CN101587826A - 固晶装置 - Google Patents

Abstract

一种固晶装置，其与具有至少一个晶粒的承载体和具有晶粒接合面的基板相配合。固晶装置包括晶粒顶出机构和基板保持机构。晶粒顶出机构具有至少一个顶针单元。基板保持机构保持基板，并与晶粒顶出机构对向设置。基板与晶粒顶出机构以平行晶粒接合面的方向二维地相对移动。承载体位于晶粒顶出机构与基板之间。顶针单元顶抵承载体，以使承载体上的晶粒转置到基板的晶粒接合面上。

Description

固晶装置

技术领域

本发明涉及一种制造装置，特别涉及一种固晶装置。

背景技术

随着半导体技术的进步，使得半导体组件的应用越趋广泛，连带使得晶粒的使用量增加。而针对晶粒这类的精密组件而言，其必须配合精密机械才能顺利的进行工艺。而对于晶粒的取放一般使用业界称为黏晶机的固晶装置。

请参照图1所示，传统的固晶装置1包括顶针机构(ejectingmechanism)11、取晶机构(pick-up mechanism)12、输送带13以及点胶机构14。晶粒31为多组地设置于蓝色胶带(blue tape)32上，并位于顶针机构11和取晶机构12之间。输送带13输送基板2，其由输送带13的入口端进入后，先由点胶机构14将黏着胶设置于基板2上将要放置晶粒31的位置，接着由输送带13将基板2输送至加工区，此时，顶针机构11向上顶起取晶机构12将要吸取的晶粒31，而取晶机构12的动作为：向下移动以吸取被顶起的晶粒31；吸取晶粒31并向上移动；移动至基板2上方；向下移动将晶粒31将其置于基板2上与黏着胶接合；向上移动；回到顶针机构11上方。

承上所述，晶粒是通过取晶机构12的吸附和移动，而将晶粒由蓝色胶带移动设置于基板2上，因此取晶机构12移动的速度与移动的距离是固晶装置1加工速度的关键。当基板尺寸越大时，取晶机构需要移动的距离将会增加，如此一来将会降低加工速度，而不符合制造成本，另外，由于取晶机构需要高速的移动，而如此精密且高速的机构往往也导致成本的增加。因此，如何提供一种固晶装置，以适用于各种尺寸基板的工艺，并且能降低设备成本和制造成本，实属当前重要课题之一。

发明内容

鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种能够节省生产作业时间的固晶装置。

为达上述目的，根据本发明的一种固晶装置，其与具有至少一各晶粒的承载体和具有晶粒接合面的基板相配合。该固晶装置包括晶粒顶出机构和基板保持机构。晶粒顶出机构具有至少一个顶针单元。基板保持机构保持基板，并与晶粒顶出机构对向设置。基板与晶粒顶出机构以平行晶粒接合面的方向二维地相对移动。承载体位于晶粒顶出机构与基板之间。顶针单元顶抵承载体，以使承载体上的晶粒转置到基板的晶粒接合面上。

承上所述，因根据本发明的一种固晶装置将晶粒顶出机构与保持基板的基板保持机构对向设置，并将承载有晶粒的承载体置于晶粒顶出机构与基板之间；晶粒是与基板的晶粒接合面对向设置，当晶粒顶出机构的顶针单元顶抵承载体时，晶粒会被顶起，并直接转置到基板的晶粒接合面上。相对于传统利用取晶机构(pick-up mechanism)来吸取晶粒再将晶粒设置于基板上的做法，本发明的固晶装置可以节省工艺时间，并且可应用于各种尺寸的基板，另外，省略了现有的取晶机构，因此也可节省固晶装置的成本。

