CN105914169A - 一种倒封装翻转及光路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倒封装翻转及光路结构，用于芯片的拾取、翻转、视觉定位和贴装。它包括反射镜、翻转吸头、装片吸头、相机镜头组、翻转基座、荷重线圈、荷重驱动框架；反射镜设置在翻转吸头和装片吸头交接位置的正下方。当翻转吸头旋转到交接位置的时候，下光路无遮挡，此时对顶针帽上的芯片进行拍照；当翻转吸头旋转到取片位置的时候，上光路无遮挡，此时对装片吸头上的芯片进行拍照；从而实现了装片吸头在水平方向的同一个位置可一并进行上识别拍照任务和芯片交接任务。优点是缩短了装片吸头的运动行程、减少了一个运动位置，从而提高了产能。此外集成化的荷重音圈结构紧凑、负载小，降低了震动导致的误差。

Description

一种倒封装翻转及光路结构

技术领域

本发明涉及半导体封装设备领域，特别涉及倒封装芯片设备的翻转及光路结构。

背景技术

目前倒封装芯片设备的光路结构通常如公开号CN104701199A中图2所示。

目前半导体倒封装设备的主要工艺是将芯片从晶圆上摘下来，再通过翻转吸头把芯片翻转180度，装片吸头交接得到芯片后，需要移动到一个独立的上识别位置进行拍照，然后装在目标位置上。这样不仅导致每个装片动作的运动行程很大；而且多了一个停顿的运动位置。或者有采用飞行拍照技术的，但是实现困难且精度低。综上导致设备的产能UPH低，或装片精度差。

传统结构的翻转吸头和荷重结构不够紧凑、重量及负载偏大，进而导致震动，最终影响了装片精度。

传统结构用来检测荷重音圈到位信号的触点结构不够紧凑。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，工作时序上利用翻转过程中光路无遮挡的时段，结构上利用交接位置正下方的空间，通过一种新颖的倒封装芯片设备的翻转结构和光路结构来解决上述问题。

本发明可以用以下技术手段来实现：

反射镜设置在翻转吸头和装片吸头交接位置的正下方，即反射镜、翻转吸头交接位置、装片吸头交接位置处于同一竖直位置。反射镜的正反两面都具有良好的反射性能，可由两个薄反射镜背贴粘接结构成，也可由一个直角棱镜代替，实现正反两面的光反射。这样，当翻转吸头旋转到交接位置的时候，下光路无遮挡，此时对顶针帽上的芯片进行拍照；当翻转吸头旋转到顶针帽附近的取片位置的时候，上光路无遮挡，此时对装片吸头上的芯片进行拍照；从而实现了装片吸头在水平方向的同一个位置可一并进行上识别拍照任务和芯片交接任务。由于空间限制，采用反射镜和对应水平布置的相机镜头组实现上述发明，当然也可以选用紧凑型相机镜头组取代反射镜的位置，直接设置在翻转吸头和装片吸头交接位置的正下方。

实施例[1]中技术手段是：翻转吸头的吸头部分为探出的单悬臂结构，探出的吸头部分占据旋转区域的外环，与之径向对应的内环中心区域设置有反射镜，即翻转吸头部分在翻转的过程中可避让开轴心内环区域的反射镜；反射镜的正反两面分别与两个水平布置的相机镜头组对应构成两个完整的光路，一个光路用于向上拍照装片吸头上的芯片，另一个光路用于向下拍照顶针帽上的芯片。

实施例[2]中技术手段是：翻转吸头的吸孔轴线与翻转轴的轴线位置间具有一段距离a，翻转吸头旋转到取片位置时，其正下方设置有反射镜。

实施例[3]中技术手段是：视觉光路部的反射镜和与之固定的镜转轴通过电机驱动，可往返旋转一定度角，对应反射镜的两种角度状态，以及翻转吸头对应翻转的两个角度位置，使用一个相机镜头组分别实现向上拍照和向下拍照。

实施例[1]和实施例[2]中的反射镜嵌入安装在反射镜框架内，并固定在镜转轴上，拧动镜转轴，可以调节反射镜的角度，通过顶紧固定夹上的锁紧螺丝可以把镜转轴抱死固定。

翻转执行部的翻转吸头直接内嵌安装荷重线圈，荷重驱动框架内设置4块强磁铁，翻转吸头端部直接固定在滑轨上；翻转吸头通过荷重线圈的驱动实现伸缩动作，荷重驱动框架直接固定在翻转基座上，实现了紧凑有效的电磁荷重功能。

为了实现相机的有效固定，设置了相机固定夹，相机固定夹为外框式结构，框的四个面上设置了四个螺纹通孔，通过拧紧几个顶丝对相机外壳的侧面进行夹紧固定。

为了实现更紧凑的触点信号功能，荷重驱动框架上端安装触点PCB板，翻转吸头也装有触点PCB板，两个触点PCB板上焊接金属触点，在翻转吸头向外伸出的时候，两个金属触点可通过荷重驱动框架上端的通孔接触。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面对实施例描述中需要的附图做介绍，显而易见地，下面推述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明主结构特征示意图A。

