CN103227118A - 芯片接合机及接合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种得到从低负载到高负载的粘接负载的、且能够高速地安装的芯片接合机及接合方法。本发明在下述芯片接合机及接合方法中：利用第一升降驱动轴使接合头升降，并拾取芯片，将上述拾取了的芯片安装在工件上，在上述安装后，利用上述接合头对上述芯片施加负载而将上述芯片粘接在上述工件上；判断上述负载是规定以上还是以下，上述粘接在上述负载是规定以上的高负载的场合，利用上述第一升降驱动轴施加上述高负载，在上述负载是规定以下的低负载的场合，利用直列地设在上述第一升降驱动轴的下部，并能使上述接合头升降的第二升降驱动轴施加上述低负载。

Description

芯片接合机及接合方法
技术领域
本发明涉及芯片接合机及接合方法，尤其涉及能够可靠地将半导体芯片(芯片)安装在工件上的可靠性高的芯片接合机及接合方法。
背景技术
作为半导体制造装置之一，具有将芯片接合在引线框、基板等工件上的芯片接合机。在芯片接合机中，接合头对在晶片上被分割为单片的芯片进行真空吸附，之后，以高速上升，水平移动且下降而安装在工件上。
被安装的芯片与涂敷在工件上的粘结剂或粘贴在芯片背面的胶带接合。为了可靠地接合，需要利用接合头在芯片的表面上施加任意的负载，从而得到规定的粘接强度。
作为这种得到规定的粘接强度的现有技术，有专利文献1。专利文献1为此公开了下述技术：与接合头不同地设置推压部件，将其具有负载传感器的面向接合头推，渐渐地降低接合头的下降速度。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2004-200379号公报
但是，在专利文献1的技术中，能够施加负载的范围为数十(例如30)N(牛顿)的高负载，但是无法施加一位数(例如8)N以下的低负载。另外，在接合头及推压部件的驱动方面，利用使用了滚珠丝杠的伺服马达驱动，存在高速化的界限。
发明内容
因此，本发明的第一目的在于提供得到从低负载到高负载的粘接负载的芯片接合机及接合方法。
另外，本发明的第二目的在于提供能够高速地安装的芯片接合机及接合方法。
本发明的第一特征在于，具有：拾取芯片，并将上述芯片安装在工件上的接合头；具备使上述接合头升降的升降驱动轴、和使上述升降驱动轴在与使上述接合头进行上述升降的方向垂直的水平方向上移动的水平方向驱动轴的双轴驱动轴；以及控制上述双轴驱动轴的控制部，上述升降驱动轴具有：第一升降驱动轴，其使上述接合头升降，能够通过上述接合头对上述芯片施加规定以上的高负载的粘接负载；第二升降驱动轴，其设在上述第一升降驱动轴的前端侧，能在上述升降的方向上升降，能够通过上述接合头对上述芯片施加上述规定以下的低负载的粘接负载。
另外，本发明的第二特征在于，具备下述步骤：利用第一升降驱动轴使接合头升降，并拾取芯片的拾取步骤；使上述接合头下降并将上述拾取了的芯片安装在工件上的安装步骤；在上述安装后，利用上述接合头对上述芯片施加负载而将上述芯片粘接在上述工件上的粘接步骤，还具有判断上述负载是规定以上还是以下的判断步骤，上述粘接步骤具有：在上述负载是规定以上的高负载的场合，利用上述第一升降驱动轴施加上述高负载的高负载步骤；在上述负载是规定以下的低负载的场合，利用直列地设在上述第一升降驱动轴的下部，并能使上述接合头升降的第二升降驱动轴施加上述低负载的低负载步骤。
另外，本发明的第三特征在于，上述第一升降驱动轴及上述第二升降驱动轴由直线马达构成。
另外，本发明的第四特征在于，上述第一升降驱动轴的直线马达是磁铁式直线马达，上述第二升降驱动轴的直线马达是音圈马达。
另外，本发明的第五特征在于，上述控制部在施加上述粘接负载时对上述第一升降驱动轴的上述直线马达进行转矩控制，其他时间对上述第一升降驱动轴的上述直线马达进行位置控制。
