CN100511616C - 元件安装装置和元件安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种元件安装装置和元件安装方法。在元件安装装置中，通过将上芯片安装在下芯片上形成具有芯片上芯片结构的集成元件。将由元件载入头从元件载入单元拾起的下芯片放置在安装台上，在元件传送位置由元件运送头从第二元件托盘拾起的上芯片围绕旋转轴垂直倒置并传送到安装头，然后在元件安装位置上由安装头保持的上芯片下降并通过焊合安装在由安装台保持的下芯片上。通过安装而形成的集成元件由元件运送头从安装台上取出，并贮存在元件贮存单元中的第一元件托盘中。

Description

元件安装装置和元件安装方法
技术领域
本发明涉及一种元件安装装置和元件安装方法，其中一个元件以层叠方式安装在另一元件上。
背景技术
在制造电子器件的领域中，进行元件安装操作，从而将半导体芯片安装在诸如电路板等的工件上。在这种元件安装操作中，存在两个操作：运送和放置操作，将其中形成有诸如焊料凸点(solder bump)的连接端子的半导体芯片从元件供给单元拾起并放置在板上；以及接合操作，将半导体的连接端子接合到板上的电路端子。对于执行这种元件安装操作的装置，传统上已知的是这样一种元件安装装置，其包括元件倒置机构和安装头，该元件倒置机构从元件供给单元拾起半导体芯片并将它们垂直倒置，该安装头将从元件倒置机构传送来的半导体芯片安装在板上(参见，例如，日本专利No.313253)。
根据近来在减小电子器件的尺寸且使其精致方面的进步，已经需要进一步提高在电子器件中安装的板密度。响应于这种高密度安装的需要，已经广泛采用具有通过层叠多个半导体芯片制成的称为芯片上芯片(COC)结构的半导体器件。这种半导体器件通过使一对半导体芯片中彼此相对的电路形成面上的焊凸相互接合而制造。
然而，由于上述专利公开中所示的元件安装装置构造成适用于在尺寸相对较大从而易于处理的板上运送并安装半导体芯片的应用中，因此该装置并不总是适于将一对尺寸大致相同的半导体芯片相互接合。因此，期望这样一种元件安装装置和元件安装方法，其可以有效地进行元件安装操作，以制造具有芯片上芯片结构的半导体器件。
发明内容
本发明针对于上述情况，本发明的目的是提供一种元件安装装置和元件安装方法，其可以有效地进行元件安装操作，以制造具有芯片上芯片结构的半导体器件。
本发明的元件安装装置是：一种将第二元件安装于第一元件上的元件安装装置，其包括：
供给第二元件的元件供给单元；
安装台，第一元件放置在该安装台上；和
安装单元，其通过安装头将所述第二元件保持并安装在置于所述安装台上的第一元件上；
其中所述第二元件通过元件运送单元从所述元件供给单元中拾起，并传送到所述安装头，并且
安装所述第一元件上的第二元件由所述元件运送单元保持，并与所述第一元件一起从所述安装台上被取出。
本发明的元件安装方法是：一种将第二元件安装于第一元件上的元件安装方法，包括如下步骤：
将第一元件放置在安装台上的放置步骤；
保持由元件运送单元传送到安装头的第二元件的保持步骤；
将由所述安装头保持的第二元件安装在置于所述安装台上的第一元件上的安装步骤；和
将安装在所述第一元件上的第二元件与第一元件一起通过所述元件运送单元保持而从所述安装台上取出的取出步骤。
根据本发明，在将第二元件安装在第一元件上的元件安装操作中，第一元件由元件运送单元运送到安装台，然后安装头将由元件运送单元传送来的第二元件安装在第一元件上。进一步，元件运送单元将安装后的第二元件与第一元件一起取出。通过该构造，可以有效地进行用于制造具有COC结构的半导体器件的元件安装操作。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施例的元件安装装置的透视图。
图2是示出根据本发明该实施例的元件安装装置的正视图。
图3A-3D是示出根据本发明该实施例的元件安装方法的过程解释图。