图3为本发明主结构特征示意图B。

图4为本发明主结构特征示意图C。

图5为本发明实施例[1]翻转吸头交接位置时的工作示意图。

图6为本发明实施例[1]翻转吸头取片位置时的工作示意图。

图7为本发明实施例[2]翻转吸头交接位置时的工作示意图。

图8为本发明实施例[2]翻转吸头取片位置时的工作示意图。

图9为本发明实施例[3]翻转吸头交接位置时的工作示意图。

图10为本发明实施例[3]翻转吸头取片位置时的工作示意图。

图11为本发明荷重音圈以及触点的结构分解示意图。

图12为本发明光路结构DEMO示意图。

附图标记说明：以下为各附图中出现的标记说明

图1：101装片吸头、102装片吸头上的芯片、103翻转吸头、104上光路、105相机镜头组[1]、106固定夹、107反射镜、108反射镜转轴、109顶针帽、110顶针帽上的芯片、111下光路、112翻转轴、113相机镜头组[2]、114主动同步带轮、115电机、116同步带、117从动同步带轮、118翻转基座、119滑块、120滑轨。图2：201翻转轴中心线。图3：301翻转吸头的吸头部分。图4：401翻转吸头部分旋转扫过的外环区域、402内环中心区域。图5：501完成装载后的芯片、502基材、503轨道载台。图9：118[2]翻转基座。图11：1101上触点PCB板、1102上金属触点、1103荷重驱动框架上端的通孔、1104强磁铁、1105荷重驱动框架、1106下金属触点、1107下触点PCB板、1108荷重线圈。图12：1201螺纹通孔、1202相机固定夹、1203后相机、1204前相机、1205相机固定夹板。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明及3个实施例，详细阐明本发明的特征和具体实施方式。

图1为本发明的整体结构示意图，描绘了根据本发明的一种实施例概图。

图中由翻转轴112、主动同步带轮114、电机115、同步带116、从动同步带轮117连接构成翻转机构的主转轴部分，翻转基座118固定在翻转轴112上，翻转吸头103通过滑轨120、滑块119连接到翻转基座118上，实现由电机115驱动的翻转吸头103可以绕翻转轴112的轴心旋转，从而实现如图5翻转吸头交接位置，以及如图6翻转吸头取片位置的两种工作位置状态。

如图5所示，本发明的工作过程是芯片的下视觉定位、拾取、翻转、上视觉定位和贴装。具体的：先对顶针帽上的芯片110进行拍照，然后翻转吸头103把顶针帽109上面的芯片吸取后，翻转180度交接给装片吸头101，再由装片吸头101平移运动到位于轨道载台503上承载的基材502对应工艺位置上方，把芯片装到如图示的完成装载后的芯片501所示的各个位置上。

如图5所示，翻转吸头103处于交接位置附近时，下光路111无遮挡，此时对顶针帽上的芯片110进行拍照；如图6所示当翻转吸头103旋转到顶针帽附近，即取片位置的时候，上光路104无遮挡，此时对装片吸头上的芯片102进行拍照；从而实现了装片吸头101在水平方向的同一个位置可一并进行上识别拍照任务和芯片交接任务。上述两种拍照时刻的附图为翻转吸头103两个旋转端的工作位置，只是方便示意一个光路无遮挡，实际上可以在翻转吸头103旋转一个小角度后，保证了相机的曝光时间内光路无遮挡的前提下，在旋转过程中进行拍照，下面叙述的拍照时刻都具有此特点。

如图1所示，本发明特征主要在于把反射镜107或者紧凑型相机镜头组设置在翻转吸头交接位置的正下方，使装片吸头101不需要在水平位置上多移动一段距离或多运动一个位置，对装片吸头101而言，芯片交接位置就是芯片上识别位置。

为了辅助上述发明的主要特征，相机和反射镜等原件的布置可由以下3种发明的实施例结构实现，下面分别对3种实施例详细描述，当然本发明不限于下述3种实施方式。

图1、图2、图3、图4、图5、图6为本发明优选实施例[1]的示意图，如图3所示，翻转吸头103的吸头部分301为探出的单悬臂结构，如图4所示探出的吸头部分301占据旋转区域的外环401，与之径向对应的内环中心区域402设置有反射镜107，即翻转吸头103的吸头部分301在翻转的过程中可避让开位于内环中心区域402的反射镜107。图5为翻转吸头交接位置时的工作示意图；图6为翻转吸头取片位置时的工作示意图。反射镜107的正反两面分别与水平布置的相机镜头组[1]和相机镜头组[2]对应构成两个完整的光路，一个是上光路104用于向上拍照装片吸头上的芯片102，另一个是下光路111用于向下拍照顶针帽上的芯片110，分别在无遮挡的时刻进行拍照。

图7、图8为本发明实施例[2]的示意图，图7为翻转吸头交接位置时的工作示意图；图8为翻转吸头取片位置时的工作示意图。如图7所示，翻转吸头103旋转到交接位置，由电机驱动旋转的反射镜107呈图示中的角度，此时光路111无遮挡，相机镜头组105对顶针帽上的芯片110进行拍照。如图8所示，翻转吸头103旋转到取片位置，由电机驱动旋转的反射镜107呈图示中的角度，此时光路104无遮挡，相机镜头组105对装片吸头上的芯片102进行拍照。

