CN117153725A - 一种晶圆级封装装置 - Google Patents

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CN117153725A CN202311119418.XA CN202311119418A CN117153725A CN 117153725 A CN117153725 A CN 117153725A CN 202311119418 A CN202311119418 A CN 202311119418A CN 117153725 A CN117153725 A CN 117153725A
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杨贵舟
王长春
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Abstract

本发明公开了一种晶圆级封装装置，属于IC封装技术领域。包括：载板供给部、寻边部、树脂供给部、压合部、加热部、载板收纳部、移栽部、固定式机器人、电控部。通过本发明,通过固定式机器人依次将晶圆从载板供给部出料，到寻边部定位，随后再运输至树脂供给部进行液态树脂的供给，移动到移栽部上后再通过移栽部将晶圆运送至压合部内部将液态树脂压合于晶圆表面，并最终进行加热硬化和收纳，即可快速高效的完成晶圆的树脂模制。

Description

一种晶圆级封装装置
技术领域
本发明涉及一种晶圆级封装装置，属于IC封装技术领域。
背景技术
晶圆级封装(Wafer Level Packaging，缩写WLP)是一种先进的封装技术，因其具有尺寸小、电性能优良、散热好、成本低等优势，近年来发展迅速。
不同于传统封装工艺，晶圆级封装是对整个载板进行整体封装，再切割成单粒芯片。
相比于传统封装，晶圆级封装具有：不需要引线框架或基板、无需打线、无需在基板上植球等；封装后的芯片封装尺寸小、通联距离短、工艺成本低、生产周期短；可实现芯片的高传输速度、高密度连接、高电热性能等优点。目前，晶圆级封装技术已广泛用于闪速存储器、EEPROM、高速DRAM、SRAM、LCD驱动器、射频器件、逻辑器件、电源/电池管理器件和模拟器件(稳压器、温度传感器、控制器、运算放大器、功率放大器)等领域。
然而，在实际生产过程中，传统的晶圆封装装置效率较为低下，不能满足日益增长的芯片市场的需求。
因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种晶圆级封装装置，它解决了现有技术中晶圆封装装置效率较为低下，不能满足日益增长的芯片市场的需求的问题。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：一种晶圆级封装装置，包括：
载板供给部，用于供给待封装载板，
寻边部，用于对载板进行定位和对准，
树脂供给部，用于在载板表面供给树脂，
压合部，用于在型腔内压合树脂以对载板进行树脂模制，
加热部，用于对模制完成的载板进行加热硬化，
载板收纳部，用于收纳硬化完成的载板，
移栽部，设置于压合部一侧，用于运输载板至压合部进行树脂模制以及将模制完成的载板自压合部内移出，
固定式机器人，固定设置且用于分别完成载板供给部和寻边部、寻边部和树脂供给部、树脂供给部和移栽部以及移栽部和加热部之间载板的运输动作，
电控部，用于控制装置内各部分的动作。
通过采用上述技术方案，通过固定式机器人依次将晶圆从载板供给部出料，到寻边部定位，随后再运输至树脂供给部进行液态树脂的供给，移动到移栽部上后再通过移栽部将晶圆运送至压合部内部将液态树脂压合于晶圆表面，并最终进行加热硬化和收纳，即可快速高效的完成晶圆的树脂模制。
优选的，所述固定式机器人为通过若干连臂相连的多关节机器人且端部设置有托盘，若干所述连臂均可沿水平方向的任意角度旋转，且所述固定式机器人通过驱动源驱动上下移动。
优选的，所述托盘上还设置有保持结构，所述保持结构用于使载板保持于托盘上。
优选的，还包括有真空部，所述真空部通过若干管道与压合部相连以吸附位于压合部内的晶圆，
优选的，所述载板供给部、寻边部、树脂供给部、移栽部、加热部以及载板收纳部沿固定式机器人的圆周方向布置。
