CN1091944C - 引线框输送装置和由该装置组成的线键合设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种引线框输送装置和线键合设备。输送装置分别包括用以移动引线框的前和后机械手，其具有载有引线框的板，用以垂直方向移动板的垂直汽缸，和用以水平方向移动板的水平汽缸。该装置还具有用以检测引线框的传感器，以便控制移动引线框的速度。它可以减小在引线框移动过程中对引线框的冲击，并且可减小IC器件或输送装置的机械磨损。

Description

引线框输送装置和由该装置组成的线键合设备
本发明一般地涉及一种用以制造半导体集成电路器件的设备。特别是，本发明涉及一种引线框输送装置，其可减小在其输送过程中作用于引线框上的冲击，并且可减小IC器件或输送装置的机械磨损，以及使用该装置的线键合设备。
通常，半导体集成电路器件的装配方法是由管芯键合方法开始的，其中将由许多集成电路元件组成的硅晶片所切割的各个芯片(‘管芯’)固定到引线框上。
引线框是一具有引线的板，其用以将芯片电连接到外部电气元件上，并且其是由铜合金或铁镍合金制成的。它还可在整个装配处理过程中支撑芯片。固定有芯片的引线框可通过引线而电气连接到芯片上，或由其部件(‘内引线’)而直接连接到芯片的金属焊片上。然后，封装芯片的半组件，以提供对外部环境应力的保护，如湿度、灰尘，或物理和电的冲击。也就是说，所获得的封装件还要经受切割/成型处理，以切割成型引线，以便适于安装在电路板上。然后对该封装件进行各种电气和可靠性试验，并将通过的封装件提供给用户。
引线框在半导体IC器件装配处理过程中是以带形进行输送的，该带是由具有相同引线构图的许多引线框组成的，使得多个芯片可同时进行管芯键合和线键合。对于线键合，在完成管芯键合处理以后，应将引线框带移动到线键合设备的键合头处。在顺序输送引线框的过程中应给予大范围的保护，使得引线构图不会受到损坏，或使得引线构图或芯片不会受到任何由例如输送设备的磨损所产生的杂质的污染。损坏或杂质都会引起线键合的失效，或降低装配处理的产量。特别是，当输送LOC(芯片上引线)型引线框带时，其中芯片是被固定到引线框的引线底部，由于芯片会与输送装置如输送带直接接触，所以其易于损坏。
引线框带的输送在串联式线键合系统中是重要的考虑因素之一，其中多台线键合设备连接在一起，以改善线键合过程的效率。
因此，需要有一种输送设备，其可更加稳定地输送，并且其可防止损坏引线构图，并且防止损坏芯片，以及输送设备的机械磨损。
由此，按照本发明的一个方面，就是提供一种输送装置，其可使引线框或固定到引线框上的芯片与输送装置之间的机械摩擦力最小，以及使用该装置的线键合设备。
按照本发明的另一方面，就是提供一种更加简单的输送装置。
按照本发明的又一方面，就是提供一种引线框更加稳定的输送，以便增加线键合处理的产量。
按照本发明的再一方面，就是提供一种输送装置，用以将引线框由输送位置移动到供给位置，所述装置包括：
(a)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；
(b)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和
(c)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板。
按照本发明的还一方面，就是提供一种线键合设备，用以将半导体芯片电连接到引线框上，所述线键合设备包括：
导轨，在引线框的引线电连接到芯片上之前，可使带有芯片的引线框在其上并沿其以一定方向移动；
引线框装载部件，用以使引线框由输送位置移动到供给位置，所述引线框装载部件包括：(a)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；(b)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和(c)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；和
引线框卸载部件，用以在电气连接之后将带有芯片的引线框移动到所述输送导轨上，所述引线框卸载部件包括：(d)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；(e)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和(f)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板。
