CN1325539A - 元件粘贴方法和设备 - Google Patents

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Abstract

元件(2)首先与片材(3)点或线接触,以避免空气截留在其间。然后元件与片材之间的接触区域逐渐扩大,直至元件的整个底部表面粘结于片材。

Description

元件粘贴方法和设备
技术领域
本发明涉及一种将一元件固定到一片材上的方法和设备。本发明尤其涉及运输带装配系统，在这些系统中，诸如集成线路芯片或小片的小电子元件纵向地粘贴在带状片材上，便于在各后续操作中处理这些元件。
现有技术
通常用电子元件的运输带装配系统是为了方便在一元件拾取和放置组装线中输送元件，以通过将电子元件安装在线路板上来制造电子线路基体。
图6示出了将未包装的或赤裸的IC芯片保持在一输送带中的现有技术系统的一个例子。输送带110包括一用作导向带的穿孔的支承带104，导向带上有多个以预定间隔形成的孔105，还包括一粘附于支承带104的粘附带103。赤裸IC芯片102粘贴在粘附带103中的由孔105形成的每一空腔内的粘结表面103a上。
将元件粘贴在输送带110上的过程是这样进行的，从半导体晶片101冲切出的赤裸IC芯片102由一传递机器手107的吸嘴106拾起，并被一一传递到输送带110的粘结带103上，粘结带间歇输送并在芯片粘贴工位108停顿。为了确保芯片粘在粘结带103上，在芯片粘贴工位108设置一桌板109，以从下面支承粘结带103。
本发明人已尝试在电连接于一安装表面的线路图案的IC芯片的电极上形成金属凸起的过程中，或在通过压这样的金属凸起使它们与一预定高度对齐的过程中，采用上述的输送带装配系统。但是，已经发现，在这些过程中经常出现不良的粘结。
本发明人所作的大量的实验表明，在IC芯片102的平表面与粘结带103之间存在气穴，这些气穴影响了为形成金属凸起由采用超声波振动的金属丝接合(wire bonding)工艺施加的超声波的作用。
还发现，这种气穴的形成是由于将芯片粘贴到输送带上的方法，在该方法中，IC芯片102的平表面一次性地放置于在平的状况下支承在桌板109上的粘结带103上，这样在芯片与输送带之间截留空气。
因此，本发明的一个目的是提供一种将诸元件粘贴在各种形式的片材上的并在诸元件与片材之间不会有气泡形成的方法和设备。
发明概要
为了实现上述目的，本发明提供一种将元件粘贴到一片材上的方法，其特点是，首先使元件在一预定的点或线接触区域与片材点或线接触，然后不断扩展在元件与片材之间的所述点或线接触区域，直到元件粘结到片材上。
根据本发明的元件粘贴方法，取代会截留空气的面对面的接触，片材首先与元件点或线接触，从而避免在片材粘性表面上形成气穴。然后，元件与片材之间的点或线接触区域逐渐扩大，由此将存在于元件与片材之间的空气推出，从而元件平滑地粘结于片材上，而不会形成气穴。这样，消除了由元件与片材之间的气穴引起的麻烦。对元件或片材或两者可以提供将元件粘贴到片材的粘性表面或粘结层。粘性表面最好是由低粘性材料制成，以方便在随后的步骤中从片材中取下元件。
用一弹性件的末端将片材压到元件上，来形成元件与片材之间的最初点接触，进一步将片材压到元件上来扩大元件与片材之间的接触区域，由此使弹性件弹性变形，直到元件粘结到片材上。
用一辊轮的圆周表面或一抹刀的平刀刃将片材压到元件上，来形成元件与片材之间的最初线接触，沿垂直于元件与片材之间的线接触方向的方向，使辊轮或抹刀从元件的一侧移动到元件的另一侧，来扩大元件与片材之间的接触区域，直到元件的整个底部表面粘结到片材上。
一支承片材的支承带也类似于将元件粘贴到片材的步骤并与该步骤想配合地粘贴到片材上，而不需要另加的或专门的装置或处理。
