CN115966492B - 一种半导体ic载板自动组合机的封装工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体IC载板自动组合机的封装工具，包括工作台、移动台、料盘和操作组件，所述工作台上开设有加工口，所述移动台用于承载半导体晶圆，移动台滑动安装于工作台的底部，所述料盘用于承载IC载板。本发明通过控制移动台移动，使移动台在半导体晶圆切割前处于第一位置，并在半导体晶圆切割后处于第二位置，移动台移动至第二位置后，半导体晶圆碎料从移动台上掉落，实现半导体晶圆碎料的统一收集；还设置有操作组件将切割后的半导体晶圆片从移动台移动至料盘上方，并将半导体晶圆片和IC载板键合，解决了现有技术中半导体晶圆封装时需要采用多种设备配合而导致的设备造价昂贵、半导体晶圆输送过程中精度较低的问题。

Description

一种半导体IC载板自动组合机的封装工具

技术领域

本发明具体涉及半导体加工技术领域，具体是一种半导体IC载板自动组合机的封装工具。

背景技术

半导体封装是指将通过测试的按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装过程为：来自半导体晶圆前道工艺的半导体晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片(Die)，然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的IC载板()架的小岛上，再利用超细的金属(金锡铜铝)导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘(Bond Pad)连接到IC载板的相应引脚(Lead),并构成所要求的电路；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后还要进行一系列操作，封装完成后进行成品测试，通常经过入检Incoming、测试Test和包装Packing等工序，最后入库出货。

随着BGA((ball grid array)、CSP(chip scale package)等新型集成电路的蓬勃发展，对新型封装载板提出了更高的要求，作为最先进的印刷电路板(PCB)之一，IC载板与任何一种HDI和刚挠性PCB一样，在普及和应用方面都取得了突飞猛进的发展，目前已广泛应用于电信和电子产品的更新换代。IC载板是一种用于封装裸IC(集成电路)芯片的基板；IC载板是连接芯片和电路板的中间产品。

半导体封装需要多个步骤按顺序配合完成，现有技术中将完成各步骤的设备独立设置、分开作业，通过机械手完成各步骤所需的半导体晶圆原料、半导体晶圆半成品以及芯片的运输，这种多设备配合作业的方式不仅增加了设备数量，还增加了机械手数量，同时对机械手的操作精度具有很高的要求，而且各设备之间并不统一，长期使用时容易产生故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体IC载板自动组合机的封装工具，以解决上述背景技术中提出的现有技术中将完成各步骤的设备独立设置、分开作业，通过机械手完成各步骤所需的半导体晶圆原料、半导体晶圆半成品以及芯片的运输，这种多设备配合作业的方式不仅增加了设备数量，还增加了机械手数量，同时对机械手的操作精度具有很高的要求，而且各设备之间并不统一，长期使用时容易产生故障的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种半导体IC载板自动组合机的封装工具，包括：

工作台，所述工作台上开设有加工口；

移动台，所述移动台用于承载半导体晶圆，移动台滑动安装于工作台的底部，移动台在工作台底部滑动时具有处于加工口处的第一位置和远离加工口的第二位置，控制移动台移动，以使移动台在半导体晶圆切割前处于第一位置，并在半导体晶圆切割后处于第二位置；

料盘，所述料盘用于承载IC载板；

操作组件，所述操作组件用于对移动台上的半导体晶圆进行切割以及将切割后的半导体晶圆片从移动台移动至料盘上方；还用于将半导体晶圆片和IC载板键合。

作为本发明进一步的方案：所述移动台通过支架滑动安装在工作台上，支架上固定安装有旋转电机，所述旋转电机的输出端固定安装有主动齿轮，所述移动台通过转轴转动安装在支架上，所述转轴上固定安装有从动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合。

