CN103730333B - 一种多顶针芯片剥离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多顶针芯片剥离装置，包括多顶针主体机构，安装于Z向升降机构上并连接旋转驱动机构，其包括中心顶针和外圈顶针，外圈顶针先接触蓝膜上芯片的外缘实现预顶松，然后中心顶针上升至外圈顶针等高并协作顶起芯片，完成芯片剥离；旋转驱动机构，连接多顶针主体机构，用于先后驱动外圈顶针和中心顶针上升以完成芯片顶起动作；Z向升降机构，安装于三自由度微调对准机构上，停机状态时其处于下降位置，工作状态其处于抬升位置，为顶起芯片做好准备；三自由度微调对准机构，用于对多顶针主体机构进行X、Y和Z向的微调。本发明可实现顶针的快捷更换以及各顶针高度的方便调节，芯片受力均匀，有效减少剥离过程中的芯片失效。

Description

一种多顶针芯片剥离装置
技术领域
本发明涉及半导体封装领域，具体涉及一种多顶针芯片剥离装置，尤其适用于针对较大、较薄的芯片实现外圈顶针预顶松、再与中心顶针等高顶起的剥离装置。
背景技术
在DieBonder和FlipChipBonder设备中都有使用芯片剥离装置，它能成功实现芯片从wafer盘蓝膜上的分离，从而为其他工序提供独立的芯片原料。射频识别（radiofrequencyidentification）标签Inlay封装设备由基板输送模块（包括进料和收料）、点胶模块、贴装模块、热压模块和检测模块组成。其中，贴装模块中剥离装置实现了芯片从晶圆（Wafer）盘上的剥离。剥离装置按芯片剥离时的作用方式分为顶起剥离和真空剥离。顶针顶起剥离是目前RFID封装设备中采用较多的芯片剥离方式。顶针和Wafer盘之间接触力的大小以及在接触力作用下的芯片的受力变形，直接决定了在剥离过程中芯片是否会发生碎裂，对芯片是否能成功剥离至关重要。尤其地，随着芯片厚度的减小和封装速度的提高，顶针作用下的芯片剥离过程是芯片碎裂的主要诱因之一，直接影响产品的合格率。
顶起剥离方式下顶针数量的多少主要是由芯片的大小和厚度来决定的。对于具有一定厚度的较小芯片，可采用单顶针剥离方式。专利文献CN102074458A和CN103311159A均是单顶针方案，仅适用于较小且具一定厚度的芯片，对于较大且较薄芯片的顶起剥离则存在安全隐患及不适用性。当芯片面积较大、或者芯片厚度较薄时，可采用多顶针剥离方式，使芯片受力均匀，有效减少剥离过程中的芯片失效。在多顶针剥离方式中，当最外层顶针布局在靠近芯片边缘的位置时，芯片受力会小很多。然而，多顶针剥离机构存在着多顶针夹持方式、相同层次顶针高度一致性调节困难等问题。
因此，研制出多个顶针夹持简单、更换方便、多个顶针高度方便调节、结构紧凑、安全可靠的多顶针顶起剥离装置是很有必要的。
发明内容
针对现有芯片顶起剥离装置的不足，本发明提供一种多顶针芯片剥离装置，在芯片被顶针顶起剥离过程中，使得芯片受力均匀，减少芯片失效几率，尤其适用于较大、较薄的芯片剥离。
一种多顶针芯片剥离装置，包括:
多顶针主体机构，安装于Z向升降机构上并连接旋转驱动机构，其包括中心顶针和外圈顶针，外圈顶针先接触蓝膜上芯片的外缘实现预顶松，然后中心顶针加速上升至外圈顶针等高并协作顶起芯片，完成芯片剥离；
旋转驱动机构，连接多顶针主体机构，用于先后驱动外圈顶针和中心顶针上升以完成芯片顶起动作；
Z向升降机构，安装于三自由度微调对准机构上，停机状态时其处于下降位置，方便各部件的更换和调节，工作状态其处于抬升位置以使得多顶针主体机构靠近蓝膜，为顶起芯片做好准备；
三自由度微调对准机构，用于对多顶针主体机构进行X、Y和Z向的微调，实现多顶针主体机构与蓝膜上芯片的精确对准。