附图说明

图1为一种现有的固晶装置的示意图；

图2为根据本发明第一实施例的固晶装置的示意图；

图3为根据本发明第一实施例的固晶装置操作时的部分侧视示意图；

图4A为根据本发明第二实施例的固晶装置的示意图；

图4B为根据本发明第二实施例的固晶装置操作时的部分侧视示意图；

图5为根据本发明优选实施例的固晶装置中粘接材料设置机构的示意图；

图6为根据本发明优选实施例的固晶装置中，具有第二位移单元的晶粒顶出机构的示意图；

图7A、图7B和图7C为根据本发明优选实施例的固晶装置中，晶粒顶出机构与承载体接触的表面为曲面的示意图；以及

图8为根据本发明优选实施例的固晶装置具有多个晶粒顶出机构的示意图。

主要组件符号说明

1、4、4a、4b：固晶装置

11：顶针机构

12：取晶机构

13：输送带

14：点胶机构

2：基板

31：晶粒

32：蓝色胶带

41：基板保持机构

411：保持单元

412、412a：第一位移单元

42、42a、42b、42c：晶粒顶出机构

421：顶针单元

422：吸附单元

423：第二位移单元

424：曲面单元

43、43a：定位侦测机构

44：粘接材料设置机构

45：输送机构

5、5a：基板

51：晶粒接合面

6：承载体

61：晶粒

7：第三位移单元

F：框架

具体实施方式

以下将参照附图，说明根据本发明优选实施例的固晶装置。

请参照图2所示，其为本发明优选实施例的固晶装置4的简易示意图。固晶装置4与基板5和承载体6配合应用。其中，基板5例如为长宽皆大于10公分的基板，其具有晶粒接合面51，而承载体6具有至少一个晶粒61。在本实施例中，基板5可为塑料基板、玻璃基板或印刷电路基板；承载体6例如为承载发光二极管的蓝色胶带(blue tape)，承载体6可被金属或塑料框架(frame)所支撑(图中未显示)；而晶粒61例如为太阳能电池晶粒(solar cell die)、或发光二极管晶粒(LEDdie)或其它未封装的半导体组件等，晶粒61黏着于蓝色胶带上。在本实施例中，固晶装置4包括基板保持机构41、晶粒顶出机构42以及定位侦测机构43。

由于基板5可为塑料基板、玻璃基板或印刷电路基板，因此基板保持机构41可为塑料基板保持机构、玻璃基板保持机构或印刷电路板保持机构。基板保持机构41具有保持单元411以及第一位移单元412，并且基板保持机构41与晶粒顶出机构42对向设置。保持单元411保持基板5，并使基板5与晶粒顶出机构42以平行晶粒接合面51的方向二维地相对移动。在本实施例中，保持单元411可为吸附单元、或夹持单元、或拖持单元、或悬吊单元、或气浮单元、或吸附气浮单元(vacuum suction and air-float unit)、或其组合，以保持基板5。其中，当保持单元411为吸附单元时，其例如但不限于真空吸附单元或静电吸附单元(ESC chuck)，以吸附基板5相对于晶粒接合面51的另一表面。

第一位移单元412以如图2所示的X方向、Y方向或Z方向驱动保持单元411，以一维方向、二维方向或三维方向产生位移。其中，X方向、Y方向及Z方向分别代表轴向而非限定为图中箭头所指的方向。

晶粒顶出机构42具有顶针单元421和吸附单元422，其中吸附单元422环设于顶针单元421的周围。在本实施例中，吸附单元422例如为真空吸附单元。

定位侦测机构43例如为光学定位侦测机构，例如为影像撷取机构(CCD camera)或影像感测装置(image sensor)，其中保持单元411所保持的基板5位于定位侦测机构43与晶粒顶出机构42之间。一般而言，定位侦测机构43的侦测镜头与晶粒顶出机构42的顶出单元421相互对准。在本实施例中，定位侦测机构43可侦测承载体6上的晶粒61、晶粒顶出机构42和基板5的至少其中之二，沿平行晶粒接合面51方向的二维地相对位置，以使基板5与晶粒顶出机构42以平行晶粒接合面51的方向二维地相对移动。另外，在本实施例中，定位侦测机构43也可侦测承载体6上的晶粒61和基板51沿垂直晶粒接合面51方向(如图2中的Z方向)的间距，以调整承载体6与基板51之间的间距，以使当顶针单元421顶抵承载体6时，能将晶粒61正确地转置到基板5的晶粒接合面51上。

