CN116435225B - 一种非接触式拾取芯片的位姿控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式拾取芯片的位姿控制方法，芯片位姿控制相关技术领域，其包括一种非接触式拾取芯片的位姿调整设备，该设备包括有载物台、芯片旋流拾取机构、X轴平移组件、芯片吸附位姿调整机构、Y轴平移组件、视觉纠姿系统、激光纠姿系统；所述芯片旋流拾取机构位于所述载物台上，所述X轴平移组件横设在所述载物台上，其输出端和所述芯片吸附位姿调整机构连接；所述芯片吸附位姿调整机构垂直所述X轴平移组件的运动方向设置；所述Y轴平移组件纵向设置在所述载物台上，其可带动所述视觉纠姿系统、所述激光纠姿系统往复运动。本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿调整设备及控制方法，提高超薄大芯片堆叠良品率，生产效率高。
Description
技术领域
本发明属于芯片位姿控制相关技术领域，更具体地，涉及一种非接触式拾取芯片的位姿控制方法。
背景技术
集成电路芯片的工艺技术不停的迅速发展，使得芯片内部电路的密度愈来愈高，芯片的焊垫和导线面积愈来愈小。芯片堆叠技术就成为提高芯片性能的一个重要发展方向。
超薄大芯片的堆叠不同于传统芯片的点在于其尺寸较大，达到十多个毫米以上，所以在堆叠过程中需要有效控制上下两块芯片堆叠时的准确度和贴合面的质量。然而，目前的技术并不能实现超薄大芯片的高精密的堆叠，导致芯片堆叠时产生气泡，影响最终成品的良品率，生产效率低。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种非接触式拾取芯片的位姿控制方法，旨在解决现有技术中超薄大芯片堆叠良品率低、生产效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种非接触式拾取芯片的位姿控制方法，其包括一种非接触式拾取芯片的位姿调整设备，该设备包括有载物台、芯片旋流拾取机构、X轴平移组件、芯片吸附位姿调整机构、Y轴平移组件、视觉纠姿系统、激光纠姿系统；
所述载物台作为安装载体；
所述芯片旋流拾取机构位于所述载物台上，用于将晶圆上的超薄大芯片从晶圆上剥离；
所述X轴平移组件横设在所述载物台上，其输出端和所述芯片吸附位姿调整机构连接，可带动所述芯片吸附位姿调整机构往复运动；
所述芯片吸附位姿调整机构垂直所述X轴平移组件的运动方向设置，用于对所述旋流拾取机构上的超薄大芯片进行吸附转移，并进行位姿调整；
所述Y轴平移组件纵向设置在所述载物台上，其可带动所述视觉纠姿系统、所述激光纠姿系统往复运动，且位于所述X轴平移组件下方；
所述视觉纠姿系统、所述激光纠姿系统用于对超薄大芯片位置进行确定，计算超薄大芯片的位姿调整参数。
更进一步地，所述芯片旋流拾取机构包括有竖直设置的第一模组，所述第一模组的滑块上垂直设有旋转电机，所述旋转电机的输出端设有用于吸附超薄大芯片的吸盘组件。
更进一步地，所述芯片吸附位姿调整机构包括有竖直设置的第二模组，所述第二模组的滑块上设有四轴调整机构，所述四轴调整机构的输出端设有连接板，所述连接板上垂直设有用于吸附超薄大芯片的吸附组件。
更进一步地，所述吸盘组件包括用于和所述旋转电机输出端固定的连接件，所述连接件端部设有非接触式吸盘。
更进一步地，所述吸附组件包括有真空发生器，所述真空发生器下方设有连接杆，所述连接杆下方设有微球面吸嘴。
更进一步地，所述四轴调整机构内设有3个转轴，能实现三维空间中X、Y、Z三个方向的转动。
更进一步地，所述旋转电机可带动所述吸盘组件旋转180°。
该方法包括以下步骤：
S100、芯片旋流拾取机构将超薄大芯片从晶圆上剥离；
S200、芯片吸附位姿调整机构将超薄大芯片进行吸附转移，在进行转移的过程中通过纠姿系统进行定位，纠姿系统通过平面法向量纠姿算法计算出位姿调整参数；
S300、芯片吸附位姿调整机构根据计算的位姿调整参数，对超薄大芯片位置进行纠正。
更进一步地，位姿调整参数的具体计算过程为：通过纠姿系统得到靠近超薄大芯片四个边角的四个点，选取四个点中任意三个点的参数，采用平面法向量纠姿算法计算得到位姿调整参数，所述位姿调整参数包括有X轴向、Y轴向的纠姿角度、/>。