作为本发明再进一步的方案：所述工作台底部位于加工口的前后两侧对称安装有两根下导轨，所述支架通过导轨滑块滑动安装在下导轨上。

作为本发明再进一步的方案：所述工作台位于加工口的一侧设有供料盘摆放的工位，摆放在工位上的料盘中装有至少一个供切割后的半导体晶圆片胶粘的IC载板。

作为本发明再进一步的方案：所述操作组件为切割刀、机械手和涂胶设备中的一种或多种，其中：

切割刀，用于将半导体晶圆分切形成若干半导体晶圆片；

机械手，用于将切割后的半导体晶圆片从移动台移动至料盘上方；还用于将半导体晶圆片和涂覆有键合胶的IC载板键合；

涂胶设备，用于在IC载板表面涂覆键合胶。

由此可知，操作组件的作用包括：切割半导体晶圆、移动半导体晶圆片以及组装芯片，其中：

切割半导体晶圆，用于将半导体晶圆分切形成若干半导体晶圆片，分切方式可以采用切割刀、湿法刻蚀、干法刻蚀或激光切割等切割工艺中的一种进行切割，本实施例中优选采用切割刀的方式进行切割，例如水刀；

移动半导体晶圆片，用于将切割后的半导体晶圆片从移动台8移动至料盘7上方，本实施例中优选采用机械手带动半导体晶圆片移动；

组装芯片，用于在IC载板表面涂覆键合胶以及将半导体晶圆片和涂覆有键合胶的IC载板键合，本实施例中优选采用涂胶设备配合机械手完成芯片的组装，涂胶设备先将键合胶均匀涂覆在IC载板表面，然后利用机械手将半导体晶圆片和涂覆有键合胶的IC载板键合，组装形成芯片。

作为本发明再进一步的方案：所述工作台底部的四角处均安装有用于支撑的支腿，工作台上固定安装有机架，所述机架上设置有调节所述操作组件位置的第二调节机构，所述第二调节机构包括第二滑动座、固定安装在第二滑动座上的第二伸缩件以及至少一个固定安装在第二伸缩件伸缩端的第三伸缩件，所述第三伸缩件与所述第二伸缩件垂直设置，第三伸缩件的伸缩端与所述操作组件连接，由于操作组件包括多种设备，即切割刀、机械手和涂胶设备，第三伸缩件的设置数量与操作组件包含的设备数量一一对应，即一个第三伸缩件的伸缩端只与其中一个设备连接，通过对第二伸缩件以及对第三伸缩件的伸缩长度进行调节，从而对各设备进行位置调节，以配合工作台完成半导体晶圆的切割、半导体晶圆片的移动以及芯片的组装。

作为本发明再进一步的方案：所述机架上还设置有第一调节机构，所述第一调节机构包括转动安装在机架上的调节螺杆和固定安装在机架上的导向杆，所述调节螺杆和所述导向杆平行设置，所述第二滑动座与所述调节螺杆螺纹连接，第二滑动座还与所述导向杆滑动连接。

作为本发明再进一步的方案：所述工作台还设置有带动所述料盘移动的移料机构，所述移料机构包括两根对称安装在加工口前后两侧的上导轨、滑动安装在上导轨上的滑动座，所述滑动座上安装有第四伸缩件，所述第四伸缩件的伸缩端设置有夹料手。

作为本发明再进一步的方案：还包括有存放半导体晶圆的储料箱以及将储料箱内部存储的半导体晶圆移动至移动台上的取料机构，所述储料箱上部开口，所述取料机构包括第一滑动座、固定安装在第一滑动座上的第一伸缩件以及固定安装于第一伸缩件伸缩端的吸盘。

作为本发明再进一步的方案：所述储料箱包括箱体，所述箱体的底部固定安装有自动伸缩器，自动伸缩器的伸缩端固定安装有用于半导体晶圆放置的底板，所述自动伸缩器包括底座和滑动安装在底座上的支撑件，所述支撑件的下部通过弹簧与所述底座连接，支撑件的上部与所述底板固定连接，在弹簧弹力作用下，底板自适应的调节高度，以使半导体晶圆与吸盘底部贴合，方便取料机构拿取半导体晶圆。

