrate. - The measurement is slow because the touch is detected mechanically. For applications in which several semiconductor chips are stacked on top of each other ("stacked" applications), the height of the surface of the semiconductor chip on which the next semiconductor chip is to be placed must be determined in each case. There is a significant risk that the semiconductor chip will be damaged during the measurement.

[0005] Aus EP 1 613 138 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Laser und eine Kamera ein Triangulationsmesssystem bilden, das benutzt wird, um die Höhe des Substrats bezüglich einer Referenzhöhe zu bestimmen. From EP 1 613 138 a method is known in which a laser and a camera form a triangulation measuring system which is used to determine the height of the substrate relative to a reference height.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und zuverlässige Messmethode zu entwickeln. The invention has for its object to develop a simple and reliable measurement method.

[0007] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. The stated object is achieved according to the invention by the features of claim 1.

[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. <tb>Fig. 1<SEP>zeigt ein Foto einer Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff auf ein Substrat und eine schematisch dargestellte Kamera, <tb>Fig. 2<SEP>zeigt ein Foto eines Werkstücks aus Federstahl, <tb>Fig. 3<SEP>zeigt das Werkstück und die Spitze einer Dispensdüse, und <tb>Fig. 4A – 6B<SEP>zeigen Momentaufnahmen während des erfindungsgemässen Verfahrens zum Bestimmen der Höhe der Dispensdüse.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and with reference to the drawing. <Tb> FIG. 1 <SEP> shows a photograph of a device for applying adhesive to a substrate and a schematically illustrated camera, <Tb> FIG. 2 <SEP> shows a photograph of a workpiece made of spring steel, <Tb> FIG. 3 <SEP> shows the workpiece and the tip of a dispensing nozzle, and <Tb> FIG. 4A-6B <SEP> show snapshots during the inventive method for determining the height of the dispensing nozzle.

[0009] Die Fig. 1 zeigt eine Collage, die aus einem Foto einer Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff auf ein Substrat 1 und einer schematisch dargestellten Kamera 2 besteht. Diese Vorrichtung umfasst einen Schreibkopf 3 mit einer Dispensdüse 4, eine Auflage 5 für das Substrat 1 und die Kamera 2. Der Schreibkopf 3 ist in zwei horizontalen Richtungen x und y beweglich und wird entlang einer vorbestimmten Bahn in der durch die Koordinaten x und y aufgespannten Ebene bewegt, um ein Klebstoffmuster auf das Substrat 1 zu schreiben. Die als z-Höhe bezeichnete Position des Schreibkopfs 3 wird mittels eines Positionsmess- und Regelkreises sehr genau geregelt, damit die Spitze der Dispensdüse 4 in einem vorbestimmten Abstand Δz0über das Substrat 1 geführt werden kann. Damit das Klebstoffmuster an der richtigen Stelle auf dem Substrat 1 aufgetragen wird, wird die Lage des Substrats 1 vor dem Auftragen des Klebstoffes von der Kamera 2 vermessen. Fig. 1 shows a collage consisting of a photo of a device for applying adhesive to a substrate 1 and a camera 2 shown schematically. This device comprises a writing head 3 with a dispensing nozzle 4, a support 5 for the substrate 1 and the camera 2. The writing head 3 is movable in two horizontal directions x and y and is spread along a predetermined path in the x and y coordinates Level moves to write an adhesive pattern on the substrate 1. The designated as z-height position of the write head 3 is controlled very accurately by means of a position measuring and control loop, so that the tip of the Dispensdüse 4 can be performed over the substrate 1 at a predetermined distance .DELTA.z0. In order for the adhesive pattern to be applied to the substrate 1 at the correct location, the position of the substrate 1 is measured by the camera 2 before the adhesive is applied.

[0010] Erfindungsgemäss wird eine Platte 6 aus Federstahl benutzt, um eine Referenzhöhe zu bestimmen, die im Normalbetrieb dem Positionsmess- und Regelkreis als Referenzhöhe zum Einhalten und Regeln des Abstands Δz0über dem Substrat 1 dient. Die Fig. 2 zeigt ein Foto eines Werkstücks aus Federstahl, das eine solche Platte 6 umfasst. Das Werkzeug enthält eine planares Auflageteil 7, die Platte 6 und einen Steg 8, der das Auflageteil 7 und die Platte 6 miteinander verbindet. Die Platte 6 hat eine vorbestimmte Dicke und ist im unbelasteten Zustand gewölbt. Das Auflageteil 7 und der Steg 8 sind fakultative Bestandteile, die nicht zwingend erforderlich sind, sondern nur der einfacheren manuellen Handhabung dienen. According to the invention, a plate 6 made of spring steel is used to determine a reference height, which serves in normal operation the position measuring and control loop as a reference level for maintaining and regulating the distance .DELTA.z0über the substrate 1. FIG. 2 shows a photograph of a workpiece made of spring steel which comprises such a plate 6. The tool includes a planar support member 7, the plate 6 and a web 8, which connects the support member 7 and the plate 6 together. The plate 6 has a predetermined thickness and is curved in the unloaded state. The support member 7 and the web 8 are optional components that are not mandatory, but only serve the easier manual handling.

