CN102881606B

CN102881606B - 芯片焊接装置

Info

Publication number: CN102881606B
Application number: CN201210241584.2A
Authority: CN
Inventors: 辻正人; 坂本光輝
Original assignee: Arakawa Co Ltd
Current assignee: Arakawa Co Ltd
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: TWI479582B; CN102881606A; KR20130008465A; JP2013021143A; JP5762185B2; KR101380815B1; TW201308459A

Abstract

本发明的课题在于,在芯片焊接装置中,合适地拾取薄或脆的半导体芯片进行焊接。本发明的解决手段在于,芯片焊接装置(100)的特征在于:所述芯片焊接装置包括:轴(12),在前端安装拾取半导体芯片进行焊接的焊接工具(11);以及焊接头(50),通过平板联杆(20,30)安装轴(12),沿着轴(12)的延伸方向直线移动。平板联杆(20,30)包含环状板(21,31)和渡板(22,32),所述环状板(21,31)沿着与轴(12)延伸方向交叉的面延伸,安装在焊接头(50),所述渡板(22,32)配置在与环状板(21,31)同一面,跨越环状板(21,31)的位于内侧的中空部分(24,34),轴(12)安装在上述渡板(22,32)。

Description

芯片焊接装置

技术领域

本发明涉及芯片焊接装置(die bonding)的结构。

背景技术

在将半导体芯片接合在引脚框等基板上、连接半导体芯片各电极和基板的电极或引脚框的引脚的半导体装置制造的后工序中,使用用于将半导体芯片接合在基板等的芯片焊接装置,或用引线连接与基板等接合的半导体芯片的电极和引脚框的引脚的引线焊接装置等的焊接装置(例如参照专利文献1)。又,在μGBA/IC的制造中,使用将TAB带的内引脚压焊在半导体电极的单点焊接装置等(例如参照专利文献2)。

在这种引线焊接装置或单点焊接装置中,使得作为焊接工具的毛细管或单点焊接工具等朝着相对半导体芯片的电极接离方向移动,使得引线或内引脚压接在半导体芯片的电极,同时,通过超声波使得引线或内引脚与半导体芯片的电极接合。因此,在各焊接装置,需要使得各焊接工具相对半导体芯片的面沿着垂直方向移动。在这种以往技术的焊接装置中,采用以下结构:例如,专利文献1的图7所记载那样,使得安装焊接工具的臂回转,安装在臂前端的焊接工具相对半导体芯片的电极表面大致垂直地接离。

但是,在该结构中,即使臂的长度长,因焊接工具前端进行圆弧状移动,使得焊接工具总是相对半导体芯片的电极沿着垂直方向移动很困难。

于是,如专利文献1的图3所示,提出由二片平行弹簧支持焊接工具，使得毛细管相对半导体芯片沿着垂直方向接离,代替在回转臂的前端安装焊接工具。又,如专利文献2的图7所示,提出了以下平行连杆结构:平行配置二块板,通过夹板夹持其中央部分,提高刚性,在二块板的各两端,分别形成各一个、合计四个回转铰链,通过该四个回转铰链使得单点焊接工具相对半导体芯片的电极面沿着垂直方向移动。

【专利文献1】日本特开2001-127097号公报

【专利文献2】日本特开2000-323522号公报

但是,用于将半导体芯片接合在基板等的芯片焊接装置,从切割的晶片拾取半导体芯片,将拾取的半导体芯片焊接在基板或引脚上接合。该芯片焊接装置的焊接头安装作为吸附半导体芯片拾取工具的夹具(collet),为了使得所述焊接头相对半导体芯片表面沿着垂直方向移动,大多使用沿垂直方向移动的滑块。当拾取半导体芯片时或将半导体芯片焊接在基板等上时,需要将夹具以某种程度的推压载荷推压在半导体芯片上。但是,若对半导体芯片施加大的推压力,半导体芯片会破损,因此,大多构成为在夹具和焊接头之间,安装能根据焊接头的下降距离调整夹具对半导体芯片的推压力那样的载荷弹簧,当拾取半导体芯片时或将半导体芯片焊接在基板等上时,过剩的推压力不施加到半导体芯片。

