CN103545236A - 装片机的自动对位机构、包括它的装片机及方法 - Google Patents

装片机的自动对位机构、包括它的装片机及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装片机的自动对位机构，其包括：对位平台，其上分设有放置芯片和基板的位置；分别连接上述对位平台并分别驱动该对位平台沿X、Y和Z轴运动的第一、第二和第三驱动单元；连接上述对位平台并驱动该对位平台旋转的第四驱动单元；其中，上述第一、第二、第三和第四驱动单元分别电连接控制设备，通过上述控制设备来控制其运动，该控制设备还电连接装片机上用于观察芯片和基板位置的相机机构。同时本发明还公开了一种包括上述自动对位机构的装片机，以及自动对位方法。本发明的装片机的自动对位机构、包括它的装片机及方法对准精度高，从而保证了产品的良率。

Description

装片机的自动对位机构、包括它的装片机及方法
技术领域
本发明涉及装片机，特别涉及一种装片机的自动对位机构、包括它的装片机及方法。
背景技术
装片机是半导体封装生产线中的关键设备，其在芯片封装中具有非常广泛的应用。随着技术的进步，装片机的装片精度正向着亚微米级发展，进而支撑起了目前业内所称的微组装技术。
在装片机朝着亚微米级精度发展的过程中，如何保证芯片装片位置的精准，减小误差的同时提高装片的自动化程度是该领域技术人员需要不断进行研发的课题。
目前装片机一般都是先将芯片移动到取片位，然后再将带有吸盘的机械臂运动到取片位吸取芯片，在吸取芯片的过程中，吸盘的中心有可能因运动控制、机械振动等原因无法对准芯片中心。机械臂吸取到芯片后，装片机会将其移动到基板的装片位上方，最后将芯片封装到基板上。在这个装片过程之中，吸盘上的芯片和基板的中心也同样可能因运动控制、机械振动等原因出现偏差。因此，在这种封装方式中，芯片和基板的封装精度很难达到亚微米级。从而，可以看到的是，其存在着以下缺点：吸盘和芯片，以及基板和芯片之间对位的精准度无法测量和校正，因而无法保证最后封装形成半导体器件的良率。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种可以提高对准精度、从而保证产品良率的装片机的自动对位机构，同时还提供一种包括它的装片机和一种自动对位方法。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：装片机的自动对位机构，其包括：
对位平台，其上分设有放置芯片和基板的位置；
分别连接上述对位平台并分别驱动该对位平台沿X、Y和Z轴运动的第一、第二和第三驱动单元；
连接上述对位平台并驱动该对位平台旋转的第四驱动单元；
其中，上述第一、第二、第三和第四驱动单元分别电连接控制设备，通过上述控制设备来控制其运动，该控制设备还电连接装片机上用于观察芯片和基板位置的相机机构。
优选地，上述的第一、第二、第三和第四驱动单元都包括伺服电机。
优选地，上述的相机机构包括相机以及设置于所述相机的镜头处的分光镜。
装片机，其包括机座、设置于该机座上方用于观察芯片和基板位置的相机机构和用于拾取芯片并放于基板上的机械手，其还包括如上所述的自动对位机构，其设置于该机座上、该相机机构的下方。
优选地，上述的装片机还包括一第二相机机构，其设置于上述自动对位机构的一侧。
装片机的自动对位方法，其包括：
将上述基板和芯片放置于上述对位平台上，上述控制设备控制上述第一、第二、第三和第四驱动单元分别驱动对位平台运动入装片机的封装工位内，装片机的机械手拾起上述芯片并移动到上述基板的上方，准备进行装片；
上述相机机构从上方对上述芯片和基板进行照相并获得其相片，该相片随即被传送到上述控制设备内，该控制设备在该芯片和基板上找到其中心，并观察中心是否重合；
如果中心重合则说明装片位置准确，此时生成继续装片的第一指令，根据该第一指令，上述控制设备控制上述机械手继续将上述芯片封装到上述基板上；
如果中心没有重合则说明装片位置出现偏差，此时生成调校上述基板位置的第二指令，根据该第二指令，上述控制设备控制上述第一、第二、第三和第四驱动单元来调校上述对位平台的位置，从而将上述基板调校至需要的位置，直到上述相机机构获得上述芯片和基板重合的相片，并使得上述控制设备控制上述机械手继续完成装片。
优选地，上述的第二指令包括上述芯片和基板的中心之间分别在X、Y和Z轴以及角度上的偏离值，上述控制设备再根据该偏离值控制相应位置上的驱动单元带动上述对位平台运动相应的距离，从而将上述基板调校至需要的位置。
采用以上技术方案的有益效果在于：
