CN100447970C - 芯片焊接装置及利用此装置的芯片焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种拾取芯片时缩短晶片运动范围的同时改善晶片装载和卸载时的晶片移送方式而大大缩小装置体积的芯片焊接装置及利用此装置的芯片焊接方法。为此，本发明使晶片座架做不同于平面运动的单轴运动，减少晶片座架的运动范围为一轴方向，而由同一个驱动单元同时进行运动的顶出器及晶片摄像机担当与晶片座架的运动方向相垂直方向的运动。并且，本发明在晶片装载工序中设有在晶片盒和晶片座架之间的旋转装置使移动机构的移动范围最小。由于本发明缩小了芯片焊接装置的体积，因此具有获得空间、经济、时间利益的效果，尤其在多数芯片的封装制作中可利用具有上述优点的一台装置能有效地进行芯片焊接工艺。

Description

芯片焊接装置及利用此装置的芯片焊接方法

技术领域

本发明涉及一种用于半导体封装工艺的装置，尤其涉及一种拾取芯片时缩短晶片运动范围的同时改善晶片装载和卸载时的晶片移送方法而缩小装置体积的芯片焊接装置及利用此装置的芯片焊接方法。

背景技术

通常半导体封装制造工程包含切割晶片为单个半导体芯片的切割(Sawing)工艺、将单个的半导体芯片附着在引线框(Lead Frame)的芯片焊接(Die Bonding)工艺、电连接半导体芯片和引线框线的引线接合(WireBonding)工艺、为保护半导体芯片的内部电路和其它部分而包住半导体芯片周围的成型(Molding)工艺、将引线切割及折曲的修整(Trim)/形成(Form)工艺及检测通过所述工艺完成的封装好坏的检测工艺。

芯片焊接装置用于如上所述工艺中的芯片焊接工艺，这是将经过切割(Sawing)工艺的晶片中被分离成各个基片的芯片通过环氧树脂、胶带等粘着物质为媒介粘贴于基板的半导体制造用装置。这种芯片焊接装置可大致分为由关于晶片材料移动的晶片物流、与引线框移动相关的指示物流及与各芯片移动相关的芯片物流部分组成，而本发明与其中的晶片物流相关。

芯片焊接装置中晶片物流是指将积载在盒(Cassette)中的晶片通过晶片移送装置移送并安装到能进行平面运动的晶片固定装置的晶片装载(Loading)和将晶片从晶片固定装置移到盒中的晶片卸载(Unloading)以及在芯片贴附(Attach)作业时被安置晶片的晶片固定装置做平面运动。

图1为利用这种晶片物流概念的现有的芯片焊接装置部分平面示意图。如图1所示，现有的芯片焊接装置包含按一定间隔积载晶片环1的晶片盒2、上下移动晶片盒2的升降装置3、确保晶片环1位置的对中装置4、安置晶片环1之后做平面运动以决定被拾取芯片位置的晶片座架5、用于从晶片盒2提取晶片环1并安置于晶片座架5的移动机构6、为了将由晶片分离成各个基片的芯片脱离晶片而推进芯片背面的顶出器7。

因此，现有的芯片焊接装置中，移动机构6将晶片环1从晶片盒2移送到对中装置4，而对中装置4则用于纠正晶片环1的位置，以使晶片环1自然安置在晶片座架5。移动机构6将晶片环1安置在晶片座架5之后，移动机构6以顶出器7为中心做平面运动(X，Y移动)而进行芯片贴附作业，并且当芯片贴附作业完成之后晶片环1再被移动机构6移送到晶片盒2中。

具有如上所述的结构和工作过程的现有的芯片焊接装置只存在一个晶片物流，因此可确保移动机构6在XY平面上的作业范围内向X轴方向的充分的移动范围8，也能确保晶片座架5以顶出器7为中心的半径为300mm的充分的移动范围9。

然而，近来由于半导体产业的发展和用户的需求，电子器械日益趋向于小型化、轻量化，因此MCP(Multi-Chip Package：多芯片封装)技术也被广泛应用。MCP技术是将多个同种或异种半导体芯片通过一个封装来实现，若使用一台装置中具有两个晶片物流的芯片焊接装置就可以大大减少层叠异种芯片的MCP工艺。

但是，若将具有两个晶片物流的芯片焊接装置设计为如现有的芯片焊接装置的结构，则为了确保两个晶片座架的平面运动范围及移动机构的移动范围其整体装置体积只能增大为两倍，这不仅从空间活用的角度来说是非有效方法，而且从装置制作费用的角度来说也会导致很大负担。

