CN102593030B - 用于传送衬底进行键合的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在衬底上完成键合的键合装置，包含有：第一衬底固定部件用于在键合期间夹持第一衬底，第二衬底固定部件用于在键合期间夹持第二衬底，每一个衬底固定部件被操作来在其各自的用于接收衬底的装载位置、键合衬底的键合位置和键合后的衬底从衬底固定部件处移离的卸载位置之间顺序移动；第一驱动机构，其被操作来沿着第一进给路径从其装载位置驱动第一衬底固定部件至其键合位置，以及沿着第一返回路径从其卸载位置驱动第一衬底固定部件至其装载位置；第二驱动机构，其被操作来沿着第二进给路径从其装载位置驱动第二衬底固定部件至其键合位置，以及沿着第二返回路径从其卸载位置驱动第二衬底固定部件至其装载位置。

Description

用于传送衬底进行键合的装置
技术领域
本发明涉及一种用于传送衬底的装置，特别是涉及一种用于传送衬底进行键合应用的装置。
背景技术
在使用于半导体封装件的装配的导线或晶粒键合机中，用于安装电子器件的衬底沿着衬底传送装置的传送机构（conveyor）被传送和定位以进行图案识别、衬底定位和衬底上的导线或晶粒键合。传送衬底的一种传统方法是通过沿着引导轨道使用若干个定位器支撑衬底的方式。如图1A至1C所示，衬底传送装置100应用了传统的移动流程，其在两个定位设备之间传送衬底102。输入定位器106和输出定位器108沿着引导轨道104定位对齐以直线地转送衬底102。衬底102从输入定位器106被转送到输出定位器108，大体上中途通过引导轨道104的输入端和输出端。
图1A所示为沿着引导轨道104设置在键合位置处的窗口夹具110。输入定位器106和窗口夹具110均紧靠于引导轨道104，以抵靠于已装载于引导轨道104的输入端的衬底102夹持固定。输出定位器108沿着引导轨道104的下游设置，并在待命位置保持开启状态以接收衬底102。当衬底102被固定在窗口夹具110时，晶粒键合在晶粒键合位置处得以完成。在衬底102已经被进一步定位和到达输出定位器108之后，输出定位器108夹持在衬底102上，如图1B所示。与此同时，输入定位器106打开以释放现在由窗口夹具110和输出定位器108支撑的衬底102。在输入定位器106打开并待命来接收另一个衬底102以沿着引导轨道104定位的同时，输出定位器108继续朝向引导轨道104的端部定位衬底102，以卸载键合后的衬底102，如图1C所示。
这种传统的定位装置要求输入定位器106、输出定位器108和窗口夹具110的开启和闭合。时间被浪费在这些附加的动作上，影响了加工产能。而且，从输入定位器106转送衬底102至输出定位器108可能会给衬底102引入位置偏差，因为如上所述，该转送要求每个输入定位器106和输出定位器108开启和闭合以释放或夹持固定衬底102。因此，在每次转送之后，衬底102重新调整以修正任意被引入的位置偏差是必要的。在沿着引导轨道104的晶粒键合位置处，通过预检查完成的放置补偿同样也是需要的。
一种应用多个定位器以传送衬底的现有组件描述于公开号为2006-156444、发明名称为“工件的组装设备和传送设备/方法”的日本专利中。该组件使用两个拾取和放置传送臂用于在工作站之间传送衬底。由于需要在定位器之间传送衬底，因此，这种组件遇到了上述的难题和缺陷。所以，开发一种用于高效地传送衬底的衬底传送装置是令人期望的，其在传送处理过程中没有引入位置偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于从一个位置传送衬底到另一个位置的装置，以进行键合操作，其和传统的双定位器装置相比具有更高的产能。
因此，本发明提供一种用于在衬底上完成键合的键合装置，该装置包含有：第一衬底固定部件和第二衬底固定部件，第一衬底固定部件用于在键合期间夹持第一衬底，第二衬底固定部件用于在键合期间夹持第二衬底，第一衬底固定部件和第二衬底固定部件中每一个被操作来在其各自的用于接收衬底的装载位置、键合衬底的键合位置和键合后的衬底从衬底固定部件处移离的卸载位置之间顺序移动；第一驱动机构，其被操作来沿着第一进给路径从其装载位置驱动第一衬底固定部件至其键合位置，以及沿着第一返回路径从其卸载位置驱动第一衬底固定部件至其装载位置；以及第二驱动机构，其被操作来沿着第二进给路径从其装载位置驱动第二衬底固定部件至其键合位置，以及沿着第二返回路径从其卸载位置驱动第二衬底固定部件至其装载位置。
