CN101903132B - 拾取和放置工具研磨 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法和系统(100)，用于确保工具尖端表面(112)相对于装配设备的加工件保持器(110)表面(108)的平行取向的预定级别精确度。将研磨片(130)设置在加工件保持器表面上，并且将研磨材料沉积其上。然后将所述工具尖端(106)在研磨片上移动预定距离，以及通过在实质上与研磨片顶部表面(128)平行取向的平面内相对于所述研磨片来移动所述工具尖端。子所述工具尖端表面上的多个预定位置处，测量工具尖端表面和加工件保持器表面之间的距离，并且依赖于所测量的距离来确定工具尖端表面相对于加工件保持器表面的平行取向的精确度级别。重复研磨所述工具尖端表面、测量距离以及确定精确度级别，直到所述精确度级别超过预定阈值为止。

Description

拾取和放置工具研磨
技术领域
本发明通常涉及芯片装配领域，更具体地，涉及用于拾取和放置工具尖端交换的方法和系统。
背景技术
已经研发了各种集成电路(IC)封装技术来确保微型化的需求。用于IC微型化的改进技术使得能够将白数百万电路元件集成到单一的IC半导体管芯，这导致了对于大规模生产时可靠地封装半导体管芯的方法的进一步需求。
倒装芯片装配是用于将半导体管芯安装到诸如电路板之类的外部电路上的安装方法，所述电路板避免使用连接引线。代替地，将焊料球沉积到每一个半导体管芯触点焊盘上，所述焊盘直接与外部电路的各个触点相连。
为了将半导体管芯安装到外部电路，使用了拾取和放置工具。所述拾取和放置工具在预定的位置用其尖端拾取所述半导体管芯，例如使用夹爪(gripping jaw)或吸盘，并且将所述半导体管芯放置到外部电路上的相应位置，将所述管芯保持到加工件的预定位置，使得焊料球面对所述外部电路。然后例如使用超声加热熔化所述焊料球，以产生与所述外部电路的各个触点的电连接。
随着小型化的增加，倒装芯片装配需要提供半导体管芯触点焊盘和外部电路的各个触点之间改进质量的触点。为了确保对于半导体管芯的所有触点焊盘相同的质量，需要提供半导体管芯相对于外部电路高度精确的平行取向，即在容纳半导体管芯与焊料球相对表面的平面工具尖端表面和容纳外部电路的平面加工件保持器表面之间。
为了提供大量生产装配线中的灵活性，典型地，现有技术的拾取和放置装配设备的状态配置有可互换工具尖端，以便使用不同尺寸的半导体关系。
不幸地是，可互换工具尖端的提供实质上减小了工具尖端表面和加工件保持器表面之间的平行的精确性，即不能够在平行性的高级别精确度下可靠地安装可互换工具尖端，因此不利地发生了高度微型化IC的大量生产时具有可互换工具尖端的拾取和放置工具的使用。
发明内容
因此，非常期望克服这些缺陷，并且提出一种利用研磨工艺的拾取和放置工具尖端互换的方法和系统，所述研磨工艺用于确保平行取向的预定级别的精确度。
根据本发明，提出了一种方法，用于确保工具尖端表面相对于装配设备的加工件保持器表面的平行取向的预定级别精确度。所述方法在包括具有实质上平面加工件保持器表面的加工件保持器的装配设备中实现。所述加工件保持器表面用于在其上容纳第一部件。所述装配设备还包括具有实质上平面工具尖端表面的工具尖端，所述实质上平面工具尖端表面用于在其上容纳第二部件。所述工具尖端用于将第二部件按照预定位置放置到第一部件上。将研磨片提供到加工件保持器表面上，并且在所述研磨片上沉积研磨材料。然后将所述工具尖端在研磨片顶部表面上移动预定距离。然后在实质上与研磨片顶部表面平行朝向的平面内，将工具尖端表面相对于研磨片顶部表面移动。通过研磨颗粒的研磨动作，将材料从工具尖端表面去除，使得所述工具尖端表面按照增加级别的精确度与加工件保持器表面108平行地取向。在所述工具尖端表面的多个预定位置处，测量工具尖端表面和加工件保持器表面之间的距离，并且依赖于所测量的距离来确定工具尖端表面相对于加工件保持器表面的平行取向的精确度级别。然后重复研磨所述工具尖端表面、测量距离以及确定精确度级别，直到所述精确度级别超过预定阈值为止。
