CN110444488B - 一种高精度快速取片、装片装置及采用它的装片机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度快速取片、装片装置，包括晶圆台和承片台，所述晶圆台用于放置晶圆，所述承片台用于放置载片基板；在所述晶圆台和承片台中间位置设置旋转驱动装置，旋转驱动装置连接设置转塔，用于驱动所述转塔在水平方向实现360°的旋转；沿所述转塔周向，等间距设置至少三个吸嘴，用于取出和放置晶圆上的芯片；设置垂直运动驱动装置，用于驱动所述吸嘴在垂直方向上下移动。本发明结构设置合理，整个装置响应快，装片效率和装片良品率得到了较大改善。

Description

一种高精度快速取片、装片装置及采用它的装片机

技术领域

本发明涉及半导体元器件封装领域，具体涉及一种高精度快速取片、装片装置及采用它的装片机。

背景技术

在微电子科技领域，我们经常使用的封装好的半导体元器件或芯片，其封装过程中，需要将晶圆上的半导体芯片取下，并放置在载片基板上，具体的说，首先需要用点胶机构在载片基板上的固晶(装片)工位上点胶，然后由装片机构的装片焊头将半导体芯片从晶圆蓝膜上取出，进而转移到已点好胶的固晶工位上；其中，在取片过程中，晶圆蓝膜下设置有顶针，晶圆蓝膜上设置视觉定位装置：首先，通过判断晶圆上芯片的位置，并使得芯片及芯片下顶针正对视觉定位装置；其次，移动取片吸嘴，使得吸嘴正对视觉定位装置，使装片吸嘴中心、顶针中心、视觉定位中心三点一线，才能达到精准取片的目的；这一过程也称为三点一线校准工作。

在相同的固晶质量条件(芯片精准封装在点胶位置)下，固晶机的固晶效率是评价机性能的重要指标。为了快速的从晶圆上取出芯片，并快速将芯片移动至固晶工位上。申请号为200720305515.8的中国专利，公开了一种晶圆取放结构，其主要通过间歇旋转带动机构、多组晶圆取放座、线性制动器以及前、后置电动升降制动构件的结构设计，从而提供一种动作路径为沿一圆周路径间歇位移状态的晶圆取放结构，其运作上每移动一个预定圆周角度行程即可完成一个晶圆取放动作，其从理论上，相较于公知机械手臂取放结构而言，可大幅度提升晶圆取放速度、有效提高晶圆制程效率。但是在实际实施过程中具有两个问题：1)在取片过程中，没有实时动态地对装片焊头位置进行矫正，无法使得每个装片焊头中心、顶针中心、视觉定位中心都处于三点一线，故不能在芯片中心位置取片，甚至导致取片失败；2)在装片过程中，多组晶圆取放座360度高速旋转时，既没有视觉定位装置实时检测每个焊头取片时产生的位置误差，也没有运动机构对误差进行校正，因此导致芯片无法准确的放置在载片基板上的固晶工位，大大降低了装片良品率，迫切需要加以改进。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种高精度快速取片、装片装置。首先，本发明的旋转塔能够在水平方向实现360°的步进式旋转，同时完成取片和装片动作，大大提高了装片效率；其次，本发明通过视觉定位装置的矫正，分别移动转塔，确保每个焊头都能做到三点一线后，驱动吸盘下移，确保取片的可靠性与高精度，大大提高了良品率；另外，解耦连接的垂直运动驱动装置，大大降低了旋转驱动装置的电机负载及转动惯量，提高了旋转速度和精度，切实起到了提速的作用。同时本发明结构设置合理，整个装置响应快，装片效率和装片良品率得到了较大改善。

