CN1574259A - 安装半导体的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于安装半导体的装置包含一个焊接台，其中该焊接台包括一个用于提供半导体芯片(6)的晶片台(5)；一个基片台(2)；以及一个具有带有芯片夹(21)的焊接头(20)的贴片系统(1)。晶片台(5)的一部分位于基片台(2)下面。贴片系统(1)具有一个第一线性电机(9)，它包括一个刚性设置的定子(11)和一个可以由第一导向件(16)引导沿第一方向移动的往复移动件(12)；以及第二线性电机(10)，它包括一个刚性设置的定子(13)和一个可以沿第二方向移动的往复移动件(14)。第一线性电机(9)的往复移动件(12)具有第二导向件(17)，该第二导向件(17)引导第二线性电机(10)的往复移动件(14)。带有芯片夹(21)的焊接头(20)设置在第二线性电机(10)的往复移动件(14)上。

Description

安装半导体的装置
技术领域
本发明涉及一种用于在基片(substrate)上安装半导体的装置。
背景技术
在本领域这种安装半导体的装置称为芯片焊接机(Die Bonder)。它用于将相互紧邻地位于载体上的许多相同的晶片芯片顺次安装到基片上，其中载体绝大部分是一个带子，基片例如是金属引线框。与芯片夹的拾取和安装运动同步，其上具有芯片载体的晶片台在第一位置提供下一个芯片，并且同样地传送基片以在第二位置提供一个新的基片位置。为了拾取并随后安装芯片，芯片夹可以与贴片系统一起或者独立于贴片系统升高和降低。
对这种安装半导体的装置具有很高的要求。为了进一步处理所安装的芯片，必须精确地将芯片定位在基片上，这需要芯片夹精确到达第二位置，并且还需要事先精确到达第一位置以便拾取芯片。另一方面，需要高速度和短周期，因而在移动部件上产生较高的惯性加速度和惯性力。
到目前为止，为了产生芯片夹的交替运动，采用了各种杆机构，其中一些杆机构包括曲柄导向装置。由于在这种导向装置上产生相当大的侧向力，因而这种导向装置不适宜于精确运动过程并且必须进行合适的维护。对于另一种已知的机构，芯片夹位于前后摆动的杆的端部，即它相应于杆的偏转进行弧形运动，杆的每个偏转必须停止在端部位置，从而极易产生振动。这种杆操作的机构的一个缺点在于它们仅仅可以沿一个固定的预定路径从位置A到位置B传送芯片。具有杆机构的贴片系统例如可从专利申请EP877’544、CN98123078.4和WO97/32460获知。
还已知一种利用带齿带驱动芯片夹的贴片系统。其缺点在于将芯片安装到基片上存在很大的误差。
从EP991’110可知一种具有线性电机的贴片系统，利用该贴片系统，可以从晶片台上不同位置拾取半导体芯片。线性电机的高度范围很大从而芯片夹可以下降以拾取和安装半导体芯片。
一方面，为了能够快速和精确地安装半导体芯片，拾取位置和安装位置之间的距离应当小，而另一方面，机械结构应当简单。CN98123078.4的贴片系统实际上是一个简单的稳固的结构，它能够精确地将半导体芯片安装在基片上，但是其缺点在于由于晶片直径依然偏大，因而依然需要较大的空间。同样已知的将基片台和晶片台相互叠放的方案的缺点是，从拾取位置到安装位置具有很大的高度差。
从WO97/32460可知的贴片系统中，晶片台正交于基片台布置，其缺点在于粘附在箔片上的半导体芯片有时会跌落，并且由于重力作用在半导体芯片上使得箔片损坏，从而将被拾取的半导体芯片的位置被无意地改变。而且，箔片有时会偏离垂直面。这时仅仅由锯齿线分隔的相邻半导体芯片的角部或边缘会发生接触。在最坏的情况下，这种接触会导致半导体芯片的角部或边缘断裂，这在本领域称为“破片”。
发明内容
本发明的目的在于改进芯片焊接机，利用本发明的芯片焊接机可以缩短半导体芯片的拾取位置和安装位置之间的距离，而且不存在上述缺点。
本发明包括权利要求1中给出的特征。有利的设计方案来自从属权利要求。
用于安装半导体的装置包含一个焊接台，其中该焊接台包括一个用于提供半导体芯片的晶片(wafer)台；一个基片台；以及一个具有带有芯片夹的焊接头的贴片系统。晶片台的一部分位于基片台下面。贴片系统从晶片台拾取一个接一个地拾取半导体芯片并将它们安装在基片上。基片由传送系统沿传送方向步进地传送。贴片系统具有一个第一线性电机，它包括一个刚性设置的定子和一个可以由第一导向件引导沿第一方向移动的往复移动件；以及第二线性电机，它包括一个刚性设置的定子和一个可以沿第二方向移动的往复移动件。第一线性电机的往复移动件具有第二导向件，该第二导向件引导第二线性电机的往复移动件。带有芯片夹的焊接头设置在第二往复移动件上。