根据本发明，提出了一种系统，用于确保工具尖端表面相对于装配设备的加工件保持器表面的平行取向的预定级别精确度。所述系统在包括具有实质上平面加工件保持器表面的加工件保持器的装配设备中实现。所述加工件保持器表面用于在其上容纳第一部件。所述装配设备还包括具有实质上平面工具尖端表面的工具尖端，所述实质上平面工具尖端表面用于在其上容纳第二部件。所述工具尖端用于将第二部件按照预定位置放置到第一部件上。所述系统包括输出端口，用于与装配设备的控制机制相连。所述系统还包括输入端口，用于与高度测量设备相连，所述高度测量设备用于接收在工具尖端表面上的多个预定位置处的、依赖于工具尖端表面和加工件保持器表面之间距离的测量信号。电路与所述输入端口和输出端口相连。所述电路用于：依赖于所测量的距离，来确定工具尖端表面相对于加工件保持器表面的平行取向的精确度级别；依赖于所测量的距离确定研磨材料的颗粒尺寸；依赖于所测量的距离确定工具尖端表面和加工件保持器表面之间的研磨距离，并且依赖于所述研磨距离产生研磨距离控制信号；产生表示在工具尖端和加工件保持器之间相对移动的研磨移动控制信号；以及向所述输出端口提供研磨距离控制信号和研磨移动控制信号。
根据本发明，还提出了一种其中存储有用于在处理器上执行的可执行命令的存储介质。所述处理器在执行所述命令时执行一种方法，所述方法用于确保工具尖端表面相对于装配设备的加工件保持器表面的平行取向的预定级别精确度。所述方法在包括具有实质上平面加工件保持器表面的加工件保持器的装配设备中实现。所述加工件保持器表面用于在其上容纳第一部件。所述装配设备还包括具有实质上平面工具尖端表面的工具尖端，所述实质上平面工具尖端表面用于在其上容纳第二部件。所述工具尖端用于将第二部件按照预定位置放置到第一部件上。所述处理器从安装到装备设备上的高度测量设备接收测量信号。所述测量信号表示在工具尖端表面上的多个预定位置处对于工具尖端表面和加工件保持器表面之间距离的测量。然后，所述处理器依赖于所测量的距离确定工具尖端表面相对于加工件保持器表面的平行取向的精确度级别，并且依赖于所测量的距离确定研磨材料的颗粒尺寸。
附图说明
现在将结合以下附图描述本发明的典型实施例，其中：
图1是示出了根据本发明的拾取和放置装配设备系统的简化方框图；
图2是示出了根据本发明的用于确保平行取向的预定级别精确度的方法的简化流程图；以及
图3a和3b是示出了放置到具有研磨材料的研磨片上的工具尖端截面的简化方框图，根据图2所述本发明的方法将研磨材料放置在工具尖端和研磨片之间。
具体实施方式
介绍以下描述以便使得本领域普通技术人员能够实现和使用本发明，并且提出了具体应用的上下文条件及其要求。对所公开实施例的各种修改对于本领域普通技术人员而言是易于理解的，并且在不脱离本发明范围的情况下，这里所限定的一般原理可以应用于其他实施例和应用。因此，本发明并非意欲局限于所公开的实施例，但是是根据与这里所公开的原理和特征一致的最宽范围。
尽管将结合针对倒装芯片装配的拾取和放置设备描述本发明，本领域普通技术人员应该明白的是本发明不局限于此，而是可应用于各种其他拾取和放置装配设备以及其中两个面对面加工表面相对于彼此的精确平行取向相当重要的其他装配设备。
参考图1，示出了各级本发明的拾取和放置装配设备系统100。所述拾取和放置装配设备系统100包括具有可移动安装到其上的头组件104的底座102。所述头组件容纳可以相对于三个空间x、y和z可移动的可互换工具尖端106，其中坐标x和y与安装到底座102的加工件保持器110的加工件保持器表面108平行地取向，并且坐标z与其垂直地取向。例如，加工件保持器110使用例如夹持机制来在实质上平面加工件保持器表面108上容纳诸如外部电路之类的第二部件。然后移动所述工具尖端106，用于将第二部件按照预定位置放置到第一部件上。随着小型化程度的增加，需要提供半导体管芯相对于外部电路的高精确度平行取向，即分别在工具尖端表面112和加工件保持器表面108。
参考图2，示出了根据本发明用于确保平行取向的预定级别精确度的方法的简化流程图。例如，在将工具尖端106安装到头组件104、并且根据拾取和放置装配设备的制造商规范执行调节之后实现所述方法。可选地，也在质量装配期间，例如按照预定的时间间隔实现所述方法以便确保精确的平行取向。
在步骤10，确定工具尖端表面112上的多个位置，例如使用研磨控制系统116的处理器114来确定平行取向。例如，依赖于第二部件的接触表面的尺寸并且依赖于针对所述精确度的预定阈值来确定所述位置。例如如众所周知的，在空间上由三个点的坐标来定义平面，因此可以基于三个测量来确定工具尖端表面的取向。然而，为了增加精确度，可以增加位置的个数。例如，在经验测试阶段期间对于各种尺寸和精确度级别沿x和y坐标确定位置，并且将所述位置按照查找表的形式存储在研磨控制系统116的存储器118中。在步骤12，使用与测量控制端口122相连的高度测量设备120，在预定位置测量工具尖端表面112和加工件保持器表面108之间的垂直距离。