图4A-4D是示出根据本发明该实施例的元件安装方法的过程解释图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的优选实施例。图1是示出根据本发明一个实施例的元件安装装置的透视图；图2是示出根据本发明该实施例的元件安装装置的正视图；图3A到4D是根据本发明该实施例的元件安装方法的过程解释图。
参照图1和2，下面将描述元件安装装置1的结构。元件安装装置1用于制造具有通过以直接层叠方式安装尺寸基本相同的半导体芯片而制成的COC结构的集成元件(半导体器件)。在图1中，元件安装装置1构造成，元件供给单元2和元件定位单元3在X方向(元件运送方向)上顺次布置，在这些单元上方，元件运送单元4和元件安装单元5设置成在X方向上延伸。在元件定位单元3的右侧，设置有元件载入单元6，用于将下芯片14载入元件定位单元3中，每个下芯片14是本发明的第一元件。
下面将描述这些单元的构造。元件供给单元2这样设置：将元件贮存台12安装在结合有X轴台11X和Y轴台11Y的第一定位台11上。第一元件托盘13A(第一元件供给单元)和第二元件托盘13B(第二元件供给单元)被支撑在元件贮存台12的上表面上。上芯片15以及由上芯片15安装在下芯片14上而形成的集成元件19分别以栅格图案整齐地设置并贮存在第二元件托盘13B和第一元件托盘13A上(参见图2)，其中每个上芯片15是本发明的第二元件。
通过驱动所述第一定位台11，元件贮存台12上的第一元件托盘13A和第二元件托盘13B在X方向和Y方向上水平运动，从而相对于元件运送单元4定位。采用这种构造，上芯片15由元件运送单元4拾起并供给到元件安装单元5。这样，第二元件托盘13B构成了供给作为第二元件的上芯片15的元件供给单元。
布置在元件定位单元3右侧的元件载入单元6包括元件贮存托盘32和元件载入头33，元件贮存托盘32通过运送器31可在X方向上运动，元件保持喷嘴34安装在元件载入头33上。元件载入头33可以在X方向上往复运动，并通过运送头致动机构(未示出)进行上升和下降操作。采用该构造，元件载入头33可以在位于元件安装位置[P2]的安装台18与位于运送器31左端的元件贮存托盘32之间的进行元件搬运操作，从而将元件贮存托盘32上的下芯片14载入并放置在安装台18上。这样，元件载入头33构成了将下芯片14放置在安装台18上的元件载入单元。
每个下芯片14和每个上芯片15都是相对于彼此具有大致相同尺寸的矩形元件。如图2所示，连接端子14a设置在每个下芯片14的电路形成面上，焊料凸点15a设置在每个上芯片15的电路形成面上。下芯片14和上芯片15以所谓的“面朝上位置”(电路形成面朝向上侧)分别贮存在元件贮存托盘32和第二元件托盘13B上。元件安装装置1进行这样的元件安装操作，即，将从第二元件托盘13B中拾起的上芯片15层叠地安装在从元件载入单元6载入的下芯片14上。该安装操作这样来执行，将上芯片15放置在下芯片14上，并在每对上芯片15和下芯片14中将焊料凸点15a焊合于连接端子14a。顺便提及，上芯片15和下芯片14的接合方法不限于焊料凸点15a与连接端子14a之间的焊合，而是可以采用用诸如各向异性导电粘合剂(ACF)的粘合剂或树脂接合。还可以采用超声接合。此外，在这种元件设置有焊凸的情况下，焊凸的材料不限于焊锡，而是可以适当地选择金、银、铜、铟等。
元件定位单元3通过将可移动块17安装在结合有X轴台16X和Y轴台16Y的第二定位台16上构造而成。其上放置有下芯片14的安装台18设置在可移动块17的上表面上。吸孔18a形成在安装台18上，使得下芯片14通过吸孔18a的真空抽吸被吸在安装台18上并保持在其上，从而将下芯片14放置在安装台18上。
通过驱动所述第二定位台16，安装台18在X方向和Y方向上水平运动。因此，安装台18上的下芯片14可以相对于元件安装单元5定位。此外，使安装台18在X方向运动，安装台18可以位于元件在安装台18与元件运送单元4之间传送的元件传送位置[P1]以及元件安装单元5进行安装操作的元件安装位置[P2]。