更进一步地，平面法向量纠姿算法每次选取四个点中任意三个点的参数，计算次，每三个点的参数计算得到纠姿角度/>、/>，最后将多次计算得到的纠正角度/>、/>依次求平均值得/>、/>。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿控制方法，包括一种非接触式拾取芯片的位姿调整设备，通过芯片旋流拾取机构，无接触的将芯片从晶圆上剥离，能够有效保护芯片表面电路的不被破坏；通过吸附位姿调整机构和视觉纠姿系统、激光纠姿系统三者配合，采用平面法向量纠姿算法对芯片的实时位置进行确定，并计算出位姿调整参数，并通过吸附位姿调整机构完成芯片的调整动作，大幅度的提高芯片堆叠的精度，有效排除芯片堆叠时产生的气泡影响最终芯片的良品率，极大的提高工业现场的生产产能，提升生产效率。
附图说明
图1是本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿调整设备的结构示意图；
图2是本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿调整设备的主视图；
图3是本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿调整设备的芯片旋流拾取机构的结构示意图；
图4是本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿调整设备的吸附位姿调整机构的结构示意图；
图5是本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿调整设备的微球面吸嘴的结构示意图；
图6是本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿调整设备的微球面吸嘴的白光干涉分析图；
图7是本发明提供的非接触式拾取芯片的位姿控制方法的流程图；
图8是本发明提供的激光纠姿系统对芯片检测时的检测点位示意图；
图9是本发明提供的三点算法求平面法向量的示意图；
图10是本发明提供的利用平面法向量纠姿算法计算纠姿角度的示意图。
附图中各数字标记对应的结构为：100-载物台，200-芯片旋流拾取机构，201-第一模组，202-旋转电机，203-吸盘组件，2031-连接件，2032-非接触式吸盘，300-X轴平移组件，400-芯片吸附位姿调整机构，401-第二模组，402-连接座，403-四轴调整机构，404-连接板，405-吸附组件，4051-真空发生器，4052-连接杆，4053-微球面吸嘴，500-Y轴平移组件，600-视觉纠姿系统，700-激光纠姿系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图1至图6，本发明提供一种非接触式拾取芯片的位姿控制方法，其包括一种非接触式拾取芯片的位姿调整设备，该设备用于将超薄大芯片（后续可简述为芯片）从晶圆上剥离，并进行高精度堆叠，如图1所示，a代表晶圆，a1代表晶圆上切割好的芯片，其包括有载物台100、芯片旋流拾取机构200、X轴平移组件300、芯片吸附位姿调整机构400、Y轴平移组件500、视觉纠姿系统600、激光纠姿系统700；其中，载物台100作为安装载体，用于安装上述机构；芯片旋流拾取机构200位于载物台100上，用于将晶圆上的超薄大芯片从晶圆上剥离；如图1所示，X轴平移组件300横设在载物台100上，沿载物台100长度方向设置，且具有一定的安装高度，其输出端和芯片吸附位姿调整机构400连接，可带动芯片吸附位姿调整机构400往复运动；参阅图1、图2，芯片吸附位姿调整机构垂直X轴平移组件300的运动方向设置，用于对旋流拾取机构200上的超薄大芯片进行吸附转移，并进行位姿调整；同时，为方便对芯片进行定位，并计算出位姿调整参数，视觉纠姿系统600、激光纠姿系统700用于对超薄大芯片位置进行确定，计算超薄大芯片的位姿调整参数；为方便对视觉纠姿系统600、激光纠姿系统700进行位置调整，Y轴平移组件500纵向设置在载物台100上，其可带动视觉纠姿系统600、激光纠姿系统700往复运动，且位于X轴平移组件300下方。下面结合具体实施例对各部件进行详细说明。
视觉纠姿系统600和激光纠姿系统700都为行业内的标准件，可根据具体需求进行选用，在本实施例中，激光纠姿系统700的型号选用LJ-X8020。