另一方面,近年,半导体芯片厚度非常薄,其强度变低。又,也多使用采用砷化镓等脆性材料的半导体芯片。因此,若施加以往那样的拾取载荷,则存在这种薄或脆的半导体芯片破损情况的问题。但是,若为了减少半导体的拾取载荷,减弱载荷弹簧,则因使得夹具相对焊接头上下方向滑动的Z方向导向件的摩擦力,产生不能施加合适的推压载荷的情况,或者发生挂在Z方向导向件等,存在一时施加过剩的推压载荷的问题。又,使用例如专利文献1、2记载那样的平行弹簧或平行连杆代替该Z方向导向件场合,平行弹簧或平行连杆本身弯曲刚性大,因此,若焊接头下降,则载荷弹簧的反作用力及平行连杆等的变形反作用力施加,作为夹具向半导体芯片的推压力。因此,存在以下问题:不能根据焊接头的下降距离合适地调整对半导体芯片的推压力,当拾取薄或脆的半导体芯片时或将半导体芯片焊接在基板等上时,不能施加必要的小的推压载荷,难以合适地拾取薄或脆的半导体芯片焊接在基板等上。

发明内容

本发明的目的在于,在芯片焊接装置中,合适地拾取薄或脆的半导体芯片进行焊接。

为了解决上述课题,本发明的芯片焊接装置的特征在于:

所述芯片焊接装置包括:

轴,在前端安装拾取半导体芯片进行焊接的焊接工具;以及

焊接头,通过至少一个平板联杆安装轴,沿着轴的延伸方向直线移动;

平板联杆包含环状板和渡板,所述环状板沿着与轴延伸方向交叉的面延伸,安装在焊接头,所述渡板配置在与环状板同一面,跨越环状板的位于内侧的中空部分,轴安装在渡板。

在本发明的芯片焊接装置中,较好的是,平板联杆的环状板在外缘对向的二个固定点固定在焊接头,渡板沿着与连接环状板的各固定点的方向交叉的方向延伸,从轴连接的中央向着与环状板连接的两端,宽度变小。

在本发明的芯片焊接装置中,较好的是,环状板从各固定点向着与渡板连接的两端,宽度变小。

在本发明的芯片焊接装置中,较好的是,环状板为大致四角环状,分别配置在各固定点对向的二边的中央。

在本发明的芯片焊接装置中,较好的是,轴通过离开、平行配置的二个平板联杆安装在焊接头。

在本发明的芯片焊接装置中,较好的是,包括杆,通过回转导向件回转自如地安装在焊接头,一端与轴连接,另一端与赋与将焊接工具压接在半导体芯片的推压载荷的弹簧连接;回转导向件是使得二片板簧十字型相交的十字板簧。

在本发明的芯片焊接装置中,较好的是,十字板簧具有四个端点,其中邻接的二个端点与杆连接,其它二个端点分别安装在焊接头。

下面,说明本发明的效果:

本发明具有在芯片焊接装置中能合适地拾取薄或脆的半导体芯片进行焊接的效果。

附图说明

图1是表示本发明实施形态的芯片焊接装置的结构的立体图。

图2是表示本发明实施形态的芯片焊接装置的平板联杆的立体图。

图3是表示本发明实施形态的芯片焊接装置的拾取半导体芯片前的状态的断面图。

图4是表示本发明实施形态的芯片焊接装置的拾取半导体芯片状态的断面图。

图5是表示本发明实施形态的芯片焊接装置的平板联杆的变形状态的立体图。

图6是表示本发明实施形态的芯片焊接装置的平板联杆的变形状态的侧面图。

图7是表示本发明实施形态的芯片焊接装置的推压载荷相对焊接头沉入量的变化的图线。

图8是表示本发明另一实施形态的芯片焊接装置的平板联杆的平面图。

图9是表示本发明另一实施形态的芯片焊接装置的平板联杆的平面图。

图中符号意义如下:

