CN116564861B - 一种芯片贴片头和贴片方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芯片贴装技术领域,公开了一种芯片贴片头和贴片方法，包括安装座，安装座上从上往下开设有连通的压力腔和主轴安装腔，主轴安装腔中安装有轴承座，轴承座中安装有上下移动的主轴，主轴的上端位于压力腔内，且与活塞连接，主轴的下端连接有吸嘴组件，吸嘴组件包括用于吸取芯片的吸口和与吸口连通的第一气道，主轴内设有与第一气道连通的第二气道，第二气道与压力腔连接有用于供气的输气管路，在实际使用时，本发明通过向压力腔中供气来带动活塞下压，从而带动主轴和吸嘴组件向下移动，从而能吸住芯片，而通过气体方式带动吸嘴组件向下移动一方面动作快，能够在具体工节点开始之前就在压力腔中建立并保持压力。

Description

一种芯片贴片头和贴片方法

技术领域

本发明涉及芯片贴装技术领域，具体涉及一种芯片贴片头和贴片办法。

背景技术

在半导体领域，需要使用芯片贴片头将晶圆或者硅片上的芯片压装到基板上。为了实现芯片的竖向移动，芯片贴片头上会有Z向移动机构来带动吸嘴上下运动，常见的Z向移动机构有电机加丝杆方式、弹性组件方式和电磁控制方式。

对于电机加丝杆方式的Z向移动机构，由于其不存在缓冲区间，当丝杆转动带动吸嘴上下运动时，如果不同芯片的高度存在差异，则丝杆在带动吸嘴前往固定位置时会挤压存在高度差的芯片，从而破坏芯片。

对于弹性组件方式的Z向移动机构，其大多通过弹片结构实现，例如公开号为CN111785665A的专利文献公开的一种贴装头就是使用弹簧来带动主轴和吸嘴上下运动，但是对于弹片结构来说，其存在控制精度差、迟滞大和线性度差等缺陷，而且在高频工作情况下容易出现共振。

对于电磁控制方式的Z向移动机构，虽然在控制精度上相对弹性组件方式的Z向驱动机构得到了提升，但是其芯片贴装速度得到了下降，具体地，贴装速度会下降30％～50％。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种芯片贴片头和贴片方法，所要解决的技术问题是现有芯片贴片头的精度较差和贴装速度低。

为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种芯片贴片头，包括安装座，所述安装座上从上往下开设有连通的压力腔和主轴安装腔，所述主轴安装腔中安装有轴承座，所述轴承座中安装有上下移动的主轴，所述主轴的上端位于所述压力腔内，且与活塞连接，所述主轴的下端连接有吸嘴组件，所述吸嘴组件包括用于吸取芯片的吸口和与所述吸口连通的第一气道，所述主轴内设有与所述第一气道连通的第二气道，所述第二气道与所述压力腔连接有用于供气的输气管路。

在某种实施方式中，所述轴承座的内壁在所述主轴的外围开设有环形气腔，所述输气管路还向所述环形气腔供气。

在某种实施方式中，所述输气管路包括气动阀块，所述气动阀块包括三个输入接口和三个输出接口，三个输出接口分别通过气管向所述压力腔、第二气道和环形气腔供气。

在某种实施方式中，所述轴承座的内壁在所述主轴外部开设有导气腔，所述主轴上开设有导气孔，所述导气腔通过导气孔与所述第二气道连通，所述输气管路通过所述导气腔和导气孔向所述第二气道供气。

在某种实施方式中，所述输气管路向所述压力腔提供的气体压力恒定。

在某种实施方式中，所述吸嘴组件包括固定座和吸嘴，所述固定座安装在所述主轴的下端，所述吸嘴安装在所述固定座上，所述第一气道位于所述固定座上，与所述吸嘴上的吸口连通。

在某种实施方式中，所述安装座上还安装有用于带动所述主轴转动的旋转动力装置。

在某种实施方式中，所述旋转动力装置包括电机、主动齿轮和从动齿轮，所述电机安装在所述安装座上，所述电机的转动轴与所述主动齿轮连接，所述从动齿轮与所述主轴连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。

在某种实施方式中，本发明还包括控制单元与复位检测传感器，所述复位检测传感器包括检测部和感应部，所述检测部安装在所述安装座上，所述感应部安装在所述从动齿轮的顶面，所述检测部与所述控制单元电连接，在检测到所述感应部时向所述控制单元发送检测信号；所述控制单元在控制所述电机转动使主轴复位时，如果所述控制单元接受到所述检测信号，所述控制单元控制所述电机停止转动。