片材最好是带状形式的，使得当片材沿其长度方向前进时，多种元件都能不断地和有效地纵向地粘贴于片材。带状片材最适合于带装配系统，该系统能较好地用于不断地将元件逐一供应到一预定位置，以进行各种处理和加工。
为实现上述将元件粘贴到片材上的方法，本发明的元件粘贴设备包括：一供给元件的元件供给部件；一送进机构，它使带状片材间歇地朝元件粘贴位置前进一对应于元件粘贴到片材上的间距的预定距离；一元件传送机构，它在元件供给部件拾起所供给的元件，并将元件传送到元件粘贴位置；以及，一弹性压件，它设置成与元件粘贴位置的元件相对，以将片材压到已传送到片材上的元件；以及，一加压装置，它用弹性压件的末端将片材压到元件上，使元件和片材首先在点接触区域彼此点接触，并进一步将片材和元件彼此压在一起，由此使弹性压件弹性变形，使元件与片材之间的点接触区域朝元件的周边扩展，由此，将元件粘结到片材上。
或者，本发明的元件粘贴设备可以包括：一线状扩展装置，它具有一设置成与在元件粘贴位置的元件相对的线接触部分，以将片材线状地压到已传送到片材上的元件；以及，一加压装置，它用线状扩展装置将片材压到元件上，使得元件和片材在一线接触区域彼此线接触，它还使线状扩展装置沿一垂直于元件与片材之间的线接触方向的方向移动，使元件与片材之间的线接触区域从元件的一侧扩展到元件的另一侧，由此将元件粘贴到片材上。
对于这种设备，它根据用于控制设备的每一装置和机构的预定程序自动地、稳定地和有效地将多种元件粘贴到间歇送进的带状片材上。
附图简要说明
图1A-1C示出了本发明实施例的一个例子，其中，图1A是一立体图，它示意性地示出了设备的结构，图1B是一立体图，它示出元件是怎样粘贴于片材上的，图1C是一剖视图，它示出了元件和支承带怎样粘贴于片材的；
图2A和2B示出了本发明实施例的另一例子，其中图2A是一立体图，它示意性地示出了设备的结构，图2B是一立体图，它示出了元件是怎样粘贴于片材的；
图3是一流程图，它示出了图1A或图2A的设备的控制；
图4A和4B示出了本发明实施例的又一例子，其中图4A是一立体图，它示意性地示出了设备的结构，图4B是一立体图，它示出了元件是怎样粘贴于片材上的；
图5是一流程图，它示出了图4A所示的设备的控制；以及
图6是一立体图，它示意性地示出了已有技术元件粘贴设备的结构。
实施本发明的最佳模式
下面结合附图以具体例子的形式描述本发明的将诸元件粘贴到片材上的方法及其设备的一典型实施例。
图1A-1C、2A、2B和4A、4B分别示出了该实施例的第一、第二和第三例子，其中，从半导体晶片1冲切出的多个赤裸的IC芯片2被处理成元件，并沿片材长度以预定间隔粘贴到一运输带10的带状片材3上。为随后的各步骤供应以这种方法包装的元件。例如，接纳多个IC芯片2的运输带10以一持续供应元件的预定间距、在每一IC芯片上形成凸起和/或使这些凸起对齐的一特定部位进行传递。
输送带10应该最好包括一粘贴于片材3的支承带4，以在片材传送的过程中提供足够的刚度。支承带4覆盖和保护片材3，但其上有一系列以预定的均匀间隔形成的小孔5，在对应于这些小孔5的位置暴露了片材3的粘性表面3a。粘性表面3a形成支承带4中的小孔5形成的凹穴的底部，而且没有暴露到支承带4的外侧，因此，片材3例如被两对如图1A所示的轧辊33a、33b输送。或者，在片材3和支承带4的边缘表面形成链轮驱动器孔，这些链轮驱动器孔与链轮驱动器的轮齿啮合使片材3前进。片材或输送带由一供应辊供给，并卷绕到另一辊上。
设置在支承带4中的小孔5形成盆状空穴，以容纳粘贴于片材3的赤裸IC芯片2，这样，元件就不会伸出小孔5。因此，在片材传送和拿起过程中，保护了赤裸IC芯片2，并防止与其它部分接触或被其它部分压着。
