CN116435240A - 对准和放置电子部件的方法和对准和放置电子部件的系统 - Google Patents

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Abstract

一种对准和放置电子部件的方法包括：利用透过电子部件的光照射电子部件，使电子部件的至少一个特征从第一表面侧可见，并且至少一个特征从第二表面侧可见；获得电子部件的图像，包含目前从第一表面侧可见的至少一个特征和从第二表面侧可见的至少一个特征的图像数据；计算校正值，校正值指示电子部件的第二表面侧相对于电子部件的第一表面侧的位置；将电子部件传送至组装站；通过用校正值调整放置区域计算电子部件的调整的放置区域的位置，放置区域是组装站内必须放置电子部件的第二侧的区域；通过获得包含电子部件的第一表面侧的图像数据的图像和构造为放置电子部件的组装装置放置电子部件，得电子部件的第一表面侧位于调整的指定区域内。

Description

对准和放置电子部件的方法和对准和放置电子部件的系统
技术领域
本公开涉及一种在制造期间对准电子部件(特别是具有不规则形状的半导体部件)的技术。
背景技术
当在半导体拾取和放置应用中对准电子部件时，底侧对准通常基于部件的外部物理边缘。由于切割工艺的变化，这种对准与部件的顶表面上存在的任何结构没有直接的相关性。这些外部物理边缘也可以表现出由所应用的切割工艺导致的高粗糙度，这对对准精度具有大的影响。此外，产品侧壁可以表现出显著的倾斜侧面，该倾斜侧面在产品与产品之间是不同的，从而顶表面和底表面不对准。
通常，半导体拾取和放置组装设备基于半导体装置的表面上的可视结构来对准产品。当需要在这些装置的顶部和底部之间对准时，需要在产品的两侧上都可见的对准结构。实际上，这通常意味着在产品的外边缘上对准，因为大多数装置具有直的边缘(平行于相机视轴)。
现有技术利用外部结构(大部分是产品的外部物理边缘)来对准。由于这些特征并不总是存在于半导体产品的两侧上，因此在产品的另一侧而不是成像的一侧的结构上的对准并不总是可能的。
文献US8750597B2公开了一种对半导体装置执行检查对准点选择的方法，其包括：利用计算机装置导入与半导体裸片的区域相对应的一个或多个半导体设计文件；将从所述一个或多个半导体设计文件取得的设计与从半导体晶圆的裸片取得的图像对准；以及选择对准点并记录设计文件中与对准点相对应的部分作为主基准图像。
文献US6185816B1公开了一种通过将可移动的拾取和放置装置与可移动的光学控制装置对准来处理半导体工件的系统。该系统和方法提供了通过拾取和放置装置提供形成印记。然后，光学控制装置可与该印记对准，从而在拾取和放置装置与光学控制装置之间形成对准。一旦对准完成，形成印记的材料可以用一个或多个半导体工件来代替。
因此，本公开的目的是提供一种改进的对准方法，其可以用在半导体部件或装置的顶表面上的特征由于工艺限制而不充分的情况以及底表面可能也没有表现出与顶表面的任何对准相关性的情况。
发明内容
根据本公开的第一示例，提出了一种对准和放置电子部件的方法，其中电子部件具有第一顶表面侧和与第一表面侧相对的第二底表面侧。还方法包括以下步骤：使用光源单元，用透过所述电子部件的光照射所述电子部件，使得所述电子部件的至少一个特征从所述第一表面侧可见并且至少一个特征从所述第二表面侧可见；使用第一相机单元获得所述电子部件的图像，所述电子部件的图像包含目前从所述第一表面侧可见的所述至少一个特征和从所述第二表面侧可见的所述至少一个特征的图像数据；基于所述图像数据计算校正值，其中所述校正值指示所述电子部件的所述第二表面侧相对于所述电子部件的所述第一表面侧的位置；将所述电子部件传送到组装站；通过利用所述校正值调整放置区域来计算所述电子部件的调整后的放置区域的位置，所述放置区域是所述组装站内的所述电子部件的所述第二侧必须被放置的区域；使用第二相机单元，通过获得包含所述电子部件的所述第一表面侧的图像数据的图像以及被构造为放置所述电子部件的组装装置来放置所述半导体部件，使得所述电子部件的所述第一表面侧位于所述调整后的指定区域内。