为实现所述技术目的，本发明的技术方案是：一种高精度快速取片、装片装置，包括晶圆台和承片台，所述晶圆台用于放置晶圆，所述承片台用于放置载片基板；

在所述晶圆台和承片台中间位置设置旋转驱动装置，旋转驱动装置连接设置转塔，用于驱动所述转塔在水平方向实现360°的旋转；

沿所述转塔周向，等间距设置至少三个吸嘴，用于取出和放置晶圆上的芯片；

设置垂直运动驱动装置，用于驱动所述吸嘴在垂直方向上下移动。

进一步，所述吸嘴朝下，吸嘴设置气管连接真空发生器，用于取出或放置芯片。

进一步，所述旋转驱动装置通过具有中孔结构的DDR电机或者转角气缸驱动；

所述气管穿过DDR电机连接至真空发生器。

进一步，所述转塔轴心设置孔，所述气管穿过所述转塔、孔后，连接至真空发生器。

作为本发明的一种优选的实施方案，基于上述内容，不同的是，所述垂直运动驱动装置采用直线电机作用于所述旋转驱动装置上，用于带动转塔上下移动。

作为本发明的另一种优选的实施方案，基于上述内容，不同的是，

设置滑板滑动连接于转塔外周，滑板固接连接臂，所述吸嘴设置于连接臂下；

所述垂直运动驱动装置分别作用于每个滑板，进一步带动连接臂上下移动；

所述垂直运动驱动装置与所述旋转驱动装置解耦，并通过电机固定架独立固定。

进一步，设置水平驱动装置，水平移动装置包括第一水平驱动装置、第二水平驱动装置、第三水平驱动装置；

第一水平驱动装置设置于所述晶圆台下，晶圆台正上方设置第一视觉定位装置，用于计算所述晶圆上芯片中心和第一视觉定位装置的位置偏差，并移动晶圆台，使得所述晶圆上芯片正对第一视觉定位装置；

所述转塔连接设置第二水平驱动装置，用于X、Y方向驱动所述转塔移动，使得转塔上的吸嘴、所述晶圆上芯片、第一视觉定位装置三点一线。

作为本发明的一种优选的实施方案，基于上述内容，不同的是，在所述晶圆台和承片台之间，所述吸嘴下方设置上视的第二视觉定位装置，用于记录所述转塔上每个吸嘴的相对位置偏差；

所述转塔根据每个吸嘴的相对位置偏差，自主移动，用于精准取片；

所述承片台连接设置第三水平驱动装置，用于沿X、Y方向、和所述转塔同步移动。

作为本发明的另一种优选的实施方案，基于上述内容，不同的是，所述转塔顺时针旋转，所述第二视觉定位装置设置于转塔左半周，用于检测吸嘴吸取所述芯片后，芯片在吸嘴上的位置偏差；

所述第三水平驱动装置驱动承片台沿X、Y方向和所述转塔同步移动，且根据芯片在吸嘴上的位置偏差做补偿运动。

进一步，所述水平驱动装置包括：垂直驱动板，水平驱动板，中间体；

所述旋转驱动装置固定于垂直驱动板左侧面，中间体左侧面设置Y方向轨道，垂直驱动板右侧面扣合至Y方向轨道上，用于驱动所述旋转驱动装置沿Y方向运动；

所述中间体上侧面设置X方向轨道，水平驱动板下侧面扣合至X方向轨道上，用于驱动中间体沿X方向运动，进一步驱动旋转驱动装置沿X方向运动。

装片机，包括基板上料装置、点胶装置，还包括上述的一种高精度快速取片、装片装置。

本发明的有益效果在于：

首先，本发明的旋转塔能够在水平方向实现360°的步进式旋转，同时完成取片和装片动作，大大提高了装片效率；其次，本发明通过视觉定位装置的矫正，分别移动转塔，确保每个吸盘都能做到三点一线后，驱动吸盘下移，确保取片的可靠性与高精度，大大提高了良品率；另外，解耦连接的垂直运动驱动装置，大大降低了旋转驱动装置的电机负载及转动惯量，提高了旋转速度和精度，切实起到了提速的作用。同时本发明结构设置合理，整个装置响应快，装片效率和装片良品率得到了较大改善。

附图说明

图1是本发明的高精度快速取片、装片装置整体俯视结构示意图；

图2是本DDR电机结构示意图；

图3是本发明的转塔结构示意图；

图4是本发明的转塔和垂直运动驱动装置结构示意图；

图5是本发明的图4中的转塔俯视结构示意图；

图6是本发明的水平驱动装置结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，“水平”、“垂直”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图6中的方向，也是本发明的高精度快速取片、装片装置使用位置方向。“X方向”、“Y方向”是相对于图1和图4中的坐标系而言的，且图1和图6中的坐标系为同一坐标系下的两种表示结果。

如图1所示，一种高精度快速取片、装片装置，包括晶圆台和承片台6，所述晶圆台用于放置晶圆1，所述承片台7用于放置载片基板7；

在所述晶圆台和承片台6中间位置设置旋转驱动装置，旋转驱动装置连接设置转塔4，用于驱动所述转塔在水平方向实现360°的步进式旋转；在每一次吸嘴处于晶圆台上方时，同时对应吸嘴处于承片台6上方，通过视觉定位装置的矫正，分别移动转塔4和承片台6，使得吸嘴能正对晶圆上的芯片3和承片台6上的载片基板7，然后驱动吸盘下移，同时完成取片和装片工作。