参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。
附图说明
通过参考根据本发明较佳实施例详细介绍，并参考附图很容易理解本发明，其中。
图1A至图1C为用于沿着引导轨道在两个定位设备之间传送衬底的传统移动流程的平面示意图。
图2为根据本发明第一较佳实施例所述的衬底传送装置的立体示意图。
图3所示为图2中的衬底传送装置的平面示意图，其表明了该装置的两个定位设备的双工作路径。
图4所示为根据本发明第二较佳实施例所述的衬底传送装置的立体示意图。
以及图5所示为从图4中的方向P所视的衬底传送装置的侧视示意图，其表明了它的两个定位设备的工作路径。 
具体实施方式
在此本发明较佳实施例将结合附图进行描述。
图2为根据本发明第一较佳实施例所述的衬底传送装置10的立体示意图。每个衬底12可能会被单独地传送，或者多个单个的衬底可能会被安装在载体上并一起被传送。衬底传送装置10包含有位于该装置10的第一侧面上的线性引导轨道14，其具有输入端和相对的输出端。在该装置10围绕通过该装置键合位置的中心线和第一侧面相对的第二侧面上设置有另一个线性引导轨道（参见图3），使用晶粒键合机在该键合位置半导体晶粒被键合到衬底12上。
第一定位设备15装配在该装置10的第一侧面，而第二定位设备16则沿着该装置10的第二侧面装配。第一定位设备15和第二定位设备16中的每一个包含有带有由各自的驱动机构所驱动的X托架（carriage）11和Y托架13的X-Y定位平台。第一定位设备15被表明带有X托架11和Y托架13，以致于第一定位设备15和第二定位设备16可独立于彼此移动。
第一定位设备15和第二定位设备16分别耦接和支撑第一衬底固定部件18和第二衬底固定部件20，该第一衬底固定部件18和第二衬底固定部件20可按次序地沿着进给路径从引导轨道14的输入端（包括装载区域）移动至输出端（包括卸载区域）。在衬底12的键合期间，第一衬底固定部件18和第二衬底固定部件20每个均夹持衬底12，并沿着单独的返回路径返回到衬底装载区域，该返回路径和进给路径分隔开。所以，第一衬底固定部件18和第二衬底固定部件20中的每一个可沿着各自的第一循环工作路径ABCD和第二循环工作路径A’B’C’D’移动，每个完整的循环工作路径为四边形形状。这些循环工作路径围绕键合位置相互镜像。
特别是，在水平面上每个返回路径CD、C’D’与进给路径AB、A’B’在水平方向上是分隔开的，以便于一个衬底固定部件18、20沿着返回路径CD、C’D’的移动不会阻碍另一个衬底固定部件。第一衬底固定部件18在进给路径AB上的位置可能和第二衬底固定部件20在进给路径A’B’上的位置部分重叠。每个衬底固定部件18、20装载衬底12的时间应被错开。所以，衬底能被连续地定位，而每个定位设备15、16的空闲时间得以减少。
在所阐述的本发明较佳实施例中，每个衬底固定部件18、20被布置来在垂直方向上夹持衬底12。衬底固定部件18、20也可以被配置来在水平方向上运载衬底12。衬底固定部件18、20固定和夹持衬底12，以在不必须如同上述传统衬底传送装置100将衬底12从一个定位器传送至另一个定位器的情形下，通过移动衬底12经过装载、滴注、晶粒键合和卸载的区域的方式，从引导轨道14的输入端沿着AB和A’B’进给衬底12至其输出端。装载、晶粒键合和卸载的位置或区域以直线的方式设置，以便于线性引导轨道14设置在所述的直线的相对两侧。所以，将额外的时间分配在衬底传送期间定位器和窗口夹具的开启和闭合上或者在图案识别时延上是没有必要的，因为在进给过程中没有需要重新定位衬底12。
