CN108987297B - 回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法 - Google Patents

回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法，所述回转装置的第一转盘和第二转盘通过连接件连接，电机的定子与连接件连接以驱动连接件旋转，所述连接件带动所述第一转盘和第二转盘旋转，在所述电机的定子上设置一平衡块，减少了所述第一转盘和第二转盘高速启动或停止时对框架的冲击，达到提高所述第一转盘和第二转盘位置精度与寿命的目的，并且可以通过提高转速来提高键合效率。所述芯片键合装置的第一拾取装置拾取芯片，通过第二转盘来回旋转180度来交换第一拾取装置和第二拾取装置的位置，减少了滑环结构，便于气管、线缆连接，简化了电机的运动控制及计算，并且减少了拾取装置的数量，简化了控制系统。

Description

回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法
技术领域
本发明涉及半导体加工与制造领域，尤其涉及一种回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法。
背景技术
芯片键合是将芯片与基板直接安装互联的一种方法，通常采用芯片键合设备对芯片进行键合，芯片键合装置是芯片键合设备中的关键，其决定了芯片封装的精度、效率和可靠性。
现有的芯片键合装置主要为转盘式芯片键合装置，该装置的转盘进行单方向的圆周旋转，拾取装置均匀分布在转盘上，为了提高效率，通常设置8个拾取装置，转盘旋转每40度停止一次，便于拾取装置进行芯片拾取和键合。由于转盘单方向圆周旋转，所连接气路、线缆需通过转盘滑环转接，增加了成本，降低了可靠性；转盘存在转动惯量，加速和急停时存在冲击力，影响芯片键合精度；由于要同时控制8个拾取装置，控制系统复杂，转盘出现转动误差时，也不好调整。
发明内容
本发明的目的在于提供一种回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法，以解决现有芯片键合装置中存在的连接气路和线缆复杂、成本高、可靠性低、芯片键合精度低、控制系统复杂和不好调整转动误差等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法，包括：第一转盘、第二转盘、连接件、电机和平衡块；所述第一转盘和所述第二转盘分别与所述连接件的两端连接；所述电机位于所述第一转盘和所述第二转盘之间；所述电机包括动子和定子，所述电机的动子与所述连接件连接，以驱动所述连接件旋转，所述连接件带动所述第一转盘和所述第二转盘同步旋转；所述平衡块套接于所述电机的定子外；
可选的，所述第二转盘的尺寸大于所述第一转盘的尺寸，所述第二转盘用于承载待转动对象；
可选的，所述连接件、所述电机和所述平衡块的中心位于同一直线上；
可选的，所述芯片键合装置包括回转装置、第一拾取装置、第二拾取装置、用于提供芯片的芯片供应装置和用于提供基板的基板供应装置；
所述第一拾取装置和所述第二拾取装置对称设置于所述回转装置的第二转盘上；
自然状态下，所述芯片供应装置和所述基板供应装置分别设置于所述第一拾取装置和所述第二拾取装置的下方；
所述回转装置的第一转盘和第二转盘来回旋转180度；
可选的，所述芯片键合装置还包括检测装置，用于检测所述第一拾取装置和第二拾取装置在键合位置时的偏差；
可选的，所述第一拾取装置和所述第二拾取装置均包括多个拾取手；
可选的，所述芯片供应装置包括第一承载台和设置于所述第一承载台上的芯片载体，所述芯片放置于所述芯片载体上；
可选的，所述基板供应装置包括第二承载台和设置于所述第二承载台上的基板载体，所述基板放置于所述基板载体上；
可选的，所述芯片供应装置和所述基板供应装置均还包括一对准检测装置；
可选的，所述芯片键合装置还包括检测装置，用于检测所述第一拾取装置和第二拾取装置在键合位置时的偏差；
可选的，所述检测装置包括设于所述第二转盘侧壁上的标记以及用于检测所述标记的位移传感器，所述位移传感器检测第二转盘的旋转角度偏差，得到所述第一拾取装置和第二拾取装置在键合位置时的旋转角度偏差。
可选的，所述芯片的键合方法包括：
提供芯片键合装置；
所述芯片键合装置的第一拾取装置拾取所述芯片；
所述第二转盘旋转180度，使所述第一拾取装置和所述第二拾取装置交换位置；
所述第二拾取装置拾取芯片，同时所述第一拾取装置将芯片键合至基板上；
所述第二转盘往回旋转180度，使所述第一拾取装置和所述第二拾取装置交换位置；