优选的，所述移栽部包括供料轨道和滑动于供料轨道上的托架，所述托架上设置有两个托料座。
优选的，所述树脂供给部包括机台，所述机台上设置用于注射树脂材料的注射头，所述注射头可沿水平方向转动，所述注射头下方设置有两个置物架。
本发明的有益效果是：
1、通过固定式机器人依次将载板从载板供给部出料，到寻边部定位，随后再运输至树脂供给部进行液态树脂的供给，移动到移栽部上后再通过移栽部将载板运送至压合部内部将液态树脂压合于载板表面，并最终进行加热硬化和收纳，即可快速高效的完成载板的树脂模制。
2、托料座用于放置载板且数量设置有两个，在具体工作时，固定式机器人先将一个载板送至一个托料座上，随后托架在供料轨道上滑移至压合部内，载板在被送入压合部后，在等待压合完成的过程中，托架可以返回起点接收来自固定式机器人的下一个载板，在位于压合部内的载板压合完成后，托架再次返回并接收压合完成的载板，并将下一个需要压合的载板送至压合部内部，随后再次返回起点并将压合好的载板通过固定式机器人送入加热部内，并接收新的来自于树脂供给部的载板，以此往复，相比于现有技术移栽部只能单次运送载板而言，合理利用了载板和树脂在压合过程中移栽部所需等待的时间，使得压合部在压合完成后可以在短时间内便进行下一步压合工作，节省了移栽部运送载板的时间，从而进一步提高了载板的生产效率，极大的提高了载板的产量；
3、置物架的数量设置有两个为与移栽部上托料座数量相配套，使得在注射头向一个放置于置物架上的载板注射液态树脂的过程中，固定式机器人可以拿取下一个载板并放置于另一个置物架上，在注射树脂到一个载板上完成后，便可通过转动继续注射下一个树脂，而固定式机器人在抬取一个载板至移栽部后，便可立马抬取新的载板至置物架上，相比于现有技术需要等待固定式机器人将注射好的载板运输至移栽部，再从寻边部抬取新的载板至置物架上，注射头才能进行下一步注射工作而言，合理利用了注射头注射至载板上的时间，从而使得注射头在注射完一个载板后立马便可以进行下一步注射树脂的工作，进一步提高了载板的生产效率。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的内部结构示意图；
图3为本发明中固定式机器人的结构示意图；
图4为本发明中移栽部的结构示意图；
图5为本发明中树脂供给部的结构示意图；
图6为本发明中压合部、进出压机部和移栽部的结构示意图；
图7为本发明中压模机的结构示意图；
图8为本发明中进出压机部的结构示意图；
图9为本发明中取料台的侧视图；
图10为本发明另一种实施例中保持结构的俯视图；
图11为本发明另一种实施例中保持结构的侧视图。
图中：1、载板供给部；101、载板架；2、寻边部；21、晶圆寻边器；3、树脂供给部；31、机台；32、注射头；33、置物架；4、压合部；41、压模机；42、型腔；43、吸附口；5、加热部；51、PMC烘箱；6、载板收纳部；61、收纳架；7、移栽部；71、供料轨道；72、托架；73、托料座；8、固定式机器人；81、连臂；82、托盘；83、驱动源；84、底座；85、气口；86、夹持气缸；87、连接板；88、夹持块；881、滑槽；89、凸块；9、电控部；10、真空部；11、进出压机部；111、支架；112、取料台；113、夹爪；114、退料槽；115、滑动气缸；116、滑杆；117、滑板；118、驱动气缸；12、压紧机构一；121、滑架；122、压板一；123、升降驱动源；13、压紧机构二；131、下压气缸；132、固定座；133、导柱；134、压板二；135、弹性件。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1和图2所示，
一种晶圆级封装装置，包括：
载板供给部1，用于供给待封装载板，具体为载板架101，
寻边部2，用于对载板进行定位和对准，具体为晶圆寻边器21，
树脂供给部3，用于在载板表面供给树脂，
压合部4，用于在型腔内压合树脂以对载板进行树脂模制，
加热部5，用于对模制完成的载板进行加热硬化，具体为若干PMC烘箱51，
载板收纳部6，用于收纳硬化完成的载板，具体为收纳架61，
移栽部7，设置于压合部4一侧，用于运输载板，
固定式机器人8，固定设置且用于分别完成载板供给部1和寻边部2、寻边部2和树脂供给部3、树脂供给部3和移栽部7以及移栽部7和加热部5之间晶圆的运输动作，
