CN100481315C - 传送电子元件的定位设备和方法 - Google Patents

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CN100481315C CNB2004800314821A CN200480031482A CN100481315C CN 100481315 C CN100481315 C CN 100481315C CN B2004800314821 A CNB2004800314821 A CN B2004800314821A CN 200480031482 A CN200480031482 A CN 200480031482A CN 100481315 C CN100481315 C CN 100481315C
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Abstract

本发明涉及一种将至少一个电子元件(6，6a)特别是芯片从第一平面支持件(1)传送至与所述第一平面支持件(1)平行延伸的第二平面支持件(2)上的至少一个预定位置(2a)的定位设备。所述设备包括通过弹出动作将所述元件(6a)从所述第一平面支持件(1)移出的弹出装置(7，8)。本发明的设备的特征在于还包括用于检测将从所示第一支持件(1)上移出的元件(6a)的预定位置(6a)的位置数据的摄像机(10)，以及弹出装置(7，8)，与所述摄像机(10)一起设置在虚拟公共直线(11)上。本发明还涉及一种对应的定位方法。

Description

传送电子元件的定位设备和方法
技术领域
本发明涉及一种定位设备以及一种将至少一个电子元件特别是芯片从第一平面支持件传送到第二平面支持件的至少一个预定位置的定位方法，所述第二平面支持件平行于所述第一平面支持件延伸，所述定位设备包括弹出装置，通过弹出动作将所述元件从第一平面支持件移出，如权利要求1和17所述。
背景技术
通常，为了生产智能标签，通过称为倒装机(flipper)的移除装置将半导体芯片从用作第一支持的胶片上的晶圆(wafer)上移除下来。在该倒装芯片的机器中，被移除的芯片或小片通过该倒装机进行倒装，即颠倒过来，以便随后通过取放系统传送至构成第二平面支持件的基底并设置在其上。
因为从携带晶圆的胶片移除该芯片的位置与基底上预定义的位置之间有相当大的距离(相对于芯片的大小)，所述基底上设有用于将该芯片焊接在其上的焊接接点(bond contact)，因而需要一个技术复杂焊接机以确保底芯片或小片在基底上的精确定位。这种机器制造成本高，因其设计复杂增加了维修要求，并且对于倒装芯片的长传送路径具有很低的生产量。
德国专利DE 197 34 317 A1介绍了一种将半导体芯片焊接在作为基底的第二平面支持件上的预定位置的焊接机。在所述设备中，首先通过检测设备检测晶圆中排列的每个芯片的位置数据并存储。随后将表示第一平面支持件的扩展晶圆与将被移除到第二平面支持件上的预定位置的芯片一起定位，即定位在将要焊接该芯片的焊接接点位置处。随后，该芯片的背面通过弹出动作而弹出，从而通过弹出针从上面对该芯片的背面作用而将该芯片从胶片上分离。这样的话，该芯片直接放置在基底上预定的位置处。
为此，将芯片在对应基底上预定位置处分离的定位操作通过检测设备记录的预先检测的位置数据来实现。因为在检测设备检测位置数据和将芯片从晶圆或胶片传送至基底之间需要进行晶圆的移动以及进而需要移除芯片，为了能将芯片设置在基底上预定的位置上，由于改变了支持胶片上的应力，支持胶片上芯片(其位置数据已经过检测)的中间移动会有风险。这意味着将芯片移至基底上预定的位置的精确定位不再可能。特别是当使用被分割成大量芯片的非常大的晶圆中的非常小的芯片时，以及基底上预定位置处的焊接接点非常小时，更会出现这种情况。