请同时参照图2和图3所示，其中图3为固晶装置4操作时的部分侧视示意图。承载体6位于晶粒顶出机构42与基板5之间。其中，基板5的晶粒接合面51朝下(如图2的Z方向的箭头所示)，并且基板5设置于顶针单元421的上方，吸附单元422吸附承载体6使晶粒61面向基板5的晶粒接合面51，而顶针单元421顶抵承载体6，以使承载体6上的晶粒61转置于基板5的晶粒接合面51上。

第一实施例

以下，以基板5为透明基板，并受第一位移单元412驱动，进而使得基板5与晶粒顶出机构42以平行晶粒接合面51的方向二维地相对移动为例，进一步说明目标晶粒61由承载体6转置于基板5的晶粒接合面51上的操作：

首先，由吸附有基板5的保持单元411通过第一位移单元412的驱动而移位至适当位置。所谓的适当位置是指：将保持单元411移位至晶粒接合面51上将要设置晶粒61的区域与顶针单元421对应的位置。由于基板5是透明的，并且基板5上可具有对位记号，因此可通过定位侦测机构43的协助，以协助确认要被顶出的晶粒61已位于基板5上的预定的晶粒接合面51位置，若位置有偏差，定位侦测机构43则可通知第一位移单元412移动基板5至适当位置。

接着，由晶粒顶出机构42的吸附单元422吸附承载体6，并由顶针单元421由下向上顶抵承载体6以将目标晶粒61顶起，并直接将目标晶粒61转置于基板5的晶粒接合面51上(例如晶粒接合面51上已具有粘接材料，或是目标晶粒61面对基板5的表面，已具有粘接材料)。如此一来，每一次的植晶即可利用第一位移单元412短距离的移动基板5，并通过顶针单元421将目标晶粒61顶起，即可将承载体6上的这些晶粒61设置于基板5上对应的位置，而可减少固晶装置4的操作程序，进而可节省工艺时间。另外，由下向上将晶粒61顶起的方式，也可在晶粒61的顶出过程中，避免承载体6上周围的其它晶粒61从承载体6上掉落，进而造成材料浪费。

第二实施例

请参考图4A和图4B，基板5a为不透明的印刷电路板，基板5a上可还具有多个通孔(vias)V，这些通孔V邻设于这些晶粒61的预设植晶点(与晶粒接合面51位于同一表面)的位置附近，图4A和图4B仅为示意图，理论上通孔V的尺寸应比晶粒61大。第一位移单元412a驱动基板5a在X-Y平面上移动，而承载体6被框架F支撑，固晶装置4a还具有第三位移单元7，以驱动承载体6相对于晶粒顶出机构42产生二维方向的位移。其中，第三位移单元7以机械手臂为例，当然也可以是一个滑轨，其驱动承载体6在X-Y平面上移动。

在本实施例中，让基板5a与承载体6以平行晶粒接合面51的方向二维地相对移动的方式，利用第一位移单元412a驱动基板5a而第三位移单元7驱动承载体6来达成。

另外，本实施例中的定位侦测机构43a可具有多个分析模块，利用同一组光学镜头分光后，同时对于不同的目标物来侦测其位置，如此一来，定位侦测机构43a即可同时分别看到植晶点和晶粒61的位置，以作精准快速的定位。

由于基板5a为不透明的印刷电路板，因此固晶装置4a操作的过程也有些不同：定位侦测机构43a的侦测镜头与晶粒顶出机构42的顶出单元421原本即为相互对准，定位侦测机构43a通过基板5a上的其中一个通孔V来侦测位在承载板6上的至少一个晶粒61的位置；接着，利用第三位移单元7来驱动承载体6，以使要被顶出的晶粒61位于顶出单元421的正上方；接着，利用第一位移单元412a驱动基板5a移动，以使基板5a上的目标植晶点移至顶出单元421的正上方，并与晶粒61对齐。由于第一位移单元412a内建有基板5a上的多个通孔V以及多个植晶点的坐标位置，因此虽然定位侦测机构43a无法侦测到植晶点，但仍能利用植晶点与最近的通孔V的坐标计算出相对距离而移动基板5a，以将目标植晶点移动至顶出单元421的正上方。