优选地，光源单元发射红外波长光谱或可见波长光谱的光。
优选地，在步骤a和b中，将电子部件定位在光源单元和第一相机单元之间。
优选地，在步骤a和b中，光源单元和第一相机单元指向相同的方向。
优选地，在步骤c中，使用模板匹配算法或一个或多个机器学习算法。
优选地，第一相机单元和/或第二相机单元的轴垂直于电子部件的第一表面侧和/或第二表面侧。
在非限制性示例中，电子部件被放置在集成电路衬底上。可替换地，转移衬底可特别用于LED应用中。
此外，在非限制性示例中，电子部件是蓝宝石部件。然而，可以使用任何其它类型的半导体部件，例如硅半导体部件。这两个示例都可以用于可见光源和近红外光源。
根据本公开的另一示例，公开了一种用于对准和放置电子部件的系统。该系统包括光源单元；第一相机单元，其被配置为获得第一测量位置处的电子部件的图像，电子部件具有第一顶表面侧和与第一表面侧相对的第二底表面侧，该图像包含从第一表面侧可见的至少一个特征和从第二表面侧可见的至少一个电子器件特征的图像数据；第二相机单元，其被配置为获得第二测量位置处的电子部件的第一表面侧的图像；传送单元，其被配置为将电子部件从第一测量位置传送到第二测量位置；处理系统，其被配置为基于图像数据计算校正值，其中校正值指示电子部件的第二表面侧相对于电子部件的第一表面侧的位置，并且被配置为通过利用校正值调整放置区域来计算电子部件的调整后的放置区域的位置，放置区域是第二测量位置内的电子部件的第二侧必须被放置的区域。
应当注意，对第二测量位置的测量可以在将电子部件放置在衬底上之前或之后执行，即，在电子部件仍由传送单元保持时或在电子部件已经放置在衬底上时执行。这两种情况都取决于特定应用的对准要求。
在第一情况下，可以在将电子产品放置在衬底上之前检查电子产品的电子器件侧，同时电子部件由传送单元保持。因此，利用在放置之前如此获得的第二测量位置和校正值，可以实现电子产品在衬底上的正确对准。
在第二情况下，可以需要在放置之后验证电子产品在衬底上的放置。因此，校正值与顶侧上的(未对准的)特征相关联，以便确定电子产品的另一侧上的电子器件相对于衬底的实际放置位置。
优选地，所述系统还包括测量单元，所述测量单元被配置成将所述电子部件保持在第一测量位置。
优选地，所述系统还包括保持单元，所述保持单元被配置为将所述电子部件保持在第二测量位置。
优选地，所述系统还包括组装装置，所述组装装置被配置为将所述电子部件放置在放置区域上。
优选地，光源发射红外光或可见光。
优选地，测量单元被配置为将电子部件保持在光源单元和第一相机单元之间。
优选地，光源单元和第一相机单元指向相同的方向。
优选地，第一相机单元和/或第二相机单元的轴垂直于电子部件的第一表面侧和/或第二表面侧。
附图说明
现在将参照附图讨论本公开，附图：
在图1中示出小型LED装置的示例，具体示出与衬底垫对准的小型LED装置的蓝宝石部分的示意图，
在图2中示出与衬底垫对准的小型LED装置的电子器件部分的示意图，
在图3中示出通过蓝宝石顶层成像的三个小型LED产品，
在图4中示出用可见光从背面拍摄的产品图像，
在图5中示出用红外光从背面拍摄的产品图像，
在图6中示出用于对准和放置电子部件的系统。
具体实施方式
为了正确理解本公开，在下面的详细描述中，本公开的对应元件或部分将在附图中用相同的附图标记表示。
图1示出了小型LED装置10的示例。产品的第一(顶)表面侧2包含在放置时需要与衬底垫11对准的垫。然而，产品10的第二(底)表面侧3被一块蓝宝石1“遮挡”，蓝宝石由于其倾斜的性质而在顶表面侧2和底表面侧3上是不同的。因此，通过测量底表面侧3来对准顶表面侧2上的垫是不可能的。
具体地，但在非限制性示例中，图1示出了与衬底垫11(或放置区域4)对准的蓝宝石1的示意图。可以看出，顶表面侧2不是在衬底垫11的正上方。图2示出了顶表面侧2在衬底垫11的正上方的对准情况，但是在这种情况下，底表面侧3在放置区域4上不与衬底垫11对准，从而导致不正确的组装。可替换地，可以使用任何其它类型的半导体部件10，优选硅半导体部件。这两个示例都可用于可见光源和近红外光源