进一步的，由于半导体晶圆厚度小，多个半导体晶圆堆叠放置时容易相互吸附，为了避免这一问题，所述储料箱的开口处设置有至少一个吹气头，所述吹气头的内部开设有气腔，吹气头的一侧开设有若干吹气孔，吹气头的另一侧开设有进气口，所述吹气孔和进气口均与气腔连通，所述箱体的内部还安装有气泵，所述气泵的排气口与所述进气口连通，气泵通过进气口向气腔内部导入空气，空气经由吹气孔吹出，使储料箱的开口处相互贴附的两片半导体晶圆分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过控制移动台移动，使移动台在半导体晶圆切割前处于第一位置，并在半导体晶圆切割后处于第二位置，移动台移动至第二位置后，半导体晶圆碎料从移动台上掉落，实现半导体晶圆碎料的统一收集；还设置有操作组件对移动台上的半导体晶圆进行切割、将切割后的半导体晶圆片从移动台移动至料盘上方，并将半导体晶圆片和IC载板键合，解决了现有技术中半导体晶圆封装时需要采用多种设备配合而导致的设备造价昂贵、半导体晶圆输送过程中精度较低的问题。

附图说明

图1为半导体IC载板自动组合机的封装工具的结构示意图。

图2为半导体IC载板自动组合机的封装工具的正视图。

图3为半导体IC载板自动组合机的封装工具的侧视图。

图4为半导体IC载板自动组合机的封装工具的仰视图。

图5为半导体IC载板自动组合机的封装工具中取料机构的结构示意图。

图6为半导体IC载板自动组合机的封装工具中储料箱的结构示意图。

图7为半导体IC载板自动组合机的封装工具中吹气头的结构示意图。

图中：1-工作台、11-支腿、12-机架、13-加工口、14-放置槽；

2-储料箱、21-箱体、22-自动伸缩器、23-底板、24-吹气头、241-吹气孔、242-进气口、25-气泵；

3-第一调节机构、31-调节螺杆、32-导向杆；

4-取料机构、41-第一滑动座、42-第一伸缩件、43-吸盘；

5-第二调节机构、51-第二滑动座、52-第二伸缩件、53-第三伸缩件；

6-移料机构、61-滑动座、62-夹料手；

7-料盘；

8-移动台、81-下导轨、82-台体、83-从动齿轮、84-主动齿轮、85-支架；

9-操作组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

半导体封装是指将通过测试的按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装过程为：来自半导体晶圆前道工艺的半导体晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片(Die)，然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的IC载板()架的小岛上，再利用超细的金属(金锡铜铝)导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘(Bond Pad)连接到IC载板的相应引脚(Lead),并构成所要求的电路；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后还要进行一系列操作，封装完成后进行成品测试，通常经过入检Incoming、测试Test和包装Packing等工序，最后入库出货。

半导体封装需要多个步骤按顺序配合完成，现有技术中将完成各步骤的设备独立设置、分开作业，通过机械手完成各步骤所需的半导体晶圆原料、半导体晶圆半成品以及芯片的运输，这种多设备配合作业的方式不仅增加了设备数量，还增加了机械手数量，同时对机械手的操作精度具有很高的要求，而且各设备之间并不统一，长期使用时容易产生故障。

基于此，本发明实施例中，一种半导体IC载板自动组合机的封装工具，应用于半导体封装，具体用于半导体晶圆的切割以及将切割后的半导体晶圆片胶粘至IC载板上，如图1-4所示，包括有工作台1、用于承载IC载板的料盘7、用于承载半导体晶圆的移动台8以及至少一个对半导体晶圆进行加工的操作组件9，本实施例中，对半导体晶圆进行加工的方式包括对半导体晶圆进行切割得到若干半导体晶圆片以及将切割后的半导体晶圆片胶粘至IC载板上，由于半导体晶圆的加工方式包括两个不同的步骤，两个步骤并不在同一个操作区域完成，因此，操作组件9还用于带动半导体晶圆片移动；