电控部9，用于控制装置内各部分的动作，
真空部10，通过若干管道与压合部4相连以吸附位于压合部4内的晶圆。
通过固定式机器人8依次将载板从载板供给部1出料，到寻边部2定位，随后再运输至树脂供给部3进行液态树脂的供给，移动到移栽部7上后再通过移栽部7将载板运送至压合部4内部将液态树脂压合于载板表面，并最终进行加热硬化和收纳，即可快速高效的完成晶圆的树脂模制。
其中，如图8所示，压合部4和移栽部7之间还设置有进出压机部11，用于将未封装的载板载入压合部4以及将模制完成的载板从压合部4中载出。具体地，压合部4包括固定设置的支架111，支架111顶部沿朝向压合部4的方向滑动有取料台112，取料台112底部设置有若干横截面呈L形的夹爪113且表面沿取料台112的中心圆周阵列开设有若干退料槽114，若干夹爪113的顶端均滑动于退料槽114内，取料台112表面还设置有若干用于与夹爪113相连的滑动气缸115。
此外，支架111上还设置有滑杆116，滑杆116上滑动有与取料台112相连的滑板117，滑板117通过驱动气缸118来驱动其滑动。
在使用时，先通过滑动气缸115驱动若干夹爪113相互远离，随后当移栽部7运输载板至取料台112下方，即若干夹爪113之间的空间后，通过滑动气缸115来驱动若干夹爪113相互靠近，使得夹爪113能卡住载板，随后再通过驱动气缸118驱动滑板117在滑杆116上滑动，从而能带动取料台112进入压合部4内，再松开夹爪113即可完成载板的运输操作。
如图3所示，固定式机器人8为通过若干连臂81相连的多关节机器人且端部设置有托盘82，若干连臂81均可沿水平方向的任意角度旋转，且固定式机器人8通过驱动源83驱动上下移动，托盘上还设置有保持结构，保持结构用于使载板保持于托盘上，其中，载板供给部1、寻边部2、树脂供给部3、移栽部7、加热部5以及载板收纳部6沿固定式机器人8的圆周方向布置，从而便于固定式机器人8够取载板。
具体地，固定式机器人8包括底座84，保持结构为设置于托盘82表面的气口85以及设置于底座内且与气口85连通的真空泵(图中未标识)，驱动源83为气缸且设置于底座84上，若干连臂81依次在各自的端部转动连接，且位于底部的连臂81转动连接于驱动源83上，通过驱动源来驱动底部的连臂81上下移动，托盘82则设置于位于顶端的连臂81上，在载板放置在托盘82上后，通过真空泵(图中未标识)和气口85吸附载板。
如图10和图11所示，在另一种实施例中，该保持结构包括设置于最顶部连臂81底面上的夹持气缸86，夹持气缸86的输出端固定有L形的连接板87，连接板87的顶部设置有夹持块88，托盘82表面开设有用于夹持块88穿出并横移的滑槽881，而托盘远离夹持块88的一端设置有凸块89，夹持块88和凸块89相对面均内凹圆弧设置，在该实施例中，当载板放置在托盘82上后，通过夹持气缸86推动连接板87横移，从而带动夹持块88移动并与凸块89一起抵紧载板，从而使得载板无法从托盘82上脱离。
以上设置的固定式机器人8为固定于本加工装置上，通过若干连臂81的转动来调节托盘82的伸缩长度和方向以便抬取和吸取载板，无需依靠滑轨滑移来移动至各个加工部前再取出载板，极大的提高了载板的运输效率，从而节约了载板封装的时间，进而提高了载板的生产效率。
如图4所示，移栽部7包括供料轨道71和滑动于供料轨道71上的托架72，托架72上设置有两个托料座73。
其中，托料座73用于放置载板且数量设置有两个，在具体工作时，固定式机器人8先将一个载板送至一个托料座73上，随后托架72在供料轨道71上滑移至压合部4内，载板在被送入压合部4后，在等待压合完成的过程中，托架72可以返回起点接收来自固定式机器人8的下一个载板，在位于压合部4内的载板压合完成后，托架72再次返回并接收压合完成的载板，并将下一个需要压合的载板送至压合部4内部，随后再次返回起点并将压合好的载板通过固定式机器人8送入加热部5内，并接收新的来自于树脂供给部3的载板，以此往复，相比于现有技术移栽部7只能单次运送载板而言，合理利用了载板和树脂在压合过程中移栽部7所需等待的时间，使得压合部4在压合完成后可以在短时间内便进行下一步压合工作，节省了移栽部7运送载板的时间，从而进一步提高了载板的生产效率，极大的提高了载板的产量。
