发明内容
本发明提供的工件对准贴装装置及其方法,能够针对现有技术的不足,快速、精确地完成半导体芯片与基板的对准和贴装工艺。
第一方面,本发明提供一种工件对准贴装装置,包括:
基板承载机构,基板承载机构用于固定基板并带动基板移动;
芯片供给机构,芯片供给机构用于在所述工件对准贴装装置的芯片供给位置提供芯片;
芯片键合机构,芯片键合机构用于从芯片供给机构拾取芯片,并在所述工件对准贴装装置的贴片工作区域位置将芯片贴装在基板的预定贴片位;
其中:
芯片供给位置和贴片工作区域位置分别位于相对于基板承载机构所在平面的固定的不同法线位置,芯片键合机构在芯片供给位置和贴片工作区域位置往复运动。
可选地,所述芯片键合机构在所述芯片供给位置和所述贴片工作区域位置以平动的方式进行往复运动。
可选地,上述工件对准贴装装置中还包括视觉成像机构,所述视觉成像机构用于在所述芯片供给位置和所述贴片工作区域位置对芯片和/或所述预定贴片位进行拍照成像;上述视觉成像机构包括上视成像机构和下视成像机构,其中:上视成像机构位于所述芯片供给位置,且位于所述基板与所述芯片供给机构之间,用于对所述芯片键合机构拾取的所述芯片从下方往上方进行拍照成像;下视成像机构位于所述贴片工作区域位置,且位于所述芯片键合机构的上方,用于对所述预定贴片位或者贴装完成的芯片从上方往下方进行拍照成像。
可选地,上述视觉成像机构还包括预对准成像机构,所述预对准成像机构位于所述芯片供给位置,且位于所述芯片供给机构的上方,用于对所述芯片供给机构提供的所述芯片从上方往下方进行拍照成像。
可选地,上述工件对准贴装装置根据所述上视成像机构和下视成像机构的拍照成像结果计算得到:所述芯片相对于所述芯片供给位置的第一位置偏移量以及所述预定贴片位相对于所述贴片工作区域位置的第二位置偏移量,所述基板承载机构根据所述第一位置偏移量和所述第二位置偏移量进行平移和微调。
可选地,上述工件对准贴装装置还包括芯片蘸胶机构,所述芯片蘸胶机构相对所述基板承载机构所在平面的法线位置位于所述芯片供给位置和所述贴片工作区域位置的法线位置之间。
可选地,上述工件对准贴装装置的芯片键合机构数量为一个以上,所述一个以上芯片键合机构交替进行所述芯片的拾取、蘸胶和/或贴装。
另一方面,本发明提供一种使用上述工件对准贴装装置的工件对准贴装方法,其中包括:
步骤一、芯片供给机构将芯片运送到芯片供给位置;
步骤二、芯片键合机构到达所述芯片供给位置并从所述芯片供给机构上拾取芯片,随后从所述芯片供给位置移走并获取下一颗芯片;
步骤三、基板承载机构将所述基板上的预定贴片位移动到所述贴片工作区域位置;
步骤四、芯片键合机构将芯片从所述芯片供给位置运送至所述贴片工作区域位置,将芯片贴装到所述预定贴片位上,随后所述芯片键合机构离开所述贴片工作区域位置,向芯片供给位置返回;
步骤五、重复步骤一至步骤四。
可选地,上述步骤三和步骤四之间还包括视觉成像机构在所述芯片供给位置和所述贴片工作区域位置对芯片和/或所述预定贴片位进行拍照成像,以及所述基板承载机构根据所述视觉成像机构的拍照成像结果进行平移微调。
可选地,上述步骤四中,在所述芯片键合机构将芯片从所述芯片供给位置运送至所述贴片工作区域位置的过程中,还包括在芯片蘸胶位置停留蘸胶的步骤。
本发明提供的工件对准贴装装置及其方法,通过固定芯片键合机构的起点和终点位置、上视和下视成像机构位置,避免了非固定点和机械运动产生的误差,并且节省芯片键合机构在成像机构处停留并拍照的时间,从而提高了半导体芯片的贴装精度和生产效率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种工件对准贴装装置。本发明提供的工件对准贴装装置包括基板承载机构、芯片供给机构、芯片键合机构、上视成像机构、下视成像机构以及蘸胶机构。