如图5所示，沿所述转塔4周向，等间距设置至少三个吸嘴11，用于取出和放置晶圆1上的芯片3；

设置垂直运动驱动装置，用于驱动所述吸嘴11在垂直方向上下移动。

进一步，所述吸嘴11朝下，吸嘴11设置气管连接真空发生器，用于取出或放置芯片(即取片和装片工作)。也就是说，本发明的取片动作是靠真空吸嘴吸取晶圆上的芯片完成的，装片动作是靠真空吸嘴泄压，将芯片放置在基板上完成的。

进一步，如图2所示，所述旋转驱动装置通过具有中孔14结构的DDR电机或者转角气缸驱动；

如图2所示，所述气管穿过DDR电机连接至真空发生器，DDR电机的转子固定在转塔4中心。例如由CN 102290951A公开的直驱旋转装置，其直驱旋转装置包括具有轴承座24的外壳26，以及定子27、下盖30、由磁轭12和永磁块14构成的转子28、轴承29，光栅尺25和读码器；轴承29内圈和轴承座24固定，轴承29外圈通过磁轭12和转子28固定，在磁轭12的磁轭腔内的轴座套上，以平键固定方式固定输出轴5，输出轴5与转塔4上的孔9连接，用于驱动转塔360°旋转。

进一步，如图4和图5所示，所述转塔4轴心设置孔9，所述气管穿过所述转塔4、孔9后，连接至真空发生器。采用本实施方案的优点在于：气管置于转塔内部，防止气管裸露缠绕，增加了本装置的稳定性。

作为本发明的一种优选的实施方案，基于上述内容，不同的是，所述垂直运动驱动装置采用直线电机作用于所述旋转驱动装置16上，用于带动转塔6上下移动，进一步使得吸嘴11上下移动，实现Z方向的运动，以完成同时取片和装片动作。如图3所示，本发明的转塔可以为一体式转塔，由直线电机作用于所述旋转驱动装置16上，带动转塔整体实现z方向的运动。

作为本发明的另一种优选的实施方案，基于上述内容，不同的是，

所述吸嘴11设置连接臂10下，连接臂10通过滑板18滑动连接在所述转塔4外周；

所述垂直运动驱动装置分别作用于每个滑板，所述连接臂10通过滑板18一体成型，进一步带动了连接臂10上下移动；优选的，如图1和图5所示，转塔4顺时针旋转，沿转塔顺时针周向，分别设置第一至第八吸嘴，每个吸嘴对应设置有垂直运动驱动装置。所述垂直运动驱动装置采用直线电机17、或音圈电机、或凸轮机构的一种，分别作用于滑板18，分别用于带动连接臂上下移动，实现Z方向的运动，以完成同时取片和装片动作；所述垂直运动驱动装置与所述旋转驱动装置解耦，在设备顶部设置有转盘，所述垂直运动驱动装置通过下述电机固定架13独立固定吊设在顶部转盘上，或者说本发明的旋转驱动装置16固定在下述的X、Y方向驱动装置上，而本发明的垂直运动驱动装置独立吊设在设备顶部，垂直方向的上下运动相对旋转动作独立。采用本实施方案的优点在于：较直接在旋转驱动装置16上设置上下移动的直线电机，本实施方案的解耦连接的垂直运动驱动装置大大降低了旋转驱动装置的电机负载及转动惯量，移动灵活，提高了旋转速度和精度，切实起到了提速的作用。

所述垂直运动驱动装置与所述旋转驱动装置解耦，其通过电机固定架13独立固定。

作为本发明的一种实施方案，本发明的转塔下设置有等间隔的奇数个吸嘴，奇数布置吸嘴可以减少每个焊头的取装片的旋转角度，但取装片时的上下运动仍然是串行的，也即取片吸嘴下移进行取片时，不进行装片动作，在取片吸嘴完成取片后，旋转一定角度才进行装片。

如图5所示，作为本发明的另一种实施方案，本发明的转塔下设置有等间隔的4(偶数)个吸嘴，进一步减小了每个吸嘴的取装片的旋转角度，且取装片时的上下运动为并行，较奇数个数的吸嘴，能够进一步提高取装片速度。

进一步，设置水平驱动装置，水平移动装置包括第一水平驱动装置、第二水平驱动装置、第三水平驱动装置；

第一水平驱动装置设置于所述晶圆台下，晶圆台正上方设置第一视觉定位装置，用于计算所述晶圆上芯片中心和第一视觉定位装置的位置偏差，并移动晶圆台，使得所述晶圆上芯片正对第一视觉定位装置；