[0011] Das Verfahren zum Bestimmen der Referenzhöhe der Dispensdüse 4 umfasst folgende Schritte: – Ablegen der Platte 6 aus Federstahl auf einer Referenzfläche. Die Referenzfläche ist beispielsweise die Oberfläche einer Auflage 5, auf der das Substrat 1 aufliegt, oder die Oberfläche des Substrats 1, wenn das Substrat 1 auf der Auflage 5 aufliegt. – Positionieren der Dispensdüse 4 oberhalb der Platte 6. Die Spitze der Dispensdüse 4 befindet sich zwischen der Kamera 2 und der Platte 6. Sie berührt die Platte 6 noch nicht. – Beleuchten der Platte 6 mit Licht, das im Wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche der Auflage 5 auftrifft. – Verringern der Höhe der Dispensdüse und Wiederholen der folgenden beiden Schritte Aufnehmen eines Bildes der Platte 6 und gleichzeitig Erfassen der aktuellen Höhe der Dispensdüse 4, Überprüfen, ob die im Bild vorhandene Fläche 9 ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt, bis die Überprüfung ergibt, dass die Fläche 9 das vorbestimmte Kriterium erfüllt. Die Höhe der Dispensdüse 4 kann kontinuierlich verringert werden. Bevorzugt wird sie schrittweise verringert und bei jedem Schritt ein Bild aufgenommen und die Überprüfung durchgeführt. – Festlegen der beim letzten Bild oder beim zweitletzten Bild erfassten Höhe der Dispensdüse 4 oder einer davon abgeleiteten Höhe als Referenzhöhe The method for determining the reference level of the dispensing nozzle 4 comprises the following steps: - Laying the plate 6 made of spring steel on a reference surface. The reference surface is for example the surface of a support 5, on which the substrate 1 rests, or the surface of the substrate 1, when the substrate 1 rests on the support 5. - Positioning the Dispensdüse 4 above the plate. 6 The tip of the Dispensdüse 4 is located between the camera 2 and the plate 6. It does not touch the plate 6 yet. - Illuminate the plate 6 with light that strikes substantially perpendicular to the surface of the support 5. - Reduce the height of the dispensing nozzle and repeat the following two steps Taking an image of the plate 6 and simultaneously detecting the current height of the dispensing nozzle 4, Check that the area 9 present in the image satisfies a predetermined criterion until the examination reveals that the area 9 meets the predetermined criterion. The height of the dispensing nozzle 4 can be reduced continuously. Preferably, it is gradually reduced and an image is taken at each step and the inspection is performed. - Determining the height of the dispensing nozzle 4 detected at the last image or at the second last image or a height derived therefrom as reference height

[0012] Die Fig. 4A bis 6A zeigen während der Durchführung des Verfahrens zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommene Bilder. Im jeweiligen Bild sichtbar sind eine erste dunkle Fläche 9, zwei helle Rächen 10 bzw. nur eine helle Fläche 10 und eine zweite dunkle Fläche 11. Die erste dunkle Fläche 9 enthält einen zentralen schwarzen Anteil mit einer nicht interessierenden hellen Reflexionsstelle und einen den zentralen Anteil umgebenden grauen Anteil. Der zentrale schwarze Anteil ist ein Abbild der Spitze der Dispensdüse 4, der graue Anteil ist ein gewölbter Teil der Platte 6. Die beiden hellen Flächen 10 sind etwas weniger stark gewölbte Teile der Platte 6. Die zweite dunkle Fläche 11 ist der von der Platte 6 nicht abgedeckte Teil der Auflage 5. Figs. 4A to 6A show images taken at different times during the performance of the method. Visible in the respective image are a first dark area 9, two bright avenues 10 or only one bright area 10 and a second dark area 11. The first dark area 9 contains a central black portion with a non-interested light reflection point and one the central portion surrounding gray portion. The central black portion is an image of the tip of the Dispensdüse 4, the gray portion is a curved portion of the plate 6. The two bright surfaces 10 are slightly less curved parts of the plate 6. The second dark surface 11 is that of the plate. 6 uncovered part of the edition 5.