在本发明实施例中，所述工作台1上开设有加工口，所述移动台8滑动安装于工作台1的底部，移动台8在工作台1底部滑动时具有处于加工口处的第一位置和远离加工口的第二位置，来自半导体晶圆前道工艺的半导体晶圆在封装时摆放在移动台8上，此时移动台8处于第一位置，对移动台8上的半导体晶圆进行切割得到多个半导体晶圆片，将半导体晶圆片胶粘后移动台8上留存的半导体晶圆片即为半导体晶圆残料，此时控制移动台8从第一位置移动至第二位置，半导体晶圆残料从移动台8上脱离，可以理解的是，由于半导体晶圆残料厚度较薄，移动台8应当贴近工作台1设置，移动台8与工作台1之间的间距应当小于单片半导体晶圆的厚度；

请参阅图2-4，所述移动台8通过支架85滑动安装在工作台1上，支架85上固定安装有旋转电机，所述旋转电机的输出端固定安装有主动齿轮84，所述移动台8通过转轴转动安装在支架85上，所述转轴上固定安装有从动齿轮83，所述从动齿轮83与所述主动齿轮84啮合，所述旋转电机工作时驱动所述主动齿轮83转动，进而带动从动齿轮84以及移动台8旋转，放置在移动台8上的半导体晶圆跟随转动，从而在半导体晶圆切割时能够对切割设备的切割位置进行调节；

请再次参阅图2和4，在本发明实施例中，所述工作台1底部位于加工口13的前后两侧对称安装有两根下导轨81，所述支架85通过导轨滑块滑动安装在下导轨81上，支架85沿下导轨81滑动，至于驱动该支架85滑动的组件可以参考现有技术中的线性驱动装置，例如丝杆驱动装置或伸缩杆驱动装置等。

请再次参阅图1，在本发明实施例中，所述工作台1位于加工口13的一侧设有供料盘7摆放的工位，需要说明的是，摆放在工位上的料盘7中装有至少一个供切割后的半导体晶圆片胶粘的IC载板，半导体晶圆片由操作组件9上拾取并移动至对应的IC载板上方进行半导体晶圆片与IC载板的胶粘作业，值得注意的是，胶粘作业前应在IC载板上涂覆胶液，该胶液的涂覆工作也由操作组件9完成；

由上述技术方案可知，操作组件9的作用包括：切割半导体晶圆、移动半导体晶圆片以及组装芯片，其中：

切割半导体晶圆，用于将半导体晶圆分切形成若干半导体晶圆片，分切方式可以采用切割刀、湿法刻蚀、干法刻蚀或激光切割等切割工艺中的一种进行切割，本实施例中优选采用切割刀的方式进行切割，例如水刀；

移动半导体晶圆片，用于将切割后的半导体晶圆片从移动台8移动至料盘7上方，本实施例中优选采用机械手带动半导体晶圆片移动；

组装芯片，用于在IC载板表面涂覆键合胶以及将半导体晶圆片和涂覆有键合胶的IC载板键合，本实施例中优选采用涂胶设备配合机械手完成芯片的组装，涂胶设备先将键合胶均匀涂覆在IC载板表面，然后利用机械手将半导体晶圆片和涂覆有键合胶的IC载板键合，组装形成芯片；

