CN102487028A - 用于控制晶粒接合头的移动的设备和方法 - Google Patents

用于控制晶粒接合头的移动的设备和方法 Download PDF

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Abstract

此处公开了一种用于控制晶粒接合机的晶粒接合头的移动的设备和方法。该设备包括至少一个温度感测单元、补偿单元和输送单元驱动控制单元。该温度感测单元测量分别在不同的轴向方向上移动晶粒接合头的输送单元的温度。该补偿单元根据由温度感测单元测量的温度对晶粒接合头的偏移进行补偿。该输送单元驱动控制单元响应于由补偿单元计算的补偿值控制输送单元，以将晶粒接合头移动至正确的捡拾或接合位置。

Description

用于控制晶粒接合头的移动的设备和方法
技术领域
本发明主要涉及晶粒接合机(die bonding machine)，并且更具体地涉及一种用于控制晶粒接合头的移动的设备和方法。
背景技术
通常，通过下列过程制造半导体封装件：从晶片上锯下各个半导体芯片；将也被称作晶粒(die)的半导体芯片接合至玻璃面板；利用导线进行丝焊以将该晶粒连接于玻璃面板的连接垫；利用热固树脂模制晶粒和晶粒边缘部分；在通过模制热固树脂形成的表面上标记所需要的字符和图形；并且将玻璃面板划分成半导体封装件。
在这种半导体封装过程的晶粒接合操作中，在晶片的已经在半导体生产过程中由若干种检测设备精密检测过的晶粒中，仅捡拾正常的晶粒并将其装载到输送轨道上。该输送轨道起作用以将玻璃面板移动至晶粒接合位置。由此，每个晶粒均以晶粒接合头将晶粒压迫至玻璃面板的方式接合于晶粒接合位置处的相应的玻璃面板。
此外，将参考图1对在晶粒接合操作中使用的晶粒接合机的操作进行描述。图1是示出了典型的晶粒接合机的一部分的视图。在图1中，X轴方向指的是一方向，玻璃面板在该方向上沿输送轨道被输送至晶粒接合位置，Z轴方向指的是竖直方向，晶粒接合头110在该竖直方向上上下移动，并且Y轴方向指的是一方向，晶粒接合头在该方向上在输送轨道与晶片台之间水平移动，该晶片台与输送轨道间隔开。
参考图1，晶粒接合机100起作用以将单个的晶粒接合至相应的玻璃面板。晶粒接合机100包括晶粒接合头110和第一至第三输送单元120、130和140，该第一至第三输送单元120、130和140分别在X轴、Y轴和Z轴方向上输送晶粒接合头110。
晶粒接合头110从放置在晶片台上的晶片上捡拾晶粒，将捡拾到的晶粒输送至位于输送轨道上的晶粒接合位置，并随后将晶粒接合至由输送轨道输送的玻璃面板。作为参考，晶粒接合头110包括从晶片台捡拾晶粒的吸取单元。该吸取单元在其中具有真空管线并且起作用以利用从外部提供的真空力保持住晶粒。该吸取单元与本发明的本质无关，因此，将省略对其操作的详细说明和解释。
同时，晶粒接合头110必须能够沿竖直(Z轴)方向在晶片台的上方移动以便从晶片上捡拾晶粒并且还能够沿竖直(Z轴)方向在输送轨道的上方移动以便将晶粒接合至玻璃面板。第一输送单元120操纵在竖直(Z轴)方向上输送晶粒接合头110的操作。该第一输送单元120可由马达150和滚珠丝杠160的结合体来具体实现。
此外，晶粒接合头110必须能够在晶片台与输送轨道之间来来往往，以执行晶粒接合操作。为此，第二输送单元130起作用以将晶粒接合头110从晶片台输送至输送轨道或从输送轨道输送至晶片台。第二输送单元130同样可以由马达150和滚珠丝杠160的结合体来具体实现。第三输送单元140起作用以在轨道定向的方向(X轴方向)上输送晶粒接合头110。该第三输送单元140同样可以由马达和滚珠丝杠的结合体来具体实现。
