CN103094168B - 封装工艺中的拾取和放置工具 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括导环以及安装在该导环上的接合头。该接合头被配置为沿着导环循环运动。该接合头被配置为在循环过程中拾取管芯并放置该管芯。本发明提供了封装工艺中的拾取和放置工具。

Description

封装工艺中的拾取和放置工具
技术领域
本发明涉及集成电路的制造，更具体而言，涉及封装工艺中的拾取和放置工具。
背景技术
集成电路的制造常常包括将器件管芯接合至封装基板。在典型的接合工艺中，首先从已经被切割成管芯的晶圆拾取器件管芯。将该器件管芯上下翻转并放置在桌面上。然后接合头从桌面上拾取已翻转的器件管芯，然后将该器件管芯放置在封装基板上。在将多个器件管芯放置在封装基板带的多个封装基板上之后，封装基板带连同器件管芯一起经受回流工艺，从而将器件管芯接合至封装基板。
器件管芯在封装基板上的放置的准确度需要得到有效的控制，从而保持接合工艺的合格率。另一方面，拾取和放置工艺的生产量也有待提高。然而，对放置的准确度的要求与对提高生产量的要求是相冲突的。例如，为了提高生产量，需要加快接合头的运动速度。然而，运动速度加快的结果是牺牲了放置的准确度。虽然可以使用多个接合头拾取和放置器件管芯，但是多个接合头中的每一个都需要等待，直到其他接合头占用的作业空间被腾出以后才可以开始作业。因而，生产量的改善是有限的。
发明内容
一方面，本发明提供了一种装置，所述装置包括：第一导环；以及第一接合头，所述第一接合头安装在所述第一导环上，其中，所述第一接合头被配置为沿着所述第一导环循环运动，以及其中，所述第一接合头被配置为在所述循环过程中拾取管芯并放置管芯。
所述的装置进一步包括：装载导轨，所述装载导轨邻近所述第一导环并且被配置为运输封装元件；装载器，所述装载器被配置为将所述封装元件装载到所述装载导轨上，其中所述装载导轨被设置在邻近所述第一导环的位置；以及卸载器，所述卸载器被配置为从所述装载导轨卸载所述封装元件，其中所述接合头被配置为将所述管芯放置在所述封装元件上。
所述的装置进一步包括：第二导环，所述第二导环邻近所述装载导轨；以及第二接合头，所述第二接合头安装在所述第二导环上，其中所述第二接合头被配置为沿着所述第二导环循环运动，以及其中所述第二接合头被配置为拾取额外的管芯并放置所述额外的管芯。
在上面所述的装置中，所述第一接合头和所述第二接合头被配置为分别将所述管芯放置到第一封装基板带和第二封装基板带上。
在所述的装置中，所述第一接合头和所述第二接合头被配置为将所述管芯放置到同一个封装基板带上。
所述的装置进一步包括安装在所述第一导环上的第二接合头，其中所述第二接合头被配置为在与所述第一接合头相同的方向上沿着所述第一导环循环运动。
所述的装置进一步包括：翻转器，所述翻转器被配置为翻转所述管芯，其中所述第一接合头被配置为拾取被翻转的所述管芯，并且将所述管芯浸入助焊剂槽中；以及对准工具，所述对准工具邻近所述导环，其中所述对准工具被配置为对准被所述接合头拾取的所述管芯。
在所述的装置中，所述第一接合头被配置为沿着所述第一导环在第一方向上运动，并且被配置为沿着所述导环在第二方向上不产生大幅运动，其中所述第二方向与所述第一方向相反。
另一方面，本发明提供了一种装置，所述装置包括：第一导环；第一多个接合头，所述多个接合头安装在所述第一导环上，其中，所述第一多个接合头被配置为沿着所述第一导环循环运动；第一助焊剂槽，所述第一助焊剂槽邻近所述第一导环；以及第一对准工具，所述第一对准工具邻近所述第一导环。
所述的装置进一步包括；装载导轨，所述装载导轨邻近所述第一导环；装载器，所述装载器被配置为将封装基板带装载到所述装载导轨；以及卸载器，所述卸载器被配置为从所述装载导轨卸载所述封装基板带。
在所述的装置中，所述第一多个接合头的总数大于3。
在所述的装置中，进一步包括邻近所述第一导环的翻转器，其中所述翻转器被配置为翻转管芯。
在所述的装置中，所述第一多个接合头被配置为拾取并放置管芯，以及其中，所述对准工具被配置为对准所述管芯。
所述的装置进一步包括：装载导轨；第二导环，其中所述第一导环和所述第二导环都邻近所述装载导轨；第二多个接合头，所述第二多个接合头安装在所述第二导环上，其中，所述第二多个接合头被配置为沿着所述第二导环运动；第二助焊剂槽，所述第二助焊剂槽邻近所述第二导环；以及第二对准工具，所述第二对准工具邻近所述第二导环，其中所述第二对准工具被配置为对准管芯。