最后，由晶粒顶出机构42的吸附单元422吸附承载体6，并由顶针单元421从下向上顶抵承载体6，以将目标晶粒61顶起，并直接将目标晶粒61转置于基板5a的目标植晶点上(例如目标植晶点上已具有粘接材料，或是目标晶粒61面对基板5a的表面，已具有粘接材料)。

如此一来，即可将承载体6上的这些晶粒61逐一设置于基板5a上对应的位置，而可减少固晶装置4a的操作程序，进而可节省工艺时间。另外，由于通孔V旁边即为植晶点，由该通孔V驱动基板5a移动的距离(将对准于顶针单元421由通孔移至基板的植晶点)，比现有技术利用基板5a边缘的对准记号来对位后再移动基板5a的距离小，因此可减少移动第一位移单元412的移动误差，提升产品的精准度。而且，从下向上将晶粒61顶起的方式，也可在晶粒61的顶出过程中，避免承载体6上周围的其它晶粒61从承载体6上掉落，进而造成材料浪费。

接着，请参照图5所示，在本实施例中，固晶装置4、4a还可包括粘接材料设置机构44，其例如为点胶机，可邻设于晶粒顶出机构42而与基板5、5a的晶粒接合面51对向设置。基板5、5a通过输送机构45而在固晶装置4、4a中被输送。粘接材料设置机构44将粘接材料分别设置于基板5、5a的晶粒接合面51上将要设置晶粒61的位置。其中，粘接材料例如为热固胶、光固胶或压感胶(pressure sensitive glue)，而固晶装置4、4a则可配合粘接材料的不同而设置有相对应的固化机构，例如为电热源、超音波摩擦热源或光源。

当然，粘接材料设置机构44可根据实际设计的需要而设置于不同的位置，例如，当粘接材料要设置于晶粒61上时，则粘接材料设置机构44可与晶粒61对向设置。当然，粘接材料也可在基板5、5a或晶粒61尚未进入固晶装置4之前，即已设置于基板5、5a的晶粒接合面51或晶粒上。换言之，粘接材料设置机构44也可设置于固晶装置4、4a之外，而不包括于固晶装置4、4a。

请再参照图6所示，在上述的多个实施例中，晶粒顶出机构42也可具有第二位移单元423，以驱动顶针单元421、或吸附单元422、或同时驱动两者，以如图6所示的X方向、Y方向或Z方向，以一维方向、二维方向或三维方向产生位移。换言之，前述实施例中承载体6上的晶粒61、晶粒顶出机构42和基板5、5a之间的相对位置或间距，可通过第一位移单元412或第二位移单元423的操作而获得调整。

为了确保顶针单元421能够精确地顶起对应的晶粒61，以不致于影响对应晶粒61周围的其它晶粒，晶粒顶出机构42与承载体6接触的表面，除了可为上述的平面之外，也可设计为曲面。请参照图7A所示，晶粒顶出机构42a还可包括曲面单元(curved unit)424，其设置于顶针单元421上。在本实施例中，曲面单元424具有与顶针单元421和吸附单元422相对应的孔洞，以使顶针单元421和吸附单元422能够通过孔洞而正常运动。曲面单元424的作用是使将要固着于基板5、5a的晶粒61位于承载体6上的最高点，以使晶粒61周围的其它晶粒不易碰触到基板5、5a。为了达到相同的功效，也可如图7B和图7C所示将晶粒顶出机构42a与承载体6接触的表面设计为曲面。其中，图7B为显示具有曲面的晶粒顶出机构42b的顶针单元421和吸附单元422的操作示意图；图7C为显示具有曲面的晶粒顶出机构42c的顶针单元421和邻设于顶针单元421的吸附单元422的操作示意图。

另外，本发明优选实施粒的固晶装置的另一实施形式，如图8所示，固晶装置4b可具有多个晶粒顶出机构42，其可同时或分别操作，以将多个承载体6上的晶粒设置于基板5的晶粒接合面51上，进而可加快加工速度。其中，各晶粒顶出机构42的结构、操作皆与上述实施例所述相同，在此不在多加赘述。