另外，本发明还提供了一种芯片贴片方法，通过上述的芯片贴片头实现，包括以下步骤：

S1：进行初始化，包括以下步骤：

S10：向压力腔中通入气体和向所述环形气腔内通入气体，检测所述压力腔中的气体压力是否符合要求，如果不符合要求则认为初始化失败，如果符合要求则执行步骤S11；

S11：活塞在气体压力作用下向下移动，检测活塞移动位置是否符合要求，如果不符合要求则认为初始化失败，如果符合要求则执行步骤S12；

S12：通过旋转动力装置带动主轴转动使主轴复位，如果主轴成功复位则初始化结束，反之则初始化失败；

S2：对芯片进行贴片，包括以下步骤：

S20：向压力腔中通入气体和向环形气腔中通入气体，检测通入到压力腔中的气体压力是否符合要求，如果符合要求则执行步骤S21，反之则认为芯片贴片失败；

S21：在活塞向下运动时检测活塞的位置是否符合要求，如果活塞的位置符合要求则执行步骤S22，反之则认为芯片贴片失败；另外在活塞向下运动时，通过视觉机构检测吸嘴组件与芯片的位置是否符合要求，如果不符合要求则通过旋转动力装置转动主轴来进行角度补偿，使吸嘴组件能准确吸住芯片；

S22：向导气腔抽气，使导气腔处于真空状态；

S23：当吸嘴组件吸住芯片时，判断导气腔内的真空度是否符合要求，如果符合要求则认为芯片吸取成功，反之则认为芯片吸取失败。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

首先本发明通过向压力腔中供气来带动活塞下压，从而带动主轴和吸嘴组件向下移动，从而能吸住芯片，而通过气体方式带动吸嘴组件向下移动一方面动作快，能够在具体工节点开始之前就在压力腔中建立并保持压力，另一方面当芯片高度不一致时，芯片的高度变化可以通过主轴来带动活塞向上进行微米级移动，而这种微米级的运动对于压力腔的压力影响很小，进而能提高芯片贴装时的控制精度；

其次通过在轴承座上开设环形气腔，可以使主轴保持在悬浮状态，从而能够在保证主轴刚性的同时还能降低主轴旋转时的摩擦；

最后通过旋转动力装置来带动主轴转动进而带动吸嘴组件转动，从而能依据芯片的位置变化调整吸嘴组件的位置，使吸嘴组件能准确的吸住芯片。

附图说明

图1为实施例中的发明的结构示意图；

图2为实施例中的本发明的内部剖面图。

图中：

1、安装座，2、压力腔，3、轴承座，4、主轴，9、控制单元，10、活塞，11、距离检测部件；

30、环形气腔，31、导气腔；

40、第二气道，41、导气孔；

50、气动阀块，51、输入接口，52、气管；

60、电机，61、主动齿轮，62、从动齿轮，；

70、感应部，71、检测部；

80、吸嘴，81、固定座，82、第一气道，83、吸口。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-2所示，一种芯片贴片头，包括安装座1，安装座1上从上往下开设有连通的压力腔2和主轴安装腔，主轴安装腔中安装有轴承座3，轴承座3中安装有上下移动的主轴4，需要注意的是，受轴承座3的限制，图2中并没有对主轴安装腔进行标记，但是可以依据轴承座3的位置知道主轴安装腔的位置；主轴4的上端位于压力腔2内，且与活塞10连接，主轴4的下端连接有吸嘴组件，吸嘴组件包括用于吸取芯片的吸口83和与吸口连通的第一气道82，主轴4内设有与第一气道82连通的第二气道40，第二气道40与压力腔2连接有用于供气的输气管路。

在实际使用时，通过向压力腔2内供气可以带动活塞10向下移动，进而带动主轴4和吸嘴组件向下移动，从而可以让吸嘴组件运动至芯片吸取位置，其中可以向压力腔2内提供恒定的压力来推动活塞10向下运动，另外通过输气管路向第二气道40供气或者使第二气道40处于真空状态可以使吸嘴组件放下或者吸住芯片；

在需要驱动活塞10来带动吸嘴组件向下运动时，可以提前向压力腔2内供气，使压力腔2内的气体压力趋于设定的恒定的压力，因此本发明的芯片贴片头的响应速度快；

另外，当不同芯片的高度不一样时，芯片的高度变化可以通过主轴4来带动活塞10向上进行微米级移动，而这种微米级的运动对于压力腔的压力影响很小，进而能提高本发明在芯片贴装时的控制精度。

本实施例中，吸嘴组件包括固定座81和吸嘴80，固定座80安装在主轴4的下端，吸嘴80安装在固定座81上，第一气道82位于固定座80上，与吸嘴80上的吸口83连通。

