CN1089488C - 超声波振动连结芯片安装器 - Google Patents

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Abstract

一种超声波振动连结芯片安装器包括一设置在成一排的一芯片供给装置、一预对准装置和一装配装置之上的芯片携带装置，该芯片携带装置具有一沿一与这些装置的设置方向平行的方向可前后移动的活动台；该芯片安装器还包括一与活动台相连用于将芯片从芯片供给装置送到预对准装置的拾取装置，以及一连接于活动台用于将芯片从预对准装置送到装配装置的超声波振动连结装置，这样，依靠活动台的往复移动一个接一个地将诸芯片从芯片供给装置送到预对准装置，又送到装配装置。

Description

超声波振动连结芯片安装器
技术领域
本发明涉及一种芯片安装器，用来将半导体元件的芯片或诸如此类的(轻而坚实的产品)如裸露的芯片在一基片(如一接线板)上定位，并用超声波振动将此芯片连结于该基片。
背景技术
从美国专利USP5427301中可知，当要将一散装的裸露芯片型半导体元件装于一接线板上以进行如老化测试时，或当要将一经老化测试后证明是合格的裸露芯片型半导体元件装到一接线板上以在一引线框架内组装时，利用超声波振动将它安装于一接线板。
上述超声波振动连结芯片安装器有一问题，即当从一货板台经过一预对准台将一芯片将要安装在一基片的芯片安装位置上以便在一安装台上安装时，拾取装置和超声波振动连接装置的运动和位置控制将不可避免地变得复杂起来，因为相对于在芯片供给装置的货板台、预对准装置的预对准台和安装装置的安装台中的安装位置关系，该拾取装置和超声波振动连接装置之间不是间隔开的。
发明内容
本发明目的在于，提供一种超声波振动连结芯片安装器，它能通过将拾取装置和超声波振动连结装置的位置控制在一向前运动极限位置和一向后运动极限位置，经过一预对准台从一货板台在一安装台上，将一芯片安装在一基片上的芯片安装装置并能利用超声波振动将该芯片连结于该基片以作组装。
按照本发明的第一方面，提供一种超声波振动连结芯片安装器，它包括；
一芯片供给装置，它有一货板台，在该货板台上一待装配的芯片安装在一指定的位置；
一预对准装置，它有一用于大致为芯片定位的预对准台；
一装配装置，用于控制一安装台的位置，使一在安装台上的基片的芯片装配位置对准于一预定装配位置，芯片供给装置、预对准装置和装配装置以等间距排成一排；
一芯片携带装置，它设在芯片供给装置、预对准装置和装配装置的上方，并具有一活动台，该活动台的位置是受控制的，使它沿一方向在两个位置之间前后移动，在该方向上设置有芯片供给装置、预对准装置和装配装置；
一拾取装置，它具有一用于从货板台拾取芯片并将芯片放在预对准台上的垂直移动的拾取臂；
一超声波振动连结装置，它具有一拾取功能并能垂直移动，用于依靠一连接于一用于产生超声波振动的换能器的共振器的连结工作部拾取芯片并将该芯片放在安装台上，拾取装置和超声波振动连结装置连接于芯片携带装置的活动台，该拾取装置与该超声波振动连结装置之间的间距和预对准装置与芯片供给装置之间的间距，以及预对准装置与装配装置之间的间距相等；以及
一测量装置，用于监测待装配的并由共振器的连结工作部分拾取的芯片和在装配台上的基片，并将一用于使芯片对准于基片的芯片装配位置的输出信号发给装配装置。
由于依靠活动台在两个位置之间往复移动，芯片能被从芯片供给装置送到预对准装置，并又被送到装配装置，最终被精确地定位在一基片的预定位置并用超声波振动将它连结，所以，能获得一种非常可靠的产品。
按照本发明的第二方面，提供了一种超声波振动连结芯片安装器，其中，芯片供给装置有一装置，该装置用来控制货板台的位置，使货板台上的多个芯片中的一个能被安放在一预定的拾取位置。由于在货板台上能安放大量的芯片，故能改善工作效率。
按照本发明的第三方面，提供了一种超声波振动连结芯片安装器，其中，测量装置包括一照相机，该照相机从侧面进入位于沿垂直方向彼此面对的超声波振动连结装置与装配装置之间的间隔区，并摄取芯片和基片的像以获得芯片与基片的芯片装配位置之间的定位关系。由于利用一简单的结构就能精确地测得芯片与基片之间的定位关系，因而能将芯片精确地定位。