芯片旋流拾取机构200用于对芯片a1进行剥离，其包括有竖直设置的第一模组201，第一模组201的滑块上垂直设有旋转电机202，旋转电机202的输出端设有用于吸附超薄大芯片的吸盘组件203，旋转电机202可带动吸盘组件203旋转180°，进而将芯片转运至吸附位置，具体的，为实现对芯片的非接触式吸附，避免和芯片表面直接接触，损坏电路，吸盘组件203包括用于和旋转电机202输出端固定的连接件2031，连接件2031端部设有非接触式吸盘2032，（非接触式吸盘与工件之间存在一层气流，所以可以实现工件与吸盘之间无物理接触，适合于避免触碰的物料的吸取场合），在本实施例中，非接触式吸盘2032采用伯努利吸盘。
进一步地，在一些实施例中，芯片旋流拾取机构上还设有用于芯片四周进行拾取定位的针状弹簧限位装置。
芯片吸附位姿调整机构400用于对芯片的位姿进行调整纠正，保证每块芯片上下堆叠时精准定位，其包括有竖直设置的第二模组401，第二模组401的滑块上设有四轴调整机构403，为方便对四轴调整机构403进行连接，第二模组401的滑块上设有连接座402；四轴调整机构403的输出端设有连接板404，连接板404上垂直设有用于吸附超薄大芯片的吸附组件405。
具体的，吸附组件405包括有真空发生器4051，真空发生器4051下方设有连接杆4052，连接杆下方设有微球面吸嘴4053，其中，真空发生器4051和连接杆4052、微球面吸嘴4053内部连通形成有真空流道，微球面吸嘴4053上的吸附孔在周向上均布，如图5所示；采用微球面吸嘴4053，可避免贴装的气泡产生，减少不良；在本实施例中，为便于体现微球面吸嘴4053的结构，采用白光干涉仪对其进行测量，如图6所示，微球面吸嘴4053上的最低点和最高点的高度差为5-30um。
如图1所示，芯片被非接触式吸盘2032吸附并转动180°后，芯片到达吸附位置；为了实现对芯片空间内的位置调整，其中，由于X轴平移组件可带动四轴调整机构403在X轴向平移，第二模组401可带动四轴调整机构403在Z轴向平移，更进一步地，四轴调整机构内设有3个转轴，能实现三维空间中X、Y、Z三个方向的转动，并能实现Y轴向的平移，进而使芯片在空间内6个自由度上均可调整。
如图7所示，该方法包括以下步骤：
S100、芯片旋流拾取机构将超薄大芯片从晶圆上剥离；其具体步骤为：第一模组201带动吸盘组件203下降，使非接触式吸盘2032对芯片进行吸附，旋转电机202工作，带动吸盘组件203旋转180°，进而将芯片转运至吸附位置；
S200、芯片吸附位姿调整机构将超薄大芯片进行吸附转移，在进行转移的过程中通过纠姿系统进行定位，纠姿系统通过平面法向量纠姿算法计算出位姿调整参数；
其具体步骤包括有：
S201、X轴平移组件300带动芯片吸附位姿调整机构400整体运动，使吸附组件405位于芯片正上方，第二模组401带动四轴调整机构403下降，使吸附组件405对芯片完成吸附；
S202、X轴平移组件300带动芯片移动至视觉纠姿系统600内，通过视觉匹配算法，分析出照片中芯片的位置，然后计算出相对于相机视野中心的X轴移动量、Y轴移动量和旋转角度，通过四轴调整机构403和Y轴平移组件，实现芯片中心与视觉相机中心同心，同时通过旋转芯片使芯片XY方向与XY轴平行；
S203、X轴平移组件300带动芯片移动至激光纠姿系统700内，Y轴平移组件带动激光纠姿传系统扫描整个芯片，得到靠近超薄大芯片四个边角的四个点，如图8中ABCD四个点；
S300、芯片吸附位姿调整机构根据计算的位姿调整参数，对超薄大芯片位置进行纠正。
位姿调整参数的具体计算过程为：选取ABCD四个点中任意三个点的参数，采用平面法向量纠姿算法计算得到位姿调整参数，位姿调整参数包括有X轴向、Y轴向的纠姿角度、/>；在本实施例中，计算出平面（ABC）的法向量，如图9、图10所示，然后通过法向量计算纠姿角度/>、/>，四轴调整机构403将超薄大芯片纠正，完成纠姿过程。
更进一步地，为了使纠姿角度更加准确，平面法向量纠姿算法每次选取四个点中任意三个点的参数，计算次，即4次，每三个点的参数计算得到纠姿角度/>、/>，最后将多次计算得到的纠正角度/>、/>依次求平均值得/>、/>，/>、/>即为最终的纠姿角度。