通过参照附图进行下列详细的描述，将使本发明的这些和各种其他特征和优点更加容易理解，其中类似的参考标号表示类似的结构元件，并且其中：
图1是适用于本发明的串联式线键合系统的示意平面图；
图2是表示按照本发明由引线框输送装置组成的线键合设备的示意平面图；
图3是表示按照本发明的引线框输送装置的局部侧视图；
图4是表示按照本发明用于引线框输送装置的后机械手的示意侧视图；
图5是表示按照本发明用于引线框输送装置的前机械手的示意侧视图；和
图6是线键合设备局部透视图，其表示通过前机械手的板由输送导轨进行引线框的输送。
现将参照附图更加详细地描述本发明。
按照本发明，固定有芯片的引线框被载于可垂直以及水平移动的板上。具有该板的引线框输送装置非常适用于串联式线键合设备的承载和卸载部件，其中多台线键合设备可一起连接到单一加工线上。
按照本发明的引线框输送装置包括：(a)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；(b)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和(c)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板。
对于按照本发明的线键合设备，用以将引线框由输送位置移动到键合头部的装载部件，和用以将带有固定并电气连接于引线框引线上的芯片的引线框由键合头部移动到输送位置的卸载部件分别包括前机械手、工作台和后机械手。
本发明特别适用于串联式线键合设备，其中多台线键合设备可通过单一引线框输送导轨系统连接在一起。该串联式线键合设备公开于如通常所指的待审USSN 08/608,249中，其整个内容在这里可结合作参考。
图1是适用于本发明的串联式线键合系统的示意平面图。串联式线键合设备是由多台线键合设备和多台管芯键合设备组成，其连接在一起形成单一加工线，以便改善线键合处理的产量。串联式设备提供了一种与各加工步骤的加工能力差异有关的连续处理问题的解决方案。例如，管芯连接处理的能力，其中使用粘接如Ag-环氧树脂将芯片固定到引线框的管芯焊点上，要比线键合处理的能力大约大四倍。并且在LOC(芯片上的引线)封装装配处理的情况下，管芯键合处理是通过使用聚酰胺带而完成的，其需要大约0.8-2秒的加热和加压，管芯连接处理能力大约是线键合处理能力的两倍。考虑到这些能力的差异，近来已使用串联式系统，其包括一台管芯连接设备和多台引接设备。串联式系统适用于存储器件的大量装配和生产。
参照图1，串联式线键合设备(40)包括一台管芯键合设备(10)，四台线键合设备(20a，20b，20c，20d)，和用以输送引线框(16)的输送导轨(30)。
将在盒中的多个引线框的某一个通过引线框分离器(未示出)供给到加工导轨(9)中。在导轨(9)上的引线框(2)具有将电连接到芯片焊盘上的引线构图，所述构图可通过侧轨相互连接起来，以形成引线框带。晶片盒(5)含有具有集成电路元件的晶片，并且已经完成了其背部抛光，划线(或描绘)，以及背部带固定。当将晶片(未示出)安装在xy-工作台(6)上时，芯片分离器(7)将各芯片与晶片分离，并且将分离的芯片通过芯片输送组件(8)输送给管芯键合头(4)。给在键合头(4)下的导轨(9)上的引线框(2)的管芯焊点(未示出)提供粘接点如Ag-环氧树脂。对于将芯片直接固定到无焊点引线框引线上的情况，例如LOC封装，不需要粘接点。
键合头(4)可与引线框和在适当位置上的芯片对准，由此可将它们固定在一起，并且在加热和加压下压制它们，以使它们连接在一起。
然后，通过管芯键合设备(10)而将芯片固定到其上的引线框移动到预烘室(12)中，在其中将粘接剂在预定温度下，如180-200℃下，固化预定时间，如1-2分钟。缓冲器(14)是由多个进料斗(18)组成的，在其中完成了管芯连接以后输送的引线框在其被输送到线键合阶段之前被叠堆。使用多个进料斗来将引线框送到线键合位置上的原因在于，首先，即使管芯连接设备(10)不工作的话，也可将引线框连续地输送到线键合位置上，其次，当管芯键合设备(10)不能输出足够的管芯连接引线框时，通过分开的先前线上的管芯键合设备进行管芯连接的引线框会被顺序地连续输送到缓冲器(14)中，用以完成线键合。固定有芯片的引线框(16a)，其由进料斗(18)输送到引线框输送导轨(30)上，其将通过四台线键合设备(20a-20d)中的一台进行线键合处理。