所述转塔连接设置第二水平驱动装置，用于X、Y方向驱动所述转塔移动，使得转塔上的吸嘴、所述晶圆上芯片、第一视觉定位装置三点一线。

进一步，在所述晶圆台和承片台之间，所述吸嘴下方设置上视的第二视觉定位装置，用于记录所述转塔上每个吸嘴的相对位置偏差；

所述转塔根据每个吸嘴的相对位置偏差，自主移动，用于精准取片；

所述承片台连接设置第三水平驱动装置，用于沿X、Y方向、和所述转塔同步移动。

对于本实施例的具体实施方式如下：

在图5的转塔顺时针旋转，且沿转塔顺时针方向，分别设置第一至第四吸嘴。

S1：将承片台6上载片基板的装片位置中心移动至第三吸嘴正下方，通过第一视觉定位装置完成包括第一吸嘴的三点一线校正工作；

S2：在XY平面内固定转塔4，旋转驱动装置16驱动转塔4顺时针旋转90度，第二视觉定位装置固定在此时的第一吸嘴中心正下方，陆续步进90度旋转转塔，由第二视觉定位装置陆续记录第四吸嘴相对第一吸嘴的位置偏差，第三吸嘴相对第四吸嘴的位置偏差、第二吸嘴相对第三吸嘴的位置偏差后，此时的第一吸嘴正对晶圆；也就是说，本发明的装片机在进行取片和装片动作前，首先进行一周的步进式转动，并由第二视觉定位装置记录下每个吸嘴的相对位置偏差；在下述的步骤S3中，第一视觉定位装置不再主动移动转塔，而是根据上述记录的位置偏差自主移动。

S3：转塔陆续步进90度，同时由垂直运动驱动装置独立驱动第一至第四吸嘴向晶圆取片，其中在取片过程中，由第一视觉定位装置使得晶圆上芯片正对第一视觉定位装置，且第四、第三、第二吸嘴移动至晶圆上方时，第二水平驱动装置根据每个吸嘴的相对位置偏差驱动转塔移动；其中承片台在第三水平驱动装置的驱动下，和所述转塔做随动运动，始终保持载片基板上的装片位置中心正对吸嘴上的芯片中心。

也就是说，在本实施例中，三点一线的校准工作中，其中晶圆的校正是由第一视觉定位装置完成的，而转塔上吸嘴的校正是由第二视觉定位装置事先记录的位置偏差完成的。在进行步骤S3的过程中，第二视觉定位装置在记录位置偏差后停止工作。

作为本发明的另一种优选的实施方案，基于上述内容，不同的是，所述转塔顺时针旋转，所述第二视觉定位装置设置于转塔左半周，用于检测吸嘴吸取所述芯片后，芯片在吸嘴上的位置偏差；

所述第三水平驱动装置驱动承片台沿X、Y方向和所述转塔同步移动，且根据芯片在吸嘴上的位置偏差做补偿运动。

对于本实施例的具体实施方式区别于上一实施例：

在步骤S3中，第二视觉定位装置持续工作，不停的记录吸嘴上所吸取的芯片，相对吸嘴的位置偏差，并驱动承片台补偿此偏差。

具体的，以第一吸嘴为例，第一吸嘴在吸取芯片后，转塔顺时针旋转90度，上视的第二视觉定位装置记录第一吸嘴上的芯片相对第一吸嘴中心的第一位置偏差；接着，转塔顺时针旋转90度，所述承片台的移动量除根据上述的各个吸嘴位置偏差随转塔随动外，还主动移动补偿第一位置偏差。通过本实施方案，承片台能够做自主补偿运动，以达到精准装片的目的。

进一步，如图6所示，所述水平驱动装置包括：垂直驱动板19，水平驱动板22，中间体23；

所述旋转驱动装置16固定于垂直驱动板19左侧面，中间体23左侧面设置Y方向轨道20，垂直驱动板19右侧面扣合至Y方向轨道20上，用于驱动所述旋转驱动装置沿Y方向运动。