非接触式拾取芯片的位姿调整设备，还包括有控制模块，芯片旋流拾取机构200、X轴平移组件300、芯片吸附位姿调整机构400、Y轴平移组件500、视觉纠姿系统600、激光纠姿系统700均和控制模块电连接，以方便各组件之间的进行信号传输。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种非接触式拾取芯片的位姿控制方法，其包括一种非接触式拾取芯片的位姿调整设备，其特征在于：该设备包括有载物台（100）、芯片旋流拾取机构（200）、X轴平移组件（300）、芯片吸附位姿调整机构（400）、Y轴平移组件（500）、视觉纠姿系统（600）、激光纠姿系统（700）；
所述载物台（100）作为安装载体；
所述芯片旋流拾取机构（200）位于所述载物台（100）上，用于将晶圆上的超薄大芯片从晶圆上剥离；
所述X轴平移组件（300）横设在所述载物台（100）上，其输出端和所述芯片吸附位姿调整机构（400）连接，可带动所述芯片吸附位姿调整机构（400）往复运动；
所述芯片吸附位姿调整机构（400）垂直所述X轴平移组件（300）的运动方向设置，用于对所述旋流拾取机构（200）上的超薄大芯片进行吸附转移，并进行位姿调整；
所述Y轴平移组件（500）纵向设置在所述载物台（100）上，其可带动所述视觉纠姿系统（600）、所述激光纠姿系统（700）往复运动，且位于所述X轴平移组件（300）下方；
所述视觉纠姿系统（600）、所述激光纠姿系统（700）用于对超薄大芯片位置进行确定，计算超薄大芯片的位姿调整参数；
所述芯片旋流拾取机构（200）包括有竖直设置的第一模组（201），所述第一模组（201）的滑块上垂直设有旋转电机（202），所述旋转电机（202）的输出端设有用于吸附超薄大芯片的吸盘组件（203）；
所述吸盘组件（203）包括用于和所述旋转电机（202）输出端固定的连接件（2031），所述连接件（2031）端部设有非接触式吸盘（2032）；
所述旋转电机（202）可带动所述吸盘组件（203）旋转180°；
该方法包括以下步骤：
S100、芯片旋流拾取机构将超薄大芯片从晶圆上剥离；
S200、芯片吸附位姿调整机构将超薄大芯片进行吸附转移，在进行转移的过程中通过纠姿系统进行定位，纠姿系统通过平面法向量纠姿算法计算出位姿调整参数；
S300、芯片吸附位姿调整机构根据计算的位姿调整参数，对超薄大芯片位置进行纠正；
位姿调整参数的具体计算过程为：通过纠姿系统得到靠近超薄大芯片四个边角的四个点，选取四个点中任意三个点的参数，采用平面法向量纠姿算法计算得到位姿调整参数，所述位姿调整参数包括有X轴向、Y轴向的纠姿角度、/>。
2.如权利要求1所述的非接触式拾取芯片的位姿控制方法，其特征在于：所述芯片吸附位姿调整机构（400）包括有竖直设置的第二模组（401），所述第二模组（401）的滑块上设有四轴调整机构（403），所述四轴调整机构（403）的输出端设有连接板（404），所述连接板（404）上垂直设有用于吸附超薄大芯片的吸附组件（405）。
3.如权利要求2所述的非接触式拾取芯片的位姿控制方法，其特征在于：所述吸附组件（405）包括有真空发生器（4051），所述真空发生器（4051）下方设有连接杆（4052），所述连接杆下方设有微球面吸嘴（4053）。
4.如权利要求2所述的非接触式拾取芯片的位姿控制方法，其特征在于：所述四轴调整机构内设有3个转轴，能实现三维空间中X、Y、Z三个方向的转动。
5.如权利要求1所述的非接触式拾取芯片的位姿控制方法，其特征在于：平面法向量纠姿算法每次选取四个点中任意三个点的参数，计算次，每三个点的参数计算得到纠姿角度/>、/>，最后将多次计算得到的纠正角度/>、/>依次求平均值得/>、/>。
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| WO2019210627A1 (zh) * | 2018-05-03 | 2019-11-07 | 苏州艾科瑞思智能装备股份有限公司 | 一种高精度快速取片、装片装置及采用它的装片机 |
| CN112366158A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-12 | 深圳中科精工科技有限公司 | 一种高密度led固晶设备 |
-
2023
- 2023-04-26 CN CN202310468678.1A patent/CN116435225B/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
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