在具有上述构造的晶粒接合机100中，由马达150和滚珠丝杠160在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上移动晶粒接合头110以执行晶粒接合操作。然而，存在问题，这是因为由于马达150的高速驱动并被长期操作，滚珠丝杠160变形。详细来说，当晶粒接合头110在沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向移动的同时被长期操作时，每个滚珠丝杠160的温度爬升超过室温。滚珠丝杠160的这种温度的增大引起滚珠丝杠160的膨胀，由此导致晶粒捡拾位置和晶粒接合位置的改变。根据测试结果，当滚珠丝杠160已经被长期操作之后，晶粒接合头110变得与正确的捡拾或接合位置在X、Y坐标上偏移20μm至50μm。照此，在由于滚珠丝杠160的热膨胀而导致晶粒接合头110与正确的捡拾或接合位置偏移20μm至50μm的情况下，就不能够正常地执行捡拾或接合操作。因此，需要一种能够补偿由滚珠丝杠160的热膨胀所导致的误差的方法。
发明内容
因此，考虑到在现有技术中出现的上述问题，作出了本发明，并且本发明的目的是提供一种用于控制晶粒接合机的晶粒接合头的移动的设备和一种利用该设备控制晶粒接合头的移动的方法，在该设备中，通过补偿可能由于移动晶粒接合头的输送单元的热膨胀造成的捡拾位置或接合位置的偏移，能够正确地执行捡拾或接合晶粒的操作。
本发明的另一目的是提供一种用于控制晶粒接合头的移动的设备和一种利用该设备控制晶粒接合头的移动的方法，该设备能够快速地补偿由于移动晶粒接合头的输送单元的热膨胀造成的捡拾位置或接合位置的偏移。
为了实现上述目的，在一个方面中，本发明提供了一种用于控制晶粒接合头的移动的设备，该设备包括：至少一个温度感测单元，其测量分别在不同的轴向方向上移动晶粒接合头的输送单元的温度；补偿单元，其根据由温度感测单元测量的温度补偿晶粒接合头的偏移；以及输送单元驱动控制单元，其根据由补偿单元计算的补偿值控制输送单元，以便将晶粒接合头移动至正确的捡拾或接合位置。
在另一方面中，本发明提供了一种用于控制晶粒接合头的移动的设备，该设备包括：晶片台，待被捡拾的晶粒放置于其上；输送轨道，其与晶片台在Y轴方向上间隔开，该输送轨道在X轴方向上输送晶粒接合到其上的玻璃面板；晶粒接合头，其从晶片台捡拾晶粒，将捡拾到的晶粒输送至输送轨道上的晶粒接合位置，并且将该晶粒接合到由输送轨道输送的玻璃面板上；X轴滚珠丝杠，其在与沿输送轨道输送玻璃面板的方向相同的方向上水平地移动晶粒接合头；Y轴滚珠丝杠，其在晶片台与输送轨道之间水平地移动晶粒接合头；Z轴滚珠丝杠，其竖直地移动晶粒接合头；至少一个温度感测单元，其测量X轴滚珠丝杠、Y轴滚珠丝杠和Z轴滚珠丝杠中的至少一个的温度；补偿单元，其根据由温度感测单元测量的温度补偿X轴滚珠丝杠、Y轴滚珠丝杠和Z轴滚珠丝杠中的至少一个的偏移；以及输送单元驱动控制单元，其根据由补偿单元计算的补偿值控制X轴滚珠丝杠、Y轴滚珠丝杠和Z轴滚珠丝杠中的至少一个，以便将晶粒接合头移动至正确的捡拾或接合位置。
在再一方面中，本发明提供了一种控制晶粒接合机的晶粒接合头的移动的方法，该晶粒接合机具有在一个或更多个方向上移动晶粒接合头的多个输送单元，该方法包括：实时测量输送单元的温度；根据测量温度确定补偿晶粒接合头的位置的补偿值，以便将晶粒接合头设置于正确的捡拾或接合位置；以及根据确定的补偿值控制输送单元的操作。
如上所述，在根据本发明的用于控制晶粒接合头的移动的设备中，实时测量移动晶粒接合头的输送单元的温度。当测量温度处于输送单元遭受热膨胀的范围内时，该设备补偿由热膨胀引起的晶粒接合头的晶粒捡拾位置或晶粒接合位置的偏移。因此，能够提高晶粒捡拾操作和晶粒接合操作的精度。
此外，在本发明中，仅通过从已经形成映射的补偿值中读取对应于测量温度的值，就能够具体实现补偿由热膨胀导致的晶粒接合头的晶粒捡拾位置或晶粒接合位置的偏移的操作。由此，能够快速地补偿晶粒捡拾位置或晶粒接合位置的偏移。