在衬底12已经被卸载在引导轨道14的输出端之后，每个衬底固定部件18、20通过回复路径CD/C’D’返回到引导轨道14的输入端。接下来，第一定位设备15和第二定位设备16将重新定位衬底固定部件18、20至装载位置A和A’，并重复将更多的衬底12从引导轨道14的输入端进给至其输出端的步骤。
图3所示为图2中的衬底传送装置10的平面示意图，其表明了该装置10的两个定位设备15、16的双工作路径。第一衬底固定部件18沿着第一循环工作路径ABCD移动，而第二衬底固定部件20移动经过另一个循环工作路径A’B’C’D’。 第一衬底固定部件18固定和夹持在衬底12上，并在不必须将衬底12传送给另一个定位器的情形下，沿着AB在X方向上将衬底12从引导轨道14的输入端进给至其输出端。第二衬底固定部件20和第一衬底固定部件18分隔开来，其固定和夹持另一个衬底12，并沿着A’B’将衬底12从引导轨道14的输入端传送至其输出端。两个衬底固定部件18、20定位衬底12以或者在同一个键合位置或者在不同的键合位置进行键合。在相同的或者不同的卸载位置B和B’进行晶粒键合之后，第一定位设备15和第二定位设备16卸载衬底12，然后通过沿着CD/C’D’移动衬底固定部件18、20返回朝向D和D’然后再到A和A’的方式，分别返回到位于相同的或者不同的装载位置A和A’的引导轨道14的输入端。
第一定位设备15和第二定位设备16交替地传送衬底12进行键合。当第一定位设备15在卸载一衬底12和装载另一衬底12中衔接时，另一衬底12仍然在被键合。由于在这种配置中设置有至少两个定位设备，因此每个定位设备的任何空闲时间被大大地减少。
图4所示为根据本发明第二较佳实施例所述的衬底传送装置10’的立体示意图。衬底传送装置10’包含有安装在通用基座22上的第一定位设备15’和第二定位设备16’。 第一定位设备15’和第二定位设备16’还包含有第一Y定位平台24、第二Y定位平台28以及第一Z定位平台26、第二Z定位平台30。第一衬底固定部件18和第二衬底固定部件20分别安装在第一定位设备15’和第二定位设备16’上，并可按照定位设备15’和16’沿着正交的XYZ方向在各自的定位平台上的移动而移动。每个定位平台包含有托架，这些托架是可独立地被操作的（actuable），以便于第一衬底固定部件18和第二衬底固定部件20可沿着这些托架自由地被传送。
在图4中，包含有一对轨道的X托架21沿着X方向传送第一衬底固定部件18，而同样也包含有一对轨道的Y托架23沿着Y方向传送第一衬底固定部件18。第二定位设备16’的Z托架31被表明具有一对轨道，以用于沿着Z方向传送第二衬底固定部件20。第一衬底固定部件18沿着第一循环工作路径EFGH移动，而第二衬底固定部件20通过第二循环工作路径E’F’G’H’移动，两个循环工作路径均位于垂直平面上。第一循环工作路径EFGH可能和第二循环工作路径E’F’G’H’部分重叠。每个衬底固定部件18、20装载衬底12的时间应该被错开。而且，为了确保在第一定位设备15’和第二定位设备16’的移动中没有障碍，两个衬底固定部件18、20的进给路径和返回路径位于不同的高度位置。
图5所示为从图4中的方向P所视的衬底传送装置10’的侧视示意图，其表明了它的两个定位设备的工作路径。第一衬底固定部件18沿着循环工作路径EFGH移动，以在通过返回路径GH返回以前首先沿着进给路径EF进给衬底12。如图所述，衬底12被固定在晶粒键合位置以进行晶粒键合。第一定位设备15’ 和第二定位设备16’在空间上相分隔开，且第一定位设备15’位置设置高于第二定位设备16’。这样，衬底固定部件18、20的进给路径和返回路径位于不同的高度位置，以便于一个定位设备的移动不会被另一个定位设备所阻碍。
值得欣赏的是，本发明较佳实施例所述的衬底传送装置10提高了衬底12的进给产能。由于在衬底从引导轨道14的输入端传送至输出端期间，衬底12没有在定位器之间传送，所以位置偏差不会出现。因此，仅仅一个视觉系统需要设置在引导轨道14的输入端，以在开始进给之前将衬底12定位在衬底固定部件18、20上。而且，由于在整个定位过程中衬底固定部件18、20牢牢地支撑该衬底12，所以没有必要使用任何窗口夹具以在键合位置夹持衬底12。从而，衬底12从一个定位器转送至另一个定位器以及用于衬底12重新定位的额外图案识别所引起的延时能够得以避免。沿着引导轨道14进给衬底12进行键合操作的加工周期时间被显著地减少。而且，由于具有至少两个独立移动的定位设备同时工作，所以，每个定位设备的空闲时间被减少。和现有技术相比，装置的整体产能得以增加。