（1）本发明的自动对位机构主要包括对位平台、第一、第二、第三和第四驱动单元，其中第一、第二、第三和第四驱动单元通过控制设备进行控制，通过控制设备可以实现自动向封装工位对位，提高了对位的工作效率，控制设备又与相机机构连接，装片时，相机机构采集芯片和基板的图像并传送给控制设备，从而控制设备可以比对图像上芯片和基本的中心是否重合，不重合的话可以测量两个中心的偏移量，根据偏移量来控制各个驱动单元运动一定的距离来达到调校的目的，对准精度高，从而保证了产品的良率；
（2）本发明的装片机由于采用了本发明所涉及的自动对位机构，相比于现有技术获得了优秀的对准精度；
（3）本发明的自动对位方法通过控制设备控制各个驱动单元运动，并将芯片和基板送入封装工位内，同时相机机构监视芯片和基板的位置并获得相应的相片，控制设备根据该相片来观察芯片和基板的中心是否重合，重合后就控制机械手继续完成装片，不重合时就控制各个驱动单元来进行位置调校，从而使得本发明的方法获得了优秀的对准精度。
附图说明
图1是本发明的装片机的结构示意图（包括自动对位机构）。
图2是本发明的装片机的立体图（包括自动对位机构）。
其中，1.对位平台 2.第一驱动单元 3.第二驱动单元 4.第三驱动单元 5.第四驱动单元 6.相机机构 7.位置8.机座 9.机械手 10.第二相机机构。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
如图1-2所示，本发明的自动对位机构的第一种实施方式中，本自动对位机构包括：对位平台1，其上分设有放置芯片和基板的位置7；分别连接对位平台1并分别驱动该对位平台1沿X、Y和Z轴运动的第一驱动单元2、第二驱动单元3和第三驱动单元4；连接对位平台1并驱动该对位平台1旋转的第四驱动单元5；其中，第一驱动单元2、第二驱动单元3、第三驱动单元4和第四驱动单元5分别电连接控制设备（未示出），通过该控制设备来控制这些驱动单元的运动，该控制设备还电连接装片机上用于观察芯片和基板位置的相机机构6，用于根据该相机机构6采集的图像所产生的命令来对该第一驱动单元2、第二驱动单元3、第三驱动单元4和第四驱动单元5进行相应的控制。第一驱动单元2、第二驱动单元3、第三驱动单元4和第四驱动单元5通过控制设备进行控制，通过控制设备可以实现自动向封装工位对位，提高了对位的工作效率，控制设备又与相机机构6连接，装片时，相机机构6采集芯片和基板的图像并传送给控制设备，从而控制设备可以比对图像上芯片和基本的中心是否重合，不重合的话可以测量两个中心的偏移量，根据偏移量来控制各个驱动单元运动一定的距离来达到调校的目的，对准精度高，从而保证了产品的良率。
本发明的自动对位机构的第二种实施方式中，为了方便对对位平台1移动量的控制，上述的第一驱动单元2、第二驱动单元3、第三驱动单元4和第四驱动单元5都可以包括伺服电机，而为了实现其不同的运动方向，伺服电机可以采用直线运动的和旋转运动的伺服电机。上述的第三驱动单元4和第四驱动单元5还可以合并为一个驱动单元进行实施，如采用滚珠丝杠的形式，即可以实现旋转和上下运动。
本发明的自动对位机构的第三种实施方式中，为了可以方便对基板和芯片的位置进行观察，并提高对准效果，上述的相机机构6包括相机以及设置于该相机的镜头处的分光镜，使得被观察的两个图像可以同时显现在同一图片上，为后续的控制设备针对对位平台对位作业的控制提供信息。
如图1-2所示，本发明的装片机的第一种实施方式中，其包括机座8、设置于该机座8上方用于观察芯片和基板位置的相机机构6和用于拾取芯片并放于基板上的机械手9（机械手9是通常是通过其上的吸盘来吸取芯片），其还包括如上所述的自动对位机构，其设置于该机座8上、该相机机构6的下方。由于采用了本发明所涉及的自动对位机构，相比于现有技术获得了优秀的对准精度。
如图1-2所示，本发明的装片机的第二种实施方式中，为了保证封装的精度，本装片机还可以包括一第二相机机构10，其设置于上述自动对位机构的一侧，用于从侧面去监视封装过程，从而与上述的相机机构6形成多角度的监视，该第二相机机构10也可以采用CCD镜头进行实施。
如图1-2所示，本发明的装片机的自动对位方法的第一种实施方式中，其包括：
将基板和芯片放置于对位平台1上，控制设备控制第一驱动单元2、第二驱动单元3、第三驱动单元4和第四驱动单元5分别驱动对位平台1运动入装片机的封装工位内，装片机的机械手9拾起芯片并移动到基板的上方，准备进行装片；