附图说明
从下列结合附图进行的详细说明中，将更为清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：
图1是示出了典型的晶粒接合机的一部分的视图；
图2是根据本发明的实施方式的一种用于控制晶粒接合头的移动的设备的框图；以及
图3是根据本发明的实施方式的一种用于补偿晶粒接合头的捡拾位置和接合位置的方法的流程图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细地描述本发明的优选实施方式。如果在该说明书中，对于晶粒接合机的构造的众所周知的功能或构造进行的详细说明会不必要地使得本发明的本质变得难以理解，那么将省略该详细说明。
图2是根据本发明的实施方式的一种用于控制晶粒接合头的设备(下文中，简单称之为“头移动控制设备”)的框图。该头移动控制设备的机械构造与图1的机械构造相同。
参考图2，根据本发明的头移动控制设备包括晶粒接合头110和第一至第三输送单元120、130和140，第一至第三输送单元120、130和140分别在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上输送晶粒接合头110。
晶粒接合头110从放置在晶片台170上的晶片上捡拾晶粒。随后，晶粒接合头110将捡拾到的晶粒输送至位于输送轨道180上的晶粒接合位置。该晶粒接合头110此后将该晶粒接合至通过输送轨道180输送的玻璃面板190。
作为参考，晶片台170是用于提供待被捡拾的晶粒的晶片所设置的地方。晶片台170优选地设置在与头移动控制设备的主体在Y轴方向上间隔开的位置处。作为一种实施方式，晶片台170可与该头移动控制设备相结合。该输送轨道180设置在同样与晶片台170在Y轴方向上间隔开的位置处。该输送轨道180起作用以在X轴方向上输送该玻璃面板，其中，晶粒接合于该玻璃面板。
同时，必须在竖直方向上输送晶粒接合头110以捡拾晶粒。此外，必须在竖直方向上输送晶粒接合头110以执行晶粒接合操作。第一输送单元120操纵在竖直方向(Z轴方向)上输送晶粒接合头110的操作。如图1中所示，第一输送单元120可通过马达150和滚珠丝杠160的结合体来具体实现。
此外，晶粒接合头110必须能够在晶片台170与输送轨道180之间来来往往以执行晶粒接合操作。为此，第二输送单元130起作用以在Y轴方向上将晶粒接合头110从晶片台170输送至输送轨道180或从输送轨道180输送至晶片台170。
第二输送单元130同样可通过马达150和滚珠丝杠160的结合体来具体实现。当然，第三输送单元140同样可通过马达和滚珠丝杠的结合体来具体实现。第三输送单元140起作用以在轨道180定向的方向(X轴方向)上输送晶粒接合头110。
根据本发明的具有上述构造的头移动控制设备还包括一个或更多个温度感测单元200和210、补偿单元220和输送单元驱动控制单元230。温度感测单元200和210分别测量沿不同的轴(X轴、Y轴和Z轴)输送晶粒接合头110的第二输送单元130和第三输送单元140的温度。补偿单元220根据由温度感测单元200和210测量到的第二输送单元130和第三输送单元140的温度来补偿晶粒接合头110的偏移。输送单元驱动控制单元230根据由补偿单元220计算的补偿值来控制第一输送单元120、第二输送单元130和第三输送单元140并且将晶粒接合头110移动至正确的捡拾或接合位置。