所述中间体23上侧面设置X方向轨道21，水平驱动板22下侧面扣合至X方向轨道21上，用于驱动中间23体沿X方向运动，进一步驱动旋转驱动装置16沿X方向运动。

装片机，包括基板上料装置、点胶装置，还包括上述的一种高精度快速取片、装片装置。

基于上述高精度快速取片、装片装置，在承片台6下固定设置第三视觉定位装置8，用于观察载片基板7中心和第三视觉定位装置8的位置偏差，独立的在x、y方向矫正承片台6，使得装片工位下的每个载片基板7的中心能始终正对第三视觉定位装置8。也就是说本发明的承片台，和所述转塔做随动运动、或根据第二视觉定位装置自主补偿运动，均是在第三视觉定位装置8完成对准工作后所进行的，由于添加了第三视觉定位装置8，一定程度上降低了取片和装片效率，但大大提高了取片和装片精准度和良品率。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度快速取片、装片装置，包括晶圆台和承片台，所述晶圆台用于放置晶圆，所述承片台用于放置载片基板；其特征在于：

在所述晶圆台和承片台中间位置设置旋转驱动装置，旋转驱动装置连接设置转塔，用于驱动所述转塔在水平方向实现360°的旋转；

沿所述转塔周向，等间距设置至少三个吸嘴，用于取出和放置晶圆上的芯片；

设置垂直运动驱动装置，用于驱动所述吸嘴在垂直方向上下移动，完成取片和装片动作，其中，

在每一次吸嘴处于所述晶圆台上方时，对应吸嘴处于所述承片台上方，使得吸嘴能够同时正对所述晶圆台上的芯片和所述承片台上的载片基板，以同时完成取片和装片工作。

2.根据权利要求1所述的一种高精度快速取片、装片装置，其特征在于，所述吸嘴朝下，吸嘴设置气管连接真空发生器，用于取出或放置芯片。

3.根据权利要求2所述的一种高精度快速取片、装片装置，其特征在于,所述旋转驱动装置通过具有中孔结构的DDR电机或者转角气缸驱动；

所述气管穿过DDR电机连接至真空发生器。

4.根据权利要求3所述的一种高精度快速取片、装片装置，其特征在于，在所述转塔轴心位置设置孔，所述气管穿过所述转塔、孔后，连接至真空发生器。

5.根据权利要求3所述的一种高精度快速取片、装片装置，其特征在于，

设置滑板滑动连接于转塔外周，滑板固接连接臂，所述吸嘴设置于连接臂下；

所述垂直运动驱动装置分别作用于每个滑板，进一步带动连接臂上下移动；

所述垂直运动驱动装置与所述旋转驱动装置解耦，并通过电机固定架独立固定。

6.根据权利要求1所述的一种高精度快速取片、装片装置，其特征在于，设置水平驱动装置，水平移动装置包括第一水平驱动装置、第二水平驱动装置、第三水平驱动装置；

第一水平驱动装置设置于所述晶圆台下，晶圆台正上方设置第一视觉定位装置，用于计算所述晶圆上芯片中心和第一视觉定位装置的位置偏差，并移动晶圆台，使得所述晶圆上芯片正对第一视觉定位装置；

所述转塔连接设置第二水平驱动装置，用于X、Y方向驱动所述转塔移动，使得转塔上的吸嘴、所述晶圆上芯片、第一视觉定位装置三点一线。

7.根据权利要求6所述的一种高精度快速取片、装片装置，其特征在于，在所述晶圆台和承片台之间，所述吸嘴下方设置上视的第二视觉定位装置，用于记录所述转塔上每个吸嘴的相对位置偏差；

所述转塔根据每个吸嘴的相对位置偏差，自主移动，用于精准取片；

所述承片台连接设置第三水平驱动装置，用于沿X、Y方向、和所述转塔同步移动。

8.根据权利要求7所述的一种高精度快速取片、装片装置，其特征在于，所述转塔顺时针旋转，所述第二视觉定位装置设置于转塔左半周，用于检测吸嘴吸取所述芯片后，芯片在吸嘴上的位置偏差；

所述第三水平驱动装置驱动承片台沿X、Y方向和所述转塔同步移动的同时，根据芯片在吸嘴上的位置偏差做补偿运动。

9.根据权利要求8所述的一种高精度快速取片、装片装置，其特征在于，

所述水平驱动装置包括：垂直驱动板，水平驱动板，中间体；

所述旋转驱动装置固定于垂直驱动板左侧面，中间体左侧面设置Y方向轨道，垂直驱动板右侧面扣合至Y方向轨道上，用于驱动所述旋转驱动装置沿Y方向运动；

所述中间体上侧面设置X方向轨道，水平驱动板下侧面扣合至X方向轨道上，用于驱动中间体沿X方向运动，进一步驱动旋转驱动装置沿X方向运动。

10.装片机，包括基板上料装置、点胶装置，其特征在于，还包括如权利要求书1-9任一所述的一种高精度快速取片、装片装置。

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