[0013] Die Fig. 4A zeigt ein mit der Kamera 2 aufgenommenes Bild der Platte 6 zu einem Zeitpunkt, an dem die Dispensdüse 4 die Platte 6 noch nicht berührt. Das Bild der Spitze der Dispensdüse 4 und der gewölbte Teil der Platte 6 sind unscharf, weil sie ausserhalb der Schärfenebene der Kamera 2 liegen. Der gewölbte Teil der Platte 6 ist grau, weil er das auftreffende Licht schräg reflektiert, so dass nur ein geringer Anteil von diffus reflektiertem Licht zur Kamera 2 gelangt. Die von der Platte 6 nicht abgedeckte Auflage 5 erscheint im Bild dagegen als relativ scharfe Fläche 11. Die Dispensdüse 4 erscheint schwarz, weil sie grösstenteils rund ist und das auftreffende Licht nicht zur Kamera 2 zurück reflektiert. Fig. 4A shows a captured with the camera 2 image of the plate 6 at a time at which the dispensing nozzle 4, the plate 6 is not touched. The image of the tip of the Dispensdüse 4 and the curved portion of the plate 6 are out of focus, because they are outside the focus plane of the camera 2. The curved part of the plate 6 is gray because it reflects the incident light obliquely, so that only a small proportion of diffusely reflected light reaches the camera 2. By contrast, the support 5 not covered by the plate 6 appears in the image as a relatively sharp surface 11. The dispensing nozzle 4 appears black because it is largely round and the incident light does not reflect back to the camera 2.

[0014] Als Vorbereitung für die Überprüfung ermittelt jeweils eine Bildauswerteeinrichtung aus dem von der Kamera 2 aufgenommen Bild eine Kurve 12, die den Übergang von der ersten dunklen Fläche 9 zu den beiden hellen Flächen 10 repräsentiert. Das Ergebnis ist in der Fig. 4B bzw. 5B bzw. 6B gezeigt, wo die aus der Bildauswertung resultierende Kurve 12 in das entsprechende Bild 4A bzw. 5A bzw. 6A eingeblendet ist. In preparation for the review, an image evaluation device from the image taken by the camera 2 determines a curve 12 that represents the transition from the first dark surface 9 to the two light surfaces 10. The result is shown in FIGS. 4B and 5B and 6B, respectively, where the curve 12 resulting from the image evaluation is superimposed in the corresponding image 4A or 5A or 6A.

[0015] Die Fig. 5A zeigt ein mit der Kamera 2 aufgenommenes Bild zu einem Zeitpunkt, an dem die Dispensdüse 4 die Platte 6 bereits berührt und auf sie drückt. Die Wölbung der Platte 6 hat sich deshalb ein wenig verringert, und infolgedessen hat sich auch der Übergang von der dunklen Fläche 9 zu den beiden hellen Flächen 10 verändert. Die Fig. 5B zeigt das gleiche Bild, in das die von der Bildauswerteeinrichtung ermittelte Kurve 12 eingeblendet ist. Die Fig. 6A zeigt ein mit der Kamera 2 aufgenommenes Bild zu einem Zeitpunkt, an dem die Dispensdüse 4 soweit abgesenkt wurde, dass sie die Platte 6 flach drückt. Die Fig. 6B zeigt das gleiche Bild, in das die von der Bildauswerteeinrichtung ermittelte Kurve 12 eingeblendet ist. Sobald beim Absenken der Dispensdüse 4 der Zustand erreicht wird, in dem die Dispensdüse 4 die Platte 6 flach auf die Referenzfläche drückt, ändert sich die Kurve 12 nicht mehr. Fig. 5A shows an image taken with the camera 2 at a time when the dispensing nozzle 4 already touches the plate 6 and presses on it. The curvature of the plate 6 has therefore decreased slightly, and as a result, the transition from the dark surface 9 to the two light surfaces 10 has also changed. FIG. 5B shows the same image in which the curve 12 determined by the image evaluation device is superimposed. FIG. 6A shows an image taken with the camera 2 at a time when the dispensing nozzle 4 has been lowered so as to flatten the plate 6 flat. FIG. 6B shows the same image in which the curve 12 determined by the image evaluation device is displayed. As soon as the dispensing nozzle 4 is lowered, the state is reached in which the dispensing nozzle 4 presses the plate 6 flat against the reference surface, the curve 12 no longer changes.