详细来说，温度感测单元200和210分别测量第二输送单元130和第三输送单元140的滚珠丝杠的实时温度。每个温度感测单元200、210都可以由能够以非接触的方式测量对应的滚珠丝杠的温度的红外线温度传感器来具体实现，或者，作为选择，它可由能够以接触的方式测量对应的滚珠丝杠的温度的热电偶来具体实现。此外，由于每个输送单元130、140的滚珠丝杠通过安装单元安装于主体，温度感测单元200、210可被构造成使安装单元的温度被测量且被用于补偿晶粒接合头110的位置。
在图2中，尽管将两个温度感测单元200、210示出为被提供用以仅测量第二输送单元130和第三输送单元140的滚珠丝杠的温度，但是，可以设置附加的温度感测单元以测量第一输送单元120的滚珠丝杠的温度。
同时，补偿单元220包括在其中存储映射的位置补偿值的存储器，基于该映射的位置补偿值，根据由温度感测单元200和210测量到的温度在X轴方向和Y轴方向上移动晶粒接合头110。在本实施方式的变型中，补偿单元220可以基础坐标数据(x，y)乘以补偿常数的方式计算补偿值，该补偿常数对应于基准温度(例如，27℃的室温)与由温度感测单元200和210测量到的温度之差。
例如，存储在存储器中的位置补偿值如下表中所示。
  27℃   28℃   29℃   30℃   31℃ ...
  捡拾x/y   0/0   -5/-10   -10/-20   -15/-30   -20/-40 ...
  接合x/y   0/0   -2/-10   -2/-20   -6/-30   -8/-40 ...
参考上述表格，可理解到的是，当滚珠丝杠的测量温度是27℃时，无需对捡拾位置或接合位置进行补偿。在滚珠丝杠的测量温度是30℃的情况下，它指示相对于基准位置(x，y坐标(0，0))对该捡拾位置进行补偿：在X轴方向上补偿-15μm并且在Y轴方向上补偿-30μm。同样，在存储器中列表并存储有捡拾位置和接合位置相对于测量温度的偏移补偿值的情况下，仅通过读取对应于测量温度的补偿值并根据补偿值移动晶粒接合头110能够快速度补偿晶粒捡拾位置和晶粒接合位置的偏移。
另一方面，在以基础坐标数据(x，y)乘以补偿常数的方式计算补偿值，其中该补偿常数对应于基准温度(例如，27℃的室温)与由温度感测单元200和210测量到的温度之差的情况下，能够减小存储数据的大小，但是需要将补偿常数添加至基础坐标数据的单独的过程，由此增加了补偿单元220的工作量。
而且，参考上述表格，能够得出如下结论，即：每隔1℃就有规律地改变捡拾位置和接合位置的x、y坐标。响应于此，捡拾位置的基础坐标数据(x，y)被设定成(-5，-10)，并且接合位置的基础坐标数据(x，y)被设定成(-2，-10)。随后，通过使补偿常数乘以预设的基础坐标数据就可获得偏移补偿值，该补偿常数对应于基准温度(27℃)与由温度感测单元200和210测量到的温度之差。
将参考图3详细地描述具有上述构造的头移动控制设备的操作。
图3是根据本发明的实施方式的一种用于补偿晶粒接合头110的捡拾位置和接合位置的方法的流程图。
参考图3，假定头移动控制设备正在正常地操作，第二输送单元130将晶粒接合头110移动至晶片台170上的捡拾位置，该晶片台170相对于晶粒接合头110设置在Y轴方向上。该捡拾位置是存储在输送单元驱动控制单元230中的预设值。在晶粒接合头110至捡拾位置的移动已经完成之后，第一输送单元120在Z轴方向上、即向下移动晶粒接合头110，并随后在步骤S10中捡拾晶粒。
第二输送单元130再次将已捡拾到晶粒的晶粒接合头110移动至位于输送轨道180上的接合位置，该输送轨道180相对于晶粒接合头110大致设置在Y轴方向上。设置在输送轨道180上方的晶粒接合头110与位于输送轨道180上的玻璃面板190间隔开预定距离。在晶粒接合头110至位于输送轨道180上方的接合位置的移动已经完成之后，第一输送单元120再次使晶粒接合头110向下移动预定距离。同样，在晶粒接合头110向下移动预定距离的同时，它在步骤S12处将晶粒以预定压力接合到玻璃面板190上。