本实施例中，主轴4上开设有导气孔41，导气孔41与第二气道40连通。在实际使用时，通过导气孔41可以向第二气道40内供气或者使第二气道40处于真空状态。

本实施例中，轴承座3的内壁在主轴4的外围从上往下开设有导气腔31和环形气腔30，其中导气腔31与导气孔41连通，导气腔31通过导气孔41与第二气道40连通，在实际使用时可以通过导气腔31和导气孔41向第二气道40内供气或者使第二气道40内处以真空状态，另外通过向环形气腔30供气可以使主轴4处于悬浮状态，进而可以降低主轴4转动时的摩擦。

本实施例中，输气管路包括气动阀块50，启动阀块50包括三个输入接口51和三个输出接口，三个输出接口分别通过气管52与压力腔2、导气腔31和环形气腔30连通，其中气动阀块50用于控制三个输入接口51与三个气管52的通断。在实际使用时，可以通过输气管路向压力腔2供气，向环形气腔30供气，向导气腔31供气或者使导气腔31处于真空状态从而让吸嘴80吸住芯片。

本实施例中，为了便于吸嘴80能准确的吸住芯片即能依据芯片的位置变化来调整吸嘴80的位置，本实施例中，安装座1上还安装有用于带动主轴4转动的旋转动力装置。在实际使用时，通过让旋转动力装置带动主轴4转动可以调整吸嘴80的位置。

具体地，旋转动力装置包括电机60、主动齿轮61和从动齿轮62，电机60安装在安装座1上，电机60的转动轴与主动齿轮61连接，从动齿轮61与主轴4连接，主动齿轮61与从动齿轮60啮合。在实际使用时，通过让电机60转动可以带动主动齿轮61和从动齿轮62转动，从而带动主轴4转动。

由于需要通过旋转动力装置带动吸嘴80转动来让吸嘴跟随芯片的位置，但是在实际使用时，需要对吸嘴80的初始位置进行设置，即不管吸嘴80转动多少时，都可以使吸嘴80回到该初始位置，从而可以方便吸嘴80的调试。基于此本发明还包括控制单元9与复位检测传感器，复位检测传感器包括检测部71和感应部70，检测部71安装在安装座1上，感应部70安装在从动齿轮62的顶面，检测部71与控制单元9电连接，在检测到感应部70时向控制单元9发送检测信号；控制单元9在控制电机60转动使主轴4和吸嘴80复位时，如果控制单元9接受到检测信号，控制单元9控制电机60停止转动，从而使吸嘴80回到初始位置。

本实施例中，为了便于了解活塞10的下降位置，从而实现活塞10下降的反馈控制，在图2中，轴承座3的顶部还安装有检测活塞10下降距离的距离检测部件11，可以依据距离检测部件11的输出信号来控制是否向压力腔2中通入气体。

另外，本实施还提供了一种芯片贴片方法，通过上述的芯片贴片头实现，包括以下步骤：

S1：进行初始化，包括以下步骤：

S10：向压力腔2中通入气体和向所述环形气腔30内通入气体，检测所述压力腔2中的气体压力是否符合要求，如果不符合要求则认为初始化失败，如果符合要求则执行步骤S11；

S11：活塞10在气体压力作用下向下移动，检测活塞10移动位置是否符合要求，如果不符合要求则认为初始化失败，如果符合要求则执行步骤S12；

S12：通过旋转动力装置带动主轴4转动使主轴4复位，如果主轴4成功复位则初始化结束，反之则初始化失败；

S2：对芯片进行贴片，包括以下步骤：

S20：向压力腔2中通入气体和向环形气腔30中通入气体，检测通入到压力腔2中的气体压力是否符合要求，如果符合要求则执行步骤S21，反之则认为芯片贴片失败；

S21：在活塞10向下运动时检测活塞10的位置是否符合要求，如果活塞10的位置符合要求则执行步骤S22，反之则认为芯片贴片失败；另外在活塞10向下运动时，通过视觉机构检测吸嘴组件与芯片的位置是否符合要求，如果不符合要求则通过旋转动力装置转动主轴4来进行角度补偿，使吸嘴组件能准确吸住芯片；

S22：向导气腔31抽气，使导气腔31处于真空状态；

S23：当吸嘴组件吸住芯片时，判断导气腔31内的真空度是否符合要求，如果符合要求则认为芯片吸取成功，反之则认为芯片吸取失败。

综上，本发明与现有技术相比具有以下优势：

首先本发明通过向压力腔2中供气来带动活塞10下压，从而带动主轴4和吸嘴组件向下移动，从而能吸住芯片，而通过气体方式带动吸嘴组件向下移动一方面动作快，能够在具体工节点开始之前就在压力腔2中建立并保持压力，另一方面当芯片高度不一致时，芯片的高度变化可以通过主轴4来带动活塞10向上进行微米级移动，而这种微米级的运动对于压力腔2的压力影响很小，进而能提高芯片贴装时的控制精度；