其中,基板承载机构用于固定例如引线框架、料条、衬底晶圆、衬底平板等基板,并可以带动基板进行移动。具体的,基板承载机构在基板所在的X-Y平面上做平移运动,能够将基板上的每一个预定贴片位运送至固定的贴片工作区域所在的X-Y位置。
芯片供给机构用于在固定的供给位置连续提供待贴装的芯片,并将待贴装的芯片供给芯片键合机构。具体的,芯片供给机构提供芯片的固定位置和基板上的贴片工作区域在垂直于基板所在的X-Y平面的Z方向上处于不同高度,在X-Y平面方向上则具有较短的距离。特别的,该距离不受基板尺寸限制,仅受到芯片键合机构、芯片供给机构以及基板上的贴片工作区域的尺寸限制。
芯片键合机构运行于基板的上方,用于在芯片供给机构和基板之间往复运动。芯片键合机构从芯片供给机构的固定供给位置拾取待贴装的芯片,对待贴装的芯片进行调整后,再将芯片贴装到基板上的贴片工作区域内的预定贴片位。
上视成像机构固定在芯片供给机构的固定供给位置的下方,用于从下方往上方对芯片键合机构上的芯片成像。当芯片键合装置在芯片供给机构上拾取芯片时,上视成像机构立即对芯片进行拍照成像,并识别芯片相对于芯片键合装置的X-Y位置偏移。下视成像机构固定在基板的贴片工作区域的正上方,用于从上方往下方对基板上的预定贴片位成像。下视成像机构和键合机构在垂直于X-Y平面的Z方向上处于不同高度,当预定贴片位移动到贴片工作区时,下视成像机构立即对基板上的预定贴片位进行拍照成像,并识别预定贴片位相对于贴片工作区的X-Y平面的位置偏移。上视成像机构和下视成像机构的成像结果用于计算芯片和预定贴片位的位置误差。
可选的,本发明提供的工件对准贴装装置还包括蘸胶机构,用于配合芯片键合机构完成待贴装芯片的蘸胶工艺。
图1示出了本发明一个实施例提供的芯片键合机构位于贴片工作区域的工件对准贴装装置。如图所示,本实施例提供的工件对准贴装装置包括:芯片键合机构101,基板承载机构102,芯片供给机构103,上视成像机构104,下视成像机构105、预对准成像机构108等。
其中,基板承载机构102位于基板及其预定贴片位110所在的X-Y平面,并且基板承载机构102可以同时在X方向和Y方向上运动,从而把基板上的每一个预定贴片位110运送至贴片工作区域位置107。具体的,贴片工作区域位置107位于X-Y平面上的相对固定位置。特别的,贴片工作区域位置107位于或接近基板承载机构102在X-Y平面运动范围的几何中心点。可选的,基板的材质包括但不限于引线框架、料条、衬底晶圆、衬底平板。
芯片供给机构103可以运动至芯片供给位置106,从而把芯片111运送到芯片供给位置106。芯片供给位置106是基板所在的X-Y平面上的相对固定位置。芯片键合机构101在芯片供给位置106和贴片工作区域位置107这两个固定位置往返运动。具体的,芯片键合机构101从芯片供给位置106的芯片供给机构103上拾取芯片111,然后把芯片111贴装在贴片工作区域位置107的预定贴片位110上。在本实施例中,芯片键合机构101将芯片111贴装在贴片工作区域位置107内的预定贴片位110上,同时,芯片供给机构103将下一个芯片111移动到芯片供给位置106。
上视成像机构104固定于基板承载机构102的上方,位于固定的芯片供给位置106的芯片供给机构103的正下方。当在芯片供给机构103离开相对于基板所在的X-Y平面的芯片供给位置106之后,上视成像机构104立即对位于芯片供给位置106的芯片键合机构101上的芯片111成像。