第一导向件优选地集成于第二线性电机的定子。而且，贴片系统优选地相对于和基片传送方向垂直的对称面对称成形。特别地，第二线性电机的定子包括两个定子部分，它们设置在焊点的两侧。这种对称设计的优点在于焊接头由设置在焊点的两侧的两个导向件引导，从而无论当从晶片台拾取半导体芯片时还是将半导体芯片安装到基片上时，焊接头都不会在导向件上施加扭矩。
附图说明
下面，根据附图更加详细地说明本发明的实施例。
附图中：
图1是芯片焊接机的焊接台的透视图；
图2是经图1中由符号E表示的平面的截面图；
图3是沿图2的线I-I的截面图；以及
图4是两个可以相对彼此移动的往复移动件。
具体实施方式
图1示意性示出芯片焊接机的焊接台的透视图，它包括一个贴片系统1；一个用于基片4的带有支撑面3的基片台2；用于提供半导体芯片6(只图示出三个半导体芯片)的晶片台5；以及两个摄象机7和8，其光轴由箭头表示。笛卡尔坐标系统的轴线表示为x、y和z。为了更好地理解本发明，在透视图中隐去的贴片系统1的一些边线用虚线表示。但是，为了清楚示意的目的，没有表示出所有隐藏边线。未示出的传送系统沿x方向步进地传送基片4。基片4包含数目为n的基片位置，这些基片位置沿y方向相邻设置在基片4上用于接收一个半导体芯片6。贴片系统1从晶片台5拾取位于位置A的半导体芯片6；沿z方向升高所拾取的半导体芯片6超过基片台2的支撑面3的高度；沿y方向传送半导体芯片6到位置Bk，其中下标k表示为1到n的一个整数；以及将半导体芯片6安装到基片4上。尽可能地，沿z方向和沿y方向的传送运动相互接合。两个摄象机7和8用于确定位于位置A的半导体芯片6的位置和方向以及位置Bk处的基片位置的位置和方向，从而可以将半导体芯片6精确地定位在基片4上。晶片台5的一部分位于基片台2下面，使得拾取位置A靠近基片台2的边缘从而沿y方向的传送距离尽可能小。
贴片系统1包括两个线性电机9和10。第一线性电机9包括一个刚性设置的定子11和一个可以沿y方向移动的往复移动件12。第二线性电机10包括一个刚性设置的定子13和一个可以沿z方向移动的往复移动件14。第一线性电机9的往复移动件12具有第一线圈体15，该线圈体15与第一定子11的磁体一起发挥作用。第一线性电机9优选地是一个按照常规技术构造的电磁三相电机。往复移动件12沿y方向的移动由第一导向件16(图2)引导，该第一导向件16优选地集成于第二线性电机10的定子13。第一线性电机9的往复移动件12具有第二导向件17(图2)，该第二导向件17引导第二线性电机10的第二往复移动件14。当第一线性电机9沿y方向前后移动第一往复移动件12时，第一往复移动件12带动第二往复移动件14。第二往复移动件14具有第二线圈体18，该线圈体18与第二定子13的磁体19(图2)一起发挥作用。第二线性电机10沿z方向上下移动往复移动件14。带有芯片夹21的焊接头20设置在第二往复移动件14上。芯片夹21可以沿z方向相对于焊接头20移动，其中芯片夹21的移动以已知方式进行，例如气动。另外，芯片夹21可以围绕沿z方向的轴线转动，从而所拾取的半导体芯片的转动位置可以在将半导体芯片安装到基片4上之前根据由摄象机7和8传送的图象进行校正。在该实施例中，贴片系统1相对于x方向对称成形，从而在将半导体芯片安装到基片4上时不会在焊接头20上施加扭矩。
第一往复移动件12包括一个矩形框22，具有两个沿着y方向的壁23和24，这两个壁23和24由横壁25和26连接。用于测量焊接头20或芯片夹21的z向位置的位置测量系统的指定部分设置在焊接头20(或芯片夹21)上以及横壁25上。该位置测量系统优选地包括金属或玻璃尺以及读取头。导向件16(图2)沿着第二定子13布置平行于往复移动件12的壁23和24。
图2表示经图1中由符号E表示的平面的贴片系统的截面图。第二定子13包括两个独立的定子部分27和28，它们沿y方向延伸，即它们成形有沿y方向的一定的充分长度，从而第二往复移动件14可以沿z方向上下移动而与其y方向位置无关。往复移动件12(图1)的壁23和24由集成于定子部分27和28或者安装在基座29上的导向件16沿y方向引导。用于相对于z方向引导第二往复移动件14的第二导向件17固定于壁23和24，从而第一往复移动件12沿y方向带动第二往复移动件14。定子部分27和28具有沿y方向延伸的磁体19，磁体之间成形有气隙。第二往复移动件14的第二线圈体伸入该气隙内。在该实施例中，第二线性电机10是三相电磁电机。每个线圈体18具有三个线圈30，其中这三个电相中的每一个分配到一个线圈。