另外，本发明的第六特征在于，检测高负载的上述粘接负载的负载检测传感器设在上述接合头的头部能接触的上述第一升降驱动轴上。
另外，本发明的第七特征在于，上述拾取步骤利用上述第二升降驱动轴控制拾取时及安装时的负载。
另外，本发明的第八特征在于，上述高负载步骤使第二升降驱动轴的负载为零或大致为零，将上述第一升降驱动轴从位置控制转换为转矩控制。
另外，本发明的第九特征在于，上述低负载步骤在施加上述负载期间，对上述第一升降驱动轴进行位置控制。
本发明的效果如下。
根据本发明，能够提供得到从低负载到高负载的粘接负载的芯片接合机及接合方法。
另外，根据本发明，能够提供能够高速地安装的芯片接合机及接合方法。
附图说明
图1是从上方观察作为本发明的一个实施方式的芯片接合机的示意图。
图2是图1所示的ZY驱动轴的接合头存在的位置的A-A剖视图。
图3是从B方向观察图2所示的ZY驱动轴的向视图。
图4是模式地表示能够在规定的位置使接合头升降的左右的固定磁铁部的结构例的图。
图5是表示第一实施方式的安装处理流程的图。
图6是表示第二实施方式的ZY驱动轴的低负载Z驱动轴的另一实施例的图。
图7是表示第三实施方式的ZY驱动轴的低负载Z驱动轴的另一实施例的图。
图中：1-晶片供给部，2-工件供给输送部，3-接合部，10-芯片接合机，20-Z驱动轴，32-接合头部，35-接合头，31-初步加工部，40-Y驱动轴，41-Y轴可动部，42-Y轴固定部，43-Y轴直线导向件，44-Y轴导向部，47、47d、47u-固定磁铁，50-主Z驱动轴，51-Z轴可动部，52-Z轴固定部，53-Z轴直线导向件，57、57h、57m-固定磁铁部，60、60A、60B、60C-ZY驱动轴，61-连接部，70-X驱动轴，80-升降轴落下防止机构，85-负载传感器，90、90B、90C：低负载Z驱动轴，91-音圈马达，93-弹簧部，94-限制器。
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的实施方式。
图1是从上方观察作为本发明的一个实施方式的芯片接合机10的示意图。芯片接合机大致具有晶片供给部1、工件供给输送部2、芯片接合部3、电源部71、控制这些等的控制部7。
晶片供给部1具有晶片输送盒提升器11和拾取装置12。晶片输送盒提升器11具有填充有晶片环的晶片输送盒(未图示)，依次将晶片环供给到拾取装置12。拾取装置12以能够从晶片环拾取期望的芯片的方式使晶片环移动。
工件供给输送部2具有堆料装载器21、框架进给器22、卸载器23，沿箭头方向输送工件(引线框等基板)。堆料装载器21将粘接芯片的工件供给到框架进给器22。框架进给器22通过框架进给器22上的两处处理位置将工件供给到卸载器23。卸载器23保管被输送的工件。
芯片接合部3具有初步加工部(芯片粘结胶涂敷装置31)和接合头部32。初步加工部31利用针对由框架进给器22输送来的工件、例如引线框涂敷芯片粘结剂。接合头部32从具有晶片的拾取装置12拾取芯片并上升，使芯片移动到框架进给器22上的接合点。并且，接合头部32在接合点使芯片下降，将芯片接合在涂敷有芯片粘结剂的工件上。
接合头部32具有使接合头35(参照图2)在Z(高度)方向上升降，且在Y方向上移动的ZY驱动轴60和在X方向上移动的X驱动轴70。ZY驱动轴60具有在Y方向、即、使接合头在晶片环托架12内的拾取位置和接合点之间往返的Y驱动轴40和为了从晶片拾取芯片或将芯片接合在基板上而升降的Z驱动轴20。X驱动轴70使ZY驱动轴60整体在作为工件的输送方向即X方向上移动。X驱动轴70可以是利用例如滚珠丝杠将伺服马达的旋转运动转换为直线运动的结构，也可以是利用在ZY驱动轴60的结构中说明的直线马达驱动的结构。