此外，如图4和图9所示，压载部和进出压机部11上分别设置有压紧机构一12和压紧机构二13，从而能在载板载入和载出的过程中，将载板压紧在贴合面上，从而避免未封装的载板和封装后的载板出现较大的翘曲，减少次品的产生，提高了产品质量。
具体的，压紧机构一12包括独立滑动于供料轨道71上的滑架121，滑架121底部沿竖直方向滑动有压板一122，滑架121顶部设置有用于驱动压板一122滑动的升降驱动源123，在本实施例中，升降驱动源123为气缸。在具体使用时，当供料轨道71朝进出压机部11供料的过程中，通过升降驱动源123一驱动压板一122向下滑动，从而使得压板一122能紧贴载板，从而避免载板在供料过程中出现翘曲现象。
压紧机构二13包括设置于取料台112上的下压气缸131，取料台112表面通过固定座132固定有若干贯穿取料台112底部的导柱133，导柱133上滑动有压板二134，下压气缸131一端贯穿取料台112并与压板二134相连。通过下压气缸131驱动压板二134向下滑动，使得在夹爪113夹住载板后，压板二134能贴合在载板表面，从而避免载板在进入压合部4的过程中出现翘曲现象。
此外，导柱133上位于取料台112和压板二134之间的一端套设有弹性件135，弹性件135的设置能有效控制压板二134下压而对载板施加的压力，从而避免载板损坏。
需要说明的是，在载板放置在托料座73上时——即在新的载板被供料轨道71运输至取料台112下方，或是模制完成后的载板自取料台112下方运输至供料轨道71一端以便固定式机器人8抓取的过程中，或是载板被夹爪113夹持后——即新的载板在被供料台运输至压合部4内部，或是模制完成的载板在被取料台112运输出压合部4的过程中，压板一122和压板二134均会对载板进行下压以避免载板翘曲。
如图5所示，树脂供给部3包括机台31，机台31上设置用于注射树脂材料的注射头32，注射头32可沿水平方向转动，注射头32下方设置有两个置物架33。
置物架33的数量设置有两个为与移栽部7上托料座73数量相配套，使得在注射头32向一个放置于置物架33上的载板注射液态树脂的过程中，固定式机器人8可以拿取下一个载板并放置于另一个置物架33上，在注射树脂到一个载板上完成后，便可通过转动继续注射下一个树脂，而固定式机器人8在抬取一个载板至移栽部7后，便可立马抬取新的载板至置物架33上，相比于现有技术需要等待固定式机器人8将注射好的载板运输至移栽部7，再从寻边部2抬取新的载板至置物架33上，注射头32才能进行下一步注射工作而言，合理利用了注射头32注射至载板上的时间，从而使得注射头32在注射完一个载板后立马便可以进行下一步注射树脂的工作，进一步提高了载板的生产效率。
如图6和图7所示，压合部4包括压模机41，压模机41内部设置有型腔，型腔内设置有若干与真空部10连通的吸附口。
工作流程：
步骤1、代加工载板运送至载板架101上，通过固定式机器人8运送至载板寻边器21内进行扫面寻边，其中，固定式机器人8采用真空吸附或夹持气缸86夹持的方式对载板进行固定操作，后续不再赘述；
步骤2、固定式机器人8将载板从载板寻边器21中取出并移送至树脂供给部3的置物架33上，在注射头32向载板注射液态树脂的过程中，固定式机器人8返回载板寻边器21拿取下一个载板并放置于另一个置物架33上；
步骤31、固定式机器人8将注射好的载板移送至移栽部7的托料座73上，此时注射头32转动开始注射另一个载板，托架72在供料轨道71上滑移的同时，滑架121随之一同滑动，而升降驱动源123也会随之下压压板一122，使得压板一122抵压在载板表面并随着载板一同在供料轨道71上滑动；
步骤32、先通过滑动气缸115驱动若干夹爪113相互远离，随后当移栽部7运输载板至取料台112下方，即若干夹爪113之间的空间后，升降驱动源123驱动压板一122上升，独立滑动的滑架121随机离开取料台112下方，随后通过滑动气缸115来驱动若干夹爪113相互靠近，使得夹爪113能卡住载板，再通过下压气缸131驱动压板二134向下滑动，使得在夹爪113夹住载板后，压板二134能贴合在载板表面，随后再通过驱动气缸118驱动滑板117在滑杆116上滑动，从而能带动取料台112进入压模机41的型腔42表面，此时真空部10通过吸附口43吸附载板，进出压机部11通过滑动气缸115驱动夹爪113反向在退料槽114内滑移从而松开夹爪113，压板二134随之上升并在驱动气缸118的驱动下反向滑移，取料台112随之退出压模机41；