作为优化，所述多顶针主体机构包括外壳、外圈顶针套筒杆、中心顶针连杆、轴承、第一复位机构、第二复位机构、真空密封模块、真空气管接头、环形顶针座、顶针夹持机构、中心顶针和外圈顶针和蓝膜吸附顶盘；
外壳内安放有外圈顶针套筒杆，外圈顶针套筒杆内安放有中心顶针连杆，外圈顶针套筒杆可相对外壳轴向移动，中心顶针连杆可相对外壳轴向移动；中心顶针连杆与外圈顶针套筒杆之间安放有用于对中心顶针连杆起到复位作用的第一复位机构；外壳与外圈顶针套筒杆之间安放有用于对外圈顶针套筒杆起到复位作用的第二复位机构；真空密封模块用于将外壳、外圈顶针套筒杆和中心顶针连杆之间形成一密封腔，外壳连通真空气管接头；外圈顶针套筒杆的顶端固定有环形顶针座，环形顶针座上开有中心通孔和外圈通孔，中心通孔和外圈通孔内安放有顶针夹持机构；中心通孔内的顶针夹持机构夹持有中心顶针且其下方正对中心顶针连杆的顶端，外圈通孔内的顶针夹持机构夹持有外圈顶针；外壳的顶端固定有蓝膜吸附顶盘，中心顶针和外圈顶针的顶端伸出蓝膜吸附顶盘以顶起芯片；外圈顶针套筒杆和中心顶针连杆的底端分别连接一个轴承，两轴承连接旋转驱动机构的输出端。
作为优化，所述顶针夹持机构包括顶针套和调节螺钉；顶针套安放于环形顶针座的中心或外圈通孔中，用于夹持中心或外圈顶针；调节螺钉与中心或外圈顶针底部接触，用于调节中心或外圈顶针高度；顶针套的中部具有凸肩，凸肩下端面压在环形顶针座上表面；顶针套的侧面开有线槽，用于对顶针弹性压紧，方便顶针的插入和拔出；用于夹持中心顶针的顶针套的下半段为螺旋段，用于夹持外圈顶针的顶针套的下半段为光杆段。
作为优化，所述环形顶针座的外圈通孔朝外开有线性通槽。
作为优化，所述第一复位机构为线性圆弹簧。
作为优化，所述第二复位机构为板簧，板簧一侧与外壳固定连接，另一侧固定有钢珠，外圈顶针套筒杆侧面开有与板簧等宽的方形槽，方形槽两侧面与板簧两侧接触，能够限制板簧周向转动，方形槽内下端面与板簧接触，外圈顶针套筒杆向上移动后，受板簧作用得以恢复初始位置。
作为优化，所述外圈顶针套筒杆与中心顶针连杆之间安放有滑动导向用的直线轴承，外圈顶针套筒杆与外壳之间安放有滑动导向用的直线轴承。
作为优化，所述真空密封模块包括第一O形圈、密封座、第二O型圈以及第三O形圈；密封座安装于外壳的底部；第一O型圈安装于中心顶针连杆上端与外圈顶针套筒杆上端的间隙处；第二O型圈安装于密封座外表面与外壳间的接触处；第三O型圈安装于密封座内表面与中心顶针连杆之间的接触处。
作为优化，所述旋转驱动机构包括旋转动力源、用于在动力源作用下分别驱动外圈顶针和中心顶针的双运动规律的组合偏心凸轮机构、以及用于检测凸轮是否返回初始位置的位置检测模块。
本发明的技术效果体现在：
在上述的一种多顶针芯片剥离装置，所述多顶针主体装置安装在Z向升降机构上，Z向升降机构在装置工作时处于抬升状态，确保多顶针机构与蓝膜处于适当位置；停机状态时处于下降位置，方便主体装置各部件的调节和更换。所述Z向升降机构安装在三自由度微调对准机构上，三自由度微调对准机构可进行X、Y、Z向的微动调节，实现多顶针与wafer上芯片的X、Y向位置对准，以及Z向高度调节。外圈顶针与中心顶针的运动相对独立，在旋转驱动机构作用下，外圈顶针比中心顶针先一步接触蓝膜上芯片的外缘，实现预顶松，同时中心顶针加速上升至外圈顶针等高并，与其一起顶起芯片，外圈顶针和中心顶针两者相对独立，可实现不同顶起高度在芯片被顶针顶起。剥离过程中，芯片受力均匀，减少芯片失效几率，非常适用于较大、较薄的芯片剥离。