如果粘贴在片材3上的赤裸IC芯片2被输送，以在芯片上形成凸起或使形成在芯片上的凸起对齐之后制造电子线路基体，那么粘性表面3a的粘结程度不要太高。在该实施例中，构成粘性表面3a的物质不是粘结剂，而是由低粘性材料制成，这样，当拾起IC芯片并安装在一安装表面或输送到适当对齐以便安装的其它地方时，便于从片材3上取下元件。
要指出的是，可以以任何其它结构形式对齐诸元件，并粘贴在任何形式的片材上或可以输送到在该实施例中给出的例子之外的任何其它系统中的片材上。例如，本发明还可应用于每一个元件分别粘贴于一个片材的情况。此外，粘性表面3a不一定由低粘性材料制成，可用粘结层替代。
参阅图1A-1C、2A、2B和4A、4B，片材3首先在如图1B或图2B所示的线接触部位T01与一赤裸IC芯片2线接触，或在如图4B所示的点接触部位T02与芯片2点接触。然后，片材3与芯片2线接触的最初的线接触部位T01逐渐扩展至如图1B或图2B中所示的预定的接触区域T11，或最初的点接触部位T02扩展至如图4B所示的预定的接触区域T12，由此片材粘贴于IC芯片2的底部表面。预定接触区域T11、T12的面积基本上等于IC芯片2底部的整个表面，但也可定为比此小。接触区域的形状和尺寸都不是主要的。
用一具有如图1A、1B所示具有平的刀刃24a的抹刀24或一如图2A、2B所示的辊轮22将片材3压向芯片2。在图1A-1C和2A、2B所示的例子中，片材3首先在第一接触位置P01与芯片线接触，当抹刀24或辊轮22沿垂直于芯片与片材之间的线接触方向的方向移动到第二接触位置P11时，最初的线接触部位T01逐渐扩展到预定的接触区域T11。这样，设定在芯片2一端的最初线接触部位T01逐渐朝芯片的另一端扩大，直至赤裸IC芯片的整个底部表面粘贴到在预定接触区域T11中的片材3上。
当赤裸的IC芯片2的底部表面是正方形时，最初线接触部位T01应设定在正方形的一条边，使得抹刀24或辊轮22的移动距离最小。同样，如果IC芯片2具有矩形底部表面，它具有较长边和较短边，最初线接触部位T01应设定在IC芯片2的一条较长边。
在图4A、4B所示的第三例子中，在第一接触位置P02，用由诸如尿烷橡胶的弹性材料制成的弹性压件21的渐尖端21a的末端将片材3压向IC芯片2的底部表面，使芯片2和片材3在最初的接触部位T02彼此点接触，然后再使弹性压件21压向片材3的下侧，使它的渐尖端21a如图4B中的假想线所示弹性变形，由此，最初点接触部位T02沿径向扩展至IC芯片2的周边部分P12到预定的接触区域T12。
最初点接触部位T02应如图4B所示设定在IC芯片2的中心，使得接触区域均匀地从中心扩大到周边，由此，IC芯片2能在最短的时间内平滑地粘贴到片材3上。该实施例的弹性压件21的渐尖端21a的形状做成如图4A、4B所示对应于IC芯片2的底部正方形的四棱锥形。这样，当片材3通过弹性压件21的变形被压向芯片2的底部表面时，接触区域T02以类似于芯片2底部表面的形状逐渐扩大到接触区域T12，芯片2将在以相对于芯片2的底部表面的合适尺寸和形状形成的接触区域T12中均匀地粘结到片材3上。
如上所述，当IC芯片2粘贴到片材3上时，片材3只有一部分先与IC芯片2线或点接触，从而避免空气截留在片材3与芯片2之间。当两表面的大面积面对面瞬间接触时，很容易截留空气。根据本发明的将元件粘贴到片材上的方法，IC芯片2和片材3首先在尺寸特别小的最初接触部位T01或T02彼此接触，这样在接触部位T01或T02，气穴很难在粘性表面3a上形成。
线或点接触之后，接触部分T01或T02逐渐扩展到图1B、2B和4B中的假想线所示的预定接触位置P02或P12，IC芯片2平滑地粘结到片材3上，当接触部位T01或T02不断扩大到整个接触区域T11或T12时，不会在两者之间留下空气。
赤裸IC芯片2如上所述纵向地粘附在输送带10上，这样的输送带10可以消除由气穴引起的问题，并能很好地用于用超声波振动在IC芯片2上形成金属凸起的步骤。随后的诸如凸起的形成或对齐步骤的IC芯片2的自动处理可以连续而有效地进行，不会有任何麻烦。