电源部71具有用于通常的安装处理的主电源72和根据场合对后面详细叙述的防止升降轴落下来说必要的与主电源不同的其他电源73、例如蓄电池。
下面，使用图说明作为本发明的特征的ZY驱动轴60的实施方式。图2、图3是表示作为第一实施方式的ZY驱动轴60A的基本结构的图。图2是ZY驱动轴60A的接合头35存在的图1所示的位置的A-A剖视图。图3是从B方向观察图2所示的ZY驱动轴60A的向视图。
作为第一实施方式的ZY驱动轴60A具有Y驱动轴40、作为升降轴的Z驱动轴20、连接Y驱动轴40的Y轴可动部41和Z驱动轴20的Z轴可动部51的连接部61、作为处理部的接合头35、支撑这些整体的横L字状的支撑体62。另外，为了使以下的说明容易明白，固定在支撑体62上的部分以斜线表示，用空白表示与Y轴可动部41、Z轴可动部51及连接部61一体地移动的部分。另外，支撑体62具有上部支撑体62a、侧部支撑体62b和下部支撑体62c。
Y驱动轴40具有：具有多个N极和S极的磁铁或电磁铁交替地在Y方向上排列的上下固定磁铁部47u、47d的反コ字状的Y轴固定部42；在上述排列方向上至少具有一组N极和S极电磁铁，插入反コ字状的凹部并在凹部内移动的Y轴可动部41；支撑Y轴可动部41的连接部61；固定在连接部61上，具备设在与下部支撑体62c之间的Y轴直线导向件43的Y轴导向部44。因此，Y驱动轴使用利用设在固定部及可动部上的磁铁的反作用力得到推进力的所谓直线马达。在本发明中，将该直线马达称为磁铁式直线马达。另外，之后表示固定磁铁部47u、47d的全体，或在不指定u、d的位置时简称为47。
Y轴固定部42以Y轴可动部41能在规定的范围移动的方式沿以图1的虚线所示的Y驱动轴40的大致整个区域设置。另外，Y轴直线导向件43具有在Y方向上延伸的两个直线导轨43a和在直线导轨上移动的直线滑块43b。
Z驱动轴20具有使接合头35升降，能够对芯片施加高负载(例如从8到30N)的主Z驱动轴50和支撑芯片的负载，并能够对芯片施加低负载(从0到8N)的低负载Z驱动轴90。另外，Z驱动轴20具有在主电源72的电源丧失时防止接合头落下的升降轴落下防止机构80。
主Z驱动轴50与Y驱动轴40相同，是具备倒U字状的Z轴固定部52的磁铁式直线马达，该Z轴固定部52具有多个N极和S极的磁铁或电磁铁交替地在Z方向上排列的左右的固定磁铁部57h、57m(参照图4，以后，将整体或未指定位置时简称为57)。Z轴固定部52具有在上部沿其排列方向具有至少一组N极和S极磁铁，插入倒U字状的凹部并在凹部内移动的Z轴可动部51。另外，主Z驱动轴50具有在Z轴可动部51和连接部61之间具有与Y轴直线导向件43相同的结构的Z轴直线导向件53。Z轴直线导向件53具有固定在连接部61上且沿Z向延伸的两个直线导轨53a和固定在Z轴可动部51上且在直线导轨上移动的直线滑块53b。
Z轴可动部51通过连接部61与Y轴可动部41连接，若Y轴可动部41在Y方向上移动，则Z轴可动部51也一起在Y方向上移动。并且，需要Z轴可动部51(接合头35)能够在移动端的规定位置升降。
图4是模式地表示能够使接合头35在规定的位置升降的左右固定磁铁部57(57h、57m)的结构例。在本实施例中，至少在接合区域及拾取区域沿Y方向交替地设置细长的N极、S极。细长的N极、S极可以较短地分割而设置。当然，也可以在Y方向的全部区域上沿Y方向交替地设置细长的N极、S极。
另一方面，低负载Z驱动轴90在Z轴可动部51上设在前端。低负载Z驱动轴90具有固定在Z轴可动部51上的固定板92、固定在固定板上且对芯片施加低负载的音圈马达91、抑制接合头35的前端部的晃动的弹簧部93、及保持接合头35的位置的限制器94。所谓音圈马达91，是电流在磁场内流动的线圈和形成上述磁场的磁铁利用弗莱明的左手法则相对地直线运动的直线马达。