作为优化，所述多顶针主体机构主要包括顶针夹持调节机构、中心顶针、外圈顶针、真空密封模块、真空气管接头、蓝膜吸附平板、复位机构以及外壳等。所述多顶针主体装置的外圈顶针和中心顶针在装置工作时，受凸轮和弹性件共同作用下，外圈顶针首先上升，并达到与蓝膜上芯片接触的高度，给予芯片边缘一定的作用力，实现预顶松，于此同时，中心顶针加速上升至外圈顶针等高度，然后一起顶起芯片，可使芯片受力均匀，有效减小芯片失效。所述中心顶针连杆与外圈顶针套筒杆之间有第一复位机构，消除两者之间的冲击以及对中心顶针连杆起复位作用。第二复位机构与外壳固联，可实现外圈顶针套筒杆的回复以及限制外圈顶针套筒杆和中心顶针连杆的周向转动。
作为优化，所述顶针夹持机构包括顶针套和调节螺钉，顶针套夹持中心或外圈顶针，调节螺钉调节中心或外圈顶针高度，使得中心顶针与外圈顶针等高，使得芯片受力均匀。顶针套的中部具有凸肩，凸肩下端面压在环形顶针座上表面，实现顶针的轴向位置的固定。同时，顶针套的侧面开有线槽，环形顶针座的外圈通孔朝外开有线性通槽，用于对顶针弹性压紧，方便顶针的插入和拔出。
作为优化，在上述的多顶针主体装置，所述中心顶针连杆与外圈顶针套筒杆之间有一轴向滑动衬套，外圈顶针套筒杆与外壳筒壁之间有一直线轴承，分别保证两者之间的滑动导向性。
作为优化，所述第二复位机构为一薄型板簧，板簧一端固定着一个小型钢珠；所述外圈顶针套筒杆一侧对应位置开有与薄型板簧等宽的方形槽，方形槽底端面始终保持与薄型板簧的接触，受板簧回复力作用，同时方形槽侧面受薄型板簧的作用也限制了转动；所述中心顶针连杆同侧开有与所述薄型板簧上钢珠直径等宽的方形槽，钢珠与方形槽两侧壁接触，限制中心顶针连杆的转动。
作为优化，所述旋转驱动部件采用偏心凸轮机构作为传动机构，多顶针主体机构上的轴承始终与凸轮外圆相切接触，分别受不同凸轮作用，实现不同的运动规律。
附图说明
图1是本发明的多顶针芯片剥离装置整体结构示意图；
图2是本发明的多顶针主体机构外观结构示意图；
图3是本发明的多顶针主体机构内部结构示意图（剖视图）；
图4是本发明的多顶针主体机构内部结构放大示意图；
图5是本发明的顶针夹持机构在环形顶针座上安装示意图；
图6是本发明的顶针夹持调节机构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同部件或结构，其中：
100-多顶针主体装置111-轴承112-中心顶针连杆113-外圈顶针套筒杆114-第一弹性件115-环形顶针座116-顶针套118调节螺钉119-拧紧螺钉120-蓝膜吸附顶盘130-外壳131-顶针夹持机构132-中心顶针133-外圈顶针140-真空气管接头150-第二弹性回复导向件160-真空密封模块161-第一O形密封圈162-密封座163-第二O形圈164-第三O形圈170-轴向滑动衬套180-直线轴承200-旋转驱动部件300-Z向升降机构400-三自由度微调对准机构。
具体实施方式
为使本发明的技术方案与优点表达得更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，作进一步的说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，多顶针芯片剥离装置包括多顶针主体机构100、旋转驱动机构200、Z向升降机构300和三自由度微调对准机构400。
多顶针主体机构100，安装于Z向升降机构上，其包括中心顶针132和外圈顶针133，外圈顶针133先接触蓝膜上芯片的外缘实现预顶松，然后中心顶针132加速上升至外圈顶针133等高并协作顶起芯片，完成芯片剥离；
旋转驱动机构200，连接多顶针主体机构100，用于先后驱动外圈顶针133和中心顶针132上升以完成芯片顶起动作
Z向升降机构300，安装于三自由度微调对准机构400上，停机状态时其处于下降位置，方便各部件的更换和调节，工作状态其处于抬升位置以使得多顶针主体机构靠近蓝膜，为顶起芯片做好准备；