发明内容

本发明为了解决如上所述的问题，本发明的目的在于提供一种芯片焊接装置及利用此装置的芯片焊接方法，以此由一台芯片焊接装置对至少两个以上晶片进行芯片焊接作业时，减小用于晶片装载及卸载的晶片移送路径及用于芯片拾取的晶片运动范围，从而可以缩小整体装置的体积。

为了实现上述目的，依据本发明所提供的芯片焊接装置包含做单轴方向运动的晶片座架、按与所述晶片座架的运动方向相垂直方向运动的顶出器，其特征在于通过对所述晶片座架和所述顶出器的各独立运动相加而决定所要拾取的芯片位置，并以此将晶片座架的运动范围限定为一个轴方向。

芯片焊接装置还包含按一定间隔放置晶片环并由升降装置上下移动的晶片盒、用于移送积载在所述晶片盒中的晶片环并将其安置在所述晶片座架的移动机构。

芯片焊接装置还包含用于确认芯片位置和芯片好坏的晶片摄像机，而所述顶出器和晶片摄像机之间设加晶片座架，并且为了相互位于同一直线上顶出器和晶片摄像机做同时运动。

所述顶出器和晶片摄像机是由一个驱动单元驱动而同时进行运动，所述驱动单元包含用于提供单轴运动动力的电机、用于将所述电机的旋转运动转换为直线运动而产生所述顶出器及晶片摄像机各自单轴运动的滚珠丝杠、连接于所述电机的旋转轴及滚珠丝杠的传动轮、连接所述各个传动轮的传动带。

所述晶片盒收纳口侧设有旋转装置，该旋转装置将由所述移动机构移送一段距离的晶片环连续移向晶片座架或晶片盒侧，以缩短所述移动机构的移动范围。

所述移动机构包含具有安装方向互不相同的至少两个夹子的夹具，该夹具用于从晶片盒或晶片座架提取晶片环或将被所述旋转装置移送的晶片环推向晶片座架或晶片盒侧。

所述移动机构还包含汽缸，用于在晶片环被所述旋转装置移送时，为不使所述夹具干涉被移送的晶片环而改变所述夹具的位置。

依据本发明所提供的芯片焊接方法，其特征在于包含：移动机构将按一定间隔积载的晶片环从晶片盒移送到晶片座架的晶片装载工序；为拾取芯片使安置晶片环的晶片座架做单轴运动，而使顶出器与所述晶片座架的运动方向相垂直的方向单轴运动的单轴运动工序；拾取位置已被决定的芯片并将其焊接在引线框中的焊接工序。

所述晶片装载工序包含：安装在所述移动机构的夹具一侧的夹子夹住所述晶片环并移送到位于所述晶片盒收纳口侧的旋转装置侧的夹持(gripping)工序；所述旋转装置将此被移送的晶片环移送到所述晶片座架侧的转旋转(rolling)工序；安装在所述移动机构的夹具另一侧的夹子将被移送的晶片环向所述晶片座架的推进(pushing)工序。

所述晶片装载工序还包含所述夹持工序和旋转工序之间以及旋转工序和推进工序之间还包含为了不使所述夹具干涉移送中的晶片环而使所述夹具上升或下降的工序。

附图说明

图1为现有的芯片焊接装置中有关晶片物流部分的概略平面示意图；

图2为依据本发明所提供的表示芯片焊接装置的平面图；

图3为依据本发明所提供的表示芯片焊接装置的正面示意图；

图4为依据本发明所提供的表示芯片焊接装置移动机构中被放大的移动臂和夹具的正面示意图；

图5为依据本发明所提供的表示芯片焊接装置中顶出器和晶片摄像机及驱动单元的正面示意图；

图6a、图6b、图6c为依据本发明所提供的表示芯片焊接方法晶片装载工序的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明依据本发明所提供的实施例。图2为依据本发明所提供的表示芯片焊接装置的平面示意图，图3为依据本发明所提供的表示芯片焊接装置的正面示意图。

如图2及图3所示，依据本发明所提供的芯片焊接装置包含与引线框移动相关的引线框移动部、与晶片装载和卸载以及用于决定所要拾取的芯片位置的晶片运动相关的晶片移动部、与从晶片拾取芯片并附着到引线框上的芯片贴附(Die Attach)相关的芯片移动部。