[0016] Wenn die Dicke der Platte 6 bekannt ist, dann kann aus der Referenzhöhe die Höhe der Auflage 5 berechnet werden. Da die Dicke der Substrate, auf denen die Klebstoffportionen aufzutragen sind, bekannt ist, kann aufgrund der Referenzhöhe jederzeit die z-Höhe berechnet werden, die der Schreibkopf 3 einnehmen muss, damit im normalen Dispensbetrieb der einzuhaltende Abstand Δz0zwischen der Dispensdüse 4 und der Substratoberfläche eingehalten ist. If the thickness of the plate 6 is known, then the height of the support 5 can be calculated from the reference level. Since the thickness of the substrates on which the adhesive portions are to be applied is known, the z height can be calculated at any time due to the reference height which the writing head 3 must assume in order to maintain the distance .DELTA.z0 between the dispensing nozzle 4 and the substrate surface during normal dispensing operation is.

[0017] Das vorbestimmte Kriterium, dessen Erfüllung oder Nicht-Erfüllung überprüft wird, ist beispielsweise, dass die Fläche 9 nicht mehr ändert, was gleichbedeutend ist, dass sich die Kurve 12 nicht mehr ändert. Sobald also die Auswertung von zwei nacheinander aufgenommenen Bildern ergibt, dass die daraus ermittelten Kurven 12 oder zumindest ein zentraler Teil der Kurven 12 gleich sind, steht fest, dass die Dispensdüse 4 die Platte 6 flach gedrückt hat, und zwar bereits beim ersten dieser beiden Bilder. Die Höhe der Dispensdüse 4 wird deshalb nicht mehr weiter verringert. Die Referenzhöhe wird festgelegt als diejenige Höhe, die die Dispensdüse 4 bei der Aufnahme des zweitletzten Bildes oder des letzten Bildes einnahm, oder einer davon abgeleiteten Höhe. The predetermined criterion, the fulfillment or non-compliance is checked, for example, that the surface 9 does not change, which is synonymous that the curve 12 no longer changes. Thus, as soon as the evaluation of two consecutively recorded images shows that the curves 12 determined therefrom or at least a central part of the curves 12 are identical, it is clear that the dispensing nozzle 4 has pressed the plate 6 flat, namely already in the first of these two images , The height of the dispensing nozzle 4 is therefore no longer reduced. The reference altitude is set as the height occupied by the dispensing nozzle 4 when taking the second-last image or the last image, or a height derived therefrom.

[0018] Das Verfahren kann bei Bedarf an verschiedenen x, y Positionen des Schreibkopfs 3 durchgeführt werden, so dass im Produktionsbetrieb die Höhe der Dispensdüse 4 an jeder Position im Arbeitsbereich des Schreibkopfs 3 genau eingestellt werden kann. Dazu kann beispielsweise ein matrixartiger Rahmen verwendet werden, der eine Vielzahl von gewölbten Platten 6 aus Federstahl aufweist. Der Rahmen kann so ausgebildet sein, dass er von der Dispensvorrichtung automatisch geladen werden kann. The method can be performed on demand at different x, y positions of the write head 3, so that in the production mode, the height of the dispensing nozzle 4 at each position in the working range of the write head 3 can be accurately adjusted. For this purpose, for example, a matrix-like frame can be used, which has a plurality of curved plates 6 made of spring steel. The frame may be designed so that it can be automatically loaded by the dispensing device.

Claims

A method of determining the height of a dispensing nozzle (4) above a reference surface, characterized by the steps of: Depositing a plate (6) made of spring steel on the reference surface, the plate (6) being arched in the unloaded state, Positioning the dispensing nozzle (4) above the plate (6), Illuminating the plate (6) with light which strikes substantially perpendicular to the reference surface, - Reduce the height of the Dispensdüse (4) and repeat the steps Taking an image of the plate (6) and simultaneously detecting the current height of the dispensing nozzle (4), Checking that a dark area (9) present in the image meets a predetermined criterion until the examination reveals that the dark area (9) meets the predetermined criterion, and - Determining the height of the dispensing nozzle (4) detected at the last image or at the second last image or a height derived therefrom as reference height.

2. The method according to claim 1, characterized in that the predetermined criterion consists in the fact that a transition of the dark area (9) to neighboring bright areas (10) determined with an image evaluation device no longer changes in two consecutively recorded images.