11－焊接工具

12－轴

13－端块

14－环

20－下平板联杆

21、31、131－环状板

22、32、132－渡板

24、34－中空部分

30、130－上平板联杆

31a－第一边

31b－第二边

33、133－固定点

35－突耳

40－杆

41－前端部

42－螺栓

43－后端部

44－中央块

45－十字板簧

46－水平弹簧板

47－垂直弹簧板

48－平衡块

49－连结板

50－焊接头

51－本体

51-本体

52－下臂

53－上臂

54－螺栓

55－套筒

56－挡块

57－孔

58－弹簧

61－滑块

62－直线导向件

71、72－中心线

73－直线

81－拾取台

83－切取带

90－半导体芯片

100－芯片焊接装置

具体实施方式

下面，一边参照附图一边说明本发明的实施形态。如图1所示,本实施形态的芯片焊接装置100包括安装在没有图示的向X、Y方向移动的移动装置的直线导向件62,沿着直线导向件62朝Z方向移动的滑块61,以及固定在滑块61、与滑块61一起朝Z方向移动的焊接头50。焊接头50包括固定在滑块61的本体51,从本体51朝Y方向延伸的一对下臂52和一对上臂53,通过套筒(bush)55由螺栓54固定在下臂52的下平板联杆(link)20,通过套筒55由螺栓54固定在上臂53的上平板联杆30,分别固定在下平板联杆20和上平板联杆30的轴12,安装在轴12的下侧前端的吸附半导体芯片的焊接工具11。下平板联杆20和上平板联杆30平行配置。在轴12的上端,安装外径比轴12大的端块13,端块13的本体51侧的下面构成为与用螺栓54固定在上臂53的倒U字型的挡块56的上面相碰。在图1中,Z方向是垂直方向,X、Y方向表示互相正交的水平面。在以下说明的其他图中也同样。

又,在本体51的上部,通过作为回转导向件的十字板簧45,杆40相对焊接头50回转自如地安装着。杆40的前端部41(轴12侧或Y方向正侧)和轴12的端块13由连结板49连结。又,平衡块48由螺栓42固定在杆40的后端部(滑块61侧或Y方向负侧)。赋与压接半导体芯片的推压载荷的弹簧58安装在设在平衡块48下侧的本体51的孔57。弹簧58的上端与平衡块48接触。

十字板簧45系十字组合水平弹簧板46和垂直弹簧板47,水平弹簧板46的后端(滑块61侧或Y方向负侧)由螺栓42固定在焊接头50的本体51,前端(轴12侧或Y方向正侧)由螺栓42固定在杆40的中央块44的下面。又,垂直弹簧板47的下端由螺栓42固定在焊接头50的本体51的上部,其上端由螺栓42固定在杆40的中央块44的垂直面。这样,十字板簧45具有水平弹簧板46的前端及后端、垂直弹簧板47的上端及下端四个端部,邻接的水平弹簧板46的后端和垂直弹簧板的下端固定在焊接头50的本体51,水平弹簧板46的前端和垂直弹簧板47的上端固定在杆40的中央块44。并且,沿着水平弹簧板46和垂直弹簧板47相交的X方向延伸的线成为回转轴,十字板簧45支承杆40,使其绕X轴回转自如。

一边参照图2一边详细说明上平板联杆30的结构。如图2所示,上平板联杆30系加工薄的不锈钢或弹簧钢等,沿着与轴12延伸的Z方向垂直的X、Y面内延伸。上平板联杆30包括环状板31以及沿着Y方向跨越环状板31内侧的中空部分34的渡板32。环状板31和渡板32配置在同一平面内。环状板31大致成四方环状,各边朝X方向或Y方向延伸。并且,朝Y方向延伸的一对第一边31a的长度方向的中央,通过套筒55由螺栓54固定在上臂53的上面。由该螺栓54固定在上臂53的第一边31a的部分分别是上平板联杆30的固定点33。又,环状板31的沿X方向延伸的一对第二边31b的各自中央由渡板32朝Y方向连接。并且,在渡板32的中央固定轴12。如图2所示,渡板32的中心线72是通过轴12的中心线71的线。轴12安装在渡板32的部分由环14加强。如图2所示,渡板32通过轴12的中心线71朝着Y方向延伸,轴12固定的中央部分宽度宽,向着与环状板31连接的端部,成为其宽度变小的锥形状。又,朝着Y方向延伸的一对第一边31a,由螺栓54固定的固定点33的部分宽度宽,随着向着第二边31b,第一边31a的宽度变小。并且,二个固定点33和轴12配置在一条直线73上,朝着X方向排成一列。上面说明了上平板联杆30的结构,下平板联杆20的结构也与上平板联杆30相同。