下视成像机构105固定于相对于基板所在的X-Y平面的贴片工作区域位置107的正上方,以在芯片键合机构101离开贴片工作区域位置107之后,对位于基板承载机构102上的预定贴片位110,或者已经贴装在预定贴片位110上的芯片111进行拍照成像。
可选的,本实施例中还包括预对准成像机构108,预对准成像机构108固定于芯片供给位置106的上方,即芯片键合机构101位于芯片供给位置106时的正上方。在芯片键合机构101离开芯片供给位置106之后,预对准成像机构108对下方的芯片供给机构103上的芯片111进行拍照成像。
图2示出了本发明一个实施例提供的芯片键合机构位于芯片供给位置106的工件对准贴装装置。如图所示,当芯片键合机构101完成在基板上的贴片工作区域位置107的预定贴片位110贴装芯片111后,移动到芯片供给位置106,拾取下一个芯片111,当芯片键合机构101拾取下一个芯片111之后,芯片供给机构103从芯片供给位置106移开,并准备好再下一个芯片111。
图3示出了本发明另一个实施例提供的多个芯片键合机构的工件对准贴装装置。如图所示,本实施例提供的工件对准贴装装置包括:第一芯片键合机构301A,第二芯片键合机构301B,基板承载机构302,芯片供给机构303,上视成像机构304,下视成像机构305、预对准成像机构308等。
其中,基板承载机构302位于基板及其预定贴片位310所在的X-Y平面,并且基板承载机构302可以同时在X方向和Y方向上运动,从而把基板上的每一个预定贴片位310运送至贴片工作区域位置307。芯片供给机构303在相对基板所在的X-Y平面固定的芯片供给位置306向第一芯片键合机构301A或第二芯片键合机构301B提供芯片311,第一芯片键合机构301A或第二芯片键合机构301B拾取芯片311后,将芯片311贴装到相对基板所在的X-Y平面固定的贴片工作区域位置307的预定贴片位310上。
上视成像机构304固定于基板承载机构302的上方,且位于芯片供给位置306的芯片供给机构303的正下方。当在芯片供给机构303离开芯片供给位置306之后,上视成像机构304立即对位于芯片供给位置306的第一芯片键合机构301A或第二芯片键合机构301B上的芯片311拍照成像。下视成像机构305固定于贴片工作区域位置307的正上方,当第一芯片键合机构301A或第二芯片键合机构301B离开贴片工作区域位置307之后,立即对位于基板承载机构302上的预定贴片位310或者已经贴装在预定贴片位310上的芯片311拍照成像。
可选的,本实施例中的预对准成像机构308固定于芯片供给位置306的上方。在芯片键合机构301离开芯片供给位置306之后,预对准成像机构308对下方的芯片供给机构303上的下一个芯片311进行拍照成像。
本实施例与图1所示的实施例的区别在于:本实施例中的工件对准贴装装置包含两个的芯片键合机构,即第一芯片键合机构301A或第二芯片键合机构301B。具体的,芯片键合机构301A和芯片键合机构301B都在芯片供给位置306和贴片工作区域位置307这两个固定位置之间进行往返运动,二者交替进入芯片供给位置306拾取芯片311,并且交替进入贴片工作区域位置307贴装芯片311,使得芯片拾取操作和芯片贴装操作并行进行,从而将芯片贴装效率提高一倍。可选的,本发明提供的其他工件对准贴装装置的其他实施例中的芯片键合机构数量可以包括但不限于两个。
