CN100377324C - 用于安装半导体的装置 - Google Patents

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Abstract

在半导体芯片向基板(3)上的安装中，半导体芯片(2)位于晶片台(4)上，在该处，它们一个按一个地被拾取及设置系统(7)拾取，传送并设置到位于基板台(10)的支持表面(9)上的基板(3)上。晶片台(4)与基板台(10)的支持表面(9)对角地对齐，从而，部分晶片台(4)位于基板台(10)下方。拾取及设置系统(7)包括具有摇臂(13)的梭动件(12)，该梭动件承载焊接头(15)。摇臂(13)能够在两预定摇动位置之间往复摇动，从而，在第一摇动位置，摇臂(13)的纵向轴线(17)与基板台(10)的支持表面(9)的垂线(28)成角度φ，在第二摇动位置，摇臂(13)的纵向轴线(17)与基板台(10)的支持表面(9)相正交。角度φ在10°到50°的范围内，优选地在20°到35°的范围内。这种设计导致半导体必须经过最优化的短路线和感觉不到或可以忽略的高度差。

Description

用于安装半导体的装置
技术领域
本发明涉及一种用于安装半导体的装置。
背景技术
这种类型的用于安装半导体的装置在本领域中被称作“芯片焊接机(Die Bonder)”。它用于安装晶片的许多相同芯片，这些芯片在通常为带的载体上彼此相邻设置，在例如金属引线框架的基板上一个接一个地设置。与每个芯片夹的拾取及设置(Pick-and-Place)运动相配合的是，芯片载体所在的晶片台设置有下一个芯片，并且基板被类似地传送，以将第二位置作为新的基板位置。为拾取并接下来设置该芯片，芯片夹能够或者与整个拾取及设置系统一起、或者相对于拾取及设置系统单独地升高和降低。
这种类型的自动组装机有非常高的要求。为进一步处理所安装的芯片，它们必须在基板上精确地定位，这要求用芯片夹相应地精确到达第二位置，并且要求精确地到达第一位置，以拾取该芯片。另一方面，需要较高的速度和较短的周期时间，以在被移动的部分产生较高的加速度和惯性力。
迄今为止，为实现芯片夹的交替运动，已经应用了各种杠杆机构，其中的一些具有曲柄导杆。由于在该处产生大致侧向力，这种类型的导杆并不适用于精确运动过程，必须被适当地维护。对于另一种已知机构，芯片夹设置于往复摇动的杠杆的端部，即，其做相应于杠杆的摇动偏转的一种弧形运动，每个偏转必须停止于端部位置，从而，很可能存在振荡。这种杠杆操纵机构的缺点在于，它们使芯片仅可以沿固定的预定路线从位置A传送到位置B。具有杠杆机构的拾取及设置系统是已知的，例如专利申请EP877544、EP923111和WO97/32460中所述。
也已知的是，使用拾取及设置装置，芯片夹被齿带装置驱动。这种方法的缺点在于芯片在基板上的设置非常地不精确。
另一方面，为能够迅速并精确地安装半导体芯片，拾取位置及安装位置之间的距离应当较短，而另一方面，机械机构应当较简单。EP923111的拾取及设置系统实际上是一个简单、结实的结构，该结构使得能够将半导体精确地设置于基板上，但其缺点在于，随着晶片的直径不断增加，所需的空间也随之增加。同样已知的方案中，基板台和晶片台一个设置于另一个上，该方案的缺点在于，从拾取位置到安装位置需要经过较大的高度差。
晶片台通过根据WO97/32460而知的拾取及设置系统正交地设置于基板上，该系统的缺点在于，有时候，固定于所述箔上的半导体芯片落下，并且所述箔由于作用在半导体芯片上的重力而扭曲，使得要拾取的半导体芯片的位置意外地改变。而且，有时会发生这种情况，所述箔倾斜出垂直表面。在此时，仅仅由小锯口分开的相邻半导体芯片的边或角可能会相接触。在最坏的情况下，这种接触能够导致半导体芯片的边角折断，这在现有技术中被称为“碎裂(Chipping)”。