线键合设备(20)是由装载部件(24)，卸载部件(26)和线键合头(22)组成的。线键合的引线框(16)通过输送导轨(30)被输送到出料斗(28)，然后，将引线框从这里输送到下一装配步骤处，如模压处理。出料斗(28)具有与缓冲器(14)进料斗(18)相同的结构。
控制部分(15)是一微处理器，其可控制引线框的输送和整个系统的操作。其初始操作值可根据引线框的尺寸和形状以及芯片的结构而确定。
线键合设备20的装载部件50沿导轨30将引线框16a移动到键合头22处，同时在线键合之后，卸载部件70再将引线框16b从键合头22输送到导轨30上。
图2是表示按照本发明由引线框输送装置组成的线键合设备的示意平面图。装载部件50和卸载部件70除引线框移动方向以外具有相同的结构。因此，为简单起见，下面将只描述引线框装载部件50。
引线框装载部件50具有引线框输送装置，其包括两个机械手，即后机械手52和前机械手54，和工作台60。前机械手54输送引线框16，其沿输送导轨30移动到工作台处。导轨可以是在通常所指的待审USSN08/608,249中所公开的出气型导轨。出气型导轨是由许多导轨部件32组成的，其形成有通气孔，该孔可提供如压缩空气，用以移动引线框16。导轨部件32相互间隔，其间形成有空间34，其中机械手54可在垂直方向上往复移动。
S1传感器可检测沿导轨30移动的引线框16的位置。如果在线键合头22上未提供引线框，并且S1传感器检测到引线框的话，止挡部件38会阻止引线框，并且前机械手54会由导轨30拿起引线框。携带有引线框16的前机械手54会从图2所示的位置移动到工作台60处，其将会把引线框16放在其上。在工作台60上还带有S2传感器，其可检测工作台60上的引线框。通过S1和S2传感器所获得的引线框位置的信息可被传递给控制部分(图1中的15)，并且可用以控制止挡部件38、前机械手54、后机械手52和供给夹44的操纵。引线框卸载部件70的S3和S4传感器也可检测引线框的位置，并且通过S3和S4传感器所获得的信息也可用于控制设备的操作。
工作台60上的引线框可通过后机械手52移动到导引轨58，59处。前导轨58和后导轨59与引线框供给导轨42一起形成，使得引线框可沿该导轨移动到键合头22处。导轨58，59是由立柱55，传递板56和轴57而支撑。在导轨58，59上的引线框可通过供给夹44移动到引线框供给导轨42上，然后，通过供给导轨42移动到键合头22上。
可将如上所述的两台或多台带有装载部件和卸载部件并具有引线框输送装置的线键合设备连接在一起，以构成串联式线键合设备，如图1中所示。
按照本发明，由于引线框在其由输送导轨30输送到工作台60和由工作台60输送到输送导轨58，19的过程中被放置在前机械手54或后机械手52上，所以引线框与输送装置之间的摩擦力可以达到最小，如下所述。
图3是表示按照本发明的引线框输送装置的局部侧视图，其中为简单起见未示出前和后机械手。后机械手可连接到后汽缸组件80上，并且前机械手可连接到前汽缸组件90上。汽缸组件80，90可固定到基板61上，并且可提供前和后机械手的水平线性移动。
后汽缸组件80带有汽缸固定部件81，82，水平轴83和止挡件84。水平轴83可连接于后机械手上，并且后机械手可沿水平轴83往复移动。机械手的运动距离可通过止挡件84来控制。
前汽缸组件90也带有汽缸固定部件91，92，水平轴93和止挡件94。前机械手可连接于水平轴93上，并且可沿输送导轨30的输送部件32移动来输送引线框。
基板61具有固定于其上的立柱55，和连接于立柱55上的传递板56，并且轴57可支撑导轨58，59。工作台60可连接于前导轨59上。连接于立柱一端上的推动板62具有推动件63。推动件63可通过推动将引线框16输送到引线框供给导轨42上，此时通过后机械手将引线框16由工作台60输送到导轨58，59上。
图4是表示按照本发明用于引线框输送装置的后机械手的示意侧视图。后机械手52带有水平汽缸101，垂直汽缸102和引线框板107。水平汽缸101可连接于后汽缸组件80的水平轴83上，并且可沿轴83往复移动。缓冲装置108可连接于水平汽缸101上，用以减小在后机械手52通过如止挡件85进行止挡时的冲击。垂直汽缸102可借助于固定装置103连接于水平汽缸101上。垂直汽缸102在垂直方向上移动垂直轴104，其允许后板105，连接棒106和引线框板107的垂直往复运动，所有这些部件均连接于垂直轴104上。