弹簧部93具有固定在接合头35上的弹簧支撑棒93c、固定在固定板92上的弹簧支撑棒92b、卡定在两者上的压缩弹簧93a。弹簧部93利用压缩弹簧93b的弹簧负载(例如400g)将接合头35向限制器94推。
另外，在固定板92上设置接合头35的上部接触，并检测接合头对芯片的负载的负载传感器85。当然，负载检测也可以是负载传感器以外的负载检测传感器。
音圈马达91能够沿图2所示的箭头方向在被限制器94推压的接合头35上施加最大8N的负载。负载量能够由音圈马达91的电流值规定。
另外，音圈马达91如图2的抽出图所示，能够使接合头35克服压缩弹簧93a地上升，与负载传感器85接触，高负载传递到接合头35。
利用上述的结构，本实施方式的低负载Z驱动轴90具有四个模式。第一模式是如上所述能够对芯片施加最大负载的负载，为初期状态的初期状态模式。在本实施方式中，最大负载是8N。第二模式是使上述的接合头35与负载传感器85接触，利用主Z驱动轴50施加高负载的高负载模式。此时，利用音圈马达91的施加在芯片上的负载是零或大致是零。第三模式是将芯片安装在工件上时，在最大负载8N之间控制音圈马达91的电流量，对芯片施加规定的负载的低负载模式。第四模式是利用筒夹35a从晶片吸附芯片并拾取时的吸附的拾取模式。在拾取模式中，接合头35被限制器94固定，以在拾取时或安装时不会施加过大的负载的方式调节音圈马达91的电流值。
在上述的模式中，通过将初期状态模式及高负载模式的音圈部91a位置设定在音圈部91a的可动范围的两端，能够利用开环控制设定音圈部91a的位置。当然，也可以设置位置传感器，对音圈部91a在上述两模式的的位置进行反馈控制。
另一方面，在对芯片8施加8N以上的高负载而将芯片安装在工件上时，预先使低负载Z驱动轴90为高负载模式，之后，根据负载传感器85的输出对主Z轴驱动轴50进行反馈控制。将该主Z驱动轴50的模式称为转矩控制模式。主Z驱动轴50在转矩控制模式以外时，例如拾取时、从拾取位置向安装位置的移动时及低负载模式的安装时等，进行位置反馈控制。将该模式称为位置控制模式。
升降轴落下防止机构80具有在电源丧失时推杆81a的突出部变长的推进式螺旋管81(プツシヤソレノイド)和图1所示的其他电源73。
在具有这种结构的升降轴落下防止机构80中，在电源丧失时，控制部7检测主电源72的丧失，在利用电容器等维持电源的期间，将其他电源73连接在推进式螺线管81上，供给电源。其结果，推进式螺线管81进行工作，推杆81a突出，支撑直线滑块53b，能够防止接合头35向基板P的落下。
升降轴落下防止机构80除了上述之外，还考虑各种机构。例如，存在利用弹簧在电源丧失时使弹簧突出而支撑升降轴的一部分等。
接着，使用图5说明第一实施方式的安装处理流程。
首先，将主Z驱动轴设为位置控制模式(S1)，将低负载Z驱动轴90设为初期状态模式(S2)。接着，利用Y驱动轴40将接合头35移动到晶片上的芯片的拾取位置(S3)。之后，利用主Z驱动轴50使接合头35下降到拾取位置之前一点并停止(S4)。接着，以在拾取时不对芯片施加过大的负载的方式将低负载Z驱动轴90设为拾取模式(S5)，利用主Z驱动轴50使接合头进一步下降，拾取芯片(S6)。拾取后，使低负载Z驱动轴90返回初期状态模式(S7)。
接着，利用Y驱动轴40将接合头35移动到安装位置(S8)。之后，利用主Z驱动轴的位置控制将接合头35下降到安装位置之前例如100μm(S9)。接着，判断对芯片施加低负载还是高负载(S10)，在施加高负载的高负载模式的场合，转移到S11，在施加低负载的低负载模式的场合，转移到S18。