图4示出了本发明另一个实施例提供的包括蘸胶机构的工件对准贴装装置。如图所示,本实施例提供的工件对准贴装装置包括:芯片键合机构401,基板承载机构402,芯片供给机构403,上视成像机构404,下视成像机构405、预对准成像机构408,芯片蘸胶机构409等。
其中,基板承载机构402位于基板及其预定贴片位410所在的X-Y平面,并且基板承载机构402可以同时在X方向和Y方向上运动,从而把基板上的每一个预定贴片位410运送至贴片工作区域位置407。芯片供给机构403在相对基板所在的X-Y平面固定的芯片供给位置406向芯片键合机构提供芯片411,芯片键合机构401拾取芯片411后,将芯片411贴装到相对基板所在的X-Y平面固定的贴片工作区域位置407的预定贴片位410上。
上视成像机构404固定于基板承载机构402的上方,且位于芯片供给位置406的芯片供给机构403的正下方。当在芯片供给机构403离开芯片供给位置406之后,上视成像机构404立即对位于芯片供给位置406的芯片键合机构401上的芯片411拍照成像。下视成像机构405固定于贴片工作区域位置407的正上方,当芯片键合机构401离开贴片工作区域位置407之后,立即对位于基板承载机构402上的预定贴片位410或者已经贴装在预定贴片位410上的芯片411拍照成像。
可选的,本实施例中的预对准成像机构408固定于芯片供给位置406的上方。在芯片键合机构401离开芯片供给位置406之后,预对准成像机构408对下方的芯片供给机构403上的下一个芯片411进行拍照成像。
本实施例与图1所示的实施例的区别在于:本实施例增加了芯片蘸胶机构409,用于满足芯片蘸胶工艺的需求。具体的,芯片键合机构401在芯片供给位置406拾取芯片并由上视成像机构404拍照成像之后,先在蘸胶位置412停留,在芯片蘸胶机构409上蘸胶,然后再前往贴片工作区域位置407进行芯片贴装。优选的,蘸胶位置412位于芯片供给位置406和贴片工作区域位置407之间,由此可以将芯片键合机构401的运动时间缩小至最短。在本发明的其他实施例中,蘸胶位置412包括但不限于位于芯片供给位置406和贴片工作区域位置407之间。
特别的,本发明提供的如图3所示的和如图4所示的实施例可以组合成为又一实施例,即工件对准贴装装置不仅包括两个或两个以上芯片键合机构,还包括芯片蘸胶机构。具体的,两个或两个以上芯片键合机构轮流进入芯片供给位置、蘸胶位置和贴片工作区域位置,同时完成芯片拾取、芯片蘸胶、和芯片贴装操作,从而在满足蘸胶工艺需求的基础上,提高芯片贴装效率。
本发明的上述实施例中,工件对准贴装装置采用了固定的芯片供给位置和贴片工作区域位置,芯片键合机构在两个位置间往复进行高速运动,实现了较高的重复定位精度;这两个固定位置之间的距离不受基板尺寸限制,可以缩短到很小,以缩短芯片键合机构的运动距离,减少运动时间;同时,基板承载机构进行小行程运动平移基板的预定贴片位,实现了较高的定位精度。另外,上视成像和下视成像机构均处于固定位置,实现了快速准确的芯片拍照成像和误差校正。
本发明实施例还提供一种工件对准贴装方法。在本发明提供的工件对准贴装方法中,待装芯片供给位置和贴片工作区域位置在以基板及其预定贴片位所在的X-Y平面和与其垂直的Z方向的相对位置固定。芯片键合机构在这两个相对位置固定的位置之间往复运动,即:在芯片供给位置拾取芯片,随后上视成像机构对芯片拍照成像,提供芯片相对于芯片键合机构在X-Y平面上的位置偏移量,同时完成芯片表面的缺陷检测,然后芯片键合机构运动至贴片工作区域位置上方,同时,基板承载机构将预定贴片位运送至贴片工作区域位置,下视成像机构对预定贴片位进行拍照成像,以识别预定贴片位相对于贴片工作区域位置在X-Y平面上的位置偏移量,然后,由基板承载机构进行位置微调,从而修正因为芯片相对于芯片键合机构的位置偏移量以及预定贴片位相对于工作区域位置的偏移量而产生的误差,再由芯片键合机构把芯片贴装到基板上的预定贴片位上。