说明由上述说明那样构成的本实施形态的芯片焊接装置100拾取半导体芯片时的动作。对于参照图1,图2说明的部分标以相同符号,说明省略。如图3所示,欲拾取的半导体芯片90在背面粘接有切取带83的状态下,吸附固定在拾取台81上。切取带83在向着周围拉伸状态下,各半导体芯片90之间产生微小间隙。芯片焊接装置100由没有图示的X、Y移动装置使得焊接头50移动,使得安装在轴12下端的焊接工具11的位置来到欲拾取的半导体芯片90的正上方。

接着,如图4所示,芯片焊接装置100根据没有图示的控制部的指令,使得安装着焊接头50的滑块61沿着Z方向朝下下降。接着,控制部使得焊接工具11的前端与半导体芯片90的表面相接后,进一步使得滑块61和焊接头50下降高度ΔZo。于是,如图4所示,轴12受二个平板联杆20,30导向,相对焊接头50仅仅朝上方移动高度ΔZo,轴12上端的端块13也仅仅朝上方移动高度ΔZo。并且,通过连结板49与端块13连接的杆40的前端部也仅仅朝上方移动高度ΔZo。杆40绕沿着十字板簧45的水平弹簧板46和垂直弹簧板47相交的线X轴回转,杆40的后端部43朝下仅仅移动高度ΔZ₅。于是,弹簧58在Z方向长度仅仅缩短长度ΔZ₅,因其反作用力推压杆40的后端部43上升,对于通过连结板49与杆40的前端部41连接的端块13、轴12朝下施加力Fo。焊接工具11的内部通过没有图示的真空装置成为真空,因此,若因该力Fo,焊接工具11被推压到半导体芯片90的表面,则焊接工具11吸附半导体芯片90。此后,若通过没有图示的控制部,滑块61上升,则焊接工具11拾取半导体芯片90。

参照图5,图6,详细说明焊接工具11与半导体芯片90的表面相接后,焊接头50进一步下降高度ΔZo时的上平板联杆30的变形和轴12的移动。焊接工具11与半导体芯片90的表面相接后,若焊接头50进一步下降高度ΔZo,则如图5所示,固定上平板联杆30的上臂53也比焊接工具11与半导体芯片90的表面相接时的高度下降高度ΔZo,因此,上平板联杆30的固定点33也比焊接工具11与半导体芯片90的表面相接时的高度下降高度ΔZo。另一方面,轴12前端的焊接工具11与半导体芯片90的表面相接,因此,不能再下降,在固定上平板联杆30的轴12的渡板32的中央和二个固定点33之间,产生ΔZo高度差。因上平板联杆30的固定点33,中央与上臂53固定的各第一边31a如图5及图6(a)所示,从固定点33向着第二边31b朝上方弯曲。又,如图5及图6(b)所示,处于第二边31b之间的渡板32从第二边31b向着上方变形,使得安装轴12的中央部隆起。进而,如图5及图6(b)所示,第二边31b连接渡板32的中央部分,从与第一边31a连接的两端隆起,向上方变形。如图6(a)所示,因第一边31a朝上方的弯曲,在固定点33和第一边31a的两端或第二边31b之间,产生ΔZ₁的高度差。又,如图6(b)所示,因第二边31b的隆起变形,在第一边31a的两端和第二边31b的中央部之间,产生ΔZ₂的高度差。进而,如图6(b)所示,因渡板32的隆起变形,在第二边31b的中央和轴12的安装渡板32的中央之间,产生ΔZ₃的高度差。并且,该高度差ΔZ₁、ΔZ₂、ΔZ₃合计成为高度ΔZo。即,ΔZ₁＋ΔZ₂＋ΔZ₃＝ΔZo。