又一方面，本发明提供了一种方法，所述方法包括：操作第一接合头以使其沿着第一导环运动第一循环；在所述第一循环过程中，使用所述第一接合头拾取第一管芯；以及在所述第一循环过程中，将所述第一管芯放置在第一封装元件上方。
所述的方法进一步包括：操作所述第一接合头以使其沿着所述第一导环运动多个循环；在所述多个循环中的每一个循环过程中，使用所述第一接合头拾取多个管芯中之一；以及在所述多个循环中的每一个循环过程中，将所述多个管芯中之一放置在多个封装元件中之一的上方。
在所述的方法中，在所述第一循环过程中，所述第一接合头沿着所述第一导环在第一方向上运动，并且在与所述第一方向相反的第二方向上不产生大幅运动。
所述的方法进一步包括：在操作所述第一接合头进行所述第一循环时，操作第二接合头以使其沿着所述第一导环运动另一个循环，其中所述第一接合头和所述第二接合头以相同的方向运动；在所述另一个循环过程中，使用所述第二接合头拾取另一个管芯；以及在所述另一个循环过程中，将所述另一个管芯放置在另一个封装元件的上方。
所述的方法进一步包括：在操作所述第一接合头进行所述第一循环时，操作第二接合头以使其沿着所述第二导环运动第二循环，其中所述第一导环和所述第二导环都邻近用于装载和卸载所述第一封装元件的同一个装载导轨；在所述第二循环过程中，使用所述第二接合头拾取另一个管芯；以及在所述第二循环过程中，将所述另一个管芯放置在另一个封装元件的上方。
在所述的方法中，在所述第一循环过程中，所述第一接合头被配置为将所述第一管芯浸入助焊剂槽中，并且对准所述第一管芯。
附图说明
为了更全面地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：
图1至3是根据各个实施例的管芯的拾取和放置工艺的中间阶段的俯视图，其中，在导环上安装有多个接合头；
图4是根据可选实施例的管芯的拾取和放置工艺的中间阶段的俯视图，其中，在两个导环中的每一个上均安装有多个接合头；
图5是根据可选实施例的管芯的拾取和放置工艺的中间阶段的俯视图，其中，在四个导环中的每一个上均安装有多个接合头；
图6是根据可选实施例的管芯的拾取和放置工艺的中间阶段的俯视图，其中，相邻两个导环上的接合头用于将管芯接合到同一个封装基板带上；
图7示出的是从晶圆拾取管芯并翻转该管芯的截面图；以及
图8示出了放置在封装基板带的多个封装基板上的多个管芯。
具体实施方式
在下面详细讨论本发明的实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所论述的具体实施例仅仅是说明性的，而不用于限制本发明的范围。
根据不同的实施例，提供了用于封装集成电路的拾取和放置工具以及使用该工具的方法。论述了实施例的变化和操作。在所有各个视图和说明性实施例中，相同的参考数字用于指示相同的元件。
图1示出了根据实施例的拾取和放置工具20的俯视图。该拾取和放置工具20用于将晶圆28(也请参考图7)中的管芯26放置到封装元件24上，其共同位于封装元件带(或晶圆)22中。在一些实施例中，封装元件24是封装基板，因此在下文被称为封装基板24，然而其也可以是另一种类型的封装元件，比如插件。封装元件带/晶圆22可以是封装基板带。因此，封装元件带/晶圆22在整个说明书中可选地被称为封装基板带22，然而封装元件带/晶圆22也可以是其他形式，比如插件晶圆。如图1中所示出的，封装元件带/晶圆22可以具有长方形的俯视形状。可选地，封装元件带/晶圆22可以具有其他俯视形状，比如圆形。
装载器32被设置在装载导轨36的第一端部，并且被配置为将封装基板带22装载到拾取和放置工具20中，从而使封装基板带22可以沿着装载导轨36转移。在其上放置有管芯26之后，可以通过卸载器34从拾取和放置工具20将封装基板带22卸载下来，并送往随后的工艺步骤，比如回流。
晶圆28可以是器件晶圆，并且晶圆28中的管芯26可以是其中具有集成电路器件(比如晶体管)的器件管芯。图7示出了晶圆28的一部分的截面图。位于晶圆28中的管芯26可以设置有面朝上的电连接器27，其中电连接器27在随后的工艺步骤中被放置在封装基板24上并接合至封装基板24(请参考图8)。管芯26已经被切割分开，并因此可以被单独拾取和放置。