此外，上述实施例以顶针单元在下，保持单元在上的实施形式为例说明，然而，其设置位置仅为举例性而不是为限定性。例如顶针单元在上，保持单元在下，甚至或为左右相对的关系，皆为其实施的可能性，在此并不加以限制。

综上所述，本发明的固晶装置将晶粒顶出机构与基板保持机构对向设置，并将承载有晶粒的承载体置于晶粒顶出机构与基板之间。晶粒与基板的晶粒接合面对向设置，当晶粒顶出机构的顶针单元顶抵承载体时，晶粒会被顶起，并直接转置于基板的晶粒接合面上。因此，再配合其它例如位移单元、定位机构等的使用，只要使基板保持单元、晶粒承载体以及顶针单元中的至少其中的两者移动至适当的位置，即可逐一将晶粒设置于基板上。相比于传统利用取晶机构来吸取晶粒再将晶粒设置于基板的做法，本发明的固晶装置可以节省工艺时间，并且可应用于各种尺寸的基板。另外，省略了现有的取晶机构，因此也可节省固晶装置的成本。

以上所述仅为举例性，而并非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括于后附的权利要求中。

Claims (16)

1、一种固晶装置，其与具有一晶粒的一承载体和具有一晶粒接合面的一基板相配合，该固晶装置包括：

一晶粒顶出机构，其具有至少一个顶针单元；以及

一基板保持机构，其保持所述基板，并与所述晶粒顶出机构对向设置，所述基板与所述晶粒顶出机构以平行所述晶粒接合面的方向二维地相对移动，

其中，所述承载体位于所述晶粒顶出机构与所述基板之间，所述顶针单元顶抵所述承载体，以使所述承载体上的所述晶粒转置于所述基板的所述晶粒接合面上。

2、如权利要求1所述的固晶装置，其中所述基板保持机构为一塑料基板保持机构、或一玻璃基板保持机构、或一印刷电路基板保持机构。

3、如权利要求1所述的固晶装置，其中所述基板的所述晶粒接合面朝下，并且所述基板设置于所述顶针单元的上方，所述顶针单元由下向上顶抵所述承载体。

4、如权利要求1所述的固晶装置，其中所述基板保持机构具有一保持单元，其保持所述基板而与所述晶粒顶出机构对向设置。

5、如权利要求4所述的固晶装置，其中所述保持单元为一吸附单元、或一气浮单元、或一夹持单元、或一托持单元或一悬吊单元、或一吸附气浮单元。

6、如权利要求4所述的固晶装置，其中所述基板保持机构还具有一第一位移单元，其驱动所述保持单元产生位移。

7、如权利要求1所述的固晶装置，其中所述晶粒顶出机构还具有一第二位移单元，其驱动所述顶针单元产生位移。

8、如权利要求1所述的固晶装置，其中所述晶粒顶出机构还具有一吸附单元，其邻设或环设于所述顶针单元，并吸附所述承载体。

9、如权利要求1所述的固晶装置，还包括一粘接材料设置机构，其将一粘接材料设置于所述基板的所述晶粒接合面上，或所述晶粒上。

10、如权利要求1所述的固晶装置，还包括一定位侦测机构，其中所述基板位于所述定位侦测机构与所述晶粒顶出机构之间。

11、如权利要求10所述的固晶装置，其中所述定位侦测机构侦测所述承载体上的所述晶粒、所述晶粒顶出机构和所述基板的至少其中两个沿平行所述晶粒接合面方向的二维地相对位置。

12、如权利要求10所述的固晶装置，其中所述定位侦测机构侦测所述承载体上的所述晶粒和所述基板沿垂直所述晶粒接合面方向的间距。

13、如权利要求10所述的固晶装置，其中所述定位侦测机构为一光学定位侦测机构。

14、如权利要求1所述的固晶装置，还包括：

一第三位移单元，其驱动所述承载体产生位移。

15、如权利要求14所述的固晶装置，其中所述第三位移单元驱动所述承载体相对所述晶粒顶出机构产生二维方向的位移。

16、如权利要求4所述的固晶装置，其中当所述保持单元为一吸附气浮单元时，所述吸附气浮单元维持所述保持单元与基板之间有一间隙。

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