图9、图10为本发明实施例[3]的示意图，图9为翻转吸头交接位置时的工作示意图；图10为翻转吸头取片位置时的工作示意图。如图9所示，翻转基座118[2]的一种样式，特点是翻转吸头103的吸孔轴线与翻转轴的轴线位置间具有一段距离901，翻转吸头103旋转到交接位置，其正下方设置有反射镜107，此时光路111无遮挡，相机镜头组113对顶针帽上的芯片110进行拍照。如图10所示，翻转吸头103旋转到取片位置，此时光路104无遮挡，相机镜头组105对装片吸头上的芯片102进行拍照。

图11为本发明荷重音圈以及触点的结构分解示意图，如图所示荷重线圈1108直接嵌入翻转吸头103中，为一体式结构，4块方形强磁铁1104如图位置设置在荷重驱动框架1105内，荷重驱动框架1105为铁质材料，荷重线圈1108为漆包线绕制的线圈。荷重驱动框架1105安装到如图2所示翻转基座118的位置上，当线圈中通入正反电流的时候可以驱动翻转吸头103伸缩运动。

如图11所示上金属触点1102焊接到上触点PCB板上，再一并安装到荷重驱动框架1105上；下金属触点1106焊接在下触点PCB板1107上，再一并粘接到翻转吸头103上；翻转吸头103向外伸出的时候，两个金属触点通过荷重驱动框架上端的通孔1103接触，实现触点到位信号的获取。

如图12所示，为了固定相机的位置，本发明设置了相机固定夹，通过相机固定夹上面的几个顶丝对相机外壳的上下左右方向进行顶紧，相机固定夹1202为如图的框式结构，框的上端面设置有螺纹通孔1201[2]，左侧面也设置有螺纹通孔1201[1]，同样的，下端面和右侧面也设有螺纹通孔，通过调节上下左右四个螺纹通孔中的顶丝，来锁紧固定后相机1203。前相机1204的左右两侧设置有相机固定夹板1205，类似相机固定夹1202的特征，其左、右、下三个端面设置有螺纹通孔和顶丝，用来固定前相机1204。

Claims (10)

1.一种倒封装翻转及光路结构，用于芯片的拾取、翻转、视觉定位和贴装，它包括反射镜、翻转吸头、装片吸头、相机镜头组、翻转基座、荷重线圈、荷重驱动框架、相机固定夹；

所述的反射镜、翻转吸头、装片吸头，其特征在于，反射镜设置在翻转吸头和装片吸头交接位置的正下方，反射镜、翻转吸头交接位置、装片吸头交接位置处于同一竖直轴线上。

2.如权利要求1中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的翻转吸头的吸头部分为探出的单悬臂结构，探出的吸头部分占据旋转区域的外环，与之径向对应的内环中心区域设置有反射镜；反射镜的正反两面分别与两个水平布置的相机镜头组对应构成上光路和下光路。

3.如权利要求1中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的视觉光路部的反射镜和与之固定的镜转轴通过电机驱动，可往返旋转，相机镜头组[1]对应反射镜的两种角度状态，分别对应上光路和下光路。

4.如权利要求1中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的权利要求1包括翻转吸头的吸孔轴线与翻转轴的轴线位置间具有一段距离的情况，反射镜、翻转吸头交接位置、装片吸头交接位置处于同一竖直轴线上。

5.如权利要求1、2、3、4中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的反射镜和相机镜头组可由一个紧凑型相机镜头组代替，紧凑型相机镜头组设置在翻转吸头和装片吸头交接位置的正下方，紧凑型相机镜头组、翻转吸头交接位置、装片吸头交接位置处于同一竖直轴线上。

6.如权利要求3中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的反射镜的正反两面都具有良好的反射性能，可由两个薄反射镜背贴粘结构成，也可由一个直角棱镜代替实现正反两面的光反射。

7.如权利要求1、2、3、4、5中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的视觉光路部的反射镜嵌入安装在反射镜框架内，并固定在镜转轴上，反射镜随镜转轴可以转动，镜转轴可以通过顶紧固定夹上的锁紧螺丝固定。

8.如权利要求1、2、3、4、5中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的翻转执行部的翻转吸头直接内嵌安装荷重线圈，荷重驱动框架内设置4块方形强磁铁，翻转吸头端部直接固定在滑轨上；荷重驱动框架直接固定在翻转基座上，翻转吸头通过荷重线圈的驱动实现伸缩动作。

9.如权利要求1、2、3、4、5中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的视觉光路部设置有相机固定夹，通过相机固定夹上面的几个顶丝对相机外壳的上下左右方向进行顶紧。

10.如权利要求1、2、3、4、5中所述的一种倒封装翻转及光路结构，其特征在于，所述的荷重驱动框架上端安装有触点PCB板，翻转吸头也装有触点PCB板，两个触点PCB板上焊接有金属触点，两个金属触点可通过荷重驱动框架上端的通孔接触。