使用如图1中的翻转器40一个接一个地拾取管芯26并翻转管芯26，从而使管芯26的连接器27(图7)可以面朝下，为随后的接合工艺做准备。图1中示出了翻转步骤的示意图。实线所示的翻转器40示出了用于从晶圆28拾取管芯26的翻转器40的位置，而虚线所示的翻转器40则示出了用于在桌面42上放下已翻转的管芯26的同一翻转器40的位置。图7示意性地示出了管芯26在翻转前和翻转后的位置，其中箭头表示翻转步骤。
然后，翻转器40可以将已翻转的管芯26放置在桌面42上，如图1和图7中所示。如图1中所示，在翻转导轨44上安装翻转器40，并且可以来回滑动(在所示出的X方向上)。晶圆28可以在X方向和Y方向上移动，以使每次都将晶圆28中的管芯26之一移动到翻转器40的正下方，从而可以被翻转器40拾取和翻转。
在装载导轨36的上方安装导环50。在导环50上安装多个接合头52(表示为52A至52D)。虽然，作为实例示出了四个接合头52，但是，在可选实施例中，在导环50上可以安装有一个、两个、三个或者五个以上的接合头。导环50形成了一个完整的环，因此，当接合头52在一个方向上运动(比如箭头54的方向)时，接合头52可以沿着导环50以多个循环连续运动。接合头52A至52D可以独立运动，可以单独控制接合头52A至52D中的每一个的动作(比如停止、运动、加速和减速)，而不受其他接合头52的动作的影响。接合头52A至52D一般在如箭头54的方向所示的相同的向前方向上运动，并且被配置为在与箭头54的方向相反的方向上不具有大幅的向后运动。然而，任选地，比如在接合头52A至52D与桌面42、助焊剂槽56、对准工具60对准时，接合头52A至52D可以轻微地向后运动以调整位置的对准。可以由同一个控制单元(未示出)控制接合头52A至52D的动作并使其同步，该控制单元可以与接合头52A至52D电连接，并且被配置为控制对准工具60的动作、晶圆28的运动和封装基板带22的运动。
在图1到图3中示出了示例性拾取和放置工艺，简述如下。首先，如图1中所示，翻转器40从晶圆28拾取一个管芯26，然后滑向桌面42的位置，并且在桌面42上放下已翻转的管芯26。接着，如图2中所示，接合头52A沿着导环50向前运动到桌面42的位置，并且拾取管芯26。接合头52A可以是真空头，其通过真空处理来拾取管芯26。然后，接合头52向前运动到助焊剂槽56，在该助焊剂槽56中包含有助焊剂58(也请参考图1)。然后，接合头52A将管芯26的前面浸入助焊剂58中，从而用助焊剂58浸渍连接器27(未在图2中示出，请参考图7)。
然后，接合头52A运动到对准工具60，该对准工具60被配置为扫描管芯26并且帮助确定X和Y坐标以及管芯26的角度。在管芯26未与X和Y方向准确对准的情况下，接合头52A也可以在与X和Y方向平行的平面中略微旋转管芯26，直到管芯26与X和Y方向准确对准。然后，接合头52A向前运动到封装基板带22的上方，并且将管芯26放置在所期望的其中一个封装基板24上。在装载封装基板带22时，已扫描了封装基板24的位置，从而得知每个封装基板24的准确位置。因此，封装基板带22可以在X和Y方向上移动，从而使管芯26与相应的封装基板24对准并且准确地放置在相应的封装基板24上。图8示出了放置在封装基板24上的管芯26的截面图。
接着，如图3中所示，放置管芯26之后，接合头52A继续在箭头54的方向上运动。在接合头52执行拾取管芯26、将管芯26浸入助焊剂58中、对准管芯26、并且将管芯26放置在其中一个封装基板24上的同时，翻转器40一个接一个地拾取并翻转其他管芯26并且将管芯26放置在桌面42上。同时，接合头52B、52C和52D也向前运动，并执行与图1至图3所示的接合头52A基本上相同的动作。接合头52A至52D在导环50上循环运动，在每个循环中，接合头52A至52D中的每一个拾取并放置一个管芯26，直到在封装基板带22中的所有封装基板24上都放置有一个管芯26。然后，将封装基板带22传送到右边，并且通过卸载器34从拾取和放置工具20卸载下来。
可以看出，在上述工艺中，接合头52以一个方向运动，并且不需要来回运动，这样节省了回程时间。特别是，没有了回程，接合头52就不需要相互等待腾出被其他接合头52占用的作业空间。因此，拾取和放置管芯的效率得以提高。
