CN110444499A - 一种取片、装片装置及采用它的装片机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种取片、装片装置及采用它的装片机，在晶圆台和承片台的中间位置设置旋转驱动装置，驱动装置连接设置摆臂本体，用于驱动摆臂本体在水平方向实现顺时针180°和逆时针180°的旋转；本发明的摆臂本体两端均设置吸嘴，能够同时完成取片和装片动作大大提高了装片效率；其次本发明的摆臂本体顺时针180°、逆时针180°交替旋转，且摆臂本体通过特殊的匸型连接件连接在其旋转驱动装置上，有效防止了气管缠绕。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。

Description

一种取片、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，具体涉及一种取片、装片装置及采用它的装片机。
背景技术
在电子科技领域，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，首先需要用点胶机在载片基板上的装片工位上点胶，然后由装片机构的装片摆臂将半导体芯片从晶圆上取出，进而转移到已点好胶的装片工位上；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装置；其次，移动取片焊头，使得焊头正对视觉装置，使装片焊头中心、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。
在相同的装片质量条件(芯片精准封装在点胶位置)下，装片机的装片效率是评价装片机性能的重要指标。为了快速的从晶圆上取出芯片，并快速将芯片移动至装片工位上：申请号为201310262893.2的中国专利，公开了一种双摆臂式装片机焊头机构及装片机，包括旋转运动驱动装置、第一摆臂、第二摆臂、第一直线运动驱动装置、第二直线运动驱动装置、第一吸嘴、以及第二吸嘴，其直线运动驱动装置用于驱动吸嘴上下移动，从而吸取晶圆上的芯片和放置芯片至载片基板上的固定工位上；同时，摆臂本体可以旋转，进一步在取片和装片工位切换；其从理论上，其能够提高效率，但是在实际实施过程中具有两个问题：1)在本技术领域内，通常在晶圆位置放置视觉定位装置，并通过x，y方向移动摆臂本体，使得摆臂本体上的装片焊头中心、顶针中心、视觉定位中心三点一线，但其并没有这样的x，y方向移动装置；2)为了上下移动吸嘴，其直线运动驱动装置固定在摆臂本体头部，增加了系统的转动惯量，降低了旋转速度和精度，难以起到提速的作用。
申请号为201220257299.5的中国专利，公开了一种双摆臂式直驱装片机，包括旋转电机、连接于旋转电机输出端的摆臂连接板、安装于摆臂连接板上的两组相背设置的摆臂机构；摆臂机构包括摆臂座、固定于摆臂座中的音圈马达定子、通过一竖直设置的第三导轨与摆臂座连接的滑块、固定于滑块上并与音圈马达定子相适配的音圈马达动子、固定于滑块上的摆臂；音圈马达定子与音圈马达动子配合驱动滑块沿第三导轨相对于摆臂座做升降运动；摆臂座由摆臂连接板带动旋转而使整个摆臂机构旋转。其可实现对摆臂旋转运动及上下运动的同时驱动，也能同时进行取片和装片过程，但其音圈马达动子与滑块等仍然是旋转电机的转动负载，增加了系统的转动惯量，降低了旋转速度和精度，难以起到提速的作用。在实际实施过程中也具有上述申请号为201310262893.2专利所存在的两个问题，迫切需要加以改进。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种取片、装片装置及采用它的装片机。本发明的摆臂本体两端均设置吸嘴，能够同时完成取片和装片动作大大提高了装片效率；其次本发明的摆臂本体顺时针180°、逆时针180°交替旋转，且摆臂本体通过特殊的匸型连接件连接在其旋转驱动装置上，有效防止了气管缠绕。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；需要说明的是所述的取片和装片动作，就是指取出晶圆上的芯片和放置芯片至载片基板上。
在所述晶圆台和承片台中点位置设置旋转驱动装置，用于驱动下述摆臂本体在水平方向实现顺时针180°和逆时针180°的旋转；
设置垂直运动驱动装置，用于驱动下述第一吸嘴和第二吸嘴在垂直方向上下移动。在初始位置，首先假设第一吸嘴位于晶圆台上方，那么在第一吸嘴和第二吸嘴下移时，第一吸嘴完成了取片动作，和第二吸嘴同时完成装片动作后，第一吸嘴和第二吸嘴上移并旋转180°，最后下移第一吸嘴和第二吸嘴，则第二吸嘴完成取片动作的同时，第一吸嘴完成装片动作；重复上述的步骤，下述摆臂本体顺时针180°、逆时针180°交替旋转，即可实现同时的取片和装片动作，大大提高了装片机的取片和装片效率。
所述摆臂本体包括：第一摆臂和第二摆臂，第一摆臂和第二摆臂相背设置于摆臂连接板两端，和摆臂连接板形成一字型的摆臂本体；
所述第一摆臂和第二摆臂末端分别设置第一吸嘴和第二吸嘴，用于取出和放置晶圆上的芯片。
进一步，所述第一吸嘴和第二吸嘴朝下，通过设置气管连接真空发生器，用于取出或放置芯片。