按照本发明的第四方面，提供了一种超声波振动连结芯片安装器，它包括：
一芯片供给装置，用来控制一货板台的位置，使在货板台上的大量芯片中的一个待装配的芯片放在一预定的拾取位置；
一预对准装置，它有一用于大致为芯片定位的预对准台；
一装配装置，用于控制一安装台的位置，使一在安装台上的基片的芯片装配位置对准于一预定装配位置，芯片供给装置、预对准装置和装配装置以等间距排成一排；
一芯片携带装置，它设在芯片供给装置、预对准装置和装配装置的上方，并具有一活动台，该活动台的位置是受控制的，使它沿一方向在两个位置之间前后移动，在该方向上设置有芯片供给装置、预对准装置和装配装置；
一拾取装置，它具有一用于从货板台拾取芯片并将芯片放在预对准台上的可垂直移动的拾取臂；
一超声波振动连结装置，它能垂直移动并具有一拾取功能，用于依靠一连接于一用于产生超声波振动的换能器的共振器的连结工作部拾取芯片并将该芯片放在安装台上，拾取装置和超声波振动连结装置连接于芯片携带装置的活动台，该拾取装置与该超声波振动连结装置之间的间距和预对准装置与芯片供给装置之间的间距，以及预对准装置与装配装置之间的间距相等；以及
一测量装置，当该装置从侧面进入位于沿垂直方向彼此面对的超声波振动连结装置与装配装置之间的间隔区时，摄取待装配的并由共振器的连结工作部分拾取的芯片和在装配台上的基片的像，并发出使基片的芯片及其装配位置对准装配装置的输出信号。
由于拾取装置和超声波振动装置连接于芯片相等装置的活动台，并且它两之间有一预定的间隔，拾取装置的拾取臂和超声波振动连结装置的具有一喷嘴功能的连结工作部分重复地移向并停止在向前移动极限位置和向后移动极限位置(该两位置之间有一预定的间距)，拾取臂将芯片从货板台送到预对准台，连结工作部分将芯片从预对准台送到安装台上的基片的装配位置，并通过超声波振动将它装配于基片上。
附图说明
结合附图的详细说明，将会使本发明的上述和其他的目的、特点和优点更清楚。
图1是本发明一实施例的侧视图；
图2是按本发明实施例的一喇叭的、其中部分被剖开的侧视图；
图3是表示本发明实施例的第一步骤的侧视图；
图4是表示本发明实施例的第二步骤的侧视图；
图5是表示本发明实施例的第三步骤的侧视图；
图6是表示本发明实施例的第四步骤的侧视图；以及
图7是表示本发明实施例的第五步骤的侧视图。
具体实施方式
图1至7表示出本发明的一最佳实施例。从图1可看出：在一超声波振动连结芯片安装器的一设备底座1上呈一排地设置有一芯片供给装置2、一预对准装置3和一装配装置4。
芯片供给装置2包括一安装在设备底座1上的x-y驱动装置2a和一连接于x-y驱动装置2a的货板台2b。x-y驱动装置2a使货板台2b沿x和y方向，即一平行于设备底座1的平面的纵向和横向移动，用以控制货板台2b的位置，这样，可将储存在一安装在货板台2b上的托板2c的大量芯片10中的一个芯片10定位于一预定的拾取位置。
预对准装置3包括一具有一未图示出的不平的表面的预对准台3a，用来将待装配的芯片10大致安放于该表面上。
装配装置4包括一安装在设备底座1上的x-y-θ驱动装置4a和一连接于该x-y-θ驱动装置4a的装配台4b。x-y-θ驱动装置4a使装配台4b沿着x和y方向，即一平行于设备底座1的平面的纵向和横向，以及θ方向，即按照从一后面要描述的测量装置8的一输出的相对于设备底座1的一仰角移动，用以控制安装台4b的位置，这样，使用于将芯片安装在安装台4b上的、基片11的芯片安装位置对准于一预定的安装位置。
在设置底座1上安装有一芯片携带装置5。该芯片携带装置5包括一水平轨道5c，该轨道安置在芯片供给装置2、预对准装置3和装配装置4的上方，并由多根竖立在设备底座1上的立柱5a和5b所支撑；该芯片携带装置5还包括一能前后移动的连接于一水平轨道的活动台5d。有一如一电动机的未图示出的启动器控制着活动台5d的位置，使它可在一向前的极端位置和一向后的极端位置之间前后移动。在该活动台5d上安装有一拾取装置6和一超声波振动连结装置7，该两装置排成一排且有一预定的间隔。