三自由度微调对准机构400，用于对多顶针主体机构100进行X、Y和Z向的微调，实现多顶针主体机构与蓝膜上芯片的精确对准。
装置工作前，Z向升降机构300处于下降位置，调节三自由度微调对准机构400的X、Y向自由度，使得顶针中心位置对准与wafer上芯片中心位置，然后即可进入工作状态，Z向升降机构300上升，调整三自由度微调对准机构400的Z向自由度，使多顶针主体装置顶部与蓝膜距离适当，旋转动力源带动偏心组合凸轮对顶针实现顶起作用。
本发明的多顶针芯片剥离装置工作时，外圈顶针133与中心顶针132的运动相对独立，外圈顶针133比中心顶针132先一步接触蓝膜上芯片的外缘，实现预顶松，同时中心顶针132加速上升至外圈顶针133等高并，与其一起顶起芯片，实现wafer上的芯片剥离。
按照本发明的一种较佳实施方式，如图2、3所示，多顶针主体机构包括外壳130、外圈顶针套筒杆113、中心顶针连杆112、轴承111、第一复位机构114、第二复位机构150、真空密封模块160、真空气管接头140、环形顶针座115、顶针夹持机构131、中心顶针132和外圈顶针133和蓝膜吸附顶盘120。外壳130内安放有外圈顶针套筒杆113，外圈顶针套筒杆113内安放有中心顶针132连杆112，外圈顶针套筒杆113可相对外壳轴向移动，中心顶针连杆112可相对外壳130轴向移动；中心顶针连杆112与外圈顶针套筒杆113之间安放有用于对中心顶针连杆112起到复位作用的第一复位机构114；外壳130与外圈顶针套筒杆113之间安放有用于对外圈顶针套筒杆113起到复位作用的第二复位机构150；真空密封模块160用于将外壳130、外圈顶针套筒杆113和中心顶针连杆112之间形成一密封腔，外壳130连通真空气管接头140，真空气管接头140连接外部真空发生器；外圈顶针套筒杆113的顶端固定有环形顶针座115，环形顶针座115上开有中心通孔和外圈通孔，中心通孔和外圈通孔内安放有顶针夹持机构131；中心通孔内的顶针夹持机构131夹持有中心顶针132且其下方正对中心顶针132连杆的顶端，外圈通孔内的顶针夹持机构131夹持有外圈顶针133；外壳130的顶端固定有蓝膜吸附顶盘120，中心顶针132和外圈顶针133的顶端伸出蓝膜吸附顶盘120以顶起芯片；外圈顶针套筒杆113和中心顶针132连杆112的底端分别连接一个轴承111，两轴承连接旋转驱动机构的输出端。
按照本发明的一种较佳实施方式，参见图4，5和6，所述顶针夹持机构131包括顶针套116和调节螺钉118；顶针套116安放于环形顶针座115的中心或外圈通孔中，用于夹持中心或外圈顶针；调节螺钉118与中心或外圈顶针底部接触，用于调节中心或外圈顶针高度；顶针套116的中部具有凸肩，凸肩下端面压在环形顶针座115上表面；顶针套116的侧面开有线槽，用于对顶针弹性压紧，方便顶针的插入和拔出；用于夹持中心顶针132的顶针套116的下半段为螺旋段，用于夹持外圈顶针的顶针套116的下半段为光杆段。由此，只需保证各顶针夹持调节机构顶针高度一致，即可保证装置中所有外圈顶针高度的一致性。
按照本发明的一种较佳实施方式，在中心顶针连杆112和外圈顶针套筒杆113的适当位置由一轴向滑动衬套170实现两者之间的轴向导向；在外圈顶针套筒杆113和外壳130的适当位置由一直线轴承180实现两者之间的轴向导向。
按照本发明的一种较佳实施方式，环形顶针座115均匀开有多个与顶针套116配合的通孔，圆孔外侧开有朝外的线槽，实现对顶针套的夹紧作用，同时也方便顶针套的拔取拆卸。
按照本发明的一种较佳实施方式，第一复位机构可采用线性圆弹簧，中心顶针连杆112在其作用下回复初始位置。