步骤33、在压模机41压合载板和树脂的过程中，托架72返回原点，固定式机器人8先将载板自载板架101处移送至载板寻边器21上，并将新的寻边完成的载板自载板寻边器21内移送至置物架33上，并托起新的注射好的载板，注射头32开始注射新的载板，随后固定式机器人8将注射好的载板放置于托料座73上；
步骤34、在压模机41完成压合后，带有新的注射好的载板的托架72滑动至取料台112，直至空置的托料座73正对取料台112下方，并且压板一122会在载板运动过程中同时下压载板，随后通过驱动气缸118驱动取料台112进入压模机41内，夹爪113夹取载板并通过取料台112回退从而取出压合好的载板，在取料台112回退时压板二134会持续下压载板，随后将载板放置于空置的托料座73上，随后托架72稍微回退，使得放置有载板的托料座73正对取料台112下方，再通过夹爪113和取料台112将新的载板放入压模机41内，压模机41继续压合；
步骤35、带有压合好的载板的托架72返回原位，固定式机器人8将压合好的载板放入加热部5——PMC烘箱51内，随后进行步骤1并将新的载板自载板寻边器21内移送至置物架33上，并托起新的注射好的载板，注射头32开始注射新的载板，而固定式机器人8则将注射好的载板放置于托料座73上，在压模机完成压合后，带有新的注射好的载板的托架72滑动至取料台下方，通过取料台112取出压合好的载板并放置于空置的托料座73上，并将新的载板放入压模机41内，压模机41继续压合；
步骤36、托架72返回原位，固定式机器人8将压合完成的载板放入加热部5，将加热部5内烘烤完成的晶圆移送至收纳架61；
步骤4、重复上述步骤。
即可快速高效的进行晶圆的封装生产，提高了生产效率且极大的提升了产量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种晶圆级封装装置，其特征在于，包括：
载板供给部(1)，用于供给待封装载板，
寻边部(2)，用于对载板进行定位和对准，
树脂供给部(3)，用于在载板表面供给树脂，
压合部(4)，用于在型腔内压合树脂以对载板进行树脂模制，
加热部(5)，用于对模制完成的载板进行加热硬化，
载板收纳部(6)，用于收纳硬化完成的载板，
移栽部(7)，设置于压合部(4)一侧，用于运输载板至压合部(4)进行树脂模制以及将模制完成的载板自压合部(4)内移出，
固定式机器人(8)，固定设置且用于分别完成载板供给部(1)和寻边部(2)、寻边部(2)和树脂供给部(3)、树脂供给部(3)和移栽部(7)以及移栽部(7)和加热部(5)之间载板的运输动作，
电控部(9)，用于控制装置内各部分的动作。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆级封装装置，其特征在于：所述固定式机器人(8)为通过若干连臂(81)相连的多关节机器人且端部设置有托盘(82)，若干所述连臂(81)均可沿水平方向的任意角度旋转，且所述固定式机器人(8)通过驱动源(83)驱动上下移动。
3.根据权利要求2所述的一种晶圆级封装装置，其特征在于：所述托盘(82)上还设置有保持结构，所述保持结构用于使载板保持于托盘(82)上。
4.根据权利要求1所述的一种晶圆级封装装置，其特征在于：还包括有真空部(10)，所述真空部(10)通过若干管道与压合部(4)相连以吸附位于压合部(4)内的载板。
5.根据权利要求1所述的一种晶圆级封装装置，其特征在于：所述载板供给部(1)、寻边部(2)、树脂供给部(3)、移栽部(7)、加热部(5)以及载板收纳部(6)沿固定式机器人(8)的圆周方向布置。
6.根据权利要求1所述的一种晶圆级封装装置，其特征在于：所述移栽部(7)包括供料轨道(71)和滑动于供料轨道(71)上的托架(72)，所述托架(72)上设置有两个托料座(73)。
7.根据权利要求1所述的一种晶圆级封装装置，其特征在于：所述树脂供给部(3)包括机台(31)，所述机台(31)上设置用于注射树脂材料的注射头(32)，所述注射头(32)可沿水平方向转动，所述注射头(32)下方设置有两个置物架(33)。
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