发明内容
本发明的目的在于发明一种芯片焊接机，其中半导体芯片的拾取位置和安装位置之间的距离较短，但却不具有上述缺点。
在将半导体芯片向基板上的安装中，基板分步地由传送系统供给到涂覆粘接剂的分配位置，然后到下一半导体芯片所在的焊接位置。半导体芯片固定于夹在框架内的箔(或带)上，并设置于所谓的晶片台上，在该处，它们一个接一个地被一个叫作拾取及设置系统的装置拾取、传送并设置到位于基板台的支持表面上的基板上。拾取及设置系统包括具有芯片夹的焊接头，以拾取半导体芯片。
根据本发明，使用半导体安装装置，晶片台与基板台的支持表面以预定的角度φ对角地对齐，从而有部分的晶片台位于基板台下方。拾取及设置系统包括具有摇臂的梭动件，该摇臂具有带芯片夹的焊接头。摇臂能够在两个预定的摇动位置之间往复摇动，其中，在第一摇动位置，摇臂的纵向轴线与基板台的支持表面的垂线成角度φ，在第二摇动位置，摇臂的纵向轴线与基板台的支持表面正交。角度φ在10°到50°的范围之内，优选地在20°到35°的范围之内。这种设计导致半导体芯片所必须经过的优化的最短路线和感觉不到或可以忽略的高度差。
总之，根据本发明的用于安装半导体芯片的装置包括具有用于基板的支持表面的基板台；用于在第一位置提供半导体芯片的晶片台，该晶片台与基板台的支持表面以预定的角度φ对角地对齐，并且部分晶片台位于基板台的下方；以及拾取及设置系统，该系统用于拾取处于第一位置的半导体芯片，并将半导体芯片设置到基板上，该拾取及设置系统包括梭动件，该梭动件可以在预定方向上运动，并承载有摇臂，其中梭动件移动到第一位置而摇臂摇动到第一摇动位置，以拾取位于第一位置的半导体芯片，其中摇臂的纵向轴线与基板台的支持表面的垂线成角度φ，其中梭动件运动到另一位置，而摇臂摇动到第二摇动位置，以将半导体芯片设置于基板上，其中摇臂的纵向轴线与基板台的支持表面正交。
附图说明
下面结合附图更详细地说明了本发明的实施例。附图没有按实际比例绘出。
在图1中示出芯片焊接机的焊接位置的第一实施例的侧视图，
在图1中示出芯片焊接机的焊接位置的第一实施例的侧视图，
在图2、3中示出根据本发明的拾取及设置系统的细节，
在图4中示出芯片焊接机的焊接位置的第二实施例的侧视图。
具体实施方式
图1示意性地示出了一种用于安装半导体的装置，即所谓芯片焊接机的侧视图，它对于理解本发明是必要的。焊接机包括(未示出的)分配位置，粘接剂在该处被涂覆到基板上；还包括焊接位置1，在该处半导体芯片2被设置到基板3上。基板3被(未示出的)传送系统沿预定的传送方向分步地传送到分配位置和焊接位置1。传送方向与图1的绘图面相正交。半导体芯片2提供于晶片台4上，该晶片台容纳有被锯成单独的半导体芯片2的晶片。半导体芯片2在行列中彼此相邻设置，并固定于夹在框架中的承载箔5上。晶片台4能够沿两个正交的方向运动，从而，晶片台4在操作中总是将下一个半导体芯片设置于固定位置A。晶片台4的一个运动方向由箭头6示出，晶片台4的另一运动方向与绘图面正交。拾取及设置系统7用于在位置A拾取由晶片台4提供的半导体芯片2’，并将其设置到基板3上的预定位置B1或B2或……Bn，其中，索引n表示基板位置的数目，这些位置在基板3上彼此相邻设置。在示例中，n＝2。晶片台4包括固定地设置的所谓芯片排出器8，其支持半导体芯片2从承载箔5的分离。
在焊接位置1，基板3位于基板台10的支持表面9上。在此实施例中，支持表面9水平地设置。晶片台4与水平面11以预定的角度φ对角地设置，以使得由承载箔5形成的平面也与水平面11成角度φ。基板台10被设计为晶片台4部分地设置于基板台10下方。角度φ优选地在20°到35°之间，然而，该角度也可以处于10°到50°的范围内。