这一预定间隔的大小设置得使当活动台5d停在如图1，4，6和7所示的向后的极端位置时，一拾取装置6的一拾取臂6b的顶端面朝一在预对准台3a上的预对准位置，而超声波振动连接装置7的共振器7i的一连结工作部分7p沿垂直方向面朝装配台4b上的一装配位置；当活动台5d停在其左方向前的极端位置(如图3、5所示)时，拾取装置6的拾取臂6b的顶端面对一在货板台2b上的拾取位置，而超声波振动连结装置7的连结工作部分7b则沿垂直方向面对预对准台3a上的一预对准位置。
拾取装置6包括一安装在活动台5b上的装置底座部分6a和一从装置底座部分6a向下延伸的拾取臂6b。图中未表示出的、结合于装置底座部分6a的启动器驱使拾取臂6b沿垂直方向在如图1所示的其向上移动的极端位置与图3和4中所示的其向下移动的极限位置之间移动。该拾取臂6b的向下移动的极限位置是一受控制的位置，在此位置上，拾取臂6b的顶端能吸住在货板台2b上的芯片10，该被拾取臂6b吸住的芯片被装到预对准台3a上。尽管通常可用一电动机或气缸作为启动器，而希望的是使拾取臂6b应这样地沿垂直方向移动，即当使用电动机时可由一螺栓一螺母装置和一导向装置防止拾取臂转动；当使用气缸时，提供一缓冲装置以防止对芯片10的冲击。
该实施例的拾取臂6b有一喷咀的功能。换言之，拾取臂6b形成如一管道，并且其后端经过一未图示的阀门连接于一未图示出的如一真空泵的抽吸作用发生源。当该未图示的阀门从一通气侧转到一抽吸侧时，依靠该抽吸作用发生源的抽吸作用，拾取臂6b从其端部的一开孔抽吸外界空气，因此，就吸住了芯片10。反之，当阀门从抽吸侧转到通气侧时，拾取臂6b内充满了空气，从而释放掉原被吸住的芯片10。
超声波振动连接装置7包括：一安装在活动台5d上的固定的底座7a；一安装在固定底座7a上的如伺服电动机的电动机7b；一与电动机7b的输出轴相连的螺栓一螺母装置7c；一在其上形成为螺栓一螺母装置7c的一螺母的提升底座7d；一连接于提升底座7d的气缸7e；一连接于气缸7e的一活塞的保持器7f和一连接于保持器7f的共振器7i。当电动机7b正常运转时，螺栓一螺母装置7c的螺杆正常旋转，通过啮合于螺杆的螺母使提升底座7d向下移动。当电动机7b反转时，螺栓一螺母装置7c的螺杆反转，依靠螺母使提升底座7d向上移动。提升底座7d可滑动地固定于竖直安装在固定底座7a的下表面上的右侧和左侧导向柱7g上，并且只能垂直移动而不能转动。一导向轴7h的下端储存在右侧和左侧导向立柱7g中，并使它能垂直移动。该导向轴7h的下端与保持器7f相连，并依靠气缸7e的膨胀和收缩以及提升底座7d的垂直移动产生垂直方向的移动，使保持器7f平行于设备底座1。
共振器7i包括一喇叭7j和两个同轴连接于喇叭7j的两端的助力器(booster)7k和7m。助力器7k和7m连接于保持器7f，使它两由从保持器7f的右和左侧向下延伸的臂部所支撑。与助力器7k共轴连接的有一换能器7n，它是一个如一将机械能转变为电能的压电或磁节流元件的能量转换器，用以依靠从一未图示出的超声波发生器供给的能量并通过一未图示出的无头螺杆和啮合孔，输出和产生具有一预定频率的垂直超声波振动。
如图2所示的这一实施例的喇叭7j的长度等于与来自换能器7n的超声波振动共振的共振频率的波长，它有一在中央最大振幅点f3向外凸出的连结工作部分7p。该连接工作部分7p有一端部表面，该表面形成得使具有一比芯片10大的平面区，并有一喷咀功能。
换言之，喷咀7j有一与一软管相连的通道7q。该通道7q是由一垂直孔7q-1、一水平孔7q-2和一垂直孔7q-3组成，其中的垂直孔7q-1从连结工作部7p的端部表面的中心经过连接工作部7p的内部延伸到喇叭7j的中心，水平孔7q-2从喇叭7j的另一端部表面的中心在最大振幅点f5延伸到垂直孔7q-1，而垂直孔7q-3从喇叭7j的外周表面在最小振幅点f4延伸到水平孔7q-2。无头螺钉7r固定于喇叭7j的端部表面，水平孔7q-2是朝着该端部表面开口的。无头螺钉7r复盖住水平孔7q-2的该开口部，并连接于与喇叭7j同轴的助力器7m。有一软管咀7s固定于垂直孔7q-3的开口中，软管7t的一端固连在从喇叭7j凸出的软管咀7s，这样，软管7t的内部空腔通过内部通过软管咀7s的孔连结于通道7q。软管7t的另一端连接于如一第一未图示的阀门的真空泵的未图示出的抽吸发生源。