按照本发明的一种较佳实施方式，第二复位机构选用板簧，板簧一侧与外壳130固定连接，另一侧固定有钢珠，外圈顶针套筒杆113侧面开有与板簧等宽的方形槽，方形槽两侧面与薄型板簧两侧接触，能够限制板簧周向转动，方形槽内下端面与板簧接触，外圈顶针套筒杆113向上移动后，受板簧作用得以恢复初始位置。
多顶针芯片剥离装置在实现对wafer上的芯片的剥离时，首先需在多顶针主体机构100内部形成真空腔，在外界大气压作用下蓝膜吸附顶板吸附并固定蓝膜，为实现真空腔，真空密封模块160用于将外壳130、外圈顶针套筒杆113和中心顶针连杆112之间形成一密封腔，外壳130连通真空气管接头140，真空气管接头140连接外部真空发生器。按照本发明的一种较佳实施方式，所述真空密封模块160包括第一O形圈161、密封座162、第二O型圈163以及第三O形圈164；密封座162安装于外壳120的底部；第一O型圈161安装于中心顶针连杆112上端与外圈顶针套筒杆113上端的间隙处，保证两者之间的密封配合；第二O型圈163安装于密封座162外表面与外壳130间的接触处，实现外壳130和密封座162之间的密封配合；第三O型圈164安装于密封座162内表面与中心顶针连杆112之间的接触处，实现密封座162和中心顶针连杆112之间的密封配合。
按照本发明的一种较佳实施方式，旋转驱动机构包括旋转动力源、用于在动力源作用下分别驱动外圈顶针133和中心顶针132的双运动规律的组合偏心凸轮机构、以及用于检测凸轮是否返回初始位置的位置检测模块。多顶针主体机构100的轴承111始终保持与偏心组合凸轮外圆相切接触。偏心组合凸轮由两个不同运动规律的偏心凸轮组成，分别规范中心顶针132和外圈顶针133的顶起动作和运动高度。
按照本发明的一种实施方式，Z向升降机构可采用带导轨的气缸来实现升和降两个位置状态；三自由度微调对准机构可采用XYZ轴手动滑台，可分别对XYZ轴位置进行调节。
以上内容是结合具体实施例对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例进行各种各样的修改或补充或采用类似方式替换，但并不偏离本发明的精神，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多顶针芯片剥离装置，其特征在于，包括:
多顶针主体机构（100），安装于Z向升降机构（300）上并连接旋转驱动机构（200），其包括中心顶针（132）和外圈顶针（133），外圈顶针（133）先接触蓝膜上芯片的外缘实现预顶松，然后中心顶针（132）加速上升至外圈顶针等高并协作顶起芯片，完成芯片剥离；
旋转驱动机构（200），连接多顶针主体机构（100），用于先后驱动外圈顶针（133）和中心顶针（132）上升以完成芯片顶起动作；
Z向升降机构（300），安装于三自由度微调对准机构（400）上，停机状态时其处于下降位置，方便各部件的更换和调节，工作状态其处于抬升位置以使得多顶针主体机构（100）靠近蓝膜，为顶起芯片做好准备；
三自由度微调对准机构（400），用于对多顶针主体机构（100）进行X、Y和Z向的微调，实现多顶针主体机构（100）与蓝膜上芯片的精确对准。
2.根据权利要求1所述的多顶针芯片剥离装置，其特征在于，所述多顶针主体机构包括外壳（130）、外圈顶针套筒杆（113）、中心顶针连杆（112）、轴承（111）、第一复位机构（114）、第二复位机构（150）、真空密封模块（160）、真空气管接头（140）、环形顶针座（115）、顶针夹持机构（131）、中心顶针（132）和外圈顶针（133）和蓝膜吸附顶盘（120）；