电子部件10可以放置在集成电路衬底11上。可替换地，转移衬底11可以特别用于LED应用。本公开提出了一种方法，该方法在仅电子部件的顶部第一表面侧2可见的情况下执行组装时定位电子部件10的同时提供正确的组装。
在电子部件10上执行一种方法，该电子部件10具有第一顶表面侧2和与第一表面侧2相对的第二底表面侧3。在第一步骤(步骤a)中，借助于光源单元，用透过电子部件10的光照射电子部件10，使得电子部件10的至少一个特征从第一表面侧2可见并且至少一个特征5从第二表面侧3可见。
在第二步骤(步骤b)中，利用第一相机单元获得电子部件10的图像。该图像包含目前从第一表面侧2可见的至少一个特征5和从第二表面侧3可见的至少一个特征5的图像数据。
在第三步骤(步骤c)期间，计算校正值。该计算基于来自在第二步骤中拍摄的图像的图像数据。该校正值指示电子部件1的第二表面侧3相对于电子部件10的第一表面侧2的位置。换句话说，该校正值是一个偏移量，其告知电子部件10的第一顶侧2必须有多不对准以使得第二底侧3放置在指定位置4。
在第四步骤(步骤d)中，电子部件10被传送到组装站。应当注意，可以在能够拍摄图片、计算、以及组装的一个站中执行所有步骤。在这种情况下，在最终组装之前进行第四步骤。
在下一步骤(步骤e)期间，计算电子部件10的调整后的放置区域4的位置。这是通过利用校正值调整放置区域4来完成的，该放置区域4是组装站内必须放置电子部件10的第二侧3的区域。该步骤也可以在步骤d中执行。
在最后的步骤(步骤f)中，将电子部件10放置在指定位置4。第二相机单元用于跟踪第一顶表面侧2。通过获得包含电子部件10的第一表面侧2的图像数据的图像和构造成放置电子部件1的组装装置，使得电子部件10的第一表面侧2位于调整后的指定区域内。
从图像获得的位置信息与产品的顶侧直接相关。
基于半导体产品的内部结构5而不是外部(表面)结构来执行对准。这对于小型LED和微型LED产品对准特别有用，因为极粗糙的表面边缘和显著倾斜的侧壁边缘不能用于鲁棒对准。
在一个示例中，光源单元发射红外或可见波长光谱的光。图3示出了通过蓝宝石顶层成像的三个小型LED产品。蓝宝石对于可见光具有高透射，因此在可见光中照射产品并使产品成像，在这种情况下，具有457nm波长的蓝光在装置的垫和图像的其余部分之间产生最高对比度。图4示出了用可见光从背面拍摄的产品图像。注意，在此看不到除了包含电子部件的序列号的产品的粗糙外边缘之外的结构。图5示出了与图4相同的产品，现在使用近红外照射来拍摄。内部特征5变得可检测并且可以用于产品对准。
在另一示例中，在步骤a和b中，电子部件10被定位在光源单元和第一相机单元之间。第一相机单元拍摄穿过电子部件10的光。在另一示例中，在步骤a和b中，光源单元和第一相机单元指向相同的方向。在这种情况下，第一相机单元接收已经自从第二表面侧3可见的至少一个特征5的特征反射的光。使用一种视觉系统，其由相机、光学器件和具有特定波长的照射单元组成，半导体产品的遮挡部分对于该特定波长是高度透射的，而同时对于内部(金属)结构是反射的。这将使得内部结构在拍摄的图像中可见，并且可用于在衬底上对准。
优选地，在步骤c中，可以经由模板匹配来找到位置，其中，将期望的特征的参考图像定义为模板，并在每个运行时拍摄的图像上进行匹配。用作用于在其上对准的特征的内部结构通常是低对比度的，并且仅部分可见。为了优化对准鲁棒性，可以使用基于神经网络的更先进的对准技术，其对于在模板参考中定义的变化部分的低对比度和遮挡(occlusion)较不敏感。
在另一个示例中，第一相机单元和/或第二相机单元的轴垂直于电子部件10的第一表面侧2和/或第二表面侧3。在这种情况下，第一表面侧2的平面垂直于第一相机单元的轴，从而导致需要较少的图像处理操作。
优选地，该方法可用于将电子部件10放置在集成电路衬底上。
如前文所述，电子部件10可以是蓝宝石部件1，电子部件10也可以是任何其它类型的半导体部件，优选硅半导体部件。可替换地，转移衬底11可特别用于LED应用中。这两个示例都可以用于可见光源和近红外光源。