图5示出了本发明一个实施例提供的工件对准贴装方法。本实施例提供的方法包括S51:芯片供给机构将待贴装的芯片运送到芯片供给位置。可选的,步骤一还包括芯片预对准机构对该芯片拍照成像,用于计算芯片的准确位置以便芯片键合机构在芯片中心位置获取芯片,并且对芯片上表面进行缺陷检测。特别的,此时芯片键合机构已经完成前一颗芯片的贴装工作,正在准备离开贴片工作区域位置,前往芯片供给位置。
S52:芯片键合机构到达芯片供给位置,从芯片供给机构上拾取芯片,随后芯片供给机构从芯片供给位置移走并获取下一颗芯片。典型的,芯片键合机构可以通过真空吸附等方式拾取芯片。典型的,芯片供给机构从蓝膜等位置获取下一颗芯片。
S53:待芯片供给机构移走后,上视成像机构从下方往上方对芯片供给位置的芯片键合机构上的芯片拍照成像。具体的,上视成像机构的拍照成像用于计算芯片相对于芯片键合机构的位置偏移量,并且检测芯片表面是否有崩边、裂纹等缺陷。特别的,如果上视成像机构发现芯片表面有缺陷,则抛弃当前芯片重新获取。
S54:基板承载机构将预定贴片位移动到贴片工作区域位置,下视成像机构对预定贴片区拍照成像。下视成像机构拍照用于计算预定贴片区与贴片工作区域位置的偏移量。
特别的,由于上视成像机构和下视成像机构的坐标已经标定,因此根据步骤三中的芯片相对于芯片键合机构的位置偏移量以及步骤四中的预定贴片区相对于贴片工作区域位置的位置偏移量,可以计算出芯片和预定贴片区之间的位置误差,并由基板承载机构进一步移动和微调,补偿该位置误差。
S55:基板承载机构移动和微调后,芯片键合机构将芯片从芯片供给位置运送至贴片工作区域位置,将芯片贴装到预定贴片位上,随后芯片键合机构离开贴片工作区域位置,向芯片供给位置返回。
S56:重复步骤S51至步骤S55。
可选的,下视成像机构在芯片键合机构离开贴片工作区域位置之后,可以对贴装在预定贴片区上的芯片拍照成像,以便对贴装后的效果进行监控,当发现具有例如温度上升产生的误差时,可以在后续芯片贴装过程中校正。
可选的,本实施例提供的工件对准贴装方法还包括对芯片进行蘸胶处理。具体的,将芯片蘸胶机构安装于贴片工作区域位置与芯片供给位置之间,芯片键合机构拾取芯片并完成上视成像拍照后,以平动的方式带动芯片运动到蘸胶机构完成蘸胶,然后再运动到贴片工作区域完成贴装。
可选的,本实施例提供的工件对准贴装方法还包括多个芯片键合机构,交替进行拾取芯片和贴片操作。
本实施例提供的工件对准贴装方法使得芯片键合机构仅在芯片供给位置和贴片工作区域位置之间往复运动,且上视成像机构、下视成像机构及芯片与对准成像机构均安装在设备的固定位置,从而可以提高运动行程和视觉计算的精度。另外,本实施例提供的工件对准贴装方法使得基板承载机构每一次只需移动一个预定贴片位的距离,并且根据视觉系统进行修正,也有利于提高工件贴装的精度。
综上所述,本发明实施例提供的工件对准贴装装置及其方法,通过使得芯片键合机构在固定起点和终点位置往复运动、基板每次贴片移动较短的距离以及固定位置的视觉系统拍照修正,同时提高了工件对准精度和工件贴装效率。
需要说明的是,在本发明各实施例中,所述“上方”指的是如图1、图2、图3和图4中所示的沿“Z”轴的正方向;所述“下方”指的是如图1、图2、图3和图4中所示的沿“Z”轴的负方向。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。