外壳（130）内安放有外圈顶针套筒杆（113），外圈顶针套筒杆（113）内安放有中心顶针连杆（112），外圈顶针套筒杆（113）可相对外壳轴向移动，中心顶针连杆（112）可相对外壳（130）轴向移动；中心顶针连杆（112）与外圈顶针套筒杆（113）之间安放有用于对中心顶针连杆（112）起到复位作用的第一复位机构（114）；外壳(130)与外圈顶针套筒杆(113)之间安放有用于对外圈顶针套筒杆(113)起到复位作用的第二复位机构(150)；真空密封模块(160)用于将外壳(130)、外圈顶针套筒杆(113)和中心顶针连杆(112)之间形成一密封腔，外壳(130)连通真空气管接头(140)；外圈顶针套筒杆(113)的顶端固定有环形顶针座(115)，环形顶针座(115)上开有中心通孔和外圈通孔，中心通孔和外圈通孔内安放有顶针夹持机构(131)；中心通孔内的顶针夹持机构(131)夹持有中心顶针(132)且其下方正对中心顶针连杆(112)的顶端，外圈通孔内的顶针夹持机构(131)夹持有外圈顶针(133)；外壳(130)的顶端固定有蓝膜吸附顶盘(120)，中心顶针(132)和外圈顶针(133)的顶端伸出蓝膜吸附顶盘(120)以顶起芯片；外圈顶针套筒杆(113)和中心顶针连杆(112)的底端分别连接一个轴承(111)，两轴承连接旋转驱动机构的输出端。
3.根据权利要求2所述的多顶针芯片剥离装置，其特征在于，所述顶针夹持机构(131)包括顶针套(116)和调节螺钉(118)；顶针套(116)安放于环形顶针座(115)的中心或外圈通孔中，用于夹持中心或外圈顶针；调节螺钉(118)与中心或外圈顶针底部接触，用于调节中心或外圈顶针高度；顶针套(116)的中部具有凸肩，凸肩下端面压在环形顶针座(115)上表面；顶针套(116)的侧面开有线槽，用于对顶针弹性压紧，方便顶针的插入和拔出；用于夹持中心顶针(132)的顶针套(116)的下半段为螺旋段，用于夹持外圈顶针的顶针套(116)的下半段为光杆段。
4.根据权利要求3所述的多顶针芯片剥离装置，其特征在于，所述环形顶针座(115)的外圈通孔朝外开有线性通槽。
5.根据权利要求2或3或4所述的多顶针芯片剥离装置，其特征在于，所述第一复位机构(114)为线性圆弹簧。
6.根据权利要求2或3或4所述的多顶针芯片剥离装置，其特征在于，所述第二复位机构(150)为板簧，板簧一侧与外壳(130)固定连接，另一侧固定有钢珠，外圈顶针套筒杆(113)侧面开有与板簧等宽的方形槽，方形槽两侧面与板簧两侧接触，能够限制板簧周向转动，方形槽内下端面与板簧接触，外圈顶针套筒杆(113)向上移动后，受板簧作用得以恢复初始位置。
7.根据权利要求2或3或4所述的多顶针芯片剥离装置，其特征在于，所述外圈顶针套筒杆(113)与中心顶针连杆(112)之间安放有滑动导向用的直线轴承，外圈顶针套筒杆(113)与外壳(130)之间安放有滑动导向用的直线轴承。
8.根据权利要求2或3或4所述的多顶针芯片剥离装置，其特征在于，所述真空密封模块(160)包括第一O形圈(161)、密封座(162)、第二O型圈(163)以及第三O形圈(164)；密封座(162)安装于外壳(120)的底部；第一O型圈(161)安装于中心顶针连杆(112)上端与外圈顶针套筒杆(113)上端的间隙处；第二O型圈(163)安装于密封座(162)外表面与外壳(130)间的接触处；第三O型圈(164)安装于密封座(162)内表面与中心顶针连杆(112)之间的接触处。
9.根据权利要求1或2或3或4所述的多顶针芯片剥离装置，其特征在于，所述旋转驱动机构包括旋转动力源、用于在动力源作用下分别驱动外圈顶针(133)和中心顶针(132)的双运动规律的组合偏心凸轮机构、以及用于检测凸轮是否返回初始位置的位置检测模块。
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