例如，处理器114提供表示每一个位置的x和y坐标的控制信号，并且响应于所述控制信号，高度测量设备120在各个位置处执行测量，并且向处理器114提供表示距离的信号。例如，高度测量设备120包括机械触摸传感器，所述机械触摸传感器具有在与工具尖端表面112和加工件保持器表面108之间可移动的针124。在处理测量时间之外的时间，所述高度测量设备120缩回，并且可选地对其覆盖以便保护。可选地，采用光学测量设备。在步骤14，然后使用处理器114，依赖于所测量的距离来确定工具尖端表面112相对于加工件保持器表面118的平行取向的精确度级别。
如果所述精确度级别超过预定阈值，在研磨控制系统116的显示器126上显示例如表示精确度级别的信号。如果所述精确度级别低于预定阈值，在步骤16，例如基于所述距离之间的差别，依赖于所测量的距离来确定研磨材料的颗粒尺寸。例如，在所述距离之间存在较大差别的情况下，使用较大尺寸的研磨材料颗粒从所述工具尖端表面112去除大量的材料。在步骤18，依赖于所测量的距离或研磨材料颗粒尺寸来确定工具尖端表面112和研磨片顶部表面128之间的研磨距离。在步骤20，依赖于所测量的距离来确定研磨时间间隔，可选地依赖于所述研磨材料颗粒尺寸。例如，在试验测试阶段，已经针对各种参数组合确定了研磨材料颗粒尺寸、研磨距离和研磨时间间隔，并且将其按照查找表的形式存储在研磨控制系统116的存储器118中。
在步骤22，将研磨片130设置在加工件保持器表面180、并且使用例如用于保持第一部件的夹持机制将研磨片保持在原位，接着在步骤24，将具有预定颗粒尺寸的研磨材料沉积到研磨片130的顶部表面128上。例如，工具尖端112是由具有约9Mohs硬度的碳化钨(WCr)构成。研磨片130由具有大于等于工具尖端112硬度的材料构成，例如氧化铝(Al2O3)。使用包括具有大于尖端顶部112硬度的颗粒的研磨浆作为研磨材料，例如具有10Mohs颗粒硬度的金刚石磨浆，并且使用研磨片130。
依赖于所测量的距离，选择例如45μm、25μm、10μm、3μm或更小的颗粒尺寸。显而易见的是，尽管描述了非常硬材料的研磨，该工艺也可用于实现各种其他材料的研磨，例如对于研磨材料具有正确适应性的各种类型的钢材或塑料材料。
在步骤26，然后如图3a所示，使用经由控制端口132由处理器114控制的头组件104，在研磨片顶部表面128上将工具尖端表面112移动预定的研磨距离D。然后在步骤26，如图3b所示，在研磨时间间隔的持续时间，通过在x和y平面内提供工具尖端表面112和研磨片顶部表面128之间的相对移动，来执行研磨。通过研磨颗粒133的研磨动作，将材料从工具尖端表面112去除，使得按照增加的精确度级别将工具尖端表面112与加工件保持器表面108平行取向。例如，沿各种方向或沿圆形方式线性地移动所述工具尖端表面112。在经过研磨时间间隔之后停止研磨工艺，去除研磨片130，并且重复测量12。依赖于精确度级别，使用例如更小尺寸的研磨颗粒重读以下步骤14-28，直到所述精确度级别大于等于预定阈值为止。
显而易见的是，可以使用图1所示的系统116，按照自动方式实现根据本发明的用于确保预定精确度级别的方法。例如，在根据制造商规范安装工具尖端106并且测量之后，用户能够经由诸如键盘或触摸屏之类的用户接口143，提供表示例如第二部件的尺寸和对于精确度级别的预定阈值的控制命令。然后，系统116按照自动方式执行步骤10-20，并且使用例如显示器126向用户提供与研磨材料的颗粒有关的信息。然后，用户提供研磨片130和研磨材料133，接着用系统116控制头组件104再次按照自动方式执行步骤26和28。可选地，通过系统116的控制提供用于设置和去除研磨片130并且沉积各个研磨材料的机制。
使用例如包括处理器114的工作站来实现系统116，所述处理器114用于执行在存储器118中尺寸的可执行命令，从而执行上述处理步骤。可选地，至少一部分处理步骤按照硬件实现方式执行。显而易见的是，为了安装在现有装配设备中，可以提供各种式样的系统116和高度测量设备120。另外，一些现有装配设备包括诸如集成紧凑下传感器之类的高度测量设备，所述高度测量设备可以用于由系统116控制的距离测量。