综上所述，所述操作组件9为切割刀、机械手和涂胶设备中的一种或多种，上述设备均可采用现有技术中对应的设备，本实施例在此不做赘述。

在本发明实施例中，所述工作台1底部的四角处均安装有用于支撑的支腿11，工作台1上固定安装有机架12，所述机架12上设置有调节所述操作组件9位置的第二调节机构5，所述第二调节机构5包括第二滑动座51、固定安装在第二滑动座51上的第二伸缩件52以及至少一个固定安装在第二伸缩件52伸缩端的第三伸缩件53，所述第三伸缩件53与所述第二伸缩件52垂直设置，第三伸缩件53的伸缩端与所述操作组件9连接，需要说明的是，由于操作组件9包括多种设备，即切割刀、机械手和涂胶设备，第三伸缩件53的设置数量与操作组件9包含的设备数量一一对应，即一个第三伸缩件53的伸缩端只与其中一个设备连接，通过对第二伸缩件52以及对第三伸缩件53的伸缩长度进行调节，从而对各设备进行位置调节，以配合工作台完成半导体晶圆的切割、半导体晶圆片的移动以及芯片的组装；

进一步的，所述机架12上还设置有第一调节机构3，所述第一调节机构3包括转动安装在机架12上的调节螺杆31和固定安装在机架12上的导向杆32，所述调节螺杆31和所述导向杆32平行设置，所述第二滑动座51与所述调节螺杆31螺纹连接，第二滑动座51还与所述导向杆32滑动连接，控制所述调节螺杆31旋转，对所述第二滑动座51的水平位置进行调节；

还有，所述机架12上还固定安装有驱动所述调节螺杆31旋转的驱动电机，图1-2中省略了驱动电机的附图显示。

请再次参阅图1，所述工作台1上还开设有供料盘7放置的放置槽14，所述放置槽14中放置的料盘7为待移动至工位上的料盘7或从工位上取下的料盘7；

进一步的，所述工作台1还设置有带动所述料盘7移动的移料机构6，所述移料机构6包括两根对称安装在加工口13前后两侧的上导轨、滑动安装在上导轨上的滑动座61，所述滑动座61上安装有第四伸缩件，所述第四伸缩件的伸缩端设置有夹料手62，驱动所述滑动座61沿上导轨移动，当滑动座61移动至料盘7处时，伸长第四伸缩件的伸缩端，控制夹料手62对料盘7进行夹持固定，料盘7夹持完成后再次控制滑动座61移动，即可对料盘7的水平移动位置进行调节。

请参阅图1、6和7，本发明实施例还包括有存放半导体晶圆的储料箱2以及将储料箱2内部存储的半导体晶圆移动至移动台8上的取料机构4，所述储料箱2上部开口，用于取料机构4伸入储料箱2的内部拿取半导体晶圆，所述取料机构4包括第一滑动座41、固定安装在第一滑动座41上的第一伸缩件42以及固定安装于第一伸缩件42伸缩端的吸盘43，取料机构4通过吸盘43的吸附能力拿取半导体晶圆，本实施例中，所述吸盘43采用气泵式，通过抽气的方式在吸盘43和半导体晶圆的贴合处形成负压拿取吸盘43，在放置吸盘43时只需进行排气即可；

本发明实施例中，所述机架12上也设置有带动第一滑动座41水平移动的第一调节机构3，用于调节第一滑动座41、吸盘43以及半导体晶圆的位置。

为了使储料箱2中的半导体晶圆能够充分贴合吸盘43，所述储料箱2包括箱体21，所述箱体21的底部固定安装有自动伸缩器22，自动伸缩器22的伸缩端固定安装有用于半导体晶圆放置的底板23，所述自动伸缩器22包括底座和滑动安装在底座上的支撑件，所述支撑件的下部通过弹簧与所述底座连接，支撑件的上部与所述底板23固定连接，在弹簧弹力作用下，底板23自适应的调节高度，以使半导体晶圆与吸盘43底部贴合，方便取料机构4拿取半导体晶圆；