图5是表示按照本发明用于引线框输送装置的前机械手的示意侧视图。前机械手54象后机械手52一样带有水平汽缸111，垂直汽缸112，和引线框板117。水平汽缸111可连接于前汽缸组件90的水平轴93上，并且可沿轴93往复移动。缓冲装置118可连接于水平汽缸111上，用以减小在前机械手54通过如止挡件95进行止挡时的冲击。垂直汽缸112可借助于固定装置113连接于水平汽缸111上。垂直汽缸112在垂直方向上移动垂直轴114，其允许前板115，连接棒116和引线框板117的垂直往复运动，所有这些部件均连接于垂直轴114上。
后机械手52和前机械手54具有相同功能的相同元件，但其在某些方面是不同的，例如，前和后板105，115，连接棒106，116，和板107，108的尺寸和连接结构，如图4和图5中所示。然而，应当注意的是，前和后机械手可具有相同的结构，并且可以理解，其可以通过本技术领域的普通技术人员进行变形，以便适用于输送导轨30，工作台60，导轨58，59。
用于前机械手54和后机械手52的垂直汽缸101，111和水平汽缸102，112可以为气动式汽缸，并且通过将压缩空气能转变为机械运动能，可提供板107，117的水平和垂直往复运动。气动式汽缸优于现有的电动机传送带系统，其中前者具有结构简单和降低机械磨损及噪音的特点。
图6是线键合设备的局部透视图，其表示通过前机械手的板将引线框由输送导轨的输送。前机械手54的四块板117被放置在构成输送导轨30的各导轨件32之间的空间34中。引线框，其通过由导轨件32的出气孔36所提供的空气沿输送导轨30移动，其通过止挡件38止挡，并且通过板117向上输送，它是沿箭头A-B所示的垂直方向移动。进行引线框垂直运动的同时引线框被固定到板117上，其通过垂直汽缸112的作用以箭头AB所示方向垂直运动。
放置有引线框16的板117通过水平汽缸111的作用以箭头CD方向移动将引线框16输送到板60上。引线框16可具有LOC结构，其中芯片120被固定到内引线的122的底表面上。引线框的内引线122可通过连接线电连接到芯片120的焊盘121上。外引线123可与各对应的内引线122之一集成，并且槽124可用于将引线框带分成各引线框。链轮孔125可用于在将引线框由导轨58，59输送到供给导轨42上时夹44的指示。
如上所述，本发明可以减小输送装置，如板107，117与引线框之间的摩擦，并且通过输送装置可减小芯片的磨损。因此，特别适用于LOC型引线框的输送。
另外，本发明可适用于串联式线键合设备，其中可将多台线键合装置连接在一起。
虽然在上面对本发明的优选实施例进行了详细的描述，但是应当清楚地理解，这里所述的基础发明概念的改型和/或变形对于本技术领域的普通专业人员来说都将是明显的，其均将落于后续权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

Claims (21)

1.一种用于移动引线框的输送装置，其包括：
(a)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；
(b)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和
(c)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板。
2.按照权利要求1的输送装置，其特征在于，前和后机械手的所述垂直和水平汽缸均是气动式汽缸。
3.按照权利要求1的输送装置，其特征在于，前和后机械手的所述水平汽缸带有止挡件，用以控制引线框的运动距离。
4.按照权利要求1的输送装置，其特征在于，前和后机械手的所述垂直汽缸可借助于板、垂直轴和连接棒而连接到所述板上。
5.一种用以将半导体芯片电连接到引线框上的线键合设备，所述线键合设备包括：
导轨，在引线框的引线电连接到芯片上之前，可使带有芯片的引线框在其上并沿其以一定方向移动；
引线框装载部件，用以移动引线框，所述引线框装载部件包括：(a)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；(b)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和(c)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；和