在芯片2和片材3之一或两个上设置将IC芯片2粘贴到片材3上的粘性表面3a或粘结剂。如果IC芯片2在凸起形成之后要放置在一线路板上，就应该最好为IC芯片2设置一粘结剂或粘性层3a，使IC芯片2在它从片材3上取下之后能临时粘贴到另一表面。
如果片材3和支承带4分开输送到芯片粘贴位置32，在那儿，它们开始类似于IC芯片2粘贴到片材3的步骤并与此同时地彼此部分接触，片材3和支承带4以和上述元件粘贴方法的同样的原理粘贴在一起，即在没有任何专门的或附加装置或步骤的情况下不形成气穴。
分别图示在图1A、2A和4A中的元件粘贴设备的第一至第三例子通常包括一供应赤裸IC芯片2或小片的元件供给部件31、一使带状片材3对应于粘贴在片材3上的两相邻元件之间的间距间歇地朝芯片粘贴位置32前进一精确距离的送进机构33、一在元件供给部件31拾起IC芯片2并将它传递到芯片粘贴位置32的拾放组装系统34、以及一具有如图1A-1C或2A、2B所示的抹刀24或辊轮22或者一如图4A、4B所示的弹性压件21的线状扩展装置35。线状扩展装置35使抹刀24的平的刀刃24a或辊轮22的圆周表面22a从与IC芯片2相对的下侧加压已被送到芯片粘贴位置32的片材3，使得片材3与已送到并放置在其上的IC芯片2线接触。弹性压件21具有从下面压向片材3的渐尖部分21a，使片材3与芯片2点接触，并当弹性压件21压片材3时，渐尖部分21a进一步变形，由此使片材3与IC芯片2之间的接触区域扩展。图1A或图2A所示的设备具有一加压装置36，用于驱动线状扩展装置35加压片材3，用于与芯片2线接触，并沿垂直于线接触方向的方向移动，以将芯片2与片材3之间的接触区域从芯片2的一端扩大到其另一端。图4A所示的设备具有另一种形式的加压装置37，它驱动弹性压件21加压片材3，用于与芯片2点接触，并进一步加压片材3，使芯片2与片材3之间的接触区域通过渐尖部分21a的变形径向朝外侧扩大。
元件供给部分31包括一X-Y桌子41，它能在两个彼此以直角相交的X和Y方向移动，用于将半导体晶片1放置在其上，并将被分成单个的小片定位在预定的拾起位置，以便连续供应元件。尽管图中没有详细示出，但半导体晶片1保持在一扩大的冲切片材上，从而扩展各冲切的IC芯片2之间的空间，能够在没有麻烦的情况下方便地拾起被分成单个的小片。
进给机构33包括两对传送辊33a、33b，它们设置在芯片粘贴位置32的上游和下游，使片材3间歇前进，这样，片材3粘贴元件的那部分在芯片粘贴位置32中的一规定的位置停顿一段预定时间，并在这停顿过程中，IC芯片2粘结到片材3上。加压装置36或37设置在芯片粘贴位置32中，使线状扩展装置35或弹性压件21直立在片材3的粘结元件那一部分的下面，如图1A、2A和4A所示。
拾放组装系统34有一个传送头43，它具有一吸嘴42，作为元件夹持工具的一个例子，用于将芯片2从元件供给部件31传递到芯片粘贴位置32。传送头43由一电动机M1驱动，并沿X轴线44移动，由此，吸嘴42拾起在元件供给部件31供给的IC芯片2，并将它们传送到位于和停顿在元件粘贴位置32的片材3上面的一个位置。吸嘴42在IC芯片粘结于片材3的位置保持吸持IC芯片，直到IC芯片2完全粘贴于片材3，使得IC芯片2在由加压装置36或37驱动的线状扩展装置35或弹性压件21加压时不会位移。只有IC芯片2在片材3上完成粘贴之后，吸嘴42才会松开对芯片2的夹持并朝上移动，这时，IC芯片2传送到片材3上的工作基本上完成了。
图1A和图2A所示的该实施例的第一和第二例子的加压装置36包括一液压或螺线管操纵的驱动器51，它被设计成能上下移动，使诸如抹刀24或辊轮22的线状扩展装置35能够从下面与片材3接触，还包括一由电动机M2驱动的Y桌子52，使线状扩展装置35沿片材3长度方向的方向Y移动。另一方面，图4A所示的该实施例的第三例子的加压装置37仅仅由驱动器51构成，它还支承弹性压件21。