引线框移动部位于装置的后面一侧，并包含承载并移送引线框11的指示轨道10、设在指示轨道10的一侧并积载所要向指示轨道10供应的引线框11的引线框供应盒12、设在指示轨道10的另一侧并积载完成芯片焊接工艺的引线框11的引线框收纳盒13，引线框供应盒12和引线框收纳盒13之间设有指示轨道10。引线框11从引线框供应盒12装载到指示轨道10之后随指示轨道10的移动而移动的同时被附着芯片，完成芯片焊接工艺的引线框11将从指示轨道10被积载到引线框收纳盒13。

晶片移动部包含按一定间隔上下收纳晶片环21的晶片盒20、安置晶片环21并为芯片拾取做运动的晶片座架30、移送被积载在晶片盒20的晶片环21并将其安置到晶片座架30的移动机构40、位于晶片盒20和晶片座架30之间并将置于其上的晶片环21移送到晶片座架30侧的旋转装置50。本实施例为了对两个晶片进行芯片焊接工艺而具有两个晶片移动部，且由于所述晶片盒20、旋转装置50及晶片座架30向Y轴方向布置为一个列，从而使晶片移动部的整体结构呈现为纵向结构，因此在左右方向大大缩小装置体积。各晶片移动部的主要结构互相相同，以下为了便于说明只针对一个晶片移动部进行描述。

所述晶片盒20按一定间隔上下方向积载晶片环21，并由位于两个晶片盒20之间的升降装置23进行上下移动。此时，晶片盒20为了不防碍下述中的晶片座架30的单轴运动除了供应晶片环21时以外始终位于低于晶片座架30的位置。被积载的晶片环21附着晶片薄片的外周部，晶片薄片粘着有晶片22，该晶片22由纵横分隔的芯片22a组成。

所述晶片座架30为便于接收包含芯片的晶片22而位于所述晶片盒20收纳口侧。晶片座架30为了做前后方向、即Y轴方向的单轴运动而安装在直线运动单元31之上，直线运动单元31设置在晶片座架30的底部。直线运动单元31包含提供直线运动驱动力的电机、将电机的旋转运动转换为直线运动的滚珠丝杠、引导精确的直线运动的导杆组成。晶片座架30从晶片盒20接收晶片22时，被直线运动单元31移动到邻接晶片盒20的收纳口；为了芯片的拾取而移动晶片时，被直线运动单元31控制做Y轴方向的位置移动，其移动范围为如图2所示的晶片运动范围32之内。此时，晶片运动范围32可能与位于晶片座架30后方的指示轨道10或位于晶片座架30前方的晶片盒20的范围重叠，本实施例为了防止装置的体积向前后方向增大，使晶片座架30进入指示轨道10底侧的同时，除了供应晶片环21时以外使晶片盒20始终位于低于晶片座架30的位置，由此有效利用空间。

另外，为了决定所要拾取的芯片位置，晶片座架30需要做X轴方向的运动，而如上所述本发明将晶片座架30的运动限定为Y轴方向的单轴运动来缩小装置向X轴方向、即左右方向的体积。然后作为补偿，使下述的顶出器60及晶片摄像机70担当X轴方向的运动。

移动机构40位于各晶片移动部之间，并包含产生Y轴方向运动的移动驱动部41、在晶片装载和卸载时用于夹住晶片环21而设计的夹具42、连接所述移动驱动部41和夹具42的移动臂43。

移动驱动部41包含产生驱动力的电机、用于将电机的旋转运动转换为直线运动的传动轮及传动带、用于引导移动臂43的直线运动的导杆。所述移动驱动部41分别连接向各自的晶片移动部侧延伸的移动臂43，而移动臂43将移动驱动部41产生的直线运动传到夹具42上。

图4为依据本发明所提供的表示移动机构中被放大的移动臂和夹具的正面示意图。如图4所示，移动臂43末端安装汽缸43a，该汽缸用于当晶片环21被下述的旋转装置50移送时，为使夹具42不干涉晶片环21而使夹具42上下方向(Z轴方向)移动。汽缸43a连接夹具42，夹具42作为晶片环的夹具(chucking)装置包含夹子42a，所述夹具42的夹子42a为便于在晶片装载和卸载时夹住晶片环21而分别向两个方向形成，即向晶片盒20和晶片座架30侧形成。