此后，由第一输送单元120和第二输送单元130在竖直(X轴)方向和水平(X轴和Y轴)方向反复移动已完成接合操作的晶粒接合头110以反复同一捡拾和接合操作。
在连续的晶粒捡拾和接合操作期间，由于热膨胀，会使第一输送单元120、第二输送单元130和第三输送单元140的滚珠丝杠变形。
为了应对滚珠丝杠的这种变形，在本发明的实施方式中，在步骤S14处，温度感测单元200和210测量对应的滚珠丝杠的实时温度。在晶粒捡拾和接合操作期间，关于由温度感测单元200和210实时测量到的滚珠丝杠的温度的数据被传送至补偿单元220。在步骤S16处，补偿单元220根据由温度感测单元200和210测量到的滚珠丝杠的温度确定用于将晶粒接合头110设置于正确的捡拾或接合点的补偿值并且随后将确定的补偿值传递至输送单元驱动控制单元230。例如，在由温度感测单元200测量到的第二传输单元130的滚珠丝杠的温度是30℃的情况下，如上述表格中所示，补偿单元220读取(-15/-30)和(-6/-30)作为捡拾位置和补偿位置的补偿值并将它们传递至输送单元驱动控制单元230。
然后，在步骤S18处，输送单元驱动控制单元230确定晶粒接合头110当前是处于晶粒捡拾操作中还是处于晶粒接合操作中，根据确定结果选择补偿值(-15/-30)或(-6/-30)，并随后根据所选择的补偿值补偿晶粒接合头110的位置。
例如，在晶粒接合头110必须执行该晶粒捡拾操作的情况下，输送单元驱动控制单元230从接收到的补偿值中选择补偿捡拾位置所需的补偿值(-15/-30)。此后，输送单元驱动控制单元230控制第二输送单元130和第三输送单元140，以使晶粒接合头110移动至与预设捡拾点(0，0)偏移补偿值(-15/-30)的点。
同样，当对晶粒捡拾位置或晶粒接合位置进行补偿时，能够显著减少由第二输送单元130和第三输送单元140的滚珠丝杠的热膨胀所引起的问题，换言之，捡拾位置或接合位置的误差的问题。作为参考，当正操作根据本发明的实施方式的设备时，反复执行晶粒捡拾步骤S10、晶粒接合步骤S12、实时温度测量步骤S14、补偿值确定步骤S16和位置补偿步骤S18。
如上所述，在根据本发明的用于控制晶粒接合头的设备中，实时测量移动晶粒接合头的输送单元的温度。当测量到的温度在输送单元热膨胀的范围内时，头移动控制设备补偿晶粒接合头的晶粒捡拾位置或晶粒接合位置由于热膨胀所造成的偏移。因此，能够提高晶粒捡拾操作或晶粒接合操作的精度。
此外，在本发明中，对由热膨胀所导致的晶粒接合头的晶粒捡拾位置或晶粒接合位置的偏移进行补偿的操作可以仅从已经被映射的补偿值读取对应于测量温度的数值的方式具体实现。由此，能够快速地补偿晶粒捡拾位置或晶粒接合位置的偏移。
尽管已经出于说明的目的公开了本发明的优选实施方式，但所属领域技术人员将会理解到，在不脱离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，多种改进、添加和置换都是可能的。

Claims (10)

1.一种用于控制晶粒接合头的移动的设备，包括：
至少一个温度感测单元，所述至少一个温度感测单元测量分别在不同的轴向方向上移动所述晶粒接合头的输送单元的温度；
补偿单元，所述补偿单元用于根据由所述温度感测单元测量的温度补偿所述晶粒接合头的偏移；以及
输送单元驱动控制单元，所述输送单元驱动控制单元根据由所述补偿单元计算的补偿值控制所述输送单元以便将所述晶粒接合头移动至正确的捡拾或接合位置。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述输送单元中的每个都包括马达和滚珠丝杠，并且