在不脱离所附权利要求限定的本发明精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以理解本发明的各种其他实施例。

Claims (17)

1.一种拾取和放置工具研磨的方法，包括：
提供装配设备，所述装配设备包括：
加工件保持器，具有实质上平面的加工件保持器表面，所述加工件保持器表面用于在所述加工件保持器表面上行容纳第一部件；
工具尖端，具有实质上平面的工具尖端表面，用于在所述工具尖端表面上容纳第二部件，所述工具尖端用于将第二部件按照预定位置放置到第一部件上；
将研磨片提供到加工件保持器表面上；
将研磨材料沉积到所述研磨片的顶部表面上；
在所述研磨片顶部表面以上将所述工具尖端移动预定距离；以及
通过在实质上与所述研磨片顶部表面平行取向的平面内提供工具尖端表面和研磨片顶部表面之间的相对移动，来研磨所述工具尖端表面。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
在所述工具尖端表面上的多个预定位置处，测量工具尖端表面和加工件保持器表面之间的距离；以及
依赖于所测量的距离来确定工具尖端表面相对于加工件保持器表面的平行取向的精确度级别。
3.根据权利要求2所述的方法，包括：
重复研磨所述工具尖端表面、测量距离以及确定精确度级别，直到所述精确度级别超过预定阈值为止。
4.根据权利要求3所述的方法，包括：依赖于所测量的距离来确定研磨材料的颗粒尺寸。
5.根据权利要求4所述的方法，包括：依赖于所测量的距离来确定所述工具尖端表面在所述研磨片顶部表面以上的所述预定距离。
6.根据权利要求4所述的方法，包括：沉积具有第二颗粒尺寸的研磨材料。
7.根据权利要求3所述的方法，其中在预定的时刻执行测量所述距离以及确定所述精确度级别。
8.根据权利要求7所述的方法，其中依赖于所测量的距离来确定所述时刻。
9.根据权利要求3所述的方法，其中依赖于所述第二部件的接触表面的尺寸来确定所述预定位置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中依赖于所述预定阈值来确定所述预定位置。
11.根据权利要求2所述的方法，其中确定至少三个预定位置。
12.根据权利要求1所述的方法，其中提供拾取和放置装配设备。
13.根据权利要求12所述的方法，其中提供用于倒装芯片装配的拾取和放置装配设备。
14.一种拾取和放置工具研磨的系统，包括：
输出端口，与装配设备的控制机制相连，所述装配设备包括：
加工件保持器，具有实质上平面的加工件保持器表面，所述加工件保持器表面用于在所述加工件保持器表面上容纳第一部件；
工具尖端，具有实质上平面的工具尖端表面，用于在所述工具尖端表面上容纳第二部件，所述工具尖端用于将第二部件按照预定位置放置到第一部件上；
输入端口，与高度测量设备相连，所述高度测量设备用于接收依赖于工具尖端表面上的多个预定位置处的、工具尖端表面和加工件保持器表面之间距离的测量的信号；以及
与所述输入端口和输出端口相连的电路，所述电路用于：
依赖于所测量的距离来确定工具尖端表面相对于加工件保持器表面的平行取向的精确度级别；
依赖于所测量的距离来确定研磨材料的颗粒尺寸；
依赖于所测量的距离来确定工具尖端表面和加工件保持器表面之间的研磨距离，并且依赖于所述研磨距离产生研磨距离控制信号；
产生表示在工具尖端和加工件保持器之间相对移动的研磨移动控制信号；以及
向所述输出端口提供研磨距离控制信号和研磨移动控制信号。
15.根据权利要求14所述的系统，包括与所述电路相连的用户接口，用于接收用户输入命令，并且用于依赖于精确度级别、颗粒尺寸、研磨距离和研磨移动的至少一个来显示数据。
16.根据权利要求15所述的系统，包括与所述电路相连的存储器，所述存储器具有在其中存储的、用于在所述电路上执行的可执行命令。
17.根据权利要求15所述的系统，包括与所述电路相连的第二输出端口，所述第二输出端口与所述高度测量设备相连，所述电路用于确定所述预定位置，并且用于依赖于所述预定位置向所述第二输出端口提供高度测量控制信号。
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