CN100481318C - 检验和旋转电子元器件的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检验和旋转电子元器件尤其是倒装芯片的设备，包括可转动地安装在旋转轴的用于旋转电子元器件的旋转部件。旋转部件外侧固定有第一拾捡部件，拾捡部件用于从基片上拾取单个电子元器件，并在旋转部件的旋转过程中持住该电子元器件。旋转部件的外侧固定有第二拾捡部件，其与第一拾捡部件相对于旋转轴对称设置，使得当旋转部件旋转180°时，第二拾捡部件朝向基片。旋转部件上在拾捡部件之间设置有直通开口，当旋转部件从其中一个拾捡部件朝向基片的位置旋转90°或270°时，该直通开口朝向基片。本发明也涉及一种检验和旋转电子元器件尤其是倒装芯片的方法。

Description

检验和旋转电子元器件的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于检验与旋转电子元器件尤其是倒装芯片的设备和方法。包括连接到旋转轴的用于旋转电子元器件的旋转部件，所述旋转部件外侧固定有第一拾捡部件，该第一拾捡部件用于从基片上拾取单个电子元器件并在所述旋转部件的旋转过程中持住所述电子元器件。
背景技术
基于倒装芯片原理的方法，已经知道，各个电子元器件是从基片上拾捡起来并旋转，也就是使其翻转以在旋转位置放置这些电子元器件，并进行后续的芯片焊接或芯片分选。其中，各个电子元器件零件是以彼此分离的夹心(sandwich)方式排列，例如，半导体芯片排列在晶片上，而晶片又排列在可延伸的基片上。为此，基片首先使用针状物从基片的背面将单个芯片分离，这种针状物称为芯片分离器；接着，使用拾捡部件例如真空吸笔从基片的正面或上方将所分离的芯片转移出基片。为此，真空吸笔通常作为倒装工具，安装在围绕旋转点旋转的部件的倒装头上，并在旋转部件进行180°旋转的过程中持住所选取的芯片。当旋转了180°之后，用这种方式翻转的芯片被拾捡与放置部件从其反面拾捡起来，以将芯片从这种旋转状态转移到期望的位置，例如，转移到智能卡模块中。
在拾捡仍安装在基片上的单个芯片之前，为了检验其表面是否完整无缺，同时为了检验该芯片是否处于正确的位置，在旋转部件上方安装有第一光学装置(例如照相机)以对晶片进行检验。为了使检验效果达到最佳，将第一光学装置与晶片表面之间的光学通道设置成垂直于晶片和芯片的表面是非常重要的，因此，照相机被安装在将被拾捡的元件的正上方。为此，在每次拾捡芯片前，旋转部件必须旋转出上述垂直的光学通道，以使晶片检验得以进行。
这就使得对于每个芯片倒装过程，要进行如下的后续方法步骤：首先，必须对将被拾捡的元件的表面进行检验，可通过照相机实施。接着，倒装头转到光学通道中，通过使用连接在倒装头上的真空吸笔接触芯片的上表面，从而将其拾捡起来。旋转部件的旋转轴设置在所述光学通道外，在旋转部件作用下，芯片被旋转180度，这时候，倒装头处于在所述光学通道外的旋转位置。通过第二光学装置(如照相机)对芯片的位置进行检验，并提供与被倒装芯片的倒装偏移有关的数据。接着，将被倒装或被旋转的芯片转移到以放置头为形式的放置装置(placing facility)中，并根据转移纠正值对倒装偏移进行纠正。
这种一系列连续的步骤使得在检验和旋转芯片方面需要花费大量的时间，从而降低了设备的吞吐量。因此，导致更高的生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于检验和旋转电子元器件尤其是倒装芯片的设备和方法，具有用于旋转电子元器件的旋转部件，这种设备和方法可节省时间和成本。
本发明的实质要点在于检验和旋转电子元器件例如倒装芯片的设备，包括连接到旋转轴的用于旋转电子元器件的旋转部件，所述旋转部件外侧固定有第一拾捡部件，所述第一拾捡部件用于从基片上拾取单个电子元器件并在旋转过程中持住(keep hold)所述电子元器件。所述旋转部件外侧固定有第二拾捡部件，其与第一拾捡部件相对于旋转轴对称设置，使得在旋转部件每旋转180°后，总有一个拾捡部件朝向基片。所述部件上有直通开口，所述直通开口位于拾捡部件之间，当旋转部件旋转到90°或270°时，直通开口朝向基片。这样，在旋转部件180°的旋程中，首先，安装在基片上的单个电子元器件可由第一拾捡部件拾取，例如，所述第一拾捡部件是真空吸笔。在旋转过第一个90°之后，基于垂直对齐的直通开口通过安装在旋转部件上方的第一光学装置与基片之间的光学通道检验安装在基片上的另一个芯片的表面和正确位置，将(所拾捡)的芯片放置到放置装置中，所述放置装置同样可浮动地安装在旋转部件的上方，同时，在这180度的旋转之后，所拾捡的芯片被翻转。同时，因为第二拾捡部件当前位于基片晶片表面的上方，通过第二拾捡部件从基片上拾捡另外的元件，第二拾捡部件同样可以是真空吸笔。然后，旋转部件以相反的方向旋转180度，进行如上所述的另一个操作过程。