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，所述旋转驱动装置通过电机或者转角气缸驱动；
电机输出轴通过匸型连接件连接至所述摆臂连接板中点；
匚字型连接件上下部分别设置上孔和下孔，电机输出轴固定于匚型连接件上孔，所述摆臂连接板中点固定于下孔；
所述气管穿过下孔连接至真空发生器。
进一步，所述气管穿过所述第一摆臂、第二摆臂、摆臂连接板和所述下孔后，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，所述第一摆臂、第二摆臂和摆臂连接板一体成型；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，用于带动旋转臂本体上下移动。作为本发明的另一种实施方式，所述垂直运动驱动装置采用旋转电机，旋转电机输出轴连接设置凸轮，凸轮顶触旋转驱动装置或旋转臂，用于带动旋转臂本体上下移动。
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，所述第一摆臂、第二摆臂分别上下滑动连接在摆臂连接板两端；所述垂直运动驱动装置分别作用于第一摆臂、第二摆臂，用于同时带动第一摆臂、第二摆臂上下移动；所述垂直运动驱动装置与所述旋转驱动装置解耦，所述垂直运动驱动装置通过电机固定架独立固定，其中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。
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，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，用于计算所述第一吸嘴或第二吸嘴相对于所述晶圆上芯片中心的第一位置偏差，移动晶圆台，使得所述晶圆上芯片正对第一视觉定位装置；
所述旋转臂本体连接设置第二水平驱动装置，用于X、Y方向驱动旋转臂本体移动，使得所述第一吸嘴或第二吸嘴、所述晶圆上芯片、第一视觉定位装置三点一线。
进一步，
所述承片台下设置第三水平驱动装置，用于沿X、Y方向驱动承片台移动，且所述承片台和所述旋转臂本体同步移动；
且，所述承片台正上方设置第二视觉定位装置，用于计算芯片基板上的装片位置中心和第二视觉定位装置的位置偏差，并移动承片台使得芯片基板上的装片位置中心正对第二视觉定位装置。也就说，本发明的装片机为了达到精准装片的目的，首先需要保证第二视觉定位装置和载片基板中心位置的对应，其次载片基板需要和所述旋转臂本体同步移动来保持第一吸嘴或第二吸嘴上芯片中心相对装片位置中心的对应。
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，还包括上述的一种取片、装片装置。
本发明的有益效果在于:
首先，本发明的摆臂本体两端均设置吸嘴，能够同时完成取片和装片动作大大提高了装片效率；其次本发明的摆臂本体顺时针180°、逆时针180°交替旋转，且摆臂本体通过特殊的匸型连接件连接在其旋转驱动装置上，有效防止了气管缠绕；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是本发明的取片、装片装置俯视结构示意图；
图2是本发明的匸型连接件结构示意图；
图3是本发明的一体式摆臂本体结构示意图；
图4是本发明的滑动式摆臂本体结构示意图；
图5是本发明的吸嘴驱动电机安装结构示意图；
图6是本发明的水平驱动装置结构示意图；
图7是直驱旋转装置的结构示意图。
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，本发明中“水平”、“垂直”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，也是本发明的取片、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4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6用于放置载片基板7；需要说明的是下述的取片和装片动作，就是指取出晶圆上的芯片3和放置芯片3至载片基板7上。
在所述晶圆台和承片台6中点位置设置旋转驱动装置16，用于驱动下述摆臂本体在水平方向实现顺时针180°和逆时针180°的旋转；
设置垂直运动驱动装置，用于驱动下述第一吸嘴11和第二吸嘴12在垂直方向上下移动。在初始位置，首先假设第一吸嘴11位于晶圆台上方，那么在第一吸嘴11和第二吸嘴12下移时，第一吸嘴完成了取片动作，第二吸嘴12同时完成装片动作后，第一吸嘴11和第二吸嘴12上移并旋转180°，最后下移第一吸嘴11和第二吸嘴12，则第二吸嘴完成取片动作的同时，第一吸嘴完成装片动作；重复上述的步骤，下述摆臂本体顺时针180°、逆时针180°交替旋转，即可实现同时的取片和装片动作，大大提高了装片机的取片和装片效率。同时，顺时针180°、逆时针180°交替旋转的摆臂本体，较360°旋转的摆臂本体，能够防止气管缠绕。