此外，在所述传送设备中，在执行焊接处理的位置没有焊接接点的位置数据的直接检测。相反，焊接接点的非直接一维定位通过驱动滚筒对排列有焊接接点的条状基底进行定位来实现。由于存在材料公差和位置误差，导致关于预定义位置的定位误差。
此外，该专利中描述的设备不具有对弹出装置关于芯片将被移除的位置和预定义的位置进行定位的定位设备。因为不能精确定位芯片将被移除以及弹出装置的预定位置，进而不能精确的将芯片设置在焊接接点上，这也可能是误差源。
发明内容
本发明的目的是提供一种将电子元件从第一支持传送至第二支持的定位设备，可靠地确保将所述电子元件设置在所述第二支持上的预定义位置处的高精度。本发明的另一个目的是提供一种将所述元件从第一支持传送至第二支持的方法，以确保所述元件设置在所述第二支持上预定义位置的高精度。
本发明的一个技术方案是，提供一种将至少一个电子元件特别是芯片从第一平面支持件传送至与所述第一平面支持件平行延伸的第二平面支持件上的至少一个预定位置的定位设备，包括通过弹出动作将所述元件从所述第一平面支持件移出的弹出装置，用于检测所述预定位置的位置数据的摄像机，以及用于支持所述第二平面支持件的一部分的平面支持件，其中所述弹出装置与所述摄像机一起设置在虚拟公共直线上，所述摄像机设置在所述第二平面支持件的下方，并且所述第二平面支持件由透光材料或部分穿孔的材料制成，用于支持所述第二平面支持件的一部分的平面支持件由透光材料制成。以这种方式，实质上位于同一轴线上的部件和装置(即弹出装置、将要分离的芯片、设有焊接接点以焊接该芯片的第二平面支持件上的预定位置)的位置数据，可在实际焊接处理发生的地方进行检测。这进一步意味着，通过直接在将进行焊接处理的位置处检测位置数据的摄像机的控制，芯片、焊接接点和弹出装置将相互对准。结果，这三个部件被精确地定位为一个在一个之上，同时，这允许随后出现任何偏差的情况下可进行校正。
为此，所述第一平面支持件(可以是设置有晶圆的支持胶片)连接至第一定位装置，所述第二平面支持件(可设计为条状基底)连接至第二定位装置，所述第一和第二定位装置相对所述公共直线对所述两个平面支持件进行定位。所述第一和第二定位装置分别执行所述第一和第二平面支持件在各自支持平面内的移动，其中，根据一个优选实施例，还可以绕垂直于所述支持平面的转轴进行转动。所述转动通过所述第一平面支持件执行以便对齐所述晶圆，从而将一个芯片相对于设有焊接接点的基底条带从该晶圆上移出。相反，所述指派给基底条的第二定位装置设有移位设备，以用于在X方向以及最好还在Y方向上移动所述基底条，且两者均位于所述支持平面内。
因此，可选的指派给所述弹出装置的一个额外的定位装置不仅可在X和Y方向上移动，还可在Z方向上移动，以便执行从上面对将被分离的芯片的背面的弹出动作。
根据一个优选实施例，为了允许摄像机能够从下方与将被移出的芯片和弹出装置进行光学接触，所述条状基底用透光材料或部分穿孔的材料造成。在随后条状基底的移位过程中，焊接接点的位置数据可额外地通过摄像机检测到，并且三个部件彼此之间的对齐可通过估测装置以及控制装置对所述定位装置的作用来实现。需要注意的是，在传送芯片之前已在条状基底上设有其他部件，如天线回路，中断基底上的透光区域。根据一个优选实施例，所述第二平面支持件包括有彼此隔开的单个基底部件。
根据一个优选实施例，在摄像机和其上的条状基底之间设有最好由透光材料制成的平面支持件，用于支持所述条状基底的一部分。通过使用透光材料，位于其下面的摄像机可继续与其上设置的焊接接点、将被移出的芯片以及弹出装置进行光学接触，以便检测其位置数据。所述用于支持条状基底的一部分的平面支持件还可以被加热，以便通过热量的作用加速和改善焊接过程。所述支持件可设计成可移动的，特别是可在Z方向上向上和向下移动。