图3是一流程图，它示出了对图1A或图2A中所示设备的控制。抹刀24或辊轮22在该系统中最先被提起。首先获得位于元件供给部件31的IC芯片2的图像，用以识别芯片。如果芯片是需要的那种元件，传送头43的吸嘴42就把它拾起，然后移动到芯片粘贴位置32，使吸嘴42下降。同时，吸嘴42在片材3上的元件粘贴位置之上的一预定高度继续夹持芯片2，片材3停顿在元件粘贴工位32。
吸嘴的预定高度设置成使IC芯片2的底部表面位于片材3厚度的一半高度。此时的片材3被抹刀24的平刀刃24a或辊轮22的圆周表面22a从下面保持或加压。这样产生IC芯片2的底部表面与片材3的粘性表面3a之间的最初线接触如图1C所示。在该最初的线接触时，空气难以截留在IC芯片2与片材3之间。
然后加压装置36沿方向Y移动，以从一侧到另一侧连续地将片材3压到IC芯片2的底部表面上，以把两者之间的空气推出。这样，IC芯片2连续地与片材3接触并粘结到片材3上，同时在两者之间不会形成气穴。其后，吸嘴42朝上移动，同时片材3前进一预定距离之后，加压装置36沿方向Y返回。诸如抹刀24或辊轮22的线状扩展装置35停留在其提升位置，但必要时可下降线状扩展装置35，在加压装置36沿方向Y移动的过程中它可以下降。
当所需数量的芯片粘结到片材上，或预定时间已过去，或操作者停止设备，那么操作完成。因此，如果操作完成，则控制结束。如果没有完成，对位于元件供给部件31在适当位置中的下一个芯片2进行图像识别，再重复随后的步骤。
最好是，片材3和支承带4如图1C所示被分开送到芯片粘贴位置32并粘贴在一起。这样，通过图3的流程图中所示的控制，片材3能粘贴到IC芯片2和支承带4上，不会截留空气。但是，片材3和支承带4由于它们一起前进，所以不要沿方向Y移动线状扩展装置35就能粘贴在一起。对于线状扩展装置35，辊轮22具有减少它与片材3之间的摩擦的优点。
图5是一流程图，它示出了对图4A所示设备的控制。在该系统中，先将弹性压件21提升到预定高度。弹性压件21的高度设置成渐尖部分21a的末端略微在被送到和停顿在元件粘贴工位32的片材3的下侧之上。这样的高度应该根据元件的尺寸、弹性压件21的形状和片材3的材料和厚度而适当地调整。作为例子，如果IC芯片2是4毫米正方形，弹性压件21由硬度为6号的形状是120四棱锥形的橡胶制成，片材3由厚度为38微米的聚对苯二甲酸乙二酯制成，渐尖部分21a末端的高度调整为在片材3下侧之上1毫米处。因此，片材3被弹性压件21的渐尖部分21a略微朝上推，如图4B所示。
然后，获取位于元件供给部件31的IC芯片2的图像，以便对它进行识别，如果它是所需类型的元件，传送头43的吸嘴42拾起芯片2。传送头43移到芯片粘贴位置32并使吸嘴42下降到预定高度。具体地说，吸嘴42下降，直到IC芯片2的底部表面到达对应于片材3被弹性压件21朝上推之前片材3的上表面的一个位置。因此，当IC芯片2下降时，它开始与被弹性压件21的渐尖部分21a向上推的凸起的片材3的峰顶点接触，如图4B中的实线所示。
然后，芯片2进一步下降，通过片材3推弹性压件21的渐尖部分21a，使它如图4B中的假想线所示弹性变形，由此，IC芯片2逐渐接触片材3，最后使它整个底部表面粘结于片材3。要指出的是，可以使弹性压件21和诸如IC芯片的元件之一或两者移动，使芯片2和片材3彼此接触。
然后提升吸嘴42，同时弹性压件21下降，脱离了弹性压件21的片材3前进一预定间距。
当所需数量的芯片粘结到片材上，或预定时间已过去，或操作者停止设备，那么操作完成。因此，如果操作完成，则控制结束。如果没有完成，对位于元件供给部件31在适当位置中的下一个芯片2进行图像识别，再重复随后的步骤。