图6中还公开了用于对准和放置电子部件的系统。系统100包括光源单元101、第一相机单元102、第二相机单元103、传送单元104和处理系统(未示出)。第一相机单元102被配置为获得在第一测量位置X处的电子部件10的第二表面侧3的图像。第二相机单元103被配置为获得在第二测量位置Y处的电子部件10的第一表面侧2的图像。传送单元104被配置为将电子部件10从第一测量位置X传送到第二测量位置Y。处理系统被配置为基于图像数据计算校正值，其中校正值指示电子部件10的第二表面侧3相对于电子部件10的第一表面侧2的位置，并且处理系统被配置为通过利用校正值调整放置区域4来计算电子部件10的调整后的放置区域的位置，放置区域4是第二测量位置Y内的电子部件10的第二表面侧3必须放置在指定位置4上的区域。
在系统100的示例中，对第一测量位置(用于执行步骤a、b)和第二测量位置(用于执行步骤f)的测量可以在一个空间中(例如在一个装置中)进行，该空间(装置)被配置为在一个位置中执行所有任务。
在一个示例中，系统100还可以包括测量单元106，其被配置为将电子部件10保持在第一测量位置X。
在另一示例中，系统100还包括保持单元107，其被配置为将电子部件10保持在第二测量位置Y。
在又一示例中，系统100包括被配置为将电子部件10放置在放置区域4上的组装装置108。组装装置108可以是例如机械臂108a。
应当注意，光源单元102发射红外光或可见光。光的类型取决于要放置的具体电子装置10的属性。
在另一示例中，测量单元106被配置为将电子部件10保持在光源单元102和第一相机单元103之间。第一相机单元102拍摄穿过电子部件10的光。在另一个示例中，光源单元102和第一相机单元103指向相同的方向。在这种情况下，第一相机单元102接收已经自从第二表面侧3可见的至少一个特征5的特征反射的光。
在一个示例中，第一相机单元102的轴102z和/或第二相机单元103的轴103z垂直于电子部件10的第一表面侧2和/或第二表面侧3。
可以在将电子部件10放置在放置区域4中的衬底上之前或之后执行对第二测量位置的测量。因此，可以在电子部件10仍由传送单元104保持时或在电子部件10已经放置在衬底上时确定第二测量位置。如前所述。这两种情况可以都取决于特定应用的对准要求。首先，可以在将电子产品10放置在衬底上之前检查电子产品10的电子器件侧2，同时电子部件由传送单元104保持。因此，利用在放置之前如此获得的第二测量位置Y和校正值，可以实现电子产品10及其第二表面侧3在放置区域4上的衬底上正确对准。
在第二情况下，可以需要在放置之后验证电子产品10放置在了放置区域4中的衬底上。因此，校正值与顶侧2上的(未对准)特征相关联，以便确定电子产品的另一侧上的电子器件相对于衬底11的实际放置位置。
所用参考标记列表
1 蓝宝石本体
2 第一表面
3 第二表面
4 放置区域
5 第二表面的特征
10 电子部件
11 衬底
100 系统
101 光源单元
102 第一相机单元
102z 第一相机单元的轴
103 第二相机单元
103z 第二相机单元的轴
104 传送单元
105 处理系统
106 测量单元
107 保持单元
108 组装装置
108a 机械臂

Claims (15)

1.一种对准和放置电子部件的方法，所述电子部件(10)具有顶部的第一表面侧(2)和与所述第一表面侧(2)相对的底部的第二表面侧(3)，所述方法包括以下步骤：
a.使用光源单元，利用透过所述电子部件(10)的光照射所述电子部件(10)，使得所述电子部件(10)的至少一个特征从所述第一表面侧可见，并且至少一个特征(5)从所述第二表面侧可见；
b.使用第一相机单元获得所述电子部件(10)的图像，所述图像包含目前从所述第一表面侧(2)可见的所述至少一个特征和从所述第二表面侧可见的至少一个特征(5)的图像数据；