元件运送单元4构造成能够利用运送块20使元件运送头21在X方向往复运动。元件运送头21包括可以保持上芯片15的元件保持喷嘴22。元件保持喷嘴22构造成能够通过安装在元件运送头21中的致动机构而上升和下降。此外，将元件运送头21制造成可以围绕在Y方向上延伸的旋转轴21旋转180度。通过该构造，可以以向上方向和向下方向两种姿态操作元件保持喷嘴22。
即，元件运送头21可以利用元件保持喷嘴22从元件供给单元2拾起上芯片15，还可以通过将元件保持喷嘴22旋转180度使其转向向上姿态而使上芯片15垂直倒置。
元件安装单元5构造成能够利用运送台25使安装头27在X方向上往复运动。安装头27构造成通过头致动机构26而上升和下降，并且包括用于将上芯片15保持在“面朝下位置”的元件保持喷嘴28。通过使已从第二元件托盘13B拾起上芯片15的元件运送头21运动到如图2所示的元件传送位置[P1]，并使元件运送头21垂直倒置，同时使安装头27运动到元件传送位置[P1]，就可以将由元件保持喷嘴22保持的上芯片15传送到安装头27。
此时，在第二元件托盘13B上处于焊料凸点15a向上的面朝上位置的上芯片15以焊料凸点15a向下的面朝下位置被传送到安装头27，其由元件运送头21垂直倒置。这样，元件运送单元4构成了将从第二元件托盘13B拾起的上芯片15传送到安装头27的元件运送单元。然后，在接收到上芯片15之后，安装头27运动到元件安装位置[P2]，并进行下降和上升操作，从而将上芯片15安装在放置在安装台18上的下芯片14上。
安装头27包括位于其内部的加热装置，从而可以通过元件保持喷嘴28给上芯片15加热。在使由安装头27保持着的上芯片15朝着放置在安装台18上的下芯片14下降以使焊料凸点15a与下芯片14接触的安装操作中，通过用安装头27加热上芯片15，焊料凸点15a熔化，以通过焊合而接合于连接端子14a。从而，将上芯片15安装在下芯片14上。元件安装单元5构成了用安装头27保持上芯片15并将上芯片15安装在置于安装台18上的下芯片14上的安装单元。
已通过将上芯片15安装在下芯片14上而形成的集成元件19由元件运送头21从安装台18上取出并贮存在元件供给单元2的第一元件托盘13A中。换言之，在该实施例中，安装在下芯片14上的上芯片15构造成与下芯片14一起被上述元件运送单元从安装台18上取出。
识别单元30布置在元件定位单元3的斜上方。识别单元30包括可以在一次成像操作中对仰视图和俯视图成像的双视野光学系统，其构造成可以通过运动机构(未示出)在Y方向上运动。在下芯片14放置在安装台18上且通过抽吸保持上芯片15的安装头27位于安装台18的正上方的情况下，识别单元30介于安装台18与安装头27之间，从而可以通过同一成像操作对下芯片14和上芯片15成像以进行识别。识别单元30构成了本发明的识别单元，其对安装台18上的下芯片14和由安装头27保持着的上芯片15进行光学识别。
接下来，参照图3A到4D，将描述元件安装装置1进行的元件安装操作。如图3A所示，元件载入头33在元件载入单元6的元件贮存托盘32的上方运动。然后，元件保持喷嘴34定位到作为安装物体的下芯片14，并下降以通过抽吸从下芯片14的电路形成面保持下芯片14。此时，元件运送头21在元件供给单元2中的第二元件托盘13B上方处于待命位置。
随后，元件载入头33将下芯片14从元件贮存托盘32拾起，并使下芯片14运动到元件定位单元3中的元件安装位置[P2]，如图3B所示。然后将下芯片14放置在安装台18上(放置步骤)。元件供给单元2中曾处于待命位置的元件运送头21下降，以保持第二元件托盘13B上的上芯片15。
随后，元件运送头21将通过元件保持喷嘴22保持上芯片15从第二元件托盘13B中拾起，并朝向元件传送位置[P1]运动。在向元件传送位置[P1]运动中间，元件运送头21旋转180度，以使通过元件保持喷嘴22保持的上芯片15垂直倒置，如图3D所示。然后通过使元件运送头21从安装头27的下侧上升，已经从元件安装位置[P2]运动到元件传送位置[P1]的安装头27的元件保持喷嘴28将上芯片15保持在面朝下位置，使电路形成面朝下(保持步骤)。