当这一未图示的阀门从一通气侧转向一抽吸侧时，连接工作部分7p依靠吸气发生源的抽吸作用从其端部的一开口抽吸外界空气，从而吸住芯片10。反之，当该阀门从抽吸侧转向通气侧时，通道7q内充满了空气，从而就释放原被吸住的芯片10。一用来连接同喇叭7j同轴线的助力器7k的无头螺钉7u固定于喇叭7j的另一端部表面在最大振幅点f1。无头螺钉7r和7u螺接于喇叭7j上形成的螺纹孔中。
回过来看图1，在安装台4b上方并在它的右侧的、与预对准台3a和安装台4b相对的一侧之外，设置有一用来使芯片10和基片11对准的测量装置8。该测量装置8包括一双视野(bi-field)光学透镜8a、一用来检测被吸到喇叭7j待被测量的芯片和在装配台4b上的基片11的像的CCD照像机8b，以及一用来将双视野光学透镜8a移至一测量位置的启动器8c，其中的芯片10与基片11的两个像经过双视野光学透镜8a沿垂直方向彼此间隔开，并将此两个像转换成电信号。
现在参阅图3至7描述这一实施例的操作。在第一步骤时，当芯片携带装置5的活动台5d从图1所示的向后移动的极限位置移向左侧并停在图3中所示的向前移动的极限位置时，拾取臂6b下降，并依靠轴吸作用从货板台2b上拾起待装配的芯片10-1并将其上提。
在第二步骤时，当活动台5d从向前移动的如图3所示的极限位置移向右方并停在如图4中所示的向后移动极限位置时，拾取臂6b下降，通过充空气将芯片10-1放到预对准台3a上后并上提。当芯片10-1被放在预对准台3a上时，芯片10-1大致定位在预对准台3a的不平坦的表面上。
在第三步骤，当活动台5d再次移向左侧并停在图5中所示的向前移动极限位置时，超声波振动连结装置7的喇叭7j就下降，依靠抽吸作用从预对准台3a上拾起芯片10-1后并上提。在拾取芯片10-1的同时，拾取臂6b下降，依靠抽吸作用从货板台2b上拾取下一个待装配的芯片10-2后再上提(与步骤1的运动情况相同)。
在第四步骤，当活动台5d再次移向右侧并停在如图6中所示的向后移动极限位置时，双视野光学照相机8a从一图中用虚线表示的位置进入在被吸在超声波振动连结装置7的连结工作位置7p上的芯片10-1与在如用实线表示的活动台4b的基片11之间的空间，并测量芯片10-1与基片11之间的间距。根据这个测量结果，安装台4b移向x，y和θ方向，用以依据芯片10-1修正基片11的位置，这样，基片11的芯片装配位置精确地对准于芯片10-1。当经过修正后完成了基片11的芯片装配位置与芯片10-1之间沿垂直方向的对准工作后，双视野光学照相机8a就由图中实线所示的位置返回到用虚线表示的原始位置。
在第五步骤(如图7所示)，超声波振动连结装置7的共振器7i下降。当共振器7i将芯片10-1压贴于基片11的同时，换能器7n振荡超声波振动。共振器7i与这个超声波振动发生共振，由共振产生的超声波振动施加于基片11与芯片10-1之间的介面，使芯片10-1在装配位置连结于基片11。依靠超声波振动连结装置7的气缸7e的下降和通过电动机7b使螺栓—螺母装置7c下降，进行芯片10-1对基片11的加压贴合工作。加压力是由气缸7e的输出控制的。在装配和连结芯片10-1的同时，拾取臂6b下降，将下一个待装配的芯片10-2定位和放置在预对准台3a上后并上提(运动情况与步骤2的相同)。
此后，重复进行从图5所示的第三步到图7所示的第五步这一循环动作，用以精确地将诸芯片定位在安装台4b上的基片的诸装配位置上(就每个芯片10而言其装配位置是变化的)，通过一个接一个地对在预对准台3a上的来自货板台2b的各待装配的芯片10的预对准来将诸芯片和基片装配并连接好。