在高负载模式中，首先，以利用主Z驱动轴50施加高负载的方式将低负载Z驱动轴设为高负载模式，利用低负载Z驱动轴90的向芯片的负载大致为零(S11)。之后，利用主Z驱动轴50的位置控制将芯片安装在安装位置上(S12)。安装后，设为主Z驱动轴50具有规定负载的转矩模式(S13)，以规定负载、规定时间将芯片向工件或已经安装在工件上的芯片推，在其中途吸附芯片并释放(S14)。通过推压，被安装的芯片可靠地接合在涂敷在工件上的粘结剂或粘贴在芯片背面的胶带上。
之后，使主Z驱动轴50返回位置控制模式(S15)，利用主Z驱动轴将接合头35上升到Y轴移动水平(S16)，在其中途使低负载Z驱动轴90返回初期状态模式(S17)。
另一方面，在低负载模式中，首先，以在安装时不会施加过大的负载的方式将低负载Z驱动轴90设为拾取模式(S18)。之后，利用主Z驱动轴50的位置控制将芯片安装在安装位置(S19)。安装后，设为低负载Z驱动轴90具有规定的低负载的低负载模式(S20)，通过接合头35利用低负载模式下降，以规定时间将芯片向工件或芯片推，在其中途吸附芯片并释放(S14)。
之后，使低负载Z驱动轴返回拾取模式(S21)，利用主Z驱动轴使接合头35上升到Y轴移动水平(S16)，在其中途使低负载Z驱动轴90返回初期状态模式(S17)。S21也可以省略。
若在高负载模式或低负载模式的处理结束，则在还存在应该安装处理的芯片的场合返回S3，继续进行处理(S22)。
根据以上说明的第一实施方式的ZY驱动轴60A，通过直列地连接主Z驱动轴和低负载Z驱动轴，能够提供得到从低负载到高负载的粘结负载的芯片接合机及接合方法。
另外，根据以上说明的第一实施方式的ZY驱动轴60A，通过在主Z驱动轴及Y驱动轴上使用磁铁式直线马达，能够提供能够高速地安装的芯片接合机及接合方法。
另外，根据以上说明的本实施方式的ZY驱动轴60A，Z轴固定部52设在大致整个区域上，但由于作为重量体的Z轴固定部52自身不移动，因此大幅地降低相对于Y方向的移动的负载，能够不使水平驱动轴的转矩变大地实现升降轴的高速化。
另外，根据以上说明的本实施方式的ZY驱动轴60A，在主电源72的电源丧失时，通过设置升降轴落下防止机构80，能够防止具有磁铁式直线马达的升降轴的接合头的落下。
图6是第二实施方式的ZY驱动轴60B的低负载Z驱动轴90的另一实施例90B的图。低负载Z驱动轴90B以外的其他结构与第一实施方式相同。在图6中，基本上与第一实施方式具有相同结构或功能的部件标注相同符号。
低负载Z驱动轴90B与第一实施方式不同点在于，在第一实施方式中，作为Z驱动轴使用音圈马达91，在第二实施方式中与主Z驱动轴50相同使用磁铁式直线马达。
低负载Z驱动轴90B具有固定N极和S极磁铁在Z方向上交替地排列有多个磁铁或电磁铁的固定磁铁部95的Z轴固定部96。低负载Z驱动轴90B具有设在接合头35上的在上述排列方向上具有至少一组N极和S极的电磁铁。另外，接合头35为了稳定地升降而具有直线导向件97。另外，固定磁铁部95和直线导向件97固定在固定板92上。
在第二实施方式中，低负载Z驱动轴的四个模式与第一实施方式相同地进行控制。
图7是表示作为第三实施方式的ZY驱动轴60C的低负载Z驱动轴90的另一实施例90C的图。与第二实施方式不同的第一点在于，不使用弹簧，在接合头35的两侧设置多个N极和S极交替地在Z方向上排列的固定磁铁部95h、95m(95)。第二点在于，利用在第一实施方式的主Z驱动轴50中说明的直线马达的位置控制和转矩控制进行低负载Z驱动轴的四个模式。即，初期状态模式、高负载模式及拾取模式利用位置控制进行，低负载模式利用转矩控制进行。
其他点与第二实施方式的ZY驱动轴60B基本相同。
即使在第二、第三实施方式中，也基本上能够根据图5所示的处理流程进行安装处理，能够起到与第一实施方式相同的效果。