图3是沿图2的线I-I的截面图，表示定子部分27和基片台2。优选地，定子部分27中的磁体19沿y方向仅仅延伸第二往复移动件14(图2)沿z方向运动所必须的的距离。第二往复移动件14沿z方向的运动范围分成两个区域Z1和Z2。在区域Z1，磁体19仅仅延伸相当短的距离Y1。在区域Z2，磁体19延伸过定子部分27的整个长度L。距离Y1表示除基片台2外的距离，即焊接头20(图2)或芯片夹21(图2)必须从基片台2的支撑面3的高度下降到晶片台5的高度的这一距离。
图4表示从对称面31(图2)看时第一往复移动件12的壁23。用于引导第二往复移动件14的导向件17固定于壁23并且能够使得第二往复移动件14沿z方向移动。
基本上，基于图1到3所述的实施例相对于沿y方向的对称面31(图2)对称成形。这种对称设计的优点在于焊接头20由设置在焊点的两侧的两个导向件17引导，从而无论当从晶片台拾取半导体芯片时还是当将半导体芯片安装到基片上时，焊接头20都不会在导向件17上施加扭矩。但是，也可以不按照这种对称来设计贴片系统。在这种方案中，例如往复移动件12，而不是框22(图1)，仅仅包含一个壁23，并且第二线性电机10仅仅包含一个支撑部分，即定子部分27，其中导向件16和17的数量也相应减少。
在又一个实施例中，用于引导往复移动件12的第一导向件16并非固定设置，而是可以移动以便沿x方向、即基片的传送方向通过驱动装置在通常为±0.5毫米的范围内进行微小校正运动。不过定子11和13还是刚性设置的。成形在定子11的磁体之间的气隙的沿x方向的宽度确定为使得在校正运动时，设置在往复移动件12上的线圈体15在任何时候都不会接触定子11的磁体。或者，如图1所示的线性电机9相对于其传动轴线转动90°安装，从而线圈体15水平对齐并且线圈体15的线圈成形为所产生的驱动力与导向件16的x方向位置无关。成形在第二线性电机10的定子13的磁体19之间的气隙的宽度确定为使得在校正运动时设置在往复移动件14上的线圈体18同样地不会接触定子13的磁体19。因为随着气隙宽度的增加第二线性电机10的效率降低，因此导向件16沿x方向的运动范围保持得尽可能小但是要必要的大。
因为这两个线性电机9和10(图1)必须能够实现较大的运动范围，因此它们优选地是三相电动机。但是，也可以使用其他类型的线性电机，只要它们能够实现必要的运动范围。
许多不同的方法是已知的并且还有许多有关用于从晶片台5拾取半导体芯片以及用于将所拾取的半导体芯片安装到基片4上的焊接头20和芯片夹21的设计。作为选择的例子，这里提及所谓的超程的方法，其中在拾取半导体芯片以及安装半导体芯片时焊接头20下降直到芯片夹21相对于焊接头20偏转，从而产生预定的拾取力或焊接力。从中国专利申请02154772.6中可以获知一种焊接头20，其中芯片夹21相对于焊接头20的偏转气动控制。可以有两种操作模式来控制芯片夹21的偏转。在第一种操作模式中，控制芯片夹21的偏转或者由其得到的值。在第二种操作模式中，控制压力差，产生将由芯片夹21施加的拾取或焊接力。根据本发明的贴片系统1可以用到所有这些不同的已知焊接头中。
尽管表示和说明了本发明的实施例应用，但是对于本领域技术人员来说，在本说明的启发下可以做出更多的修改，而不脱离本发明的概念。因此本发明并不局限于所附权利要求及其等同物内。

Claims (3)

1、一种用于安装半导体的装置，包括：
一个用于支撑基片(4)的基片台(2)；
一个用于提供半导体芯片(6)的晶片台(5)，其中晶片台(5)的一部分位于基片台(2)下面；以及
一个贴片系统(1)，用于拾取由晶片台(5)提供的半导体芯片(6)以及将半导体芯片(6)安装到基片(4)上，该贴片系统(1)包括
第一往复移动件(12)；
第二往复移动件(14)，承载有带有芯片夹(21)的焊接头(20)；
第一导向件(16)，用于引导第一往复移动件(12)沿第一方向的移动；
第二导向件(17)，用于引导第二往复移动件(14)沿第二方向的移动，该第二导向件(17)安装在第一往复移动件(12)上；
第一线性电机(9)，它包括刚性设置的第一定子(11)和连接于第一往复移动件(12)的第一线圈；和
第二线性电机(10)，它包括刚性设置的第二定子(13)和连接于第二往复移动件(14)的第二线圈。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一导向件(16)集成于第二线性电机(10)的定子(13)。
3、如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，第二线性电机(10)的定子(13)具有两个装设有磁体(19)的定子部分(27、28)。
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