一种将电子元件从第一平面支持件传送至平行于所述第一支持件延伸的第二平面支持件上预定义位置的方法，通过弹出装置的弹出动作将所述电子元件从所述第一平面支持件移出，包括如下步骤：
在所述第一平面支持件下方沿所述第二平面支持件的支持平面移动所述第二平面支持件；
在移动所述第二平面支持件的过程中，通过位于所述第二平面支持件下方的摄像机检测设置在所述第一平面支持件上的芯片的位置数据；
对所述摄像机上方的所述第二平面支持件上的预定位置进行定位；
通过所述摄像机检测所述预定位置的位置数据；
通过与所述第一平面支持件连接的第一定位装置和与所述第二平面支持件连接的第二定位装置在所述第一平面支持件和第二平面支持件各自的支持平面内相对彼此的移位和转动，将所述第一平面支持件、所述弹出装置和/或所述第二平面支持件对齐，此处，所述摄像机与所述第二平面支持件上的预定位置、设置在所述第一平面支持件上将被移出的芯片以及所述弹出装置设置在一条虚拟的公共直线上，并且对设置在所述第一平面支持件上的所述电子元件的位置数据的检测在由透光材料和/或部分穿孔的材料制成的所述第二平面支持件的移位过程中进行。
以这种方式，将要进行焊接且尚未分离的芯片的位置数据可在传送所述条状基底的同时检测到，结果是，不仅节省了时间，并且提高了焊接机的生产量，而且还不需要现有技术中的额外的检测装置检测晶圆上芯片的位置。
根据本发明的一个优选实施例，在本发明的所述方法中，设计为条状基底的所述第二平面支持件以动态自适应地移动速度在其支持平面内移动，所述移动速度由从所述第一平面支持件连续地移出的芯片之间的距离、所述第一平面支持件的移动速度和所述第二平面支持件的透光和/或部分穿孔的区域的位置数据计算得出，通过所述透光和/或部分穿孔的区域，所述摄像机在所述第二平面支持件移动过程中检测位置数据。可以使用晶圆生产商提供的晶圆分配图文件，这样的话，与晶圆内每个芯片相关的位置信息数据便可用作距离数据，用于计算检测芯片位置所需的时间窗(time window)的大小以及所述基底的最大传送速度。依靠基底移动速度的动态自适应，可实现具有机器最大生产量的无故障处理。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是根据本发明一个实施例的定位设备的截面示意图；
图2是用于本发明定位设备中的带有焊接接点的预定义位置的俯视图；
图3是根据本发明定位方法的一个实施例的时序图和第二支持件的一部分的俯视图。
具体实施方式
图1所示是根据本发明一个实施例的定位设备的截面示意图。设置在支持胶片上的晶圆1位于上方，并与条状基底2平行。条状基底2可通过驱动滚筒3、4从左向右移动，反之亦然，并还可向图面里面的方向移动，反之亦然。通过晶圆固定器5，晶圆1可在晶圆平面内移动，也即在X和Y方向上移动，并还可绕垂直于晶圆平面的旋转轴转动。这使得从多个芯片6中选出的、就要从支持胶片上分离的芯片6a可与基底2上预定义的位置对齐，如设有焊接接点的焊接位置2a。
弹出装置7包括弹出针8，通过Z方向的弹出动作，也即向下的动作，作用于将被分离的芯片6a的背面，将其从支持胶片上分离。以这种方式，分离的芯片6a被放置在焊接位置2a处，并在这个位置与焊接接点焊接。为此，所述设备设有平面支持件9，该平面支持件9被加热以辅助焊接处理的完成。
为了使位于平面支持件9下方的摄像机10与将被分离的芯片6a、弹出装置7以及焊接位置2a有光学接触，平面支持件9和基底2的基底材料均是透光的。因此，基底材料可包括聚合物基塑料，如PE、PET、PV或聚酰胺。
基底材料上还通过例如光化学处理或印刷处理设有天线线圈，所述天线线圈与将通过已预先设置在基底材料上的焊接接点固定的芯片连接。
如图1所示，摄像机10、焊接位置2a、将被分离的芯片6a和弹出装置7的中心轴均位于一条虚拟的公共直线11上，使得这些部件可以高精确度的对齐。