重复以上步骤；
可选的，所述第二转盘旋转180度的过程中，所述检测装置检测所述第二转盘的旋转角度偏差，进而获得所述第一拾取装置和所述第二拾取装置在键合位置时的旋转角度偏差，当所述旋转角度偏差超过阈值时，调整所述第二转盘与平衡块的相对位置以补偿所述旋转角度偏差。
在本发明提供的一种回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法中，所述回转装置的第一转盘和第二转盘通过连接件连接，电机的定子与连接件连接以驱动连接件旋转，所述连接件带动所述第一转盘和第二转盘旋转，在所述电机的定子上设置一平衡块，电机在启动和停止时，由于平衡块套接于所述电机的定子上，并且有一定的质量与厚度，所以所述平衡块与所述第一转盘和第二转盘互有作用力，运动方向相反，减少了所述第一转盘和第二转盘高速启动或停止时对框架的冲击，及框架对所述第一转盘和第二转盘的反作力，达到提高所述第一转盘和第二转盘位置精度与寿命的目的，并且可以通过提高转速来提高键合效率。所述芯片键合装置的第一拾取装置拾取芯片，所述第二转盘旋转180 度，交换位置后，所述第一拾取装置键合芯片，同时所述第二拾取装置拾取芯片，然后所述第二转盘往相反的方向旋转180度，所述第一拾取装置和第二拾取装置再次交换位置，以此往复。通过第二转盘来回旋转180度来交换第一拾取装置和第二拾取装置的位置，减少了滑环结构，便于气管、线缆连接，简化了电机的运动控制及计算，并且减少了拾取装置的数量，简化了控制系统。
附图说明
图1为实施例提供的回转装置的示意图；
图2为实施例提供的芯片的键合装置的一示意图；
图3为实施例提供的芯片的键合装置的另一示意图；
图4为实施例提供的芯片的键合装置的2个拾取手的示意图；
图5为实施例提供的芯片的键合方式的流程图；
其中，1-回转装置，11-第一转盘，12-第二转盘，121-第一标志点，122-第二标志点，13-电机，131-电机的动子，132-电机的定子，14-平衡块，15-连接件， 16-框架，2-芯片的键合装置，21-第一拾取装置，22-第二拾取装置，3-芯片供应装置，31-第一承载台，32-芯片载具，33-芯片，34-第二对准检测装置，4-基板供应装置，41-第二承载台，42-基板载具，43-基板，44-第二对准检测装置。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参阅图1，其为实施例提供的回转装置的示意图，如图1所示，所述回转装置1包括第一转盘11、第二转盘12、连接件15、电机13和平衡块14；所述第一转盘11和所述第二转盘12分别与所述连接件15的两端连接；所述电机13 位于所述第一转盘11和所述第二转盘12之间；所述电机包括动子131和定子 132，所述电机的动子131与所述连接件15连接，以驱动所述连接件15旋转，所述连接件15带动所述第一转盘11和所述第二转盘12同步旋转；所述平衡块 14套接于所述电机的定子132外，所述回转装置1在自然状态下固定于框架16 上，由于所述平衡块14与所述电机的定子连接，而所述第一转盘11和所述第二转盘12可以等同于通过连接件15与电机的动子131连接，在电机13高速停止或启动时，由于平衡块套接于所述电机的定子上，并且有一定的质量与厚度，所以所述平衡块14与所述第一转盘11和所述第二转盘12存在相互的作用力，运动方向相反，角动量相等，从而减少了所述第一转盘11和所述第二转盘12 高速停止或启动时对框架16的冲击，及框架16对转盘的反作力，达到提高所述第一转盘11和所述第二转盘12位置精度与寿命的目的。
优选的，所述第二转盘12的尺寸可以大于所述第一转盘11的尺寸。自然状态下，所述第一转盘11位于所述第二转盘12的上方，所述第二转盘12用于承载待转动对象，所述电机13更靠近所述第二转盘12，所述第二转盘12的尺寸大于所述第一转盘11的尺寸，以利于保持整个回转装置的平衡。优选的，所述连接件15、所述电机13和所述平衡块14的中心位于同一直线上，便于电机更好的驱动所述第一转盘11和所述第二转盘12，减少了对框架16的冲击力。