工业上的应用
如上所述，本发明包括一将小元件粘贴到一带状片材上的改进的方法和设备，其中元件先与片材点或线接触，以避免空气截留在两者之间，然后再逐渐与片材接触。因此本发明能够在随后的处理和加工中持续供应元件，不会出现由元件与片材之间的气穴引起的麻烦。

Claims (10)

1.一种将元件粘贴到一片材上的方法，其特征在于，首先将元件(2)在一预定的点或线接触区域(T01，T02)与片材(3)点或线接触，然后不断扩展在元件与片材之间的所述点或线接触区域，直到元件粘结到片材上。
2.一种将元件粘贴到一片材上的方法，其特征在于，具有如下的步骤：在片材(3)的第一接触位置(P02)，用一弹性件(21a)的末端将片材(3)压到元件(2)上，使元件与片材在一点接触区域(T02)彼此点接触，并使元件和片材彼此靠近，由此弹性件(21a)变形，元件与片材之间的点接触区域(T02)逐渐扩大，直到元件粘结到片材上。
3.一种将元件粘贴到一片材上的方法，其特征在于，具有如下的步骤：用一线状扩展装置(35)的线状接触部分将片材(3)压到元件(2)的一端上，使元件(2)与片材(3)在一线接触区域(T01)彼此线接触，并使线状扩展装置(35)沿垂直于元件与片材之间的线接触方向的方向移动，由此元件与片材之间的线接触区域逐渐扩大，直到元件粘结到片材上。
4.如权利要求3所述的将元件粘贴到一片材上的方法，其特征在于，一支承片材(3)的支承带(4)也类似于将元件粘贴到片材的过程并与该过程想配合地接触和粘贴到片材上。
5.如权利要求1至4中的任何一项所述的将元件粘贴到一片材上的方法，其特征在于，片材被制成带形式，多个元件都纵向地粘贴于带子。
6.一种元件粘贴设备，它包括：一供给诸元件的元件供给部件(31)；一送进机构(33)，它使带状片材(3)间歇朝元件粘贴位置(32)前进一对应于元件粘贴到片材上的间距的预定距离；一元件传送机构(34)，它拾起在元件供给部件供给的元件，并将元件传送到元件粘贴位置，其特征在于，它有一弹性压件(21)，它与在元件粘贴位置的元件相对设置，以将片材(3)压到已传送到片材上的元件(2)；以及，一加压装置(37)，它用弹性压件(21)的末端将片材压到元件上，使元件(2)和片材(3)在一点接触区域(T02)彼此点接触，并进一步将片材压到元件，使元件与片材之间的点接触区域(T02)朝元件的周边扩展，由此，元件粘结到片材上。
7.如权利要求6所述的元件粘贴设备，其特征在于，弹性元件(21)的末端的形状做成渐尖或点的形式。
8.一种元件粘贴设备，它包括：一供给诸元件的元件供给部件(31)；一送进机构(33)，它使带状片材(3)间歇朝元件粘贴位置(32)前进一对应于元件粘贴到片材上的间距的预定距离；一元件传送机构(34)，它拾起在元件供给部件供给的元件，并将元件传送到元件粘贴位置，其特征在于，有一线状扩展装置(35)，它具有一设置成与在元件粘贴位置的元件(2)相对的线接触部分，以将片材(3)线状地压到已传送到片材上的元件(2)；以及，一加压装置(36)，它用线状扩展装置(35)将片材压到元件，使得元件(2)和片材(3)在一线接触区域(T01)彼此线接触，它还使线状扩展装置(35)沿一垂直于元件与片材之间的线接触方向的方向移动，使元件与片材之间的线接触区域(T01)从元件的一侧扩展到元件的另一侧，由此元件粘贴到片材上。
9.如权利要求8所述的元件粘贴设备，其特征在于，线状扩展装置是一具有平刀刃(24a)的抹刀(24)。
10.如权利要求8所述的元件粘贴设备，其特征在于，线状扩展装置是一具有圆周表面(22a)的辊轮(22)。
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