图2所示是根据本发明弹出设备不能定位的另一个实施例中定位装置的预定位置2a的一种可能形式的俯视图。该焊接位置2a基本由两个焊接接点连接12组成，图中所示的布局的优点是弹出装置7不需要定位设备，因为焊接接点连接12的表面区域相对于将被焊接的芯片6a的大小来说是相当大的，特别是Y方向上焊接接点连接12的长度尺寸。
因此，弹出装置7相对于摄像机10的中心点固定。芯片6a的位置在基底2的传送过程中确定。通过所述确定的位置数据，该芯片借助晶圆固定器5的定位装置与摄像机的零位置点对齐，也即与直线11对齐。一旦基底的传送开始，焊接接点12的位置数据便可通过摄像机检测到。随后，基底便在驱动滚筒3、4的作用下在X方向移动，使得焊接接点12在将被焊接的芯片下方精确地对齐。然后弹出装置在Z方向上产生动作，从而将芯片从支持胶片上分离并将其放置在焊接接点上。
图3是根据本发明定位方法的一个可能实施例的示意图。图3还示出了透光基底2上天线回路13、14和15的一种可能布置的俯视图，其中透光区域16位于其间和其中。
根据本发明定位方法的一个可能实施例的时序图以8个不同时间信号的形式示出，在400ms的总时间周期上延伸，并还示出了在检测芯片以及弹出装置的位置数据期间基底的移动过程。
1)所示为基底2从一个焊接位置2a到下一个焊接位置的移动的300ms时间周期。2)所示为天线13、14和12不允许摄像机与芯片进行光学接触的时间周期。
3)所示为相对于摄像机移动晶圆从而使下一个芯片的位置数据可被检测所需的时间。随后，在4)所示的40ms时间周期内进行位置数据的检测。随后任何需要执行的芯片位移校正占20ms，如5)所示。
如6)所示，随后进行焊接接点连接的位置数据的检测，紧接着是对条状基底或芯片的位移的任何校正，如7)所示。以这种方式，焊接接点连接和将要焊接的芯片，以及甚至所述弹出装置，在一条公共直线上相互对齐。
实际将芯片焊接至焊接接点连接的焊接过程在40ms的时间周期内完成，如8)所示。
本申请中公开的每个特征或其组合对于本发明来说都是必要的。本领域的普通技术人员熟知对本发明的修改。
引用标号
1  晶圆
2  基底条
2a 焊接位置
3、4 驱动滚筒
5  晶片固定器
6  芯片
6a 将被分离的芯片
7  弹出装置
8  弹出针
9  支持件
10 摄像机
11 直线
12 焊接接点连接
13、14、15 天线
16 透光区域

Claims (14)

1、一种将至少一个电子元件(6，6a)从第一平面支持件(1)传送至与所述第一平面支持件(1)平行延伸的第二平面支持件(2)上的至少一个预定位置(2a)的定位设备，包括通过弹出动作将所述电子元件(6a)从所述第一平面支持件(1)移出的弹出装置(7，8)，用于检测所述预定位置(2a)的位置数据的摄像机(10)，以及用于支持所述第二平面支持件(2)的一部分的平面支持件(9)，其中所述弹出装置(7，8)与所述摄像机(10)一起设置在虚拟公共直线(11)上，所述摄像机(10)设置在所述第二平面支持件(2)下方，其特征在于：
所述第二平面支持件(2)由透光材料和/或部分穿孔的材料制成，用于支持所述第二平面支持件(2)的一部分的平面支持件(9)由透光材料制成。
2、根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，第一平面支持件(1)连接至第一定位装置(5)且第二平面支持件(2)连接至第二定位装置(3，4)，以将所述第一平面支持件(1)和所述第二平面支持件(2)相对于所述公共直线(11)定位。
3、根据权利要求2所述的定位设备，其特征在于，所述第一平面支持件(1)和第二平面支持件(2)在各自的支持平面内的移动分别通过所述第一定位装置(5)和第二定位装置(3，4)来执行。