参阅图2，其为实施例提供的芯片的键合装置的示意图，如图2所示，所述芯片键合装置2包括所述回转装置1、第一拾取装置21、第二拾取装置22、用于提供芯片33的芯片供应装置3和用于提供基板43的基板供应装置4，所述第一拾取装置21和所述第二拾取装置22对称设置于所述回转装置1的第二转盘 12上；自然状态下，所述芯片供应装置3和所述基板供应装置4分别设置于所述第一拾取装置21和所述第二拾取装置22的下方；所述回转装置1的第一转盘11和第二转盘12来回旋转180度。所述电机13转动时带动所述回转装置1 的第一转盘11和第二转盘12转动，设置于第二转盘12上的第一拾取装置21 和第二拾取装置22同步转动，所述第一拾取装置21和第二拾取装置22对称设置，通过所述回转装置1的第一转盘11和第二转盘12来回旋转180度，实现所述第一拾取装置21和第二拾取装置22不断交换位置，整个芯片的键合装置2 较现有技术来说减少了滑环结构，便于气管、线缆连接，简化了电机的运动控制及计算，并且减少了拾取装置的数量，简化了控制系统。
优选的，所述芯片的键合装置2还包括一检测装置23，用于精确定位所述第一拾取装置21和第二拾取装置22在键合位置时的偏差。优选的，所述检测装置23包括设于所述第二转盘12侧壁上的标记以及用于检测所述标记的位移传感器，所述位移传感器检测第二转盘12的旋转角度偏差，得到所述第一拾取装置21和第二拾取装置22在键合位置时的旋转角度偏差。参阅图3，其为实施例提供的芯片的键合装置的俯视图，如图3所示，所述检测装置23为一激光位移传感器，所述激光位移传感器设置于所述芯片键合装置2外，优选的，所述激光位移传感器正对所述第一转盘11或所述第二转盘12，例如正对所述第二转盘12。在所述第二转盘12上激光位移传感器正对的两个位置设置第一标志点 121和第二标志点122，所述第二转盘12每旋转180度，所述激光位移传感器检测一次，通过对比第一标志点121和第二标志点122是否与原来的位置相同来判断第一拾取装置21和第二拾取装置22在键合时是否存在偏差，当偏差达到一定值时，及时控制调整所述第一转盘11和第二转盘12与平衡块14的相对位置，以提高芯片的键合精度。
当然，本领域技术人员应当认识到，所述检测装置23的类型的位置并非固定的，只要能够精确定位所述第一拾取装置21和第二拾取装置22在键合位置时的偏差即可。例如，所述检测装置23可以为一编码器，所述编码器固定在框架16上，编码器轴固定在连接件15上，时时测量连接件15的转动角度，间接得出所述第一拾取装置21和第二拾取装置22在键合位置是否存在偏差。
本实施例中，所述第一拾取装置21和第二拾取装置22用于拾取芯片33和将芯片33键合至基板43上。优选的，所述第一拾取装置21和第二拾取装置22 可以均设置多个拾取手。参阅图4，其为实施例提供的芯片的键合装置的2个拾取手的示意图，如图4所示，所述第一拾取装置21和第二拾取装置22在所述第二转盘12上对称设置，并且均包括两个对称的拾取手，提高了键合的效率，并且控制较现有技术来说也比较简单。
所述芯片供应装置3包括第一承载台31和设置于所述第一承载台上的芯片载体32，所述芯片33放置于所述芯片载体32上，所述芯片供应装置3用于向所述第一拾取装置21和第二拾取装置22供应芯片33。所述芯片载体32可以相对于所述第一承载台31运动，便于将芯片33送至拾取手的正下方，便于拾取。
所述基板供应装置4包括第二承载台41和设置于所述第二承载台41上的基板载体42，所述基板43放置于所述基板载体42上。所述基板供应装置4用于向所述第一拾取装置21和第二拾取装置22供应基板43。所述基板载体42可以相对于所述第二承载台41运动，便于将基板43送至拾取手的正下方，便于键合。
优选的，所述芯片供应装置3包括第一对准检测装置34，用于检测芯片33 是否与拾取手对准；所述基板供应装置4包括第二对准检测装置44，用于检测基板43上的键合位置是否与芯片33对准。
参阅图5，其为实施例提供的芯片的键合方法，如图5所示，芯片的键合方法的步骤包括，S1：提供芯片键合装置2；S2：所述芯片键合装置2的第一拾取装置21拾取所述芯片33；S3：所述第二转盘12旋转180度，使所述第一拾取装置21和所述第二拾取装置22交换位置；S4：所述第二拾取装置22拾取芯片 33，同时所述第一拾取装置21将芯片33键合至基板43上；S5：所述第二转盘12往回旋转180度，使所述第一拾取装置21和所述第二拾取装置22交换位置； S6：重复以上步骤。所述第一拾取装置21和所述第二拾取装置22设置于所述第二转盘12上，通过所述的第二转盘12往复旋转180度，第一拾取装置21和所述第二拾取装置22不断交换位置以重复拾取和键合芯片，同时，所述芯片供应装置3和所述基板供应装置4同时配合，将芯片33和基板43移动至拾取手的正下方，便于拾取和键合芯片，采用实施例提供的芯片的键合方法效率高，控制系统也比较简单。
优选的，所述芯片的键合装置2包括一检测装置23，所述第二转盘12旋转 180度的过程中，所述检测装置23检测所述第二转盘12的旋转角度偏差，进而获得所述第一拾取装置21和所述第二拾取装置22在键合位置时的旋转角度偏差，当所述旋转角度偏差超过阈值时，调整所述第二转盘12与平衡块14的相对位置以补偿所述旋转角度偏差。