进而，在使保持上芯片15的安装头27运动到元件安装位置[P2]之后，使识别单元30介于安装台18与安装头27之间，如图4A所示，从而识别单元30利用设置在其中的双视野光学系统在同一成像操作中对下芯片14和上芯片15进行成像。成像结果由识别装置(未示出)进行处理以进行识别，以识别出下芯片14的连接端子14a和上芯片15的焊料凸点15a。基于该识别结果，检测连接端子14a与焊料凸点15a之间位置上的不一致性。
当识别单元30从安装头27下方的位置退回时，安装头27下降以将上芯片15放置在下芯片14上，如图4B所示。此时，通过考虑到在先前识别步骤中检测到的连接端子14a与焊料凸点15a之间位置上的不一致性来控制第二定位台16，使焊料凸点15a正确地定位到连接端子14a。
然后，安装头27对上芯片15进行加热，从而通过使焊料凸点15a熔化并接合于连接端子14a而将上芯片15安装在下芯片14上(安装步骤)。从而，通过将上芯片15安装在下芯片14上而形成集成元件19。此时，控制安装头27的高度，以使上芯片15与下芯片14之间保持充分的间隔，从而可以防止因焊料凸点15a的熔融焊料随意流动而引起的麻烦。
在完成了焊合之后，释放安装台18对下芯片14的抽吸保持，并使安装头27上升，从而开始用元件运送头21运送集成元件19。即，如图4C所示，保持集成元件19的安装台18运动到元件传送位置[P1]，然后使元件运送头21运动到元件传送位置[P1]并朝安装台18下降。
此后，元件保持喷嘴22保持集成元件19中的上芯片15，通过使元件运送头21运动到元件供给单元2，集成元件19贮存在第一元件托盘13A上，如图4D所示。换言之，由元件运送头21保持的上芯片15与下芯片14一起从安装台18上被取出，并贮存在第一元件托盘13A上(取出步骤)。
如上所述，在本发明的元件安装装置中，在将上芯片15安装在下芯片14上的元件安装中，元件运送单元4将下芯片14运送到安装台18，随后，安装头27将从元件运送单元4传送来的上芯片15安装在下芯片14上。安装之后，元件运送单元4将上芯片15与下芯片14一起取出。通过该构造，可以有效地进行用于制造具有COC结构的半导体器件的元件安装操作，即接合一对彼此尺寸大致相同的芯片元件的安装操作。
此外，根据本发明，无需提供仅用于取出元件的头。因此，可以简化装置结构，并降低装置成本。此外，通过具有运送器31的结构，贮存在元件贮存托盘32中的下芯片14可以有效地以在线方式供给。
本发明提供了可以有效进行用于制造具有COC结构的半导体器件的元件安装操作的优点，因此适用于以层叠方式将一个元件安装在另一元件上的制造半导体器件的领域。

Claims (5)

1.一种将第二元件安装于第一元件上的元件安装装置，包括：
供给第二元件的元件供给单元；
安装台，第一元件放置在该安装台上；和
安装单元，其通过安装头将所述第二元件保持并安装在置于所述安装台上的第一元件上；
其中所述第二元件通过元件运送单元从所述元件供给单元中拾起，并传送到所述安装头，并且
所述第一元件上的第二元件由所述元件运送单元保持，并与所述第一元件一起从所述安装台上被取出。
2.根据权利要求1所述的元件安装装置，还包括识别单元，该识别单元识别置于所述安装台上的第一元件和由所述安装头保持的第二元件。
3.根据权利要求1所述的元件安装装置，还包括将所述第一元件放置在所述安装台上的元件载入单元。
4.一种将第二元件安装于第一元件上的元件安装方法，包括如下步骤：
将第一元件放置在安装台上的放置步骤；
保持由元件运送单元传送到安装头的第二元件的保持步骤；
将由所述安装头保持的第二元件安装在置于所述安装台上的第一元件上的安装步骤；和
将安装在所述第一元件上的第二元件与第一元件一起通过所述元件运送单元保持而从所述安装台上取出的取出步骤。
5.根据权利要求4所述的元件安装方法，还包括识别单元识别置于所述安装台上的第一元件和由所述安装头保持的第二元件的识别步骤。
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