按照这一实施例的结构，由于拾取装置6和超声波振动连结装置7连接于芯片携带装置5的活动台5d(它们之间有一预定的间隔)，当活动台5d停在向后移动的极限位置时，拾取臂6b面对预对准台3a上的预对准位置，而连接工作部分7p则沿垂直方向面对装配台4b上的装配位置。而当活动台5d停在向前移动的极限位置时，拾取臂6b面对货板台2b上的拾取位置，连接工作部分7p沿垂直方向面对预对准台3a的预对准装置。
简言之，拾取装置6的拾取臂6b和具有超声波振动连结装置7的喷咀功能的连结工作部分7p重复地移向并停在向前移动极限位置和向后移动极限位置(它俩之间有一预定间隔)，拾取臂6b从货板台2b将芯片10放在预对准台3a上，连接工作部分7b将芯片10安放在安装台4b上芯片11上面的为由预对准台3a送来的芯片10所预定的位置上，并利用超声波振动将其粘连在基片11上。

Claims (4)

1.一种超声波振动连结芯片安装器，它包括：
一芯片供给装置，它有一货板台，在该货板台上一待装配的芯片安装在一指定的位置；
一预对准装置，它有一用于大致为芯片定位的预对准台；
一装配装置，用于控制一安装台的位置，使一在安装台上的基片的芯片装配位置对准于一预定装配位置，芯片供给装置、预对准装置和装配装置以等间距排成一排；
一芯片携带装置，它设在芯片供给装置、预对准装置和装配装置的上方，并具有一活动台，该活动台的位置是受控制的，使它沿一方向在两个位置之间前后移动，在该方向上设置有芯片供给装置、预对准装置和装配装置；
一拾取装置，它具有一用于从货板台拾取芯片并将芯片放在预对准台上的可垂直移动的拾取臂；
一超声波振动连结装置，它具有一拾取功能并可垂直移动，用于依靠一连接于一用于产生超声波振动的换能器的共振器的连结工作部拾取芯片并将该芯片放在安装台上，拾取装置和超声波振动连结装置连接于芯片携带装置的活动台，该拾取装置与该超声波振动连结装置之间的间距和预对准装置与芯片供给装置之间的间距，以及预对准装置与装配装置之间的间距相等；以及
一测量装置，用于监测待装配的并由共振器的连结工作部分拾取的芯片和在安装台上的基片，并将一使芯片对准于基片的芯片装配位置的输出信号发给装配装置。
2.如权利要求1所述的超声波振动连结芯片安装器，其特征在于，芯片供给装置有一装置，该装置用来控制货板台的位置，使货板台上的多个芯片中的一个能被安在一预定的拾取位置。
3.如权利要求1所述的超声波振动连结芯片安装器，其特征在于，测量装置包括一照相机，该照相机从侧面进入位于沿垂直方向彼此面对的超声波振动连结装置与装配装置之间的间隔区，用以摄取芯片和安装芯片用的基片的像以获得芯片与基片的芯片装配位置之间的定位关系。
4.一种超声波振动连结芯片安装器，它包括：
一芯片供给装置，用来控制一货板台的位置，使在货板台上的大量芯片中的一个待装配的芯片放在一预定的拾取位置；
一预对准装置，它有一用于大致为芯片定位的预对准台；
一装配装置，用于控制一安装台的位置，使一在安装台上的基片的芯片装配位置对准于一预定装配位置，芯片供给装置、预对准装置和装配装置以等间距排成一排；
一芯片携带装置，它设在芯片供给装置、预对准装置和装配装置的上方，并具有一活动台，该活动台的位置是受控制的，使它沿一方向在两个位置之间前后移动，在该方向上设置有芯片供给装置、预对准装置和装配装置；
一拾取装置，它具有一用于从货板台拾取芯片并将芯片放在预对准台上的可垂直移动的拾取臂；
一超声波振动连结装置，它可垂直移动并具有一拾取功能，用于依靠一连接于一用于产生超声波振动的换能器的共振器的连结工作部拾取芯片并将该芯片放在装配台上，拾取装置和超声波振动连结装置连接于芯片携带装置的活动台，该拾取装置与该超声波振动连结装置之间的间距和预对准装置与芯片供给装置之间的间距，以及预对准装置与装配装置之间的间距相等；以及
一测量装置，当该装置从侧面进入位于沿垂直方向彼此面对的超声波振动连结装置与装配装置之间的间隔区时，摄取待装配的并由共振器的连结工作部分拾取的芯片和在安装台上的基片的像，并将使芯片对准于基片的芯片装配位置的输出信号发给装配装置。
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