拾取及设置系统7包括梭动件12，其能够沿被指定为y方向的方向运动，该方向与基板3的传送方向成直角。梭动件12具有摇臂13，动位置之间来回摇动。摇臂13的转动轴线14与梭动件12的运动轴线正交，以使摇臂13在y方向上来回摇动。在第一摇动位置，穿过转动轴线14的摇臂13的纵向轴线17与垂线18成一个角度φ。在第二摇动位置，摇臂13的纵向轴线17沿垂直方向。芯片夹16能够沿纵向轴线17相对于焊接头15偏转。任选的是，芯片夹16能够沿纵向轴线17转动。在图1中，梭动件12、摇臂13、焊接头15和芯片夹16被绘出两组，以实线在下一半导体芯片2’能够被从晶片台4拾取的位置绘出一组；以虚线在所拾取的半导体芯片被设置到基板的位置B2处的位置绘出一组。
安装在位置A处提供的半导体芯片的步骤如下：
——摇臂13摇动到其第一摇动位置，而梭动件12向位置yA运动，在该处摇臂13的纵向轴线17与位置A相对齐。
——芯片夹16从晶片台4上拾取在位置A提供的半导体芯片。
——摇臂13摇动到其第二位置，而梭动件12向位置yK运动，在该处摇臂13的纵向轴线17与位置BK对齐，半导体芯片2在基板3上被设置在该位置。摇臂13的摇动和梭动件12的运动彼此相结合。
——芯片夹16将所拾取的半导体芯片2在位置BK处设置到基板3上。
根据本发明的焊接机提供了下述优点：
——从拾取位置A到安装位置BK的传送路线短。
——传送路线上没有高度差，或者仅仅有可以忽略的高度差，因为沿摇臂13的半径测量的拾取位置A仅仅位于基板台10的支持表面9的略上方或略下方。径向高度差由角度φ、摇臂13的长度和晶片台4的位置决定。在示例中，径向高度差被选择得如此之低，以至于最大为±15mm，优选地为±10mm的焊接头15沿摇臂13的径向轴线17的运动足以能在位置A拾取半导体芯片并将其放置到位置BK，即使是在所谓“双排芯片(stagger die)”应用中，其中，例如两或三个(不同的)半导体芯片一个安装在另一个上面。
——摇臂13的摇臂运动与梭动件12从位置yA到位置yK的运动同时发生。因此，对于摇动运动，梭动件12的运动所需要的最大时间是可用的。这对于摇臂13的振荡行为和稳定时间有积极效果。
——从拾取位置A到基板位置BK的较短路线使拾取及设置系统7具有紧凑的结构，因而，该结构能够容易地获得较高的机械刚度，另一方面，这意味这振荡的敏感性的降低。
图2示出了拾取及设置系统7的一个实施例的侧视图，使用该系统，摇臂13的摇臂运动依靠杠杆机构进行，其中摇臂13的第一摇动位置和第二摇动位置由两杠杆19和20相对彼此的延伸位置决定。第一杠杆19作为驱动杠杆：杠杆19的第一端固定于电机22的轴21，该电机与梭动件12相连接，第一杠杆19的另一端与第二杠杆20的第一端通过轴23相连接。第二杠杆20的第二端与摇臂13通过轴24相连接。电机22在两端部位置之间往复转动第一杠杆19，在这些位置，两杠杆19和20位于相对彼此伸出的位置。术语“延伸位置”表示三个轴21、23和24处于一条直线上。第一杠杆19的端部位置优选地由梭动件12上的两止动面限定。图2示出了摇臂13在第一摇动位置，在该处，其纵向轴线17与位置A相对齐。图3示出了摇臂13在第二摇动位置，在该处，其纵向轴线17与基板台10的支持表面9相正交。
梭动件12在y方向上的运动由电机实现，该电机优选地为一台现有的线性电机。线性电机具有刚性地设置的定子25，该定子具有磁铁和与梭动件12相连接的线圈26。梭动件12在导向部件内滑动。梭动件12的y位置通过位置测量和控制系统获得和控制，其中位置测量系统优选地具有刚性设置的金属或玻璃标尺和安装于梭动件12上的读数头。