相机机构6从上方对芯片和基板进行照相并获得其相片，该相片随即被传送到控制设备内，该控制设备在该芯片和基板上找到其中心，并观察中心是否重合，中心可以实现进行标记，一般现在的芯片和基板上都会作出标记，也可以通过其形状和边缘进行计算，如为矩形就可以通过对角线的交合点获得中心点，此部分可从现有知识中得到，在此不再赘述，其中，相机机构6的镜头处还可以安装有分光镜，使得被观察的两个图像可以同时显现在同一图片上，为后续的控制设备针对对位平台对位作业的控制提供信息；
如果中心重合则说明装片位置准确，此时生成继续装片的第一指令（其应事先设定在控制设备内），根据该第一指令，控制设备控制机械手9继续将芯片封装到基板上；
如果中心没有重合则说明装片位置出现偏差，此时生成调校上述基板位置的第二指令（其应事先设定在控制设备内），根据该第二指令，控制设备控制上述第一驱动单元2、第二驱动单元3、第三驱动单元4和第四驱动单元5来调校对位平台1的位置，从而将上述基板调校至需要的位置，直到上述相机机构获得上述芯片和基板重合的相片，并使得上述控制设备控制机械手9继续完成装片。
上述的自动对位方法通过控制设备控制各个驱动单元运动，并将芯片和基板送入封装工位内，同时相机机构监视芯片和基板的位置并获得相应的相片，控制设备根据该相片来观察芯片和基板的中心是否重合，重合后就控制机械手继续完成装片，不重合时就控制各个驱动单元来进行位置调校，从而使得本发明的方法获得了优秀的对准精度。
本发明的装片机的自动对位方法的第二种实施方式中，为了进一步方便实施，上述的第二指令可以包括上述芯片和基板的中心之间分别在X、Y和Z轴以及角度上的偏离值，上述控制设备再根据该偏离值控制相应位置上的驱动单元带动上述对位平台1运动相应的距离，从而将上述基板调校至需要的位置。
本发明的装片机的自动对位方法的第三种实施方式中，为了提高机械手与芯片的中心位置的重合度，还可以设置以下技术方案：相机机构6观察机械手运动至芯片上方后的位置，然后观察两者中心是否重合，重合则控制设备继续控制机械手的驱动机构继续驱动机械手拾取芯片，如果不重合控制设备则控制机械手的驱动机构驱动机械手调整位置后再拾取芯片。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1. 装片机的自动对位机构，其特征在于：包括：
对位平台，其上分设有放置芯片和基板的位置；
分别连接所述对位平台并分别驱动所述对位平台沿X、Y和Z轴运动的第一、第二和第三驱动单元；
连接所述对位平台并驱动所述对位平台旋转的第四驱动单元；
其中，所述第一、第二、第三和第四驱动单元分别电连接控制设备，通过所述控制设备来控制其运动，所述控制设备还电连接装片机上用于观察芯片和基板位置的相机机构。
2. 根据权利要求1所述的装片机的自动对位机构，其特征在于：所述第一、第二、第三和第四驱动单元都包括伺服电机。
3.根据权利要求1所述的装片机的自动对位机构，其特征在于：所述相机机构包括相机以及设置于所述相机的镜头处的分光镜。
4.装片机，其包括机座、设置于所述机座上方用于观察芯片和基板位置的相机机构和用于拾取芯片并放于基板上的机械手，其特征在于：还包括如权利要求1-3任一所述的自动对位机构，其设置于所述机座上、所述相机机构的下方。
5.根据权利要求4所述的装片机，其特征在于：还包括一第二相机机构，其设置于所述自动对位机构的一侧。
6.装片机的自动对位方法，其特征在于：包括：
将所述基板和芯片放置于所述对位平台上，所述控制设备控制所述第一、第二、第三和第四驱动单元分别驱动对位平台运动入装片机的封装工位内，装片机的机械手拾起所述芯片并移动到所述基板的上方，准备进行装片；
所述相机机构从上方对所述芯片和基板进行照相并获得其相片，所述相片随即被传送到所述控制设备内，所述控制设备在所述芯片和基板上找到其中心，并观察中心是否重合；
如果中心重合则说明装片位置准确，此时生成继续装片的第一指令，根据所述第一指令，所述控制设备控制所述机械手继续将所述芯片封装到所述基板上；
如果中心没有重合则说明装片位置出现偏差，此时生成调校所述基板位置的第二指令，根据所述第二指令，所述控制设备控制所述第一、第二、第三和第四驱动单元来调校所述对位平台的位置，从而将所述基板调校至需要的位置，直到所述相机机构获得所述芯片和基板重合的相片，并使得所述控制设备控制所述机械手继续完成装片。
7. 根据权利要求6所述的装片机的自动对位方法，其特征在于：所述第二指令包括所述芯片和基板的中心之间分别在X、Y和Z轴以及角度上的偏离值，所述控制设备再根据所述偏离值控制相应位置上的驱动单元带动所述对位平台运动相应的距离，从而将所述基板调校至需要的位置。
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