进一步的，由于半导体晶圆厚度小，多个半导体晶圆堆叠放置时容易相互吸附，为了避免这一问题，所述储料箱2的开口处设置有至少一个吹气头24，所述吹气头24的内部开设有气腔，吹气头24的一侧开设有若干吹气孔241，吹气头24的另一侧开设有进气口242，所述吹气孔241和进气口242均与气腔连通，所述箱体21的内部还安装有气泵25，所述气泵25的排气口与所述进气口242连通，气泵25通过进气口242向气腔内部导入空气，空气经由吹气孔241吹出，使储料箱2的开口处相互贴附的两片半导体晶圆分离。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种半导体IC载板自动组合机的封装工具，其特征在于，包括：

工作台，所述工作台上开设有加工口；

移动台，所述移动台用于承载半导体晶圆，移动台滑动安装于工作台的底部，移动台在工作台底部滑动时具有处于加工口处的第一位置和远离加工口的第二位置，控制移动台移动，以使移动台在半导体晶圆切割前处于第一位置，并在半导体晶圆切割后处于第二位置；

料盘，所述料盘用于承载IC载板；

操作组件，所述操作组件用于对移动台上的半导体晶圆进行切割以及将切割后的半导体晶圆片从移动台移动至料盘上方；还用于将半导体晶圆片和IC载板键合；

所述工作台底部的四角处均安装有用于支撑的支腿，工作台上固定安装有机架，所述机架上设置有调节所述操作组件位置的第二调节机构，所述第二调节机构包括第二滑动座、固定安装在第二滑动座上的第二伸缩件以及至少一个固定安装在第二伸缩件伸缩端的第三伸缩件，所述第三伸缩件与所述第二伸缩件垂直设置，第三伸缩件的伸缩端与所述操作组件连接；所述机架上还设置有第一调节机构，所述第一调节机构包括转动安装在机架上的调节螺杆和固定安装在机架上的导向杆，所述调节螺杆和所述导向杆平行设置，所述第二滑动座与所述调节螺杆螺纹连接，第二滑动座还与所述导向杆滑动连接。

2.根据权利要求1所述的半导体IC载板自动组合机的封装工具，其特征在于，所述移动台通过支架滑动安装在工作台上，支架上固定安装有旋转电机，所述旋转电机的输出端固定安装有主动齿轮，所述移动台通过转轴转动安装在支架上，所述转轴上固定安装有从动齿轮，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的半导体IC载板自动组合机的封装工具，其特征在于，所述工作台底部位于加工口的前后两侧对称安装有两根下导轨，所述支架通过导轨滑块滑动安装在下导轨上。

4.根据权利要求1所述的半导体IC载板自动组合机的封装工具，其特征在于，所述工作台位于加工口的一侧设有供料盘摆放的工位，摆放在工位上的料盘中装有至少一个供切割后的半导体晶圆片胶粘的IC载板。

5.根据权利要求1所述的半导体IC载板自动组合机的封装工具，其特征在于，所述工作台还设置有带动所述料盘移动的移料机构，所述移料机构包括两根对称安装在加工口前后两侧的上导轨、滑动安装在上导轨上的滑动座，所述滑动座上安装有第四伸缩件，所述第四伸缩件的伸缩端设置有夹料手。

6.根据权利要求1-5任一所述的半导体IC载板自动组合机的封装工具，其特征在于，还包括有存放半导体晶圆的储料箱以及将储料箱内部存储的半导体晶圆移动至移动台上的取料机构，所述储料箱上部开口，所述取料机构包括第一滑动座、固定安装在第一滑动座上的第一伸缩件以及固定安装于第一伸缩件伸缩端的吸盘。

7.根据权利要求6所述的半导体IC载板自动组合机的封装工具，其特征在于，所述储料箱包括箱体，所述箱体的底部固定安装有自动伸缩器，自动伸缩器的伸缩端固定安装有用于半导体晶圆放置的底板，所述自动伸缩器包括底座和滑动安装在底座上的支撑件，所述支撑件的下部通过弹簧与所述底座连接，支撑件的上部与所述底板固定连接。