已知有许多不同的过程和许多焊接头15和芯片夹16的设计，它们用于从晶片台4拾取半导体芯片和用于将所拾取的半导体芯片设置到基板3。作为所选择的示例，这里提及了被称作超行程的过程，在此过程中，焊接头15被降低，直到芯片夹16相对于焊接头15偏转，其中预定的拾取力和焊接力产生于半导体芯片的拾取中以及半导体芯片的设置中。根据中国专利申请CN1423316，已知一种焊接头15，其气动地控制芯片夹16相对于焊接头15的偏转。控制芯片夹16的偏转可以有两种工作模式。在第一工作模式下，芯片夹9的偏转或其派生值受到控制。在第二工作模式下，产生要由芯片夹9施加的拾取和焊接力的压力差受到控制。根据本发明的拾取及设置系统7能够设计得与这些不同的已知焊接头一起工作。
图4示出一个实施例，其中基板台10的支持表面9向晶片台4倾斜，并与水平面11成预定的角度ψ。(线27平行于基板台10的支持表面9。)因此，晶片台4仅与水平面11成一个减少的角度φ-ψ。在其它方面，此实施例与第一实施例基本相同，并且附图标号表示与第一实施例相同的对象。在第一摇动位置，摇臂13与基板台10的支持表面9的垂线28成角度φ。在第二摇动位置，摇臂13的纵向轴线17与基板台10的支持表面9正交。拾取及设置系统7也以角度ψ倾斜于水平面11，以使得梭动件12的运动平行于基板台10的支持表面9。
本发明涉及焊接机的晶片台和拾取及设置系统的相对位置和方向。应当理解，本发明能够实施于不同类型的焊接机，它们在很多方面都不同于所述实施例。尽管本发明的实施例和应用已在此示出并做出说明，但是对于本领域技术人员明显的是，能够通过此公开做出上述之外的改动而不背离本发明的发明概念。因此，本发明在所附权利要求及其等价物之外并不受其它限制。

Claims (6)

1.用于安装半导体的装置，其包括：
基板台(10)，其具有用于基板(3)的支持表面(9)；
晶片台(4)，其用于在第一位置提供半导体芯片(2)，晶片台(4)与基板台(10)的支持表面(9)以预定的角度φ对角地对齐，并且晶片台(4)的一部分位于基板台(10)的下方，以及
拾取及设置系统(7)，其用于拾取在第一位置提供的半导体芯片(2)并将该半导体芯片(2)设置到基板(3)上，拾取及设置系统(7)包括梭动件(12)，该梭动件可以沿预定的方向(y)运动并承载摇臂(13)，其中梭动件(12)运动到第一位置并且摇臂(13)摇动到第一摇动位置以拾取在第一位置提供的半导体芯片(2)，其中摇臂(13)的纵向轴线(17)与基板台(10)的支持表面(9)的垂线(28)成角度φ，并且，其中梭动件(12)运动到另一位置并且摇臂(13)摇动到第二摇动位置，以将半导体芯片(2)设置到基板(3)上，其中摇臂(13)的纵向轴线(17)与基板台(10)的支持表面(9)相正交。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，角度φ在10°到50°的范围之内。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，角度φ在20°到35°的范围之内。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，摇臂(13)的第一和第二摇动位置由两个杠杆(19、20)确定，这两个杠杆(19，20)在摇臂(13)的第一和第二摇动位置相对彼此处于延伸位置。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，摇臂(13)的第一和第二摇动位置由两个杠杆(19、20)确定，这两个杠杆(19，20)在摇臂(13)的第一和第二摇动位置相对彼此处于延伸位置。
6.根据权利要求3所述的装置，其中，摇臂(13)的第一和第二摇动位置由两个杠杆(19、20)确定，这两个杠杆(19，20)在摇臂(13)的第一和第二摇动位置相对彼此处于延伸位置。
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