CH707308B1

CH707308B1 - Verfahren zum Bestimmen einer Referenzhöhe einer Dispensdüse.

Info

Publication number: CH707308B1
Application number: CH02718/12A
Authority: CH
Inventors: Kellenberger Daniel
Original assignee: Esec Ag
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2017-02-15
Also published as: CH707308A1

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Referenzhöhe einer Dispensdüse (4) umfasst: Ablegen einer Platte (6) aus Federstahl auf einer Referenzfläche, wobei die Platte (6) im unbelasteten Zustand gewölbt ist, Positionieren der Dispensdüse (4) oberhalb der Platte (6), Beleuchten der Platte (6) mit Licht, das im Wesentlichen senkrecht auf die Referenzfläche auftrifft, Verringern der Höhe der Dispensdüse (4) und Wiederholen der Schritte. Aufnehmen eines Bildes der Platte (6) und gleichzeitig Erfassen der aktuellen Höhe der Dispensdüse (4),Überprüfen, ob eine im Bild vorhandene dunkle Fläche ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt, bis die Überprüfung ergibt, dass die dunkle Fläche das vorbestimmte Kriterium erfüllt, und Festlegen der beim letzten Bild oder beim zweitletzten Bild erfassten Höhe der Dispensdüse (4) oder einer davon abgeleiteten Höhe als Referenzhöhe.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Referenzhöhe einer Dispensdüse.

[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 diagonalen Kreuz bis zu mehrfach verzweigten Strichfiguren reichen.

[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.

[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.

[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.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und zuverlässige Messmethode zu entwickeln.

[0007] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 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.

[0009] Die Fig. 1 zeigt eine Collage, die aus einer 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.

[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.

[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 eine im Bild vorhandene dunkle Fläche 9 ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt, bis die Überprüfung ergibt, dass die dunkle 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.

[0012] Die Fig. 4A bis 6A zeigen während der Durchführung des Verfahrens zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommene Bilder. Im jeweiligen Bild sichtbar sind die dunkle Fläche 9, zwei helle Flächen 10 bzw. nur eine helle Fläche 10 und eine zweite dunkle Fläche 11. Die 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.

[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.

[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 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.

[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.

[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.

[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.

[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.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen einer Referenzhöhe einer Dispensdüse (4), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ablegen einer Platte (6) aus Federstahl auf einer Referenzfläche, wobei die Platte (6) im unbelasteten Zustand gewölbt ist, – Positionieren der Dispensdüse (4) oberhalb der Platte (6), – Beleuchten der Platte (6) mit Licht, das im Wesentlichen senkrecht auf die Referenzfläche auftrifft, – Verringern der Höhe der Dispensdüse (4) und Wiederholen der Schritte. Aufnehmen eines Bildes der Platte (6) und gleichzeitig Erfassen der Höhe der Dispensdüse (4), Überprüfen, ob eine im Bild vorhandene dunkle Fläche (9) ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt, bis die Überprüfung ergibt, dass die dunkle Fläche (9) das vorbestimmte Kriterium erfüllt, und – Festlegen der beim letzten Bild oder beim zweitletzten Bild erfassten Höhe der Dispensdüse (4) oder einer davon abgeleiteten Höhe als Referenzhöhe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorbestimmte Kriterium darin besteht, dass ein mit einer Bildauswerteeinrichtung ermittelter Übergang der dunklen Fläche (9) zu benachbarten, hellen Flächen (10) bei zwei nacheinander aufgenommenen Bildern nicht mehr ändert.