如图2所述，旋转装置50被安装在晶片盒20和晶片座架30之间，这是为了便于将被移动机构40移送一段距离的晶片环21连续移送到晶片座架30或晶片盒20侧。旋转装置50包含两个旋转皮带51、用于挂上旋转皮带51并无限旋转该旋转皮带51的传动轮、用于驱动旋转皮带51的电机52。所述旋转装置50还包含可以根据工艺过程中使用的晶片大小而改变旋转皮带51之间宽度的旋转皮带距离改变装置53。皮带距离改变装置53包含用于提供移动旋转皮带51驱动力的汽缸和引导旋转皮带51移动的导杆。

如图2及图3所示，芯片移动部包含：顶出器60，用于从安置在晶片座架30上的晶片22分离各芯片22a；设置在晶片上侧以确认芯片位置及芯片好坏的晶片摄像机70；用于移送被顶出器60从晶片分离的芯片并将其附着到引线框11的拾取移送装置(未图示)。

以前在焊接芯片时，晶片座架以被固定的顶出器60为中心做平面运动来决定所要被拾取的芯片位置之后，通过设置于顶出器60的钉子推芯片的背面而使芯片分离，但是本发明使晶片座架30只做Y轴方向的单轴运动，而X轴方向的运动由顶出器60担当，并通过对晶片座架30和顶出器60的单个运动相加而决定所要拾取的芯片位置。并且，随顶出器60的运动晶片摄像机70也同时移动，并为了确认芯片位置及芯片好坏晶片摄像机70与顶出器60一起被同一个驱动单元驱动且与顶出器60同时运动。如此，将晶片座架30的平面运动分解为晶片座架30的单轴运动和顶出器60及晶片摄像机70的单轴运动，由此可以限定晶片座架30的移动范围为一个方向，因而即使具有两个晶片移动部也能大大缩小装置整体的体积。

图5为依据本发明所提供的表示芯片焊接装置中顶出器和晶片摄像机及驱动单元的正面示意图。如图5所示，所述驱动单元80包含用于提供驱动动力的电机81、产生顶出器60和晶片摄像机70各自的X轴方向运动的X轴运动部82、分别连接于电机81的旋转轴及X轴运动部82的传动轮83、连接各自的传动轮83的驱动单元传动带84。

顶出器60及晶片摄像机70分别结合于按X轴方向设在晶片座架30上下部的X轴运动部82，X轴运动部82包含将电机81的旋转运动转换为直线运动的滚珠丝杠82a、被嵌入到滚珠丝杠82a且随着滚珠丝杠82a的旋转而做往返运动并连接于顶出器60或晶片摄像机70的螺帽82b、引导螺帽82b的直线运动的导杆82c。滚珠丝杠82b的一侧连接用于传达电机81的旋转力的传动轮83，连接于电机旋转轴的传动轮83和连接于滚珠丝杠的传动轮83通过驱动单元传动带84相互连接，并随着电机81的旋转X轴运动部82上产生顶出器60和晶片摄像机70的单轴运动。

下面参照图2、图6a至图6c对具有如上所述结构的依据本发明所提供的芯片焊接装置的工作过程进行说明。图6a至图6c为分别描述晶片装载工序中的夹持工序、移动工序及推进工序的平面示意图。

工序开始之后，将引线框供应盒12中的引线框11一个个地供应到指示轨道10，供应到指示轨道10上的引线框11被线框夹具移送到作业位置。若引线框11装载到指示轨道10，则通过液态粘着剂的涂装置(未图示)或粘着胶带贴附装置(未图示)将液态粘着剂或粘着胶带涂或贴附于引线框11的粘着范围。

为了装载晶片升降机23通过升降晶片盒20决定将被移动机构40取出的晶片环21的位置。则移动机构40的夹具42利用晶片盒20侧的夹子42a夹住(grip)晶片环21，再通过移动臂43接收移动机构40的移动驱动部41提供的直线驱动力，而将晶片环21移送到旋转装置50(夹持工序)。之后，移动机构40利用安装在移动臂43上的汽缸43a提升夹具42，而旋转装置50将旋转皮带51上面的晶片环21移送一段距离(旋转工序)。如此由旋转装置50完成旋转移送之后，再次降低夹具42并利用晶片座架30侧的夹子42a将晶片环21推入晶片座架30(推进工序)而完成装载作业。由此通过夹持工序、旋转工序及推进工序而完成晶片装载，可使移动机构40利用最小的移动范围44而有效地进行作业。