图4示出了根据可选实施例的拾取和放置工具20。这些实施例与图3中所示的实施例相似，除了拾取和放置工具20中有两个导环50(包括50A和50B)以外。在每个导环50上都安装有一个或多个接合头52。此外，可以有两个翻转器40，每个翻转器40都服务于安装在其中一个导环50上的接合头52。每个导环50上的接合头52负责将管芯26放置在封装基板带22A和22B其中之一上。再次，晶圆28可以在X和Y方向上运动，从而可以使管芯26运动到将要拾取管芯26的翻转器40的正下方。每个封装基板带22A和22B都能够在X和Y方向上运动，从而使相应的封装基板24可以运动到相应的将要放置管芯26的接合头52的正下方。每一个导环50上的接合头52的操作与图1至图3中所示的基本上相同。
图5示出了根据可选实施例的拾取和放置工具20。这些实施例与图1至图4中的实施例相似，除了拾取和放置工具20中有四个导环50(包括50A至50D)以外。每个导环50上都安装有一个或多个接合头52。每个导环50上的每个接合头52的操作可以与图1至图3中所示的基本上相同，因此，此处不再重复。在图5中，两个导环50可以共享一套装载器32和卸载器34以及一套装载导轨36。通过采用图4和5中的实施例，可以在多个导环50之间共享界面工具，比如装载器32、卸载器34、和用于控制晶圆28的运动的工具等，从而可以节省工具的成本和部署工具的所用的作业空间。
图6示出了根据又一个可选实施例的拾取和放置工具20。这些实施例与图5中的实施例相似，除了相邻两个导环50上的接合头52被配置为将管芯接合至同一个封装基板带22上之外。在这些实施例中，左导环50上的接合头52可以负责将管芯26接合至相应的封装基板带22的左半部，而右导环50上的接合头52可以负责将管芯26接合至相应的封装基板带22的右半部。接合头52的动作和封装基板带22的运动可以由控制单元(未示出)来协调。
在实施例中，通过使用导环而非直型导轨引导接合头的运动，可以使接合头在单一方向上循环运动，而不是来回运动。因此，多个接合头不需要相互等待。此外，采用多个接合头，每一个接合头的运动速度都可以降低，从而使拾取和放置工艺的精确度得以提高。同时，由于多个接合头的有效应用而不会牺牲拾取和放置的生产量。
根据实施例，一种装置包括导环，以及在导环上安装的接合头。该接合头被配置为沿着导环循环运动。该接合头被配置为在循环过程中拾取管芯并放置管芯。
根据其他实施例，一种装置包括导环；在导环上安装的多个接合头，该多个接合头被配置为沿着导环循环运动；邻近第一导环设置的助焊剂槽；以及邻近导环设置的对准工具。
根据又一个实施例，一种方法包括操作接合头从而使接合头沿导环循环运动，在循环过程中使用该接合头拾取管芯，以及在循环过程中将该管芯放置在封装元件的上方。
尽管已经详细地描述了实施例及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的实施例的主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员根据本发明将很容易理解，根据本发明可以使用现有的或今后开发的用于执行与本发明所述的相应实施例基本上相同的功能或获得基本上相同的结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求应该在其范围内包括这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。此外，每条权利要求构成单独的实施例，并且多个权利要求和实施例的组合在本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种封装工艺中的拾取和放置装置，包括：
第一导环；
第一接合头，安装在所述第一导环上，其中，所述第一接合头被配置为沿着所述第一导环循环运动，以及，其中，所述第一接合头被配置为在所述循环过程中拾取管芯并放置管芯；以及
邻近所述第一导环的翻转器，所述翻转器被配置为翻转所述管芯。
2.根据权利要求1所述的拾取和放置装置，进一步包括：
装载导轨，邻近所述第一导环并且被配置为运输封装元件；
装载器，被配置为将所述封装元件装载到所述装载导轨上，其中所述装载导轨被设置在邻近所述第一导环的位置；以及
卸载器，被配置为从所述装载导轨卸载所述封装元件，其中所述接合头被配置为将所述管芯放置在所述封装元件上。
3.根据权利要求2所述的拾取和放置装置，进一步包括：
第二导环，邻近所述装载导轨；以及