所述摆臂本体包括：第一摆臂5和第二摆臂10，第一摆臂5和第二摆臂10相背设置于摆臂连接板4两端，和摆臂连接板4形成一字型的摆臂本体；也就是说，本发明的摆臂本体两端分别为第一吸嘴11和第二吸嘴12。
所述第一摆臂5和第二摆臂10末端分别设置第一吸嘴11和第二吸嘴12，用于取出芯片和放置芯片。
进一步，所述第一吸嘴11和第二吸嘴12朝下，且分别通过设置气管连接真空发生器，用于取出或放置芯片。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。
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，所述旋转驱动装置16通过电机或者转角气缸驱动；
电机输出轴17通过匚型连接件13连接至所述摆臂连接板中点；
如图2所示，匸字型连接件13上下部分别设置上孔14和下孔15，电机输出轴17固定于匸型连接件13的上孔14内，所述摆臂连接板中点固定于下孔15内；作为本发明的一种优选，所述摆臂连接板4中心设置孔，孔内套设轴套，轴套固定于下孔15内。采用本实施方案的优点在于：在摆臂本体保持顺时针180°、逆时针180°交替旋转的动作时，气管穿过下孔15，使得气管处于相对静止状态，防止气管缠绕。当然，若不采用匸字型连接件13的连接方式，所述旋转驱动装置16直接采用中空型DDR马达，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32的外壳26，以及定子27、下盖30、由磁轭33和永磁块34构成的转子28、轴承29，光栅尺31和读码器；轴承29内圈和轴承座32固定，轴承29外圈通过磁轭33和转子28固定，在磁轭33的磁轭腔内的轴座套上，以平键固定方式固定输出轴35，输出轴35与摆臂连接板4上的孔9连接。
进一步，所述气管穿过所述第一摆臂5、第二摆臂10、摆臂连接板4和所述下孔15后，连接至真空发生器。采用本技术方案的优点是：气管置于摆臂本体内部，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，如图3所示，所述第一摆臂5、第二摆臂10和摆臂连接板4一体成型；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。作为本发明的另一种实施方式，所述垂直运动驱动装置采用旋转电机，旋转电机输出轴连接设置凸轮，凸轮顶触旋转驱动装置或旋转臂，用于带动旋转臂本体上下移动，进一步使得两个吸嘴上下移动，实现Z方向的运动，以完成同时取片和装片动作。
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，所述第一摆臂5、第二摆臂10分别上下滑动连接在摆臂连接板4两端；如图4所示，第一摆臂5和第二摆臂10分别设置滑动连接件18连接在摆臂连接板4两端；所述垂直运动驱动装置采用两个直线电机24、或音圈电机、或凸轮机构的一种，分别作用于第一摆臂5、第二摆臂10，分别用于同时带动第一摆臂5、第二摆臂上下移动10，进一步带动两个吸嘴上下移动，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电机固定架25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固定在下述的水平驱动装置上，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或凸轮，本实施方案的两个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。
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，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2，用于计算所述第一吸嘴11或第二吸嘴12相对于所述晶圆上芯片3中心的第一位置偏差，移动晶圆台，使得所述晶圆上芯片正对第一视觉定位装置；
所述旋转臂本体连接设置第二水平驱动装置，用于X、Y方向驱动旋转臂本体移动，使得所述第一吸嘴11或第二吸嘴12、所述晶圆上芯片3、第一视觉定位装置2三点一线，从而达到精准取片的目的。
进一步，所述承片台6下设置第三水平驱动装置，用于沿X、Y方向驱动承片台移动，且所述承片台和所述旋转臂本体同步移动；
且，所述承片台正上方设置第二视觉定位装置，用于计算芯片基板上的装片位置中心和第二视觉定位装置的位置偏差，并移动承片台使得芯片基板上的装片位置中心正对第二视觉定位装置。也就说，本发明的装片机为了达到精准装片的目的，首先需要保证第二视觉定位装置和载片基板中心位置的对应，其次载片基板需要和所述旋转臂本体同步移动来保持第一吸嘴或第二吸嘴相对装片位置中心的对应。
需要说明的是，本发明的取片和装片是同时(并行)进行，且第一吸嘴11或第二吸嘴12位于同一旋转臂本体上，故当xy运动装置驱动旋转臂本体时，装片焊头(第一吸嘴11或第二吸嘴12)就会偏离装片位。在每次移动旋转臂本体一定距离时，承片台的第三水平驱动装置去主动补偿这个距离，即可保证载片基板7上的装片位置始终正对于第一或第二吸嘴，因此取片焊头可以较好的做到三点一线，确保取片的可靠性与精度。