其次通过在轴承座3上开设环形气腔30，可以使主轴4保持在悬浮状态，从而能够在保证主轴4刚性的同时还能降低主轴4旋转时的摩擦；

另外通过旋转动力装置来带动主轴4转动进而带动吸嘴组件转动，从而能依据芯片的位置变化调整吸嘴组件的位置，使吸嘴组件能准确的吸住芯片；

最后所有部件都继承在安装座1上，实现了设备的集成化，在实际使用时可以通过外部的Z向移动机构带动安装座1向上下运动，最后再通过压缩活塞10带动吸嘴组件向下运动。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种芯片贴片头，其特征在于，包括安装座，所述安装座上从上往下开设有连通的压力腔和主轴安装腔，所述主轴安装腔中安装有轴承座，所述轴承座中安装有上下移动的主轴，所述主轴的上端位于所述压力腔内，且与活塞连接，所述主轴的下端连接有吸嘴组件，所述吸嘴组件包括用于吸取芯片的吸口和与所述吸口连通的第一气道，所述主轴内设有与所述第一气道连通的第二气道，所述第二气道与所述压力腔连接有用于供气的输气管路。

2.根据权利要求1所述的一种芯片贴片头，其特征在于，所述轴承座的内壁在所述主轴的外围开设有环形气腔，所述输气管路还向所述环形气腔供气。

3.根据权利要求2所述的一种芯片贴片头，其特征在于，所述输气管路包括气动阀块，所述气动阀块包括三个输入接口和三个输出接口，三个输出接口分别通过气管向所述压力腔、第二气道和环形气腔供气。

4.根据权利要求1所述的一种芯片贴片头，其特征在于，所述轴承座的内壁在所述主轴外部开设有导气腔，所述主轴上开设有导气孔，所述导气腔通过导气孔与所述第二气道连通，所述输气管路通过所述导气腔和导气孔向所述第二气道供气。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种芯片贴片头，其特征在于，所述输气管路向所述压力腔提供的气体压力恒定。

6.根据权利要求1所述的一种芯片贴片头，其特征在于，所述吸嘴组件包括固定座和吸嘴，所述固定座安装在所述主轴的下端，所述吸嘴安装在所述固定座上，所述第一气道位于所述固定座上，与所述吸嘴上的吸口连通。

7.根据权利要求1所述的一种芯片贴片头，其特征在于，所述安装座上还安装有用于带动所述主轴转动的旋转动力装置。

8.根据权利要求7所述的一种芯片贴片头，其特征在于，所述旋转动力装置包括电机、主动齿轮和从动齿轮，所述电机安装在所述安装座上，所述电机的转动轴与所述主动齿轮连接，所述从动齿轮与所述主轴连接，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合。

9.根据权利要求8所述的一种芯片贴片头，其特征在于，还包括控制单元与复位检测传感器，所述复位检测传感器包括检测部和感应部，所述检测部安装在所述安装座上，所述感应部安装在所述从动齿轮的顶面，所述检测部与所述控制单元电连接，在检测到所述感应部时向所述控制单元发送检测信号；所述控制单元在控制所述电机转动使主轴复位时，如果所述控制单元接受到所述检测信号，所述控制单元控制所述电机停止转动。

10.一种芯片贴片方法，其特征在于，通过权利要求1-9任一项所述芯片贴片头实现，包括以下步骤：

S1：进行初始化，包括以下步骤：

S10：向压力腔中通入气体和向环形气腔内通入气体，检测所述压力腔中的气体压力是否符合要求，如果不符合要求则认为初始化失败，如果符合要求则执行步骤S11；

S11：活塞在气体压力作用下向下移动，检测活塞移动位置是否符合要求，如果不符合要求则认为初始化失败，如果符合要求则执行步骤S12；

S12：通过旋转动力装置带动主轴转动使主轴复位，如果主轴成功复位则初始化结束，反之则初始化失败；

S2：对芯片进行贴片，包括以下步骤：

S20：向压力腔中通入气体和向环形气腔中通入气体，检测通入到压力腔中的气体压力是否符合要求，如果符合要求则执行步骤S21，反之则认为芯片贴片失败；

S21：在活塞向下运动时检测活塞的位置是否符合要求，如果活塞的位置符合要求则执行步骤S22，反之则认为芯片贴片失败；另外在活塞向下运动时，通过视觉机构检测吸嘴组件与芯片的位置是否符合要求，如果不符合要求则通过旋转动力装置转动主轴来进行角度补偿，使吸嘴组件能准确吸住芯片；

S22：向导气腔抽气，使导气腔处于真空状态；

S23：当吸嘴组件吸住芯片时，判断导气腔内的真空度是否符合要求，如果符合要求则认为芯片吸取成功，反之则认为芯片吸取失败。