c.基于所述图像数据计算校正值，其中所述校正值指示所述电子部件(10)的所述第二表面侧(3)相对于所述电子部件(10)的所述第一表面侧(2)的位置；
d.将所述电子部件传送至组装站；
e.通过利用所述校正值调整放置区域(4)来计算所述电子部件(10)的调整后的放置区域(4)的位置，所述放置区域(4)是所述组装站内的所述电子部件(10)的所述第二表面侧(3)必须被放置的区域；
f.使用第二相机单元，通过获得包含所述电子部件(10)的所述第一表面侧(2)的图像数据的图像以及构造为放置所述电子部件(10)的组装装置来放置所述电子部件(10)，使得所述电子部件(10)的所述第一表面侧(2)位于调整后的指定区域内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光源单元发射红外波长光谱或可见波长光谱的光。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤a和b中，所述电子部件(10)被定位在所述光源单元和所述第一相机单元之间。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤a和b中，所述光源单元和所述第一相机单元指向相同的方向。
5.根据权利要求1至4中的任一项或多项所述的方法，其中，在步骤c中，使用模板匹配算法或一个或多个机器学习算法。
6.根据权利要求1至5中的任一项或多项所述的方法，其中，所述第一相机单元和/或所述第二相机单元的轴垂直于所述电子部件(10)的所述第一表面侧(2)和/或所述第二表面侧(3)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述电子部件(10)被放置在集成电路衬底上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述电子部件(10)是蓝宝石部件或任何其它类型的半导体部件，优选地是硅半导体部件。
9.一种用于对准和放置电子部件的系统，包括：
光源单元，
第一相机单元，其被配置为获得第一测量位置处的电子部件(10)的图像，所述电子部件(10)具有顶部的第一表面侧(2)和与所述第一表面侧相对的底部的第二表面侧(3)，所述图像包含从所述第一表面侧可见的至少一个特征和从所述第二表面侧可见的至少一个特征(5)的图像数据；
第二相机单元，其被配置为获得第二测量位置处的所述电子部件(10)的所述第一表面侧(2)的图像；
传送单元，其被配置为将所述电子部件(10)从所述第一测量位置传送到所述第二测量位置；
处理系统，其被配置为基于所述图像数据计算校正值，其中所述校正值指示所述电子部件(10)的所述第二表面侧(3)相对于所述电子部件(10)的所述第一表面侧(2)的位置，并且被配置为通过利用所述校正值调整放置区域(4)来计算所述电子部件(10)的调整后的放置区域的位置，所述放置区域(4)是所述第二测量位置内的所述电子部件的所述第二表面侧(3)必须被放置的区域。
10.根据权利要求9所述的系统，还包括测量单元，所述测量单元被配置为将所述电子部件(10)保持在所述第一测量位置。
11.根据权利要求9或10所述的系统，还包括保持单元，所述保持单元被配置为将所述电子部件(10)保持在所述第二测量位置。
12.根据权利要求9至11中的任一项或多项所述的系统，还包括组装装置，所述组装装置被配置为将所述电子部件(10)放置在所述放置区域(4)上。
13.根据权利要求9至12中的任一项或多项所述的系统，其中，所述测量单元被配置为将所述电子部件(10)保持在所述光源单元和所述第一相机单元之间。
14.根据权利要求9至13中的任一项或多项所述的系统，其中，所述光源单元和所述第一相机单元指向相同的方向。
15.根据权利要求9至14中的任一项或多项所述的系统，其中，所述第一相机单元和/或所述第二相机单元的轴垂直于所述电子部件(10)的所述第一表面侧(2)和/或所述第二表面侧(3)。
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