在以上说明的实施方式中，根据实现第一目的的观点，可以在Y驱动轴、主Z驱动轴的至少一方上使用利用例如滚珠丝杠将伺服马达的旋转运动转换为直线运动的驱动方式。另外，同样地，在低负载Z驱动轴上也可以使用转换为该直线运动的驱动方式。
如上所述，根据本发明的实施方式进行了说明，但从业者可根据上述说明进行各种代替例、修正或变形，本发明在不脱离其主旨的范围内包括上述各种代替例、修正或变形。

Claims (11)

1.一种芯片接合机，其特征在于，具有：
拾取芯片，并将上述芯片安装在工件上的接合头；
具备使上述接合头升降的升降驱动轴、和使上述升降驱动轴在与使上述接合头进行上述升降的方向垂直的水平方向上移动的水平方向驱动轴的双轴驱动轴；以及
控制上述双轴驱动轴的控制部，
上述升降驱动轴具有：第一升降驱动轴，其使上述接合头升降，能够通过上述接合头对上述芯片施加规定以上的高负载的粘接负载；
第二升降驱动轴，其设在上述第一升降驱动轴的前端侧，能在上述升降的方向上升降，能够通过上述接合头对上述芯片施加上述规定以下的低负载的粘接负载。
2.根据权利要求1所述的芯片接合机，其特征在于，
上述第一升降驱动轴及上述第二升降驱动轴由直线马达构成。
3.根据权利要求2所述的芯片接合机，其特征在于，
上述第一升降驱动轴的直线马达是磁铁式直线马达，上述第二升降驱动轴的直线马达是音圈马达。
4.根据权利要求2所述的芯片接合机，其特征在于，
上述控制部在施加上述粘接负载时对上述第一升降驱动轴的上述直线马达进行转矩控制，其他时间对上述第一升降驱动轴的上述直线马达进行位置控制。
5.根据权利要求1所述的芯片接合机，其特征在于，
检测高负载的上述粘接负载的负载检测传感器设在上述接合头的头部能接触的上述第一升降驱动轴上。
6.根据权利要求1所述的芯片接合机，其特征在于，
上述第一升降驱动轴以具备使上述接合头沿第一直线导向件升降的第一可动部和第一固定部的第一直线马达为驱动轴，
上述水平方向驱动轴以具备使上述接合头在上述水平方向上移动的第二可动部和第二固定部的第二直线马达为驱动轴，
该芯片接合机具有：通过上述第一直线导向件连接上述第一可动部，并直接或间接地连接上述第二可动部的连接部；
使上述第一可动部、上述第二可动部及上述连接部为一体地在上述水平方向上移动的第二直线导向件；以及
将上述第一固定部和上述第二固定部在上述水平方向上以规定的长度互相平行地进行固定的支撑体。
7.根据权利要求2所述的芯片接合机，其特征在于，
具有：向上述双轴驱动轴供给电源的主电源；以及
在上述主电源的电源丧失时防止上述接合头落下的升降轴落下防止机构。
8.一种接合方法，其特征在于，具备下述步骤：
利用第一升降驱动轴使接合头升降，并拾取芯片的拾取步骤；
使上述接合头下降，并将上述拾取了的芯片安装在工件上的安装步骤；
在上述安装后，利用上述接合头对上述芯片施加负载而将上述芯片粘接在上述工件上的粘接步骤，
还具有判断上述负载是规定以上还是以下的判断步骤，
上述粘接步骤具有：在上述负载是规定以上的高负载的场合，利用上述第一升降驱动轴施加上述高负载的高负载步骤；在上述负载是规定以下的低负载的场合，利用直列地设在上述第一升降驱动轴的下部，并能使上述接合头升降的第二升降驱动轴施加上述低负载的低负载步骤。
9.根据权利要求8所述的接合方法，其特征在于，
上述拾取步骤利用上述第二升降驱动轴控制拾取时及安装时的负载。
10.根据权利要求8所述的接合方法，其特征在于，
上述高负载步骤使第二升降驱动轴的负载为零或大致为零，将上述第一升降驱动轴从位置控制转换为转矩控制。
11.根据权利要求8所述的接合方法，其特征在于，
上述低负载步骤在施加上述负载期间，对上述第一升降驱动轴进行位置控制。
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