第二接合头，安装在所述第二导环上，其中所述第二接合头被配置为沿着所述第二导环循环运动，以及其中所述第二接合头被配置为拾取额外的管芯并放置所述额外的管芯。
4.根据权利要求3所述的拾取和放置装置，其中，所述第一接合头和所述第二接合头被配置为分别将所述管芯放置到第一封装基板带和第二封装基板带上。
5.根据权利要求3所述的拾取和放置装置，其中，所述第一接合头和所述第二接合头被配置为将所述管芯放置到同一个封装基板带上。
6.根据权利要求1所述的拾取和放置装置，进一步包括安装在所述第一导环上的第二接合头，其中所述第二接合头被配置为在与所述第一接合头相同的方向上沿着所述第一导环循环运动。
7.根据权利要求1所述的拾取和放置装置，进一步包括：
所述翻转器，其中所述第一接合头被配置为拾取被翻转的所述管芯，并且将所述管芯浸入助焊剂槽中；以及
对准工具，邻近所述导环，其中所述对准工具被配置为对准被所述接合头拾取的所述管芯。
8.根据权利要求1所述的拾取和放置装置，其中，所述第一接合头被配置为沿着所述第一导环在第一方向上运动，并且被配置为沿着所述导环在第二方向上不产生大幅运动，其中所述第二方向与所述第一方向相反。
9.一种封装工艺中的拾取和放置装置，包括：
第一导环；
第一多个接合头，安装在所述第一导环上，其中，所述第一多个接合头被配置为沿着所述第一导环循环运动；
第一助焊剂槽，邻近所述第一导环；
第一对准工具，邻近所述第一导环；以及
邻近所述第一导环的翻转器，其中所述翻转器被配置为翻转管芯。
10.根据权利要求9所述的拾取和放置装置，进一步包括；
装载导轨，邻近所述第一导环；
装载器，被配置为将封装基板带装载到所述装载导轨；以及
卸载器，被配置为从所述装载导轨卸载所述封装基板带。
11.根据权利要求9所述的拾取和放置装置，其中，所述第一多个接合头的总数大于3。
12.根据权利要求9所述的拾取和放置装置，其中，所述第一多个接合头被配置为拾取并放置管芯，以及其中，所述对准工具被配置为对准所述管芯。
13.根据权利要求9所述的拾取和放置装置，进一步包括：
装载导轨；
第二导环，其中所述第一导环和所述第二导环都邻近所述装载导轨；
第二多个接合头，安装在所述第二导环上，其中，所述第二多个接合头被配置为沿着所述第二导环运动；
第二助焊剂槽，邻近所述第二导环；以及
第二对准工具，邻近所述第二导环，其中所述第二对准工具被配置为对准管芯。
14.一种封装工艺中的拾取和放置方法，包括：
操作第一接合头以使其沿着第一导环运动第一循环；
在所述第一循环过程中，使用所述第一接合头拾取第一管芯；
利用邻近所述第一导环的翻转器翻转所述第一管芯；以及
在所述第一循环过程中，将所述第一管芯放置在第一封装元件上方。
15.根据权利要求14所述的拾取和放置方法，进一步包括：
操作所述第一接合头以使其沿着所述第一导环运动多个循环；
在所述多个循环中的每一个循环过程中，使用所述第一接合头拾取多个管芯中之一；以及
在所述多个循环中的每一个循环过程中，将所述多个管芯中之一放置在多个封装元件中之一的上方。
16.根据权利要求14所述的拾取和放置方法，其中，在所述第一循环过程中，所述第一接合头沿着所述第一导环在第一方向上运动，并且在与所述第一方向相反的第二方向上不产生大幅运动。
17.根据权利要求14所述的拾取和放置方法，进一步包括：
在操作所述第一接合头进行所述第一循环时，操作第二接合头以使其沿着所述第一导环运动另一个循环，其中所述第一接合头和所述第二接合头以相同的方向运动；
在所述另一个循环过程中，使用所述第二接合头拾取另一个管芯；以及
在所述另一个循环过程中，将所述另一个管芯放置在另一个封装元件的上方。
18.根据权利要求14所述的拾取和放置方法，进一步包括：
在操作所述第一接合头进行所述第一循环时，操作第二接合头以使其沿着第二导环运动第二循环，其中所述第一导环和所述第二导环都邻近用于装载和卸载所述第一封装元件的同一个装载导轨；
在所述第二循环过程中，使用所述第二接合头拾取另一个管芯；以及
在所述第二循环过程中，将所述另一个管芯放置在另一个封装元件的上方。
19.根据权利要求14所述的拾取和放置方法，其中，在所述第一循环过程中，所述第一接合头被配置为将所述第一管芯浸入助焊剂槽中，并且对准所述第一管芯。
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