根据本发明，在晶片检验时，在旋转部件的单个180°的旋转过程中，可实现芯片的拾捡与放置，同时可翻转所述芯片，并且还可拾捡另一个芯片，因此，节省了大量时间。相当于提高了整个设备的吞吐量，降低设备的运行成本。
根据一个优选实施例，第一拾捡部件固定在所述旋转部件的第一凸起上，第二拾捡部件固定在第二凸起上。在这两个凸起之间设置直通开口，该直通开口是通往旋转部件较长边上的直通槽。在这种设计下，不仅能够将真空吸笔最优地安装在旋转部件上，而且通过铣削处理简易地制造所述直通槽也是可能的，所以能够经济地制造。此外，这样设计旋转部件意味着旋转轴外延后垂直于直通槽的方向，不会阻挡第一光学装置在所述直通槽中的视野。
第二光学装置最好是照相机的形式，用于检验先前旋转的或者可能放置的芯片的正确位置。以确定倒装偏移，从而将纠正数据传递给放置装置以纠正芯片的位置。
当直通开口旋转到第一光学装置与排列在基片上的被检测的芯片之间的光学通道之中后，在一定的延时内激活第一光学装置。这样，能够可靠地避免凸起随旋转部件的旋转而导致的部分模糊的图像。
其它优选实施例可由从属权利要求进行描述。
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是现有技术中用于检验和旋转半导体芯片的设备的正视图；
图2是根据本发明实施例的用于检验和旋转半导体芯片的设备的正视图；
图3是根据本发明实施例的用于检验和旋转半导体芯片的设备的旋转部件的透视图；
图4是图3所示的旋转部件的侧视图；
图5是根据本发明的方法原理示意图；
图6是旋转部件中的直通开口旋转到左边和旋转到右边情况下的检验面积的示意图。
参考标号列表
1，11         基片
2，12         芯片分离器
3             旋转部件
4，17         旋转点、旋转轴
5             倒装头
6             拾捡部件
7，23         晶片光学照相机
8             放置装置
9             拾捡部件
11a           基片的表面
13            基片的移动方向
14            旋转部件
15，15a，16   旋转运动
18a，18b      第一凸起和第二凸起
19            第一拾捡部件
20            第二拾捡部件
21            放置装置
22            真空吸笔
23            照相机
23a           光学通道
24            放置装置的移动方向
25          灵敏照相机上的管芯(Die on the fly camera)
26          分度器(Indexer)
27          放置光学照相机
28          直通开口
29          钻孔
30          检验窗口的最大尺寸
31，32      旋转部件的总旋转过程
33、34      旋转方向
35、36      检验区域
37、38      扇区
具体实施方式
从图1所示的正视图可以看到，根据现有技术，旋转部件3用于通过芯片分离器2从晶片或者基片上分离单个半导体芯片，这里没有示出半导体芯片。在设计上使旋转轴伸出图纸平面，以在旋转部件3的左手边形成旋转点4，通过这种设计，旋转部件3能使倒装头5以及安装在倒装头5上的拾捡部件6转入、转出第一光学装置7和晶片表面之间的光学通道。实线的倒装头表示拾捡芯片的拾捡或拾取位置，而虚线的倒装头5反映的是拾捡过程之后在放置装置8处的存放位置或放置位置。放置装置8同样有一个拾捡部件9，例如可以是真空吸笔。这是为了将已经翻转的芯片放到智能卡模块中，例如，通过移动放置装置8来实现。