若晶片环21被安置于晶片座架30，则可以确定通过晶片摄像机70而判定为良好的芯片的位置，并移动晶片座架30、顶出器60及晶片摄像机70使顶出器60位于所要拾取晶片的背面。此时，晶片座架30担当Y轴方向的移动，顶出器60和晶片摄像机70担当X轴方向的移动。当通过晶片座架30、顶出器60及晶片摄像机70的移动完成对所要拾取芯片位置的拣选，则在晶片22上将有一个芯片22a被拾取移送装置(未图示)吸附并附着在引线框11的粘着范围。由此，作业针对每个引线框11顺序进行，完成芯片附着的引线框11被积载到引线框收纳盒13。

另外，将晶片环21从晶片座架30移到晶片盒20的晶片卸载过程，只有晶片环21的移动方向与晶片装载过程不同，其它与晶片装载过程一样通过如上所述的夹持工序、旋转工序及推进工序完成。

如上所述，本发明在一台装置中对两个晶片进行作业时，利用做单轴运动的晶片座架而能有效进行芯片拾取工序，因此与单纯将现有的对一个晶片进行作业的装置合在一起的装置相比大大缩小了装置体积。

此外，本发明在晶片装载时利用夹持工序、旋转工序、推进工序使移动机构在小的空间内也能将晶片供应到晶片座架上，因此也可以缩小装置体积而能获得空间利益。

此外，随着装置体积的缩小，在用于制作装置的零件费用等方面得到了经济利益；并通过工艺距离的缩短可以节约工艺所需的时间，因而从时间的角度也能得到利益。

此外，由于本发明在如上所述的具有空间、经济、时间利益的一台芯片焊接装置上对两个晶片进行芯片焊接工艺，因此在层叠互不相同种类的芯片时，也能比现有技术更有效地进行MCP(Multi-Chip Package)工艺。

Claims (10)

1、一种芯片焊接装置，其特征在于包含：

用于安置晶片为芯片拾取做单轴方向运动的晶片座架；

与所述晶片座架的运动方向相垂直方向运动的顶出器；

通过对所述晶片座架和所述顶出器的各独立运动相加，使所述顶出器移动到所要拾取的芯片位置。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于它还包含按一定间隔放置晶片环并由升降装置上下移动的晶片盒、用于移送积载在所述晶片盒中的晶片环并将其安置在所述晶片座架的移动机构。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于它还包含用于确认芯片位置和芯片好坏的晶片摄像机，而所述顶出器和晶片摄像机由一个驱动单元驱动而同时运动。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述驱动单元包含用于提供驱动动力的电机、用于将所述电机的旋转运动转换为直线运动而产生所述顶出器及晶片摄像机各自单轴运动的滚珠丝杠、连接于所述电机的旋转轴及滚珠丝杠的传动轮、连接所述各个传动轮的传动带。

5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述晶片盒与晶片座架之间设有旋转装置，该旋转装置将把所述移动机构移送一段距离的晶片环连续移向晶片座架或晶片盒侧，以缩短所述移动机构的移动范围。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述移动机构包含具有安装方向互不相同的至少两个夹子的夹具，该夹具用于从晶片盒或晶片座架提取晶片环或将被所述旋转装置移送的晶片环推向晶片座架或晶片盒侧。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述移动机构还包含使所述夹具上升或下降的汽缸，该汽缸用于在晶片环被所述旋转装置移送时，为了不使所述夹具干涉被移送的晶片环而改变所述夹具的位置。

8、一种芯片焊接方法，其特征在于它包含：

移动机构将按一定间隔积载的晶片环从晶片盒移送到晶片座架的晶片装载工序；

为拾取芯片使安置晶片环的晶片座架做单轴运动，而使顶出器做方向与晶片座架的运动方向相垂直的单轴运动的单轴方向运动工序；

拾取芯片并将其焊接在引线框中的焊接工序。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述晶片装载工序包含：

安装在所述移动机构的夹具一侧的夹子夹住晶片环并移送到位于所述晶片盒与晶片座架之间的旋转装置侧的夹持工序；

所述旋转装置将此被移送的晶片环移送到所述晶片座架侧的旋转工序；

安装在所述移动机构的夹具另一侧的夹子将被移送的晶片环向所述晶片座架的推进工序。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述夹持工序和旋转工序之间以及传送工序和推进工序期间还包含为了不使所述夹具干涉移送中的晶片环而使所述夹具上升或下降的工序。

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