此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。

Claims (17)

1.一种用于在衬底上完成键合的键合装置，该装置包含有：
第一衬底固定部件和第二衬底固定部件，第一衬底固定部件用于在键合期间夹持第一衬底，第二衬底固定部件用于在键合期间夹持第二衬底，第一衬底固定部件和第二衬底固定部件中每一个被操作来在其各自的用于接收衬底的装载位置、键合衬底的键合位置和键合后的衬底从衬底固定部件处移离的卸载位置之间顺序移动；
第一驱动机构，其被操作来沿着第一进给路径从其装载位置驱动第一衬底固定部件至其键合位置，以及沿着第一返回路径从其卸载位置驱动第一衬底固定部件至其装载位置；以及
第二驱动机构，其被操作来沿着第二进给路径从其装载位置驱动第二衬底固定部件至其键合位置，以及沿着第二返回路径从其卸载位置驱动第二衬底固定部件至其装载位置，
其中第一衬底固定部件安装在第一引导轨道上，第二衬底固定部件安装在第二引导轨道上，并且所述第一引导轨道和所述第二引导轨道设置在穿过每个衬底固定部件的装载位置、键合位置和卸载位置的直线的相对侧，所述每个第一衬底固定部件及第二衬底固定部件各自的键合位置位于第一进给路径和第二进给路径之间，所述第一进给路径及第二进给路径呈线性。
2.如权利要求1所述的键合装置，其中，第一衬底固定部件和第二衬底固定部件具有相同的键合位置。
3.如权利要求1所述的键合装置，其中，第一衬底固定部件和第二衬底固定部件具有相同的装载位置和卸载位置。
4.如权利要求1所述的键合装置，其中，由第一衬底固定部件和第二衬底固定部件沿着第一进给路径和第二进给路径经过的位置部分重叠。
5.如权利要求4所述的键合装置，其中，第一返回路径和第一进给路径分隔开，而第二返回路径和第二进给路径分隔开。
6.如权利要求1所述的键合装置，其中，每个衬底固定部件的装载位置、键合位置和卸载位置设置在直线上。
7.如权利要求6所述的键合装置，其中，第一衬底固定部件安装在第一引导轨道上，而第二衬底固定部件安装在第二引导轨道上，所述第一引导轨道和所述第二引导轨道沿着各自的装载位置、键合位置和卸载位置的旁边延伸。
8.如权利要求1所述的键合装置，其中，第一衬底固定部件和第二衬底固定部件被操作来沿着各自的第一循环工作路径和第二循环工作路径移动，每个完整的循环工作路径为四边形形状。
9.如权利要求8所述的键合装置，其中，第一循环工作路径和第二循环工作路径围绕键合位置镜像。
10.如权利要求8所述的键合装置，其中，第一循环工作路径和第二循环工作路径位于水平平面上。
11.如权利要求8所述的键合装置，其中，第一循环工作路径和第二循环工作路径位于垂直平面上。
12.如权利要求11所述的键合装置，其中，每个衬底固定部件的进给路径和返回路径位于不同的高度位置。
13.如权利要求1所述的键合装置，其中，键合工具包含有晶粒键合机，该晶粒键合机被操作来在键合位置将半导体晶粒键合至衬底上。
14.如权利要求1所述的键合装置，其中，衬底固定部件被配置来在垂直方位上夹持衬底。
15.如权利要求1所述的键合装置，该装置还包含有：
第一定位设备和第二定位设备，第一定位设备和第一衬底固定部件相耦接，第二定位设备和第二衬底固定部件相耦接，第一定位设备可独立于第二定位设备移动。
16.如权利要求15所述的键合装置，其中，每个定位设备还包含有多个定位平台，该多个定位平台被操作来在垂直于其进给路径的方向上定位每个衬底固定部件。
17.如权利要求1所述的键合装置，其中，第一衬底固定部件和第二衬底固定部件被配置来交替地传送衬底至第一衬底固定部件和第二衬底固定部件的键合位置进行键合。
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