这样,上平板联杆30因从固定点33延伸的第一边31a的弯曲变形,第二边31b的隆起变形,以及处于第二边31b之间的渡板32的隆起变形,使得轴12相对焊接头50沿着Z方向移动高度ΔZo。又,第一边31a及渡板32的与第二边31b连接的端部,其宽度变小,因此,在第二边31b的两端以及渡板32的两端分别形成连杆,因各连杆的回转,使得轴12朝着Z方向移动。因此,轴12对于Z方向移动的阻力几乎不发生。又,本实施形态的芯片焊接装置100平行配置下平板联杆20和上平板联杆30二个平板联杆,由此,轴12支承为能沿着Z方向移动,因此,轴12相对半导体芯片90的表面能沿着垂直方向平滑地移动。再有,如图4所示,杆40由十字板簧45回转自如地支承,因此,没有回转轴承等那样的摩擦阻力,几乎不会发生对于回转的阻力。

因此,焊接工具11与半导体芯片90的表面相接后,当焊接头50沉入高度ΔZ时,施加到半导体芯片90的表面的力如图7所示,相对沉入高度ΔZ,成正比例。即,成为F＝K×ΔZ。由此,控制部通过控制焊接头50的沉入量ΔZ,能正确控制施加到半导体芯片90的推压载荷。因此,当拾取薄或脆的半导体芯片90时,能正确地控制更小的推压载荷,不损伤薄、强度低或脆的半导体芯片90,能合适地拾取。又,以往焊接装置使得轴12沿Z方向滑动,或回转支承杆40,而本实施形态的芯片焊接装置100没有以往焊接装置那样的滑动部,没有磨耗,寿命长,且也不会因摩擦阻力变化引起推压载荷变化,能长期间实行稳定动作。

上面说明了通过本实施形态的芯片焊接装置100拾取半导体芯片90时的动作,将半导体芯片90接合到基板上或引脚框等上时的动作也相同,能正确地控制施加在半导体芯片90的小的推压力,因此,不会损伤薄、强度低或脆的半导体芯片90,能合适地焊接到基板上或引脚框等上。又,进一步再将半导体芯片焊接在半导体芯片上时也同样,不会损伤半导体芯片90,能合适地进行焊接。

参照图8、图9说明本发明另一实施形态。在参照图1至图7说明部分,标以相同符号,说明省略。图8所示上平板联杆130将参照图1至图7说明的实施形态的上平板联杆30的大致四角环状的环状板31设为椭圆形状的环状板131,在其长圆侧设有固定点133,设有渡板132,跨越连接对向的短圆。又,图9所示实施形态是在参照图1至图7说明的实施形态的第一边31a的中央外侧设有突耳35,将该突耳35固定在上臂53构成。图8、图9所示哪个实施形态都具有与参照图1至图7说明的实施形态相同的效果。

上面参照附图说明了本发明的实施形态，但本发明并不局限于上述实施形态。在本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种芯片焊接装置，其特征在于:

所述芯片焊接装置包括:

轴,在前端安装拾取半导体芯片进行焊接的焊接工具；以及

焊接头,通过至少一个平板联杆安装上述轴,沿着上述轴的延伸方向直线移动；

上述平板联杆包含环状板和渡板,所述环状板沿着与上述轴延伸方向交叉的面延伸,在外缘对向的二个固定点固定在上述焊接头,所述渡板配置在与上述环状板同一面,沿着与连接上述环状板的上述各固定点的方向交叉的方向延伸,跨越上述环状板的位于内侧的中空部分,上述轴安装在上述渡板。

2.如权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于:

上述渡板从上述轴连接的中央向着与上述环状板连接的两端,宽度变小。

3.如权利要求1或2所述的芯片焊接装置，其特征在于:

上述环状板从上述各固定点向着与上述渡板连接的两端,宽度变小。

4.如权利要求1或2所述的芯片焊接装置，其特征在于:

上述环状板为四角环状,分别配置在上述各固定点对向的二边的中央。

5.如权利要求1或2所述的芯片焊接装置，其特征在于:

上述轴通过离开、平行配置的二个平板联杆安装在上述焊接头。

6.如权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于:

包括杆,通过回转导向件回转自如地安装在上述焊接头,一端与上述轴连接,另一端与赋与将上述焊接工具压接在上述半导体芯片的推压载荷的弹簧连接；

上述回转导向件是使得二片板簧十字型相交的十字板簧。

7.如权利要求6所述的芯片焊接装置，其特征在于:

上述十字板簧具有四个端点,其中邻接的二个端点与上述杆连接,其它二个端点分别安装在上述焊接头。