这种类型的旋转部件的不足之处在于其仅仅具有一个拾捡部件；此外，它需要费时的后续方法步骤，这在前面已经描述了。
图2是根据本发明的一个实施例中用于检验和旋转半导体芯片的设备的正视图。从该图中可以看到，晶片和关联的基片11具有晶片表面11a，使用芯片分离器12使单个半导体芯片从下往上脱离晶片表面11a。旋转轴17设置在待拾捡的芯片上方，旋转部件的安装方式使其可绕旋转轴进行旋转15、16。晶片能够随着基片11在x方向或y方向移动，例如，如双箭头13所示。
旋转部件14两侧的凸起18a和18b上设置有相对称的拾捡部件19、20。例如，这些拾捡部件可以是真空吸笔，它们能够同时拾捡和放置两个半导体芯片。第一真空吸笔19从基片上拾捡半导体芯片时，第二真空吸笔20将另一个半导体芯片放置到放置装置21中，例如，放置装置21上设置有另一个真空吸笔22。接着，放置装置21可以侧向移动，如双向箭头24所示。
旋转部件14相对于旋转轴17旋转90°之后——这次旋转方向与前次的旋转方向相反，几乎与此同时，设置在旋转部件14上的直通开口——这里没有示出——形成一个观测通道23a，该观测通道从第一光学装置23、通过旋转部件14垂直地延伸到基片11的表面11a，该晶片表面被晶片上另外的半导体芯片覆盖。
通过第一光学装置23(如照相机)利用观测通道对基片11上将要被拾捡的另一个半导体芯片做瞬间记录，以检验其表面和正确的位置。
一旦旋转部件14继续旋转90°完成180°的旋转过程后，第二真空吸笔20立即拾捡另一个半导体芯片。
第二光学装置采用管芯(die)的形式安装在灵敏照相机(fly camera)25上，用于检测先前旋转的芯片的倒装偏移。如果存在倒装偏移，该装置计算出相应的纠正数据并将该纠正数据传递给自调整放置装置21。接着，放置装置21将芯片放置到分度器(indexer)26中，其位置由另一个照相机27检验。
图3是根据本发明的一个实施例的用于检验和旋转电子元器件的设备的旋转部件14的透视图。从该透视图中可以看到，旋转部件在其旋转轴17处设置有用于容纳旋转轴的孔，图中没有示出旋转轴。旋转部件14围绕所述旋转轴旋转。
凸起18a和18b为对称的夹块状，用于容纳和连接拾捡部件，图中没有示出拾捡部件。例如，拾捡部件可以是真空吸笔。
该实施例中，直通开口28是通往长边一侧的贯通槽，其通过简单的铣削方式加工到旋转部件上。
图4是旋转部件的侧视图，从图中可以看到，在旋转部件围绕安装在钻孔29中的旋转轴进行旋转的过程中，旋转部件14提供的最大检验窗口直径为凸起18a和18b之间的距离。例如，该距离可以是20mm左右。当旋转部件14在除90°之外的其它旋转位置时，检验窗口变小；在旋转部件14转到180°的位置时，检验窗口完全消失。
图5是根据本发明的设备的工作原理的简单示意图。旋转部件(图中没有详细示出)安装在照相机23和基片11之间。该旋转部件包括直通开口28。直通开口28沿着圆周15a移动。
当直通开口28位于垂直位置时，也就是拾捡部件(图中未示出)已经水平对齐时，照相机23到基片11上将被移除的半导体芯片之间立即建立起光学通道23a。在直通开口28进入光学通道23a这个短暂的旋转过程中，对将被移除的半导体芯片的表面和位置进行了瞬间记录。旋转部件以逆时针方向，即箭头15所示的方向进行下一个旋转，使得拾捡部件(图中未示出)掠过将被移除的芯片，并拾取该芯片。接着，旋转部件又以顺时针方向，也就是箭头16所示的方向进行180°的旋转。
图6是具有直通开口28的旋转部件14旋转过程中，照相机23可获得的观测/检验区域的示意图。箭头33和34分别表示逆时针方向和顺时针方向。在旋转部件和直通开口的逆时针旋转(参看附图标记31)和顺时针旋转(参看附图标记32)的全部360°的旋转过程中，大约在90°的位置形成有效的检验区域35和36。
为防止直通开口转入照相机与晶片之间的光学通道时产生模糊的照片，给照相机留下10毫秒的延时，如扇区37和38所示。