综上，在本发明实施例的回转装置、芯片键合装置及芯片的键合方法中，所述回转装置的第一转盘和第二转盘通过连接件连接，电机的定子与连接件连接以驱动连接件旋转，所述连接件带动所述第一转盘和第二转盘旋转，在所述电机的定子上设置一平衡块，电机在启动和停止时，由于平衡块套接于所述电机的定子上，并且有一定的质量与厚度，所以所述平衡块与所述第一转盘和第二转盘互有作用力，运动方向相反，减少了所述第一转盘和第二转盘高速启动或停止时对框架的冲击，及框架对所述第一转盘和第二转盘的反作力，达到提高所述第一转盘和第二转盘位置精度与寿命的目的，并且可以通过提高转速来提高键合效率。所述芯片键合装置的第一拾取装置拾取芯片，所述第二转盘旋转180度，交换位置后，所述第一拾取装置键合芯片，同时所述第二拾取装置拾取芯片，然后所述第二转盘往相反的方向旋转180度，所述第一拾取装置和第二拾取装置再次交换位置，以此往复。通过第二转盘来回旋转180度来交换第一拾取装置和第二拾取装置的位置，减少了滑环结构，便于气管、线缆连接，简化了电机的运动控制及计算，并且减少了拾取装置的数量，简化了控制系统。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于芯片键合装置的回转装置，其特征在于，所述回转装置包括第一转盘、第二转盘、连接件、电机和平衡块；
所述第一转盘和所述第二转盘分别与所述连接件的两端连接；
所述电机位于所述第一转盘和所述第二转盘之间；
所述电机包括动子和定子，所述电机的动子与所述连接件连接，以驱动所述连接件旋转，所述连接件带动所述第一转盘和所述第二转盘同步旋转；
所述平衡块套接于所述电机的定子外，且与所述第一转盘和所述第二转盘互有作用力，运动方向相反；
所述第二转盘的尺寸大于所述第一转盘的尺寸，所述第二转盘用于承载待转动对象。
2.如权利要求1所述的用于芯片键合装置的回转装置，其特征在于，所述连接件、所述电机和所述平衡块的中心位于同一直线上。
3.一种芯片键合装置，其特征在于，所述芯片键合装置包括如权利要求1-2中任一项所述的用于芯片键合装置的回转装置、第一拾取装置、第二拾取装置、用于提供芯片的芯片供应装置和用于提供基板的基板供应装置；
所述第一拾取装置和所述第二拾取装置对称设置于所述回转装置的第二转盘上；
自然状态下，所述芯片供应装置和所述基板供应装置分别设置于所述第一拾取装置和所述第二拾取装置的下方；
所述回转装置的第一转盘和第二转盘来回旋转180度。
4.如权利要求3所述的芯片键合装置，其特征在于，所述第一拾取装置和所述第二拾取装置均包括多个拾取手。
5.如权利要求3所述的芯片键合装置，其特征在于，所述芯片供应装置包括第一承载台和设置于所述第一承载台上的芯片载体，所述芯片放置于所述芯片载体上。
6.如权利要求3所述的芯片键合装置，其特征在于，所述基板供应装置包括第二承载台和设置于所述第二承载台上的基板载体，所述基板放置于所述基板载体上。
7.如权利要求3所述的芯片键合装置，其特征在于，所述芯片供应装置和所述基板供应装置均还包括一对准检测装置。
8.如权利要求3所述的芯片键合装置，其特征在于，所述芯片键合装置还包括检测装置，用于检测所述第一拾取装置和第二拾取装置在键合位置时的偏差。
9.如权利要求8所述的芯片键合装置，其特征在于，所述检测装置包括设于所述第二转盘侧壁上的标记以及用于检测所述标记的位移传感器，所述位移传感器检测第二转盘的旋转角度偏差，得到所述第一拾取装置和第二拾取装置在键合位置时的旋转角度偏差。
10.一种芯片的键合方法，其特征在于，所述芯片的键合方法包括：
提供如权利要求3-9中任一项所述的用于芯片键合装置的芯片键合装置；
所述芯片键合装置的第一拾取装置拾取所述芯片；
所述第二转盘旋转180度，使所述第一拾取装置和所述第二拾取装置交换位置；
所述第二拾取装置拾取芯片，同时所述第一拾取装置将芯片键合至基板上；
所述第二转盘往回旋转180度，使所述第一拾取装置和所述第二拾取装置交换位置；
重复以上步骤。
11.如权利要求10所述的芯片的键合方法，其特征在于，所述第二转盘旋转180度的过程中，检测所述第二转盘的旋转角度偏差，进而获得所述第一拾取装置和所述第二拾取装置在键合位置时的旋转角度偏差，当所述旋转角度偏差超过阈值时，调整所述第二转盘与平衡块的相对位置以补偿所述旋转角度偏差。
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