4、根据权利要求2或3所述的定位设备，其特征在于，所述第一平面支持件(1)和/或第二平面支持件(2)绕垂直于各自支持平面的旋转轴的转动通过所述第一定位装置(5)和/或第二定位装置(3，4)执行。
5、根据权利要求4所述的定位设备，其特征在于，所述弹出装置(7，8)连接至第三定位装置，以通过平行于所述支持平面的移动将所述弹出装置(7，8)相对于所述公共直线(11)定位。
6、根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述第一平面支持件(1)为晶圆，以及所述第二平面支持件(2)为条状基底。
7、根据权利要求6所述的定位设备，其特征在于，传送电子元件(6a)之前应用的更多的元件(13，14，15)被设置在条状基底上。
8、根据权利要求6或7所述的定位设备，其特征在于，用于将被传送的所述电子元件(6a)焊接在基底上的焊接接点(12)设置在所述条状基底上的预定位置(2a)处。
9、根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述第二平面支持件(2)包括有彼此隔开的单个基底部件。
10、根据权利要求1所述的定位设备，其特征在于，所述用于支持第二平面支持件(2)的一部分的平面支持件(9)可被加热。
11、根据权利要求2所述的定位设备，其特征在于，所述摄像机(10)包括用于估测和比较检测到的位置数据的估测装置。
12、根据权利要求11所述的定位设备，其特征在于，所述定位设备包括有控制装置，按照所述比较的位置数据的函数来控制所述第一定位装置(5)和第二定位装置(3，4)。
13、一种将至少一个电子元件(6，6a)从第一平面支持件(1)传送至平行于所述第一平面支持件(1)延伸的第二平面支持件(2)上至少一个预定位置(2a)的方法，通过弹出装置(7，8)的弹出动作将所述电子元件(6a)从所述第一平面支持件(1)移出，所述方法包括如下步骤：
在所述第一平面支持件(1)下方沿所述第二平面支持件(2)的支持平面移动所述第二平面支持件(2)；
在移动所述第二平面支持件(2)的过程中，通过位于所述第二平面支持件(2)下方的摄像机(10)检测设置在所述第一平面支持件(1)上的所述电子元件(6a)的位置数据；
对所述摄像机(10)上方的所述第二平面支持件(2)上的预定位置(2a)进行定位；
通过所述摄像机(10)检测所述预定位置(2a)的位置数据；
通过与所述第一平面支持件(1)连接的第一定位装置(5)和与所述第二平面支持件(2)连接的第二定位装置(3，4)在所述第一平面支持件(1)和第二平面支持件(2)各自的支持平面内相对彼此的移位和转动，将所述第一平面支持件(1)、所述弹出装置(7，8)和/或所述第二平面支持件(2)对齐，使得所述摄像机(10)、所述第二平面支持件(2)上的预定位置(2a)、设置在所述第一平面支持件(1)上的电子元件(6，6a)以及所述弹出装置(7，8)位于一条虚拟的公共直线(11)上；其特征在于：
对设置在所述第一平面支持件(1)上的所述电子元件(6a)的位置数据的检测在由透光材料和/或部分穿孔的材料制成的所述第二平面支持件(2)的移位过程中进行。
14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二平面支持件(2)以动态自适应地移动速度在其支持平面内移动，所述移动速度由从所述第一平面支持件(1)连续地移出的电子元件(6，6a)之间的距离、所述第一平面支持件(1)的移动速度和所述第二平面支持件(2)的透光和/或部分穿孔的区域(16)的位置数据计算得出，通过所述透光和/或部分穿孔的区域，摄像机(10)在所述第二平面支持件(2)移动的过程中检测位置数据。
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