所述温度感测单元测量在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向中的一个方向上移动所述晶粒接合头的所述滚珠丝杠的温度。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述晶粒接合头安装在晶粒接合机中，所述晶粒接合机捡拾晶粒并且将所述晶粒安装于放置于输送轨道上的玻璃面板，
所述设备进一步包括：X轴滚珠丝杠，所述X轴滚珠丝杠在与沿所述输送轨道输送所述玻璃面板的方向相同的方向上水平地移动所述晶粒接合头；Y轴滚珠丝杠，所述Y轴滚珠丝杠在捡拾所述晶粒的位置与输送轨道之间水平地移动所述晶粒接合头；和Z轴滚珠丝杠，所述Z轴滚珠丝杠竖直地移动所述晶粒接合头，以及
温度感测单元，所述温度感测单元测量所述Y轴滚珠丝杠的温度。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述补偿单元包括存储器，在所述存储器中，用于在X轴方向和Y轴方向上移动所述晶粒接合头的补偿值与测量得到的温度形成对应关系。
5.一种用于控制晶粒接合头的移动的设备，包括：
晶片台，待被捡拾的晶粒放置在所述晶片台上；
输送轨道，所述输送轨道在Y轴方向上与所述晶片台间隔开，所述输送轨道在X轴方向上输送所述晶粒接合于其上的玻璃面板；
所述晶粒接合头，所述晶粒接合头从所述晶片台捡拾所述晶粒，将所述捡拾到的晶粒输送至所述输送轨道上的晶粒接合位置，并且将所述晶粒接合到由所述输送轨道输送的所述玻璃面板上；
X轴滚珠丝杠，所述X轴滚珠丝杠在与沿所述输送轨道输送所述玻璃面板的方向相同的方向上移动所述晶粒接合头；
Y轴滚珠丝杠，所述Y轴滚珠丝杠在所述晶片台与所述输送轨道之间移动所述晶粒接合头；
Z轴滚珠丝杠，所述Z轴滚珠丝杠竖直地移动所述晶粒接合头；
至少一个温度感测单元，所述至少一个温度感测单元测量所述X轴滚珠丝杠、所述Y轴滚珠丝杠和所述Z轴滚珠丝杠中的至少一个的温度；
补偿单元，所述补偿单元根据由所述温度感测单元测量得到的温度补偿所述X轴滚珠丝杠、所述Y轴滚珠丝杠和所述Z轴滚珠丝杠中的至少一个的偏移；以及
输送单元驱动控制单元，所述输送单元驱动控制单元根据由所述补偿单元计算的补偿值控制所述X轴滚珠丝杠、所述Y轴滚珠丝杠和所述Z轴滚珠丝杠中的至少一个，以便将所述晶粒接合头移动至正确的捡拾或接合位置。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述温度感测单元测量所述Y轴滚珠丝杠的温度。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述Y轴滚珠丝杠通过安装单元安装于所述设备的主体，并且
所述温度感测单元测量所述安装单元的温度。
8.一种控制晶粒接合机的晶粒接合头的移动的方法，所述晶粒接合机具有在一个或更多个方向上移动所述晶粒接合头的多个输送单元，所述方法包括：
实时测量所述输送单元的温度；
根据测量得到的温度确定补偿所述晶粒接合头的位置的补偿值以将所述晶粒接合头设置于正确的捡拾或接合位置；以及
根据所确定的补偿值控制所述输送单元的操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述补偿值的确定包括从存储器读取对应于所述测量得到的温度的补偿值，在所述存储器中，用于在X轴方向和Y轴方向上移动所述晶粒接合头的补偿值与所述测量得到的温度形成对应关系。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述补偿值的确定包括以基础坐标数据(x，y)乘以补偿常数的方式计算所述补偿值，所述补偿常数对应于基准温度与所述测量获得的温度之差。
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