引线框卸载部件，用以在电连接之后将带有芯片的引线框移动到所述输送导轨上，所述引线框卸载部件包括：(d)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；(e)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和(f)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板。
6.按照权利要求5的线键合设备，其特征在于，前和后机械手的所述垂直和水平汽缸均是气动式汽缸。
7.按照权利要求5的线键合设备，
其进一步包括用于检测引线框的传感器，其特征在于，提供在引线框装载部件附近和引线框卸载部件附近的输送导轨上；和
其特征在于，所述水平和垂直汽缸的运动可通过由所述传感器所获得的信息来控制。
8.按照权利要求5的线键合设备，其特征在于所述键合头带有引线框供给导轨；并且引线框装载部件和引线框卸载部件带有导轨，其分别线性连接于所述引线框供给导轨上。
9.按照权利要求8的线键合设备，其特征在于，所述工作台被固定到所述导轨的一侧上。
10.按照权利要求9的线键合设备，其特征在于，所述引线框装载部件带有推动件，用以将导轨上的引线框移动到引线框供给导轨上。
11.一种串联式线键合设备，其包括多台各个线键合设备，其可连接为一个单一系统，并且为了供给的目的，可将引线框沿输送导轨并在其上移动到各线键合设备上，
所述各线键合设备包括：
导轨，在引线框的引线电连接到芯片上之前，可使带有芯片的引线框在其上并沿其以一定方向移动；
引线框装载部件，用以移动引线框，所述引线框装载部件包括：(a)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；(b)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和(c)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；和
引线框卸载部件，用以在电气连接之后将带有芯片的引线框移动到所述输送导轨上，所述引线框卸载部件包括：(d)前机械手，用以由输送位置移动引线框，所述前机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板；(e)工作台，其具有传感器，用以检测引线框，以便控制移动引线框的速度，并且其中输送位置上的引线框可通过前机械手的作用来放置；和(f)后机械手，用以将引线框由工作台移动到供给位置，所述后机械手具有放置引线框的板；垂直汽缸，用以在垂直方向上移动板；和水平汽缸，用以在水平方向上移动板。
12.按照权利要求11的串联式线键合设备，其特征在于，所述输送装置带有许多输送部件，其具有通气孔，使得引线框可通过所述通气孔所提供的空气移动。
13.按照权利要求11的串联式线键合设备，其特征在于，所述前和后机械手的所述水平和垂直汽缸均是气动式汽缸。
14.按照权利要求11的串联式线键合设备，其特征在于，所述键合头带有引线框供给导轨；并且引线框装载部件和引线框卸载部件带有导轨，其分别线性连接于所述引线框供给导轨上。
15.按照权利要求14的串联式线键合设备，其特征在于，所述工作台被固定于所述导轨的一侧上。
16.按照权利要求15的串联式线键合设备，其特征在于，所述引线框装载部件带有推动件，用以将导轨上的引线框移动到引线框供给导轨上。
17.按照权利要求11的串联式线键合设备，
其进一步包括用于检测引线框的传感器，其提供在引线框装载部件附近和引线框卸载部件附近的输送导轨上；和
其中水平和垂直汽缸的运动可通过由所述传感器所获得的信息来控制。
18.按照权利要求11的串联式线键合设备，其特征在于，所述输送导轨可连接有料斗，在此可在前者的一侧上装载多个引线框。
19.按照权利要求11的串联式线键合设备，其特征在于，可连接于管芯连接设备，用以将芯片固定到引线框上。
20.按照权利要求11的串联式线键合设备，其特征在于，所述芯片固定于引线框的底表面上。
21.按照权利要求19的串联式线键合设备，其特征在于，所述芯片固定于引线框的底表面上。
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