本申请文件公开的所有特性中，如果这些特性本身或其组合对现有技术而言具有独创性，那么，它们被主张为本发明的实质。本申请文件公开的所有特性本身或其组合都被认为是本发明的实质。对本领域技术人而言，还可对这些特性进行改变，而不脱离本发明的实质。

Claims (10)

1、一种检验和旋转电子元器件的设备，包括连接到旋转轴(17)的用于旋转电子元器件的旋转部件(14)，所述旋转部件(14)外侧固定有第一拾捡部件(19)，该拾捡部件(19)用于从基片(11)上拾取单个电子元器件，并在所述旋转部件(14)的旋转(15、16；15a)过程中持住所述电子元器件；其特征在于，所述旋转部件(14)外侧固定有第二拾捡部件(20)，其与第一拾捡部件(19)相对于旋转轴(17)对称设置，使得在旋转部件(14)每旋转(15、16)180°时，总有一个拾捡部件(19、20)朝向基片(11)；所述旋转部件(14)上设有直通开口(28)，其位于拾捡部件(19、20)之间，当旋转部件(14)从其中一个拾捡部件(19、20)朝向基片(11)的位置旋转90°或270°(15、16)时，直通开口(28)朝向基片(11)。
2、根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一拾捡部件(19)连接到所述旋转部件(14)的第一凸起(18a)上，所述第二拾捡部件(20)连接到所述旋转部件(14)的第二凸起(18b)上。
3、根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述直通开口(28)是开设在两凸起(18a、18b)之间的直通槽(28)。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，在旋转部件(14)的一侧、朝向基片(11)设置有第一光学装置(23)，用于在拾捡排列在基片(11)上的电子元器件之前检验所述电子元器件的表面和正确位置。
5、根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述直通开口(28)的开设使得当旋转部件(14)在旋转运动(15、16)中，在第一光学装置(23)和排列在基片(11)上的电子元器件之间形成一条光学通道。
6、根据权利要求5所述的设备，其特征在于，还包括用于检验被旋转及被放置的电子元器件的正确位置的第二光学装置。
7、一种检验和旋转电子元器件的方法，通过安装在旋转部件(14)上的第一拾捡部件(19)从排列在基片(11)上的电子元器件中拾捡电子元器件，并将所述电子元器件放置在放置装置，所述旋转部件(14)安装在基片(11)和第一光学装置(23)之间以检验排列在基片(11)的单个电子元器件的表面和正确位置，其特征在于：在所述旋转部件(14)旋转(15、16)180°的过程中：
旋转0°时，第一拾捡部件(19)拾取排列在基片(11)上的单个电子元器件；
在0°至180°的旋转过程中，通过第一光学装置(23)以及设置在旋转部件(14)上的直通开口(28)检验排列在基片(11)上的另一个单个电子元器件的表面和正确位置；
在旋转部件(14)共旋转(15、16)所述180°后，将第一拾捡部件(19)所持住的电子元器件存放到放置装置(21)中，同时，通过安装在旋转部件(14)上的与所述第一拾捡部件(19)相对的第二拾捡部件(20)拾取排列在基片(11)上的另一个单个电子元器件。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在180°旋转(15)之后，再向另一方向进行180°旋转(16)。
9、根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在转移所述电子元器件的过程中或转移之后，通过第二光学装置(25)检验和调整已翻转及已放置的所述电子元器件的正确位置。
10、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在直通开口(28)转到第一光学装置(23)和仍排列在基片(11)的电子元器件之间的光学通道(23a)后，在预定的延时(37、38)内激活第一光学装置(23)。
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