在本发明的实施方法中，手工调整第一吸嘴11初始位置在晶圆1上方，确保取晶工位位置偏差为0；第二吸嘴12正对于载片基板7上的装片位置中心，且手工调整第二视觉定定位装置相对于第二吸嘴的位置偏差为0。
其中本实施方案的实施步骤如下：
1)第一视觉装置完成三点一线校正工作的同时，记录第二水平驱动装置的移动量的同时，第三水平驱动装置使得承片台和旋转臂本体同步移动后，旋转臂本体下移同时完成取片和装片动作后上移；
2)旋转臂本体顺时针旋转180°后，重新完成三点一线的校正工作，并记录第二水平驱动装置的移动量，第三水平驱动装置使得承片台和旋转臂本体同步移动后，旋转臂本体下移同时完成取片和装片动作后上移；其中在下移装片前，第三水平驱动装置移动承片台使得芯片基板上的装片位置中心正对第二视觉定位装置。也就说，本发明的装片机为了达到精准装片的目的，首先需要保证第二视觉定位装置和载片基板中心位置的对应，其次载片基板需要和所述旋转臂本体同步移动来保持第一吸嘴或第二吸嘴上芯片中心相对装片位置中心的对应。
3)旋转臂本体逆时针旋转180°后，重复在取片位置完成三点一线的校准工作，并使得承片台同步移动。
通过以上步骤，即可实现快速且精准的取片和装片动作，且承片台位置相对固定，使得整个装置响应快，大大提高了装片效率和装片良品率(质量)。
进一步，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16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。采用本技术方案的有益效果在于：根据第一视觉定位装置2记录的第一位置偏差，自动微调芯片和两个吸嘴，使得吸嘴能够在需要取片的芯片中心位置上方，进一步达到精准取片的目的。
装片机，包括基板上料装置、点胶装置，还包括上述的一种取片、装片装置。
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，驱动装置连接设置摆臂本体，用于驱动所述摆臂本体在水平方向实现顺时针180°和逆时针180°的旋转；
设置垂直运动驱动装置，用于驱动下述第一吸嘴和第二吸嘴在垂直方向上下移动；
所述摆臂本体包括：第一摆臂和第二摆臂，第一摆臂和第二摆臂相背设置于摆臂连接板两端，和摆臂连接板形成一字型的摆臂本体；
所述第一摆臂和第二摆臂末端分别设置第一吸嘴和第二吸嘴，用于取出和放置晶圆上的芯片。
2.根据权利要求1所述的一种取片、装片装置，其特征在于，所述第一吸嘴和第二吸嘴朝下，通过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所述的一种取片、装片装置，其特征在于，所述旋转驱动装置通过电机或者转角气缸驱动；
电机输出轴通过匸型连接件连接至所述摆臂连接板中点；
匚字型连接件上下部分别设置上孔和下孔，电机输出轴固定于匚型连接件上孔，所述摆臂连接板中点固定于下孔；
所述气管穿过下孔连接至真空发生器。
4.根据权利要求3所述的一种取片、装片装置，其特征在于，所述气管穿过所述第一摆臂、第二摆臂、摆臂连接板和所述下孔后，连接至真空发生器。
5.根据要求3所述的一种取片、装片装置，其特征在于，所述第一摆臂、第二摆臂和摆臂连接板一体成型；
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，用于带动旋转臂本体上下移动；
或，所述垂直运动驱动装置采用旋转电机，旋转电机输出轴连接设置凸轮，用于带动旋转臂本体上下移动。
6.根据要求3所述的一种取片、装片装置，其特征在于，
所述第一摆臂、第二摆臂分别上下滑动连接在摆臂连接板两端；
所述垂直运动驱动装置分别作用于第一摆臂、第二摆臂，用于同时带动第一摆臂、第二摆臂上下移动；
所述垂直运动驱动装置与所述旋转驱动装置解耦，所述垂直运动驱动装置通过电机固定架独立固定。
7.根据权利要求1所述的一种取片、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，用于计算所述第一吸嘴或第二吸嘴相对于所述晶圆上芯片中心的第一位置偏差，移动晶圆台，使得所述晶圆上芯片正对第一视觉定位装置；
所述旋转臂本体连接设置第二水平驱动装置，用于X、Y方向驱动旋转臂本体移动，使得所述第一吸嘴或第二吸嘴、所述晶圆上芯片、第一视觉定位装置三点一线。
8.根据权利要求7所述的一种取片、装片装置，其特征在于，
所述承片台下设置第三水平驱动装置，用于沿X、Y方向驱动承片台移动，且所述承片台和所述旋转臂本体同步移动；
且，所述承片台正上方设置第二视觉定位装置，用于计算芯片基板上的装片位置中心和第二视觉定位装置的位置偏差，并移动承片台使得芯片基板上的装片位置中心正对第二视觉定位装置。
9.根据权利要求